CN105556196A - 系统、方法和装置 - Google Patents

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CN105556196A CN201480046565.1A CN201480046565A CN105556196A CN 105556196 A CN105556196 A CN 105556196A CN 201480046565 A CN201480046565 A CN 201480046565A CN 105556196 A CN105556196 A CN 105556196A
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Abstract

本发明涉及一种用于降低气体减压系统中气流压力的装置，系统或方法。本发明还涉及一种干燥气体的装置，系统或方法。用于降低气体减压系统中气流压力的系统(10)，包括：膨胀器(102)，由在第一压力下的气体膨胀至第二压力来驱动；压缩机(104)，从第二压力压缩气体至第三压力，从而使第三压力低于第一压力，并且第三压力高于第二压力。首先膨胀气体，然后压缩气体，气体在第二压力时具有的中间温度低于气体直接膨胀至第三压力时其将具有的温度。此外，用于干燥供给热量至热交换器的气态流体的干燥系统，包括：液体分离器；该液体分离器下游的热交换器；以及冷却器，用于使用热交换器下游冷气体从液体分离器上游的气态流体中提取热量。通过从气态流体中提取热量，分离器入口处的气态流体的温度可以降低，以致气态流体中的液体冷凝并在分离器中分离。

Description

系统、方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于降低气体减压系统中气流压力的装置，系统或方法。本发明还涉及一种用于干燥气体的装置，系统或方法。
发明内容
本发明涉及一种用于降低气体减压系统中气流压力的系统。根据本发明的一个方面，提供一种用于降低气体减压系统中气流压力的系统，其包括：膨胀器，由第一压力下的气体膨胀至第二压力从而驱动该膨胀器；以及压缩机，用于将气体从第二压力压缩至第三压力，从而使第三压力低于第一压力，并且第三压力高于第二压力。通过先膨胀气体然后再压缩气体，气体直接膨胀至第三压力时将具有的温度低于在第二压力下气体的中间温度。气体优选是天然气。膨胀器优选为涡轮机。膨胀器和压缩机的联合也可以称为压缩膨胀器。
优选地膨胀器驱动压缩机，优选直接驱动。这可以提供效率。通过直接驱动优选是指没有转换为另一种能源形式，如电力、压力或热能。优选地，膨胀器经由共用轴来驱动压缩机。任选机械耦合可以连接膨胀器和压缩机。
优选地，系统还包括热交换器，该换热器用于在第二压力下加热气体。这可以有效加热气体。优选地，热交换器被布置为与环境空气进行热交换。热交换器被布置为与次级回路进行热交换，用于从地面，或水，或其他环境热源，或废热源吸收热量。热交换器用以冷却制冷负荷。热交换器被布置为与地面，或水，或环境热源，或废热源进行热交换。系统还可以包括多个热交换器，其中每个热交换器被布置为由不同的热源提供热量。次级回路被布置为将热量从热源传递至该热交换器或者任一热交换器。在膨胀器出口处的冷气经由次级回路或热管传递能量，以冷却制冷负荷。
优选地膨胀器还驱动发电机。电力可以用来驱动其他电气部件，如风扇和/或电动除霜加热器。电力可以用于输出到电网。
优选地，系统被布置为将一部分气体引导至膨胀器的入口，并将另一部分气体引导至压缩机的出口，该另一部分气体绕过膨胀器和压缩机。该另一部分气体可以驱动另一膨胀器，任选还驱动发电机。该另一部分气体可以在阀处膨胀。该系统可以为压缩膨胀器出口处的气流提供足够的余热，该气流与来自阀或者与具有电力输出的膨胀器的另一部分气流（例如该另一部分气体）混合，以产生混合气流，其具有符合下游需求的合适温度。
优选地该系统被布置为将一部分气体引导至膨胀器的入口，并且将另一部分气体引导至压缩机，该另一部分气体绕过膨胀器。该另一部分气体优选驱动该压缩机，优选是通过叶尖涡轮机。该压缩机优选包括叶尖涡轮机。这可以辅助驱动该压缩机。
优选地该系统被布置为将一部分气体引导到膨胀器的入口，并将另一部分气体引导至另一膨胀器的入口。优选地该另一膨胀器和该膨胀器都驱动该压缩机。优选地该系统被布置为将该另一部分气体从该另一膨胀器的出口引导至该压缩机的出口。
优选地该系统还包括回流换热器，该回流换热器用于将热量从一部分气体传递至另一部分气体。优选地该回流换热器被布置为将热量从膨胀器上游的气体传递至热交换器下游的气体。这可以用来将热交换器处的气体温度降低到足够低的值，从而能够与环境气体（或与次级回路，该次级回路从地面，或水，或其他环境源，或废物热源吸收热量）进行有效的热交换。如果穿过膨胀器的温降以及压降都比较小，这是适当的。
该回流换热器可被布置为将热量从压缩机下游的气体传递至膨胀器上游的气体。这可以预热进入膨胀器的气体。该回流换热器可以防止膨胀器下游的气体过度冷却，过度冷却会导致在换热器处形成固体和结霜，从而导致性能的劣化并可能损坏该系统。另外，一旦形成固体，离开压缩机的气体能够具有足够高的温度，以对热交换器进行有效除霜。
优选地该系统被布置为将压缩机出口的一部分气体引导至热交换器的入口。这可以提供补充加热，并防止热交换器结霜。不同的部分可以依次在不同的时间进行除霜。优选地该系统被布置为将压缩机出口的一部分气体引导至压缩机的入口。当开启时，通过提高压缩机的功率，这能够调整系统的职责地位。
优选地该系统还包括可密封容器，该可密封容器包含系统旋转部件。优选地该系统旋转部件包含该膨胀器的至少一输出驱动轴和该压缩机的输入驱动轴。优选地该系统旋转部件包含共用轴，膨胀器通过该共用轴驱动压缩机。优选地该可密封容器包含发电机，膨胀器和压缩机。可密封容器能够使整个旋转系统在一个系统气流压力环境中进行操作，从而避免在与外部环境联系时需要旋转密封件，因此排除了天然气泄漏和潜在爆炸的风险。
优选地该系统还包括气浮和/或磁浮轴承支撑的膨胀器输出驱动轴和/或压缩机输入驱动轴。气浮和/或磁浮轴承支撑能够使在膨胀器和压缩机中的气体具有特别低的污染，特别是相对于润滑油而言，因为它们不需要润滑油。
优选地该系统还包括控制器，当环境气温低于一预定的阈值时该控制器用于启动该系统。这使得在周围环境认为其必要时，系统能够进行选择性地操作，否则假定另一种操作模式，如在常规的减压气体膨胀器中采用的模式。当环境温度（以及特别是进气温度，通常是地面温度）太低以致不能将气流压力直接从第一压力降低至第三压力时，该系统可以辅助作为常规的减压气体膨胀器。当环境温度高到足以将气流压力由第一压力降低到第三压力时，则该系统被停用。该控制器还可以在一年中预定的期间内激活系统，特别是在一年中预计环境气温低于阀值（例如在冬季）期间。或者，如果当环境气温高于预定的阀值时，操作该系统，则发电机能够产生更多的电力。在这个例子中，该系统还可以包括控制器，当环境气温高于预定的阀值时该控制器用于输出过剩电力。
如下所述，优选地该系统还包括干燥系统。
该系统的特征可以包括：
·涡轮机直接驱动压缩机
·用于压缩天然气的天然气减压
·生产气体被用作热泵的工作液体
根据本发明的另一个方面，提供了一种干燥系统，该干燥系统用于干燥供给热量至热交换器的气态流体（优选是空气），该干燥系统包括液体分离器（用于从该气态流体中分离液体）；热交换器（用于从气态流体中转移走热量），位于液体分离器下游；以及冷却器，该冷却器使用热交换器下游的（冷）气态流体，用于从液体分离器上游的（暖）气态流体中提取热量。
通过从气态流体中提取热量，在分离器入口处气态流体的温度能够降低，从而导致气态流体中的液体冷凝并在分离器中分离（并因此从气态流体中去除）。这能够防止过量的液体进入热交换器，其会导致结霜并且会导致性能差并会损坏热交换器。
优选地该冷却器是回流换热器，用于将热量从液体分离器上游的气态流体传递至热交换器下游的气态流体。回流换热器能够使热量有效地传递。
优选地该冷却器是混合器，用于将热交换器下游的一部分气态流体与液体分离器上游的气态流体混合。混合器是容易实现的冷却器。
该系统可以包括控制器，该控制器用于控制由热交换器下游传输来的部分气态流体，回流至液体分离器的上游。该控制器可以包括风扇，该风扇用于确定传输部分的流速。该控制器可以响应来自检测器的信号。该检测器可以检测气态流体结霜或液体载荷。
优选地该气态流体包括组分，它与在热交换器的入口处与液体平衡，并在热交换器的出口处与固体平衡。在由于热交换引起气态流体条件变化的地方，使得会形成固体，那么从气态流体中冷凝并分离液体是特别有利的。这特别是在热交换器内的温度改变（降低）。该液体可以是水并且该固体可以是冰。该液体可以是烃。
该分离器可以是重力分离器，涡流分离器或板式分离器。
根据本发明的另一方面，提供一种用于气体减压的装置，包括驱动压缩机的膨胀器。优选地该膨胀器包括涡轮机。
根据本发明的另一方面，提供一种用于干燥为热交换器提供热量的湿气体（优选空气）的系统，该系统包括：热交换器上游的液体分离器；导管，用于将热交换器下游的部分气体输送回液体分离器的上游，并再重新导入该部分气体。
根据本发明的另一方面，提供一种气体减压站，其包括上述用于降低气流压力的系统。
根据本发明的另一方面，提供一种气体分配网，其包括上述用于降低气流压力的系统。
本发明扩展到实质上如本文结合附图所描述的方法和/或装置。
本文描述的任何装置特征，也可以采用方法特征，反之亦然。如本文所用，手段和功能特征可以用其相应的结构替代表示。
在本发明的一个方面，任何特征可以应用于本发明的其它方面，在任何适当的组合中。特别是，方法方面可以应用到装置方面，反之亦然。此外，在一个方面的任何、某些和/或所有特征可以应用到任何其它方面的任何、一些和/或所有特征，在任何适当的组合中。
还应当理解，在本发明的任何方面描述和定义的各种特征的特定组合，可以单独实现和/或供应和/或使用。
附图说明
由结合以下附图描述地以下示例性实施方式，本发明的这些和其它方面将变得显而易见，其中：
图1示出了用于降低气流压力的系统的实施方式；
图2a示出了用于降低气流压力的系统的另一实施方式；
图2b示出了用于降低气流压力的系统的另一实施方式；
图2c示出了用于降低气流压力的系统的另一实施方式；
图3示出了用于降低具有低减压压降的气流压力的系统的实施方式；
图4示出了用于降低具有低减压压降的气流压力的系统的另一实施方式；
图5示出了用于降低具有高减压压降的气流压力的系统的实施方式；
图6示出了用于降低具有上游分离器的气流压力的系统的实施方式；
图7示出了用于热交换器的干燥机；和
图8示出了用于热交换器的另一干燥机。
具体实施方式
在常规的气体减压站，气体（天然气）压力通过穿过阀膨胀而降低。随着膨胀，出口温度可能太低，以致不允许气体被重新引入到下游管网，所以该气体需要被加热，以抵消由于气体膨胀带来的冷却效果。按常理，燃烧气体以提供这种热，同时具有经济和环境成本。水浴加热，如通常在减压站用于加热膨胀的气体，使用非常大量的气体，而且运行和维护成本昂贵。由于燃烧释放CO2，通过加热气体来加热也会破坏环境。
已经提出使用膨胀能量来发电，并使用这种电力来运行蒸汽压缩热泵以加热气体。这是昂贵且复杂的加热气体的方式。
具有膨胀器以及联合的热泵的气体减压系统，使用来自涡轮机的膨胀能量直接驱动压缩机，该压缩机被推荐作为热泵。涡轮机下游和压缩机上游，气体的中间压力低于出口管道压力。同时，气体的中间温度低于气体直接送往出口管道时其将具有的压力。膨胀器和压缩机的联合，使得涡轮机在更大的压力比下工作，并增加了气体的温降。通常在气体减压站出口气体温度过高以至于不能与环境进行有效的热交换。由于温差小，例如在只有几摄氏度的量级，热交换器（在英亩量级）的尺寸将是令人望而却步的。如果空气温度过低，甚至不能进行热交换。通过膨胀器和压缩机的联合，可获得较大的温差，例如20℃或更多。随着气体温降的增加，在冷的中间条件下与环境进行有效的热交换可以加热气体。热交换器的尺寸可以是在几十平方米的量级，而不是常规系统中所需的惊人尺寸的热交换器。不需要气体的燃烧来加热气体，与环境的热交换可以充分地提高该气体的温度。
这可以实现一些事情：
1.增加与环境空气（或其它合适的环境或废热源）的温差，以允许更小的热交换器
2.允许施加一些预热到该气体
3.移动在空气湿度图上的位置，以减少涡轮机结冰的倾向（特别是控制压力和温度，以便降低经过涡轮机的气体的相对湿度）
4.提供热量对外部热交换器除霜
该系统从大气（或其它合适的环境或废热源）获取热量，并使用其预热该气体，避免需要气体燃烧和水浴加热器。膨胀器和压缩机的联合提供具有下游网络所需压力和温度的出口气体。该系统同时具有膨胀器和热泵，获取大气的热量并将其提高到适合于有效加热气体的温度，在该过程中将气体加热至可接受的出口温度。
图1示出了用于降低气流120压力的基本系统10。首先将气流120引导至膨胀器102，典型地为涡轮机（但可以是其它膨胀器如螺杆膨胀器），并随后引导至压缩机104。涡轮机102下游和压缩机104上游，中间气流128的中间压力低于出口气流126的出口管道压力。中间气体流128的中间温度低于气体压力在出口管道压力时的温度。在热交换器108处，大气提供热量以预热该中间气流128。预热的中间气流128引导至压缩机104，以增加气体压力；压缩机104下游，系统出口气流126处于出口管道压力下。出口气流126的出口管道压力低于入口气流120的入口管道压力；并且中间气流128的中间压力，低于出口气流126的出口管道压力。
压缩机和涡轮机都在1-2MW轴功率传动下处于相对平衡。
在图1中，热交换器108被布置为以预热中间气流128，其中大气提供热量。在一个替代方案中，这样的空气源热泵被替换为地面源热泵，使得地面源空气提供热量以预热该中间气流128。由于可用且方便，可以使用预热中间气流128的其它热源。
图2a示出了在图1中系统的变型，其中，在膨胀器出口处的冷气体（中间气流128）被布置为通过转移冷气体的一部分能量来冷却制冷负载。用于制冷目的的能量转移，可以经由热交换器121进行设置，以从图2a所示的次级回路123中吸收热量。可以使用用于能量转移的替代方式，例如采用热管。
该系统可以配置为附加地发电。例如发电100kW，它为系统提供了足够的电力来操作风扇。还可以或者可选的用电来操作电动除霜系统（特别是用于气流的低温部分）。
系统配置为在夏季也是可操作的，可以将显著比例的涡轮功率转换为电功率，由于使用该系统的热泵特征的必要性减小，具有高达1MW的电功率输出。
图2b示出了用于降低气流120压力的系统20，具有发电机110。涡轮机102同时驱动压缩机104和发电机110。由发电机110产生的电力被用来驱动风扇112，以辅助热交换器108。
此外，耐压外壳130包围涡轮机102，压缩机104和发电机110。耐压外壳130包括气流的入口和出口的合适连接件，以及发电机110和电负载之间的电连接的合适连接件。耐压外壳130中的压力是处于中间气流128的中间压力。这避免了在整个压降（至外部环境）中的必要性轴密封（在膨胀器轴和压缩机轴上）以及密封失效的风险，并允许将气浮轴承用于涡轮机轴和压缩机轴。使用气浮或磁浮轴承是有利的，因为气体的油污染可减至最小。耐压外壳130包含天然气，即进入流和输出流，并且剩余量穿过轴承传输不会造成气流的污染。
以上公开的系统可能包括以下特征：
·使用单一旋转元件的膨胀器和热泵的联合。
·生产气体用作热泵的工作液。
·没有网电从系统输出；从发电机输出的少量电力(大约1%膨胀器轴功率)可以用来运行风扇，其余运行热泵。
·系统可以是密封型，没有采用密封件与环境密封，并且可以运行在气浮轴承上，从而排除潜在的泄漏，密封失效或气体的油污染。
·当现有的常规具有水浴加热器的减压系统失败时，系统可以提供作为道路运输的临时单元，用于现场使用，所以消除了在旁边设立未使用的次级备用单元的需要。这是可能的，因为可以配置该系统，以使该热交换器具有适当尺寸，用于容纳在这样的单元中，还能够充分提高膨胀器和压缩机中间的气体温度。
·该系统可以具有远程诊断和控制能力，减少或防止实地考察。
以减少或基本消除外部热交换器结霜的另一子系统是干燥机，其在环境大气进入与零度以下热交换器表面接触之前进行干燥，以加热该气流。实现这种可能的方式是，使用离开外部热交换器的一部分冷空气，以预冷却进入热交换器的空气，将进入热交换器的空气温度降低至刚刚超过零度，以使大部分冷凝负载脱离。然后可以从空气流中分离出来。参考图7和8，更详细地描述用于热交换器中干燥空气的系统。
任选地，如果提供一定条件下，例如天然气在系统入口低于一定的阈值（或环境气温低于一定的阈值），则采用用于减少气流压力的该系统。例如，该系统可以仅用于冬季，在夏季当入口气体温度（以及环境气温）相对高时，该系统可以切换到夏季模式，气体直接膨胀至出口管道压力（省略较低压力和温度的中间状态）。在较高温度下气体直接膨胀至出口管道压力，并且不需要加热，因为它仍然高于下游系统所需的最低温度。或者，该系统可以在所有的温度下操作，并且当温度超过上述一定阈值时可以产生剩余的电力。
图2c示出了图1中的系统的变型。气流120的第一部分131绕过膨胀器102、热交换器108和压缩机104，气流的第二部分124引导至膨胀器102、热交换器108和压缩机104。气流的第一部分131经由减压器133（例如阀或膨胀器），任选地与具有相关联的用于产生电输出的发电机，并在压缩机104的下游被重新导入。在压缩机104系统出口处的气流提供了足够多的余热，以与气体的第一部分131混合产生混合气流，其具有符合下游所需的合适温度。第二部分124直接膨胀至系统出口（目标）的压力，并与由图1中所示的系统处理过的较暖气流混合，以确保所得到的离开系统的气流被充分加热。
图3-6示出了用于减少气流压力的系统的另一方案。对于热交换器，采用鼓风冷却器式热交换器。回流换热器可提供辅助热交换。膨胀涡轮机驱动压缩机。此外，发电机由涡轮机驱动并产生电力用于风扇，该风扇在鼓风冷却器中协助进行热交换。
图3和4示出了用于降低气流压力的系统，该气流具有较低减压压降，例如从系统入口处的44巴(bar)的压力降至系统出口处的38巴。中间压力是例如20?25巴。每巴压降温度大约下降0.45至0.6℃。由于相对低的减压压降，并假设膨胀器具有适当高的压力比（以确保热交换器的气体温度足够低），压缩机需要提供相对较大的压缩，以便使气体恢复至出口管道压力。由于涡轮机的效率有限，单独的涡轮机在这种情况下可能不足以驱动压缩。因此除了膨胀器提供给压缩机的驱动之外，参考图3和4的系统，提供辅助压缩机驱动。
图3示出了用于降低气流120压力的系统100。在这个系统100中，有一个相对低的减压压降。气流的第一部分122绕过膨胀器102和热交换器108，并在压缩机90处重新引入。气流的第二部分124直接送往涡轮膨胀器102和压缩机90。压缩机90是具有叶尖涡轮机的压缩机，并且第一旁路气流部分122通过叶尖涡轮机驱动对该加热的气流第二部分124的压缩。在叶尖涡轮机中，除了由膨胀器102提供给压缩机的驱动，第一旁路气流部分122加速压缩机90叶片，并提供辅助压缩驱动。
回流换热器106能够将膨胀器102上游气体的一些热量传递到热交换器108的下游气体。这可以将热交换器处的气体温度降低到足够低的值，以能够进行有效的热交换。在热交换器108处，环境大气提供热量以预热该中间气体流128。预热的气体送入到压缩机90中并被压缩，并结合该第一旁路气流部分122，以形成在下部出口管道压力下的系统出口气流126。
涡轮机102同时驱动压缩机90以及发电机110。通过发电机110产生的电力用来驱动风扇112，其协助热交换器108。
图4示出了用于降低气流120压力的另一系统200。在这个系统200中，也有相对低的减压压降。两个膨胀器102和202被合并。气流的第一部分222在辅助膨胀器202中直接膨胀至出口管道压力，并被重新引入到压缩机104的下游。气流的第二部分224直接送往涡轮机膨胀器102和压缩机104。辅助膨胀器202给由热泵膨胀器102提供的驱动提供辅助驱动，从而为压缩机104提供足够的驱动。这能够获得足够低的中间压力（并因此在热交换器处获得足够低的气体温度）从而与周围环境空气进行有效的热交换。
在图3和4的系统中，回流换热器106被布置为将热量从膨胀器102上游的进入气流120传递至热交换器108下游和压缩机104上游的中间气流128。回流换热器106的目的是将热交换器的气体温度降低到足够低的值，以使与周围空气或已通过冷却而干燥的环境空气能够进行有效的热交换。
对于回流换热器106，为了提供不同气流部分之间有效地热量转移，不同气流部分之间的温差应当足够大，通常至少5或10℃。结合图3和4的描述，相对低减压压降系统中，进入的气流120和系统出口气流126间的温度差可以相对较小，不足以用于提供热量至入口侧，在这种情况下，可以如图3和4所示并如上所述布置回流换热器，这是适当的。
图5示出了用于降低气流120压力的另一系统300。在这个系统300中有一个相对高的减压压降，例如从系统入口处的33巴到系统出口处的17巴的压降。中间压力是例如9至12巴。大约每压降一巴，温度下降0.45至0.6℃。
回流换热器302能够将压缩机104下游气体的一些热量传递到膨胀器102的上游气体。这能够提供进入膨胀器102的气体的预热。气流120直接送往涡轮机膨胀器102和压缩机104。
压缩机104下游，再循环气流322从出口气流320中分离出来。出口气流320在进入到主出口气流126之前，传递到回流换热器302。再循环气流322被分成旁路管线324和除霜线路326。除霜线路326中的流体被重新引入到热交换器108的上游。由于除霜线路326中的流体相对是暖的，它可以加热热交换器108，并且因此可以避免在热交换器108中结霜。旁路管线324的流体被重新引入到热交换器108的下游以及压缩机104的上游，并且可以用于调节压缩机的负荷。
流量控制器304基于（例如）流体温度感测或者流量感测，控制在旁路管线324和除霜线路326中的流量。流量控制器304可以包括致动阀。
在图5中显示了不同气流的代表性温度。只示出了一条除霜线路326，但是在系统300中可以包括更多的除霜线路。除霜线路326可以在内部和外部热交换器的表面除霜。在图5中，热交换器108（鼓风冷却机）的负载为约1.1MW。图5中的回流换热器302的负载为约1.35MW。
在图5中所示的再循环气流322可以用于所有系统变型。
图6示出了用于降低气流120压力的另一系统400。在这个系统400中，分离器402包括回流换热器302的上游。分离器402将进入到液体流424的气流120和基本干燥的气流422进行分离。液体流424可包括气体和/或固体组分。基本干燥的气流422与系统300中的气流120一样，传递到回流换热器302。致动阀406控制液体流424和气流422的流量。如果有必要，可以提供液流424的加热附加物404，例如通过与加热的压缩机出口气体进行交换，或通过与热流（用合适的限流器）混合。
在图6中显示了不同气流的代表性温度。除霜线路326可以在内部和外部热交换器的表面除霜。只示出了一条除霜线路326，但是在系统400中可以包括更多的除霜线路。在图6中，热交换器108（鼓风冷却机）的负载为约1.1MW。图6中回流换热器302的负载为约1.35MW。
在图6中所示的分离器402可以用于所有系统变型。
如果分离器402是预加热器（其中使用预加热器）的上游，预加热器302如在图6所示的回流换热器302，然后在进入预加热器时流体具有非常低的或没有液体负载（因为液体流已经在分离器中除去），并且是饱和的气体。在预加热器（图6中的回流换热器302）的加热过程中，使气体远离其饱和线，将其干燥，从而减少膨胀器102下游结霜的可能。如果分离器402是预加热器的下游，然后液体在预加热器中蒸发，这意味着在分离器中去除的液体流减少；同样，由膨胀器102中排出的气体将是饱和的，或者在进入膨胀器102时接近其饱和线，因此在膨胀器102的下游会发生更多结霜。因此，优选将分离器402定位在预加热器的上游。
在图5和6的系统中，回流换热器302被布置为将热量从压缩机104下游系统出口气流传递至膨胀器上游进入气流。实质上，这可以将与环境空气热交换获得的一些热量，传递至气流的低温部分，以改变气体条件，从而阻止冷凝特别是冰的形成。在某些情况下，回流换热器302不是必要的，并且可以省略。
在系统的另一中间压力方案中，辅助膨胀器202的特征如参考图4所描述的，回流换热器302的布置如参考图5和6所描述的。
如从上面的布置可以看出，在气体减压站气体的压力发生变化取决于多种因素，并且以上公开的系统适应于不同的压力，并可以如上讨论的配置为将气体的压力有效降低至所需的出口气体压力。
零度以下的膨胀器出口
水蒸汽与冰的升华是一种非平衡过程，因此不会在膨胀器涡轮机中足够快地出现体积或尺寸会引起显著问题的冰晶。冰晶可以形成在涡轮机下游的气体中，并且会堵塞下游设备如热交换器。该系统可以具有用于这种可能性的除霜部件。
液体形成可以发生在涡轮机内，这是通常烃的问题，这里的温度下不会考虑结冰。冷凝会发生在涡轮机轮内，而不是在喷嘴中，因此避免侵蚀。加热膨胀器外壳/机身是必要的。
鼓风冷却器干燥机
可以提供鼓风冷却器（热交换器）的干燥机。图7示出了用于干燥供给热量至热交换器108（鼓风冷却器）的暖空气的系统500。干燥机系统500是基于空气循环设备。
进入的空气流520与热交换器108出来的冷空气流中的再循环流部分522混合（在图7中所示位置1）。这会使进入的空气流520部分冷却降至约0℃，从而导致冷凝物的形成。然后冷凝物在分离器502中分离。所得的干燥空气流524被输送到热交换器108。
通过这种布置，空气中的液体负荷减少，并避免在热交换器108中的有害结冰。如果在该热交换器108中进入空气冷却到低于0℃，由于结霜会造成损失和性能损害，干燥机系统500是特别有利的。
控制器504能够控制再循环流522，例如由风扇转速控制。可以使用控制器进行温度感测以调节风扇速度。
在图7中显示了流体不同部分的代表性温度。
图8示出了替代的干燥机系统600。代替图7中所示位置1的进入空气流520与冷再循环流部分522相混合，热量可以通过在分离器502上游的回流换热器602，在两个流体520、522之间传递。这具有避免稀释冷流522的冷却潜力的优势。此外，如果回流换热器602在再循环流522（不一致）和进入空气流520之间传递，然后进入回流换热器602的冷流522可以包括流出热交换器108的所有冷空气，而不仅仅是流出热交换器108的部分冷空气。回流换热器602不需要循环替代，因此在排出至大气之前，流出热交换器108的所有冷空气的冷潜力都被利用。
可以理解的是，本发明通过上述纯粹举例的方式进行了描述，并且可以在本发明的范围内进行细节的修改。
说明书中公开的每个特征，以及（在适当情况下）权利要求书和附图可以独立地或以任何适当的组合。
权利要求书中出现的附图标记只是为了说明，并且应该对权利要求书的范围没有限制作用
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于降低气体减压系统中气流压力的系统，包括：膨胀器，由第一压力下的气体膨胀至第二压力来驱动；以及压缩机，用于将气体从该第二压力压缩到第三压力，从而使该第三压力低于该第一压力低，并且该第三压力高于该第二压力。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该膨胀器驱动该压缩机，优选直接驱动。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，该膨胀器通过一共用轴驱动该压缩机。
4.根据前述任一权利要求所述的系统，其特征在于，还包括一热交换器，用于加热在第二压力下的该气体。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，该热交换器被布置为与环境空气进行热交换。
6.根据权利要求4或5所述的系统，其特征在于，该热交换器被布置为制冷负载提供冷却。
7.根据权利要求4-6任一项所述的系统，其特征在于，该热交换器被布置为与地面，或水，或环境热源或废热源进行热交换。
8.根据权利要求4-7任一项所述的系统，其特征在于，还包括多个热交换器，每个热交换器由不同的热源提供热量。
9.根据权利要求4-8任一项所述的系统，其特征在于，一次级回路被布置为将热源的热量传递至该热交换器或任一热交换器。
10.根据前述任一权利要求所述的系统，其特征在于，该膨胀器还驱动发电机。
11.根据前述任一权利要求所述的系统，其特征在于，该系统被布置为将一部分气体引导至该膨胀器的入口，并将另一部分气体引导至该压缩机的出口，并且该另一部分气体绕过该膨胀器和该压缩机。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，该另一部分气体驱动另一膨胀器，该另一膨胀器可选地还驱动发电机。
13.根据权利要求1-10任一项所述的系统，其特征在于，该系统被布置为将一部分气体引导至该膨胀器的入口，并将另一部分气体引导至该压缩机，该另一部分气体绕过该膨胀器。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，该另一部分气体驱动该压缩机。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，该另一部分气体通过叶尖涡轮机驱动压缩机。
16.根据权利要求1-10任一项所述的系统，其特征在于，该系统被布置为将一部分气体引导至该膨胀器的入口，并将另一部分气体引导至另一膨胀器的入口。
17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，该另一膨胀器和该膨胀器二者共同驱动该压缩机。
18.根据权利要求16或17所述的系统，其特征在于，该系统被布置为将该另一部分气体从该另一膨胀器出口引导至该压缩机的出口。
19.根据前述任一权利要求所述的系统，其特征在于，还包括回流换热器，用于将热量从一部分气体传递至另一部分气体。
20.当权利要求19从属于权利要求4至18时，根据权利要求19所述的系统，其特征在于，该回流换热器用于将热量从该膨胀器上游的气体传递至该热交换器下游的气体。
21.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，该回流换热器用于将热量从该压缩机下游的气体传递至该膨胀器上游的气体。
22.根据前述任一权利要求所述的系统，其特征在于，该系统被布置为将一部分气体从该压缩机出口引导至该热交换器的入口。
23.根据权利要求22所述的系统，其特征在于，该系统被布置为将一部分气体从该压缩机出口引导至该压缩机的入口。
24.根据前述任一项权利要求所述的系统，其特征在于，还包括可密封容器，该可密封容器包含系统旋转部件。
25.根据权利要求24所述的系统，其特征在于，该系统旋转部件包括该膨胀器的输出驱动轴和该压缩机的输入驱动轴，并且优选地，该膨胀器通过该轴或任一共用的轴驱动该压缩机。
26.根据权利要求24或25所述的系统，其特征在于，还包括气浮轴承，用于支承该膨胀器的输出驱动轴和/或该压缩机的输入驱动轴。
27.根据权利要求24或25所述的系统，其特征在于，还包括磁浮轴承，用于支承该膨胀器的输出驱动轴和/或该压缩机的输入驱动轴。
28.根据前述任一权利要求所述的系统，其特征在于，还包括控制器，用于当系统入口气体温度低于预定义的阈值时启动该系统。
29.根据前述任一权利要求所述的系统，其特征在于，该膨胀器包括涡轮机。
30.一种用于降低气体减压系统中气流压力的系统，其特征在于，基本上如本文结合图1-6所述。
31.一种气体减压站，其特征在于，包括根据权利要求1-30任一项所述的系统。
32.一种气体分配网络，其特征在于，包括根据权利要求1-30任一项所述的系统。

Claims (40)

1.一种用于降低气体减压系统中气流压力的系统，包括：膨胀器，由第一压力下的气体膨胀至第二压力来驱动；以及压缩机，用于将气体从该第二压力压缩到第三压力，从而使该第三压力低于该第一压力低，并且该第三压力高于该第二压力。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该膨胀器驱动该压缩机，优选直接驱动。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，该膨胀器通过一共用轴驱动该压缩机。
4.根据前述任一权利要求所述的系统，其特征在于，还包括一热交换器，用于加热在第二压力下的该气体。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，该热交换器被布置为与环境空气进行热交换。
6.根据权利要求4或5所述的系统，其特征在于，该热交换器被布置为制冷负载提供冷却。
7.根据权利要求4-6任一项所述的系统，其特征在于，该热交换器被布置为与地面，或水，或环境热源或废热源进行热交换。
8.根据权利要求4-7任一项所述的系统，其特征在于，还包括多个热交换器，每个热交换器由不同的热源提供热量。
9.根据权利要求4-8任一项所述的系统，其特征在于，一次级回路被布置为将热源的热量传递至该热交换器或任一热交换器。
10.根据前述任一权利要求所述的系统，其特征在于，该膨胀器还驱动发电机。
11.根据前述任一权利要求所述的系统，其特征在于，该系统被布置为将一部分气体引导至该膨胀器的入口，并将另一部分气体引导至该压缩机的出口，并且该另一部分气体绕过该膨胀器和该压缩机。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，该另一部分气体驱动另一膨胀器，该另一膨胀器可选地还驱动发电机。
13.根据权利要求1-10任一项所述的系统，其特征在于，该系统被布置为将一部分气体引导至该膨胀器的入口，并将另一部分气体引导至该压缩机，该另一部分气体绕过该膨胀器。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，该另一部分气体驱动该压缩机。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，该另一部分气体通过叶尖涡轮机驱动压缩机。
16.根据权利要求1-10任一项所述的系统，其特征在于，该系统被布置为将一部分气体引导至该膨胀器的入口，并将另一部分气体引导至另一膨胀器的入口。
17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，该另一膨胀器和该膨胀器二者共同驱动该压缩机。
18.根据权利要求16或17所述的系统，其特征在于，该系统被布置为将该另一部分气体从该另一膨胀器出口引导至该压缩机的出口。
19.根据前述任一权利要求所述的系统，其特征在于，还包括回流换热器，用于将热量从一部分气体传递至另一部分气体。
20.当权利要求19从属于权利要求4至18时，根据权利要求19所述的系统，其特征在于，该回流换热器用于将热量从该膨胀器上游的气体传递至该热交换器下游的气体。
21.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，该回流换热器用于将热量从该压缩机下游的气体传递至该膨胀器上游的气体。
22.根据前述任一权利要求所述的系统，其特征在于，该系统被布置为将一部分气体从该压缩机出口引导至该热交换器的入口。
23.根据权利要求22所述的系统，其特征在于，该系统被布置为将一部分气体从该压缩机出口引导至该压缩机的入口。
24.根据前述任一项权利要求所述的系统，其特征在于，还包括可密封容器，该可密封容器包含系统旋转部件。
25.根据权利要求24所述的系统，其特征在于，该系统旋转部件包括该膨胀器的输出驱动轴和该压缩机的输入驱动轴，并且优选地，该膨胀器通过该轴或任一共用的轴驱动该压缩机。
26.根据权利要求24或25所述的系统，其特征在于，还包括气浮轴承，用于支承该膨胀器的输出驱动轴和/或该压缩机的输入驱动轴。
27.根据权利要求24或25所述的系统，其特征在于，还包括磁浮轴承，用于支承该膨胀器的输出驱动轴和/或该压缩机的输入驱动轴。
28.根据前述任一权利要求所述的系统，其特征在于，还包括控制器，用于当系统入口气体温度低于预定义的阈值时启动该系统。
29.根据权利要求4-9任一项所述的系统，或当权利要求10-28从属于权利要求4时根据权利要求10-28任一项所述的系统，其特征在于，还包括根据权利要求34-40任一项所述的干燥系统。
30.根据前述任一权利要求所述的系统，其特征在于，该膨胀器包括涡轮机。
31.一种用于降低气体减压系统中气流压力的系统，其特征在于，基本上如本文结合图1-6所述。
32.一种气体减压站，其特征在于，包括根据权利要求1-31任一项所述的系统。
33.一种气体分配网络，其特征在于，包括根据权利要求1-31任一项所述的系统。
34.一种用于干燥供给热量至热交换器的气态流体的干燥系统，其特征在于，该干燥系统包括：
液体分离器；
液体分离器下游的热交换器；和
冷却器，用于使用该热交换器下游的冷气体从液体分离器上游的气态流体吸取热量。
35.根据权利要求34所述的干燥系统，其特征在于，该冷却器是回流换热器，用于将热量从液体分离器上游的气态流体传递至热交换器下游的气态流体。
36.根据权利要求34所述的干燥系统，其特征在于，该冷却器是混合器，用于将热交换器下游的一部分气态流体与液体分离器上游的气态流体相混合。
37.根据权利要求36所述的干燥系统，其特征在于，还包括控制器，用于控制从换热器下游输送的一部分气态流体回到液体分离器上游。
38.根据权利要求34至37任一项所述的干燥系统，其特征在于，该气态流体包括在热交换器的入口处与液体平衡并在热交换器的出口处与固体平衡的组分。
39.根据权利要求38所述的干燥系统，其特征在于，该液体是水并且该固体是冰。
40.一种基本上参照图7和8如本文所述的用于气体干燥的干燥系统。
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