CN102423546B - 二氧化碳相变的控制装置和控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二氧化碳相变的控制装置和控制方法，能将液态CO2在-20～100度、0.5～32MPa中的任意一点气体或者超临界CO2实现平稳控制；能将最大至0.9m3/h流量的CO2升压至32MPa及100度的上限，轻松实现超临界态和气态中转换，并能安全泄放至大气；可应用于CO2地面建设试验系统，为保证CO2的不同试验工况提供技术依据。

Description

二氧化碳相变的控制装置和控制方法
技术领域
本发明涉及一种二氧化碳相变的控制装置和控制方法。
背景技术
现有二氧化碳的相变控制多用于二氧化碳的超临态萃取，将液态或者气态二氧化碳增压升温至二氧化碳相变临界点以上。传统的二氧化碳相变控制工艺流程为：2.0MPa液态二氧化碳先通过增压泵升压，再进行加热，将压力、温度控制在相变临界点以上进行萃取，萃取技术主要有两大原理即恒温降压流程和恒压升温流程，萃取完成后二氧化碳通过多级减压阀减压后放空或者循环利用。
现有的二氧化碳相变工艺中，压力通过设定增压泵的出口压力来控制，范围在2~35MPa以内，不能实现0.5~2MPa范围控制，其减压泄放通过多级减压阀的开度控制，操作不当可能在减压阀阀芯口处产生干冰，形成冰堵。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种二氧化碳相变的控制装置和控制方法，可应用于CO2地面建设试验系统，为保证CO2的不同试验工况提供技术依据。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种二氧化碳相变的控制装置，第一阀门和柱塞计量泵并联后与加热器连接；调压阀和第二阀门并联后一端接加热器，另一端接试验装置；在第二阀门和试验装置之间还设置有安全阀、压力仪表和温度仪表；第一背压阀和第三阀门并联后一端接试验装置，另一端依次与第二背压阀和缓冲罐串联，在缓冲罐上设置有出口止回阀。
本发明还提供了一种二氧化碳相变的控制方法，包括如下步骤：
首先对工况进行判断：
（１）如果是压力范围0.5～2.0MPa，温度-20～100℃工况，则，
首先设定第二背压阀的压力值，使其为0.5～2.0MPa范围内的任意值，让上游系统来料液态二氧化碳通过第一阀门进入加热器进行加热，在CO2达到所需温度后，调节调压阀开度使压力达到第二背压阀设定的压力值，然后使CO2进入试验装置，再通过第三阀门进入第二背压阀，经过第二背压阀泄放后的CO2再进入缓冲罐，然后通过缓冲罐的出口止回阀泄放至大气；
（2）如果是压力范围2.0～15MPa，温度-20～100℃工况，则，
首先设定第二背压阀的压力值，使其为2.0～15MPa范围内的任意值，让上游系统来料液态CO2通过柱塞计量泵增压后再进入加热器进行加热，在CO2达到所需温度后，使CO2通过第二阀门进入试验装置，然后再通过第三阀门进入第二背压阀，经过第二背压阀泄放后的CO2再进入缓冲罐，然后通过缓冲罐的出口止回阀泄放至大气；
（3）如果是压力范围15～32MPa，温度-20～100℃工况，则，
首先设定第一背压阀的压力值，使其为15～32MPa范围内的任意值，再设定第二背压阀的压力值，使其为2.0～15MPa范围内的任意值，让上游系统来料液态CO2通过柱塞计量泵增压后进入加热器进行加热，到所需温度后使CO2通过第二阀门进入试验装置，然后CO2经第一背压阀泄放后进入第二背压阀，经过第二背压阀泄放后的CO2再进入缓冲罐，然后通过缓冲罐的出口止回阀泄放至大气。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：本发明的装置和方法能将液态CO2在-20～100度、 0.5～32MPa中的任意一点气体或者超临界CO2实现平稳控制；能将最大至0.9m3/h流量的CO2升压至32MPa及100度的上限，轻松实现超临界态和气态中转换，并能安全泄放至大气。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明的结构原理图。
具体实施方式
如图1所示，二氧化碳相变的控制装置包括：第一阀门2、柱塞计量泵3、加热器4、调压阀5、第二阀门6、安全阀7、压力仪表8、温度仪表9、试验装置10、第一背压阀11、第三阀门12、第二背压阀13、缓冲罐14、出口止回阀15。
第一阀门2和柱塞计量泵3并联后一端接上游系统的CO2管路，另一端接加热器4；调压阀5和第二阀门6并联后一端接加热器4，另一端接试验装置10，在第二阀门6和试验装置10之间还设置有安全阀7、压力仪表8和温度仪表9；第一背压阀11和第三阀门12并联后一端接试验装置10，另一端依次与第二背压阀13和缓冲罐14串联，在缓冲罐14上设置有出口止回阀15。
一种二氧化碳相变的控制方法，包括如下步骤：
首先对工况进行判断：
（１）如果是压力范围0.5～2.0MPa，温度-20～100℃工况，则，
首先设定第二背压阀13的压力值，使其为0.5～2.0MPa范围内的任意值，让上游系统来料液态二氧化碳1（CO2）（2.0MPa，-20℃）通过第一阀门2进入加热器4进行加热，在CO2达到所需温度后，调节调压阀5开度使压力达到第二背压阀13设定的压力值，压力仪表8显示为系统压力，温度仪表9显示为系统温度，安全阀7为系统提供安全保障，然后使介质（即CO2）进入试验装置10，介质CO2通过第三阀门12进入第二背压阀13，经过第二背压阀13泄放后的介质CO2再进入缓冲罐14，为可泄放的常压气态CO2，然后CO2通过缓冲罐14的出口止回阀15泄放至大气。
（2）如果是压力范围2.0～15MPa，温度-20～100℃工况，则，
首先设定第二背压阀13的压力值在2.0～15MPa范围内任意值，让上游系统来料液态CO2（2.0MPa，-20℃）通过柱塞计量泵3增压后进入加热器4进行加热到所需温度，CO2通过第二阀门6进入试验装置10，压力仪表8显示为系统压力，温度仪表9显示为系统温度，安全阀7为系统提供安全保障，然后介质CO2通过第三阀门12进入第二背压阀13，经过第二背压阀13泄放后的介质CO2再进入缓冲罐14，为可泄放的常压气态CO2，然后CO2通过缓冲罐14的出口止回阀15泄放至大气。
（3）如果是压力范围15～32MPa，温度-20～100℃工况，则，
首先设定第一背压阀11在15～32MPa范围内任意值，再设定第二背压阀13的压力值在2.0～15MPa范围内任意值，上游系统来料液态CO2（2.0MPa，-20℃）通过柱塞计量泵3增压后进入加热器4进行加热到所需温度，CO2通过第二阀门6进入试验装置10，压力仪表8显示为系统压力，温度仪表9显示为系统温度，安全阀7为系统提供安全保障，然后介质CO2经第一背压阀11泄放后进入第二背压阀13两级泄放，经过第二背压阀13泄放后的介质CO2再进入缓冲罐14，为可泄放的常压气态CO2，然后CO2通过缓冲罐14的出口止回阀15泄放至大气。

Claims (1)

1.一种利用二氧化碳相变的控制装置控制二氧化碳相变的方法，所述二氧化碳相变的控制装置的构造为：第一阀门和柱塞计量泵并联后一端接上游系统的CO2管路，另一端接加热器；调压阀和第二阀门并联后一端接加热器，另一端接试验装置，在第二阀门和试验装置之间还设置有安全阀、压力仪表和温度仪表；第一背压阀和第三阀门并联后一端接试验装置，另一端依次与第二背压阀和缓冲罐串联，在缓冲罐上设置有出口止回阀；其特征在于：包括如下步骤：
首先对工况进行判断：
（１）如果是压力范围0.5～2.0MPa，温度-20～100℃工况，则，
首先设定第二背压阀的压力值，使其为0.5～2.0MPa范围内的任意值，让压力为2.0MPa、温度为-20℃的上游系统来料液态二氧化碳通过第一阀门进入加热器进行加热，在CO2达到所需温度后，调节调压阀开度使压力达到第二背压阀设定的压力值，然后使CO2进入试验装置，再通过第三阀门进入第二背压阀，经过第二背压阀泄放后的CO2再进入缓冲罐，然后通过缓冲罐的出口止回阀泄放至大气；
（2）如果是压力范围2.0～15MPa，温度-20～100℃工况，则，
首先设定第二背压阀的压力值，使其为2.0～15MPa范围内的任意值，让压力为2.0MPa、温度为-20℃的上游系统来料液态CO2通过柱塞计量泵增压后再进入加热器进行加热，在CO2达到所需温度后，使CO2通过第二阀门进入试验装置，然后再通过第三阀门进入第二背压阀，经过第二背压阀泄放后的CO2再进入缓冲罐，然后通过缓冲罐的出口止回阀泄放至大气；
（3）如果是压力范围15～32MPa，温度-20～100℃工况，则，
首先设定第一背压阀的压力值，使其为15～32MPa范围内的任意值，再设定第二背压阀的压力值，使其为2.0～15MPa范围内的任意值，让压力为2.0MPa、温度为-20℃的上游系统来料液态CO2通过柱塞计量泵增压后进入加热器进行加热，到所需温度后使CO2通过第二阀门进入试验装置，然后CO2经第一背压阀泄放后进入第二背压阀，经过第二背压阀泄放后的CO2再进入缓冲罐，然后通过缓冲罐的出口止回阀泄放至大气。
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