CN101815918B - 具有常压塔的液压系统以及用于热交换液体处理的方法 - Google Patents

Abstract

一种系统连接例如浸没燃烧式LNG汽化器和加热塔的液体热交换设备。该液体处理系统具有第一热交换设备和第二热交换设备，第一热交换设备具有第一液体进口和第一液体出口；第二热交换设备具有第二液体进口和第二液体出口。第一导管将第一液体出口连接到第二液体进口，第一槽接纳来自第一液体出口的液体，第二槽接纳来自第二液体出口的液体，第二导管将第二槽连接到第一液体进口；并且将第一槽连接到第二槽的第三液体均衡导管使第一槽和第二槽中的液位彼此均衡。

Description

具有常压塔的液压系统以及用于热交换液体处理的方法

技术领域

本发明大体上涉及液压技术和液体处理的领域。更特别地，本发明涉及液压系统和用于处理在热交换器中使用的液体的方法。更特别地，本发明涉及一种用于使热交换液体在两个热交换设备之间循环的系统，其中两个热交换设备中的一个设备是常压加热或者冷却塔。

背景技术

热交换器在工业中被广泛使用。许多这种热交换器涉及循环液体的某种形式。上述液体可以是水、用化学制品处理过的水，或者某些其他的液体。在本说明书中，词语“水”和“液体”可以被交换使用。

一种类型的热交换器是常压冷却塔。传统上，这种冷却塔在工业应用中被用于将以相对暖的温度即高于环境温度供给到塔的液体冷却到更接近环境温度的相对较冷的温度。在某些情况下冷却塔涉及从塔的顶部喷洒暖的液体(有时经过填充介质)，而在某些情况下使用风机迫使空气通过塔从而使得水下落通过塔，其接触填充介质和空气，并下落到塔的底部处的收集池中。当暖的液体下落通过塔时，液体通常被冷却到更冷的温度。这些塔被称为开式冷却塔，因为冷却中的液体与空气接触。还存在闭式冷却塔，其中冷却中的液体循环通过塔中的闭合盘管，而其他的液体如上所述被喷洒到盘管上。同样，干式冷却塔仅使用盘管，并且不具有下落的喷洒水。对于本领域技术人员而言，这些和其他类型的冷却塔的详细情况是公知的。

也可以将冷却塔型的结构操作为加热塔。在这种情况下，液体以比环境空气温度冷的温度开始被供给到塔，将冷的液体供给到塔的顶部会导致液体变暖，使得在塔的底部处的池处收集到的液体比液体进入塔时更暖。

在工业应用中，通常最常见的是将热交换塔用作冷却塔。但是，也出现了一些用加热塔可以有益的情形。这样的一种情形是在液化天然气(LNG)蒸发器的情况下。在这些蒸发器中，通过热量的添加来使液化天然气汽化。这可能导致希望变暖的冷液体的供给。

转向LNG汽化的不同方案，存在一些已知的用于LNG汽化的热交换器。一个例子是所谓的开架式汽化器。开架式汽化器实质上是一个大水箱，其具有浸没在箱中的闭合盘管。LNG穿过闭合盘管。从相对暖的外源中吸取水，例如海水，并且使水循环进入并通过水箱。LNG通过与暖海水接触的汽化盘管来加热。水通过与汽化盘管接触而变冷，然后被排放，通常回到海里。在某些情况下，在这些蒸发器的使用上存在环境的限制。

另外一种类型的LNG蒸发器是管中具有LNG的管壳装置，管具有围绕管的壳体，使得较暖的水通过。

又一种类型的LNG蒸发器是所谓的浸没燃烧式汽化器(SCV)。SCV类似于开架式汽化器，因为其实质上是一个使得汽化盘管浸没于其中的水箱。但是，并非使任何水进出SCV中的水箱循环，而是借助于浸没在水箱中的燃气燃烧器来持续地添加热量。SCV的细节可以改变，但是通常操作燃气燃烧器以使以与热量被汽化盘管从水中吸出时大体上相同的速度向水箱中添加热量。通过调节气体燃烧速度和将水用作温度变化缓冲剂，通过浸没式燃烧器添加的热量可以是相对稳定且受控的。虽然SCV中的水通常是自备的，但是存在一些在燃烧过程中产生以及由热气流冷凝出的水。这些水通常通过溢出口而被除去，以防止溢满燃烧器。

上述各种方法在工业上都是有用的，并且具有各种优点。但是，希望具有一种在某些情况下提供可控性更强、高效或者益于操作的装置的热交换液体处理系统和方法。

发明内容

本发明的一个方案涉及一种液体处理系统，包括：第一热交换设备，其具有第一液体进口和第一液体出口；第二热交换设备，其具有第二液体进口和第二液体出口；第一导管，其将所述第一液体出口连接到所述第二液体出口；第一槽，其接纳来自所述第一液体出口的液体；第二槽，其接纳来自所述第二液体出口的液体；第二导管，其将所述第二槽连接到所述第一液体进口；以及第三液体均衡导管，其将所述第一槽连接到所述第二槽，并使所述第一槽和所述第二槽的液位彼此均衡，所述液体处理系统进一步包括与所述第二液体出口液体连通的堰，其中所述堰布置于所述第二液体出口与所述第二槽之间，使得所述第二槽接纳来自所述堰的液体。所述第二热交换设备包括液化天然气(LNG)汽化器。

本发明的另一个方案涉及一种液体处理系统，包括：常压加热塔，其具有第一液体进口和第一液体出口；浸没燃烧式汽化器(SCV)，其具有第二液体进口和第二液体出口；第一装置，其用于将所述第一液体出口连接到所述第二液体进口；以及第二装置，其用于将所述第二液体出口连接到所述第一液体进口。

本发明的又一个方案涉及一种液体处理方法，所述方法设置第一热交换设备，其具有第一液体进口和第一液体出口；第二热交换设备，其具有第二液体进口和第二液体出口；第一导管，其将所述第一液体出口连接到所述第二液体进口；第一槽，其接纳来自所述第一液体出口的液体；第二槽，其接纳来自所述第二液体出口的液体；第二导管，其将所述第二槽连接到所述第一液体进口，以及所述方法使所述第一槽和所述第二槽之间的液位彼此均衡。

在本发明的另一个方案中，一种液体处理方法包括：设置具有第一液体进口和第一液体出口的常压加热塔，具有第二液体进口和第二液体出口的浸没燃烧式汽化器(SCV)；使液体从所述第一液体出口到所述第二液体进口循环；以及使液体从所述第二液体出口到所述第一液体进口循环。

这样，在此已经相当广泛地概述了本发明的特定实施例，以便更好地理解其详细描述，并更好地意识到本发明对现有技术的贡献。当然，存在下文中将描述的本发明的其他实施例，这些实施例将形成所附权利要求的主题。

关于这方面，在详细阐述本发明的至少一个实施例之前，应当理解的是，本发明在其应用方面不限于构造的细节，也不限于在以下描述中提出的或者在附图中所图示的部件的配置。本发明可以为除所描述的实施例之外的实施例，并且可以多种方式来实践和实施。另外，应当理解的是，这里所采用的措辞和术语以及简称是为了描述的目的，不应当视为限制。

因此，本发明的技术人员应当意识到的是，本公开所基于的概念可易于被用作设计用于实施本发明的多个目的的其他结构、方法和系统的基础。因此，重要的是，权利要求被视为包括在不背离本发明的精神和范围的范围内的等同构造。

附图说明

图1是根据第一优选实施例的热交换系统的示意图；

图2是根据第二优选实施例的热交换系统的示意图。

具体实施方式

图1图示了可以用于多种用途的包括两个热交换器的系统。该热交换系统的一个有益用途是LNG的汽化。虽然在整个说明书中LNG的汽化将用作例子，但是应当意识到的是，该系统可以用于其他物质的汽化以及用于希望向物质添加热量的任何其他工业或者其他操作。而且，虽然下文描述的一个例子使用常压加热塔向LNG汽化器例如SCV添加补充的或者全部的热量，但是应当意识到的是，一些系统的方案可以被用于常压冷却塔，以向其他独立的系统提供辅助的或者全部的冷却。

转向图1，示出了SCV 10，在这种情况下，SCV 10用于LNG的汽化。该SCV 10具有进水口和出水口，因此除经由SCV气体燃烧器供给到SCV盘管的热量之外，或者替代该热量，还可以通过向SCV 10供给暖水和吸出冷却水而向盘管供给热量。但是，除SCV之外，在一些应用中所述装置可以是添加热量的热交换器。在该例子中，SCV 10包括具有液化气进口14和汽化出口16的LNG汽化盘管12。LNG从进口14进入盘管，向盘管添加热量，以使汽化气体从出口16排出。盘管12悬吊在箱18内，箱18内装满了水或者其他热交换液体20。一种向液体20添加热量的方法是使用气体燃烧设备22，气体燃烧设备22可以燃烧天然气或者其他燃料。燃烧设备22可以经由烟道24来提供热烟道气，烟道24可以设置在盘管12下方，以将热量引导到液体20中，而且在盘管12上方排出热气泡，进一步向正被汽化的物质添加热量。

在某些情况下，单独使用燃烧设备22可能并不是向系统添加热量的最有效方法。因此，在图1的实施例中，还使用了常压加热塔30。加热塔30将空气吸入下方空气进口32中，并使空气从风机动力型出口34排出。标示为P1的泵36被设置为经由导管35从SCV 10中吸出液体，并通过导管37将液体抽到位于塔30的顶部附近的多个喷头38。因此从SCV中吸出的液体被喷洒在填充物质40上，从而随着液体下落到填充物质40上，液体与空气接触并接受被给予的热量。只要从SCV 10中吸出并且从喷嘴38喷洒出的液体比环境空气冷，这就会发生。

在液体下落到填充物质40下方之后，液体被收集在下方池42中。现在可以使用导管43和标示为P2的泵44将比从SCV 10中吸出的液体暖的下方池42中的液体供给回SCV 10。泵44通过导管45来供给更暖的液体，导管45可以简单地终止在SCV中或者可以通过多个输出端46来分配暖水。

应当意识到的是，根据设备内的气压条件和其他条件以及例如煤气费用的因素，有时可能希望仅使用加热塔来操作，例如，如果环境空气非常暖，并且加热塔成规模化(scale)以致其可以添加用于汽化的足够的热量。但是，由于气候变化或者其他设计因素，可能希望在部分时间操作SCV。可以控制并调节SCV以及加热塔，以操作两者同时并且以不同的速度来供给热量，或者仅操作加热塔和SCV中的一个或者另一个。这样，可以减少燃料的使用，并能够获得其他的运行效率。

在图1所示的例子中，以大体相同的流速来操作泵36和泵44，使得液体基本上在一个周期内从SCV被抽向加热塔，然后从加热塔抽回到SCV。这是第一实施例。但是，该系统的一个状况是，在大多数情况下，由于发生在塔内的冷凝，常压加热塔实际上会以水的形式产生另外的液体。因此，可以设置一些设备，例如设置在池42的最大希望液位处的溢出口50。可以在SCV 10中类似地设置溢出口52。

图1中所描述的系统具有一些可能的缺陷。例如，如果泵44失效，或者如果与泵44有关的导管失效，则回到SCV 10的再次供给液体可能被减少或者被全部阻断。在这种情况下，如果泵36继续运行，则水可能会被持续地抽出SCV 10，并且SCV 10可能被“排干”或者至少部分变干。这种情况可能并不是所希望的。通过泵36从SCV 10抽出的水会被添加到加热塔中，而且会随着溢流下落到池42中，并被从溢出口50排出。

另外一种可能并不希望的情况是如果泵36失效。在这种情况下，泵44可能会将多余的没有被除去的水进给到SCV 10中，在某些情况下，这些水可能“淹没”SCV燃烧器。

根据SCV 10和加热塔30的相对安装高度，如果加热塔被安装得足够高而使其头部距离可以提供由泵44当前示出的作用，则可以仅使用一个泵(泵36)来操作系统。但是，在大多数实际的安装中所期望的是，两个泵的系统会是更理想的。

有时可能希望具有一种会将运行液位保持在希望液位的系统，在系统中第一热交换器(例如，SCV)连接到第二热交换器(例如，加热塔)上。有时也可能希望调节在从一个设备到另一个设备的任意方向上运行的泵的失效。应当注意到的是，虽然给出了SCV和常压加热塔的例子，但是这里描述的系统可以被应用于包括从热交换器添加和除去液体以提供热交换器之间的液体连通的任何类型的热交换器，至少一个热交换器具有排放到大气压的液位。

现转向图2，示出了改进的液体处理系统的第二实施例，其中，图2中的附图标记描述与图1中相同的部件。继续参照图2，示出了SCV 10，其具有处于运行液位L1处的液体20。如上所述，典型地希望使L1保持在以下范围内：使得L1不会太高而淹没燃烧器，而且不会太低而不能向盘管添加热量，不能向盘管添加热量可能导致盘管冻结或者其他不希望的情形。

有些类似于图1的实施例，可以将加热塔30连接到SCV 10上，使得加热塔30可以向SCV供给加温的水。在这种供给的情况下，L1会上升到一个液位，并且液体会经由主出口60从SCV排出，主出口60可具有一个与其关联的阀门。排出的液体从主出口60流入保持堰62中。如果与出口60关联的阀门关闭，或者如果液位L1的增加变得比用出口60处理的大，则当液位L1升高时，液位会到达溢流口64。当到达溢流口64的高度时，液体会从SCV排出而且进入堰62。这提供了使SCV中的液位不会淹没燃烧器的有益特征。

堰室62具有侧壁66，并且当堰室62中的液位超出侧壁66的高度时，液体会被进一步转移到缓冲箱68中。用于将水从保持槽68吸出的导管35通向泵36，泵36将液体通过导管37抽至加热塔中的喷嘴38。

液体穿过填充介质40，并下落到池42中。泵44经由导管43将液体从池42中吸出，并通过供给孔口46将液体供给回SCV。如果将水供给到池42中的速度超过从池42中收回液体的速度，则池内液体的液位L2会增加。如果池内液体的液位L2超过预定液位，则如所示，池内液体会流入保持槽70中。

保持槽70经由流量均衡管道72与保持槽68液体连通。因此，保持槽70的液位L3通常会保持与保持槽68的液位L4大体相等。这样，如果热交换池42或者SCV液体20正在接纳过量供给的液体，则过量供给的液体会沉积到保持槽68和保持槽70中，其中，保持槽68和保持槽70将变得均衡。由于泵36从与保持槽68和保持槽70液体连通的导管35吸取液体，因此将总是可将一些液体抽到加热塔中。

如以上已经注意到的，在某些情况下，加热塔将经由冷凝向系统添加水。因此，额外的水会溢流到保持槽68和保持槽70中，使得L3和L4增加。可以在保持槽68或保持槽70处设置单个溢流排出设备80。在示出的例子中，溢流排出设备80设置在槽68上，使得当L4到达适当高的液位时，多余的液体将被除去。排出设备80的高度通常会比壁82和壁84小，壁82限定了槽70的一侧，壁84限定了堰室62的高度。因此，并没有到达例如图1中的50和52等的两个分离的溢出口。但是，由于流量均衡管道72堵塞的情况下的过剩，可以向保持槽70添加额外的溢出口(未示出)。

图2中所图示的装置的益处在于：在泵36和泵40中的任一个失效时，依靠流量均衡管道72，可以避免淹没燃烧器、排空SCV或者排干整个系统的问题。例如，如果泵36失效，则泵44会将水从池42中吸出，并将水供给到SCV 10。但是，所有添加到SCV 10的水会经由排出管64和主出口60排出以避免溢流，并会进入堰62和槽68，并且液位L3和L4会依靠流量均衡管道72而一起升高。当液位L3到达出口43的高度时，水会被直接进给到池42，并如上所述继续再循环。在这种系统中，加热塔不会向水添加热量，而是本质上会产生一个短循环，使得水不会被损失并且SCV可以继续独立地运行。

在泵44失效的情况下，泵36会从槽68中收回液体，并抽取液体经过冷却塔30。由于泵44是不起作用的，因此池中通过流量均衡管道72回到槽68的液体会升高，使得液体从堰41排出并进入槽70。在这种情况下，提供了另一个短循环，其中加热塔将不会以任何形式与SCV相互作用而运行。因此，SCV可以继续独立地运行。

可以如所示设置阀门90和阀门92，使得当希望时SCV 10可以与加热塔隔离。与此相关，出口60处的阀门也可以闭合。

在图2所图示的实施例中，应当意识到的是，液位L4和L3会由于流量均衡管道72而趋向于保持彼此均衡。槽68被描述为本质上连到SCV 10上，而槽70本质上连到冷却塔30上。但是，当安装的地势要求冷却塔的海拔与SCV大体不同时，则可以作出适当的管件改进，使得这些槽可以存在于相同的高度。

类似地，在图2的图示中，液位L1和L2被示出为大体相同。但是，另一方面，在冷却塔30安装在与SCV 10大体不同的海拔的情况下，这些液位并不需要彼此相同。相反地，合适的管件可以被实施为将槽连接到它们相应的热交换设备上。

本发明的多个特征和优点通过详细的说明而变得清晰，因此，所附的权利要求书意在涵盖落入本发明的真正精神和范围内的本发明的所有这些特征和优点。此外，由于本领域技术人员可以容易地想到多种改进和变化，因此并不希望将本发明局限到所图示和描述的确切构造和操作，相应地，所有合适的改进和等同物可以诉诸于落入本发明的范围内。

Claims (13)

1.一种液体处理系统，包括：

第一热交换设备，其包括具有第一液体进口和第一液体出口的常压热交换塔；

第二热交换设备，其具有第二液体进口和第二液体出口；

第一导管，其将所述第一液体出口连接到所述第二液体进口；

第一槽，其接纳来自所述第一热交换设备的液体；

第二槽，其接纳来自所述第二液体出口的液体；

第二导管，其将所述第二槽连接到所述第一液体进口；

第三液体均衡导管，其将所述第一槽连接到所述第二槽，并使所述第一槽和所述第二槽中的液位彼此均衡，以及

与所述第二液体出口液体连通的堰，其中所述堰布置于所述第二液体出口与所述第二槽之间，使得所述第二槽接纳来自所述堰的液体。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一热交换设备包括常压加热塔。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二热交换设备包括液化天然气汽化器。

4.根据权利要求2所述的系统，其中所述第二热交换设备包括液化天然气汽化器。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二热交换设备是浸没燃烧式汽化器。

6.根据权利要求2所述的系统，其中所述第二热交换器是浸没燃烧式汽化器。

7.一种液体处理系统，包括：

第一热交换装置，其具有第一液体进口和第一液体出口；

第二热交换装置，其具有第二液体进口和第二液体出口；

第一连接装置，其用于将所述第一液体出口连接到所述第二液体进口；

第一保持装置，其接纳来自所述第一热交换装置的液体；

第二保持装置，其接纳来自所述第二液体出口的液体；

第二连接装置，其用于将第二槽连接到所述第一液体进口；

液位均衡装置，其用于使所述第一保持装置和所述第二保持装置中的液位彼此均衡，以及

与所述第二液体出口液体连通的第三保持装置，其中所述第三保持装置布置于所述第二液体出口与所述第二保持装置之间，使得所述第二保持装置接纳来自所述第三保持装置的液体。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述第一热交换装置包括常压加热塔。

9.根据权利要求7所述的系统，其中所述第二热交换装置包括液化天然气汽化器。

10.根据权利要求8所述的系统，其中所述第二热交换装置包括液化天然气汽化器。

11.根据权利要求7所述的系统，其中所述第二热交换装置是浸没燃烧式汽化器。

12.根据权利要求8所述的系统，其中所述第二热交换装置是浸没燃烧式汽化器。

13.一种液体处理方法，包括：

设置以下设备：第一热交换设备，其包括具有第一液体进口和第一液体出口的常压热交换塔；第二热交换设备，其具有第二液体进口和第二液体出口；第一导管，其将所述第一液体出口连接到所述第二液体进口；第一槽，其接纳来自所述第一热交换设备的液体；第二槽，其接纳来自所述第二液体出口的液体；第二导管，其将所述第二槽连接到所述第一液体进口；和与所述第二液体出口液体连通的堰，其中所述堰布置于所述第二液体出口与所述第二槽之间，使得所述第二槽接纳来自所述堰的液体，以及

使所述第一槽和所述第二槽中的液位彼此均衡。

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