CN105556229A - 加压产品流输送 - Google Patents

Abstract

一种用于输送来自空气分离设备的加压产品流的方法和输送系统，在所述方法和系统中，液体流被泵以低温温度泵送并且随后在流动网络的热交换器中被加热从而产生加压产品流。流动网络设计为控制加压产品流的流量并且设计为将加压产品流的压力保持为恒定的设计压力。设计压力通过感应加压产品流的压力以及改变驱动泵的马达的速度从而将压力保持在设计压力的方式而保持。

Description

加压产品流输送

技术领域

本发明涉及一种用于输送来自空气分离设备的加压产品流的方法及系统，在所述方法及系统中，富含由空气分离设备通过低温蒸馏而分离出的空气的组分的液体流被泵送并且之后被空气分离设备的热交换器加热。更具体而言，本发明涉及这种方法及系统：在所述方法及系统中，液体流由被变速驱动器调节的变速马达泵送，加压产品流的流量被控制为将流量保持为处于设定点，并且通过感测已经泵送之后的液体流的压力以及然后利用变速驱动器控制泵的速度从而将所述压力保持在设计压力来控制加压产品流的压力。

背景技术

通过低温精馏在空气分离设备中进行空气分离以产生富含空气的组分的产品。在这样的分离过程中，空气被压缩并且被除去较高沸点的杂质，例如水蒸汽、二氧化碳以及碳氢化合物。此后，空气被冷却至适于在蒸馏塔系统中进行其精馏的温度，所述蒸馏塔系统通常具有高压塔和低压塔，所述高压塔和低压塔分别以较高压力范围和较低压力范围工作。进来的被压缩和被净化的空气在已经冷却之后被引入高压塔以使氮从空气中分离并从而产生富氮的塔顶产物以及已知为粗制（crude）液态氧或釜液的塔底产物。塔底产物的流随后被引入到低压塔内以进行进一步提纯从而成为富氧液态塔底产物以及另一种富氮蒸汽塔顶产物。这些蒸馏塔能够通过利用与低压塔的富氧液态塔底产物发生间接热传递来冷凝高压塔的富氮蒸汽塔顶产物而以热传递关系以可操作的方式相关联。所得到的冷凝液态氮能够用来对高压塔和低压塔二者进行回流（reflux）。

由富氧液体和富氮液体以及蒸汽组成的流可以用于冷却进入的被压缩且被净化的空气并且随后可以作为产品被从设备中取出。在需要处于高压下的产品通常是氧但也可能是氮的情况下，液体流可以在液体流还处于低温温度的同时被泵送，之后液体流被加热以用于产生具有压力的流。这种加热能够发生在具有一体式热交换器（能够在所有工艺压力下处理流）或者可替代地结合具有高压热交换器和低压热交换器的热交换器装置中，在结合具有高压热交换器和低压热交换器的情况下，工艺热交换器任务被划分成使得一些热交换器仅处理较低压力流，因而可以降低成本。相对于增压空气流，一体式热交换器或者高压力热交换器用来加热加压液体流。根据加压程度，得到的产品流可以是超临界流体或蒸汽。可以理解的是，所得到的加压产品的压力需要保持在待供送入管道或交付给消费者的特定设计压力。该需求被如下事实复杂化，即，空气分离设备自身会通常被设计为既在正常操作状况下又在减产（turndown）操作状况下操作，其中，在正常操作状况下，加压产品以预定流速（flowrate）输送，在减产操作状况期间，加压产品以更小的流速输送。这种操作在有周期性消费者需求的情况下特别有用。然而，加压产品流在正常操作状况和减产操作状况下均必须被以设计压力输送或者高于设计压力输送。

由于泵以实际上并不改变的特定速度操作，所以在与加压产品输送相关的现有技术控制系统中，压力受位于热交换器和泵之间的阀的控制，从泵输送的流量在固定速度和排放压力处从泵性能曲线得到。当该流量大于基于流量控制所需要的流量时，尤其是像在减产期间或者在消费者对加压产品的需求降低期间，从泵输送的流量会超过离开空气分离设备的流量并且压力控制阀上游的压力会增加。在泵两端所得到的压力差不会与泵的可靠且安全的操作相一致。为了对此进行平衡，压力传感器感测泵的出口和入口之间的压力，并且当压力差达到设定点时，再循环阀打开以允许一些被泵送的液体流再循环回到蒸馏塔，在氧产品的情况下通常是低压塔。如所了解的，并没有特别的节能系统，原因在于泵向再循环液体增加了热函。为了对此进行补偿，必须产生更多的设备制冷。这又会导致设备的功率消耗增加并且会引起运行成本增加。另外，由于泵的输出压力可以是1500psig这么高并且蒸馏塔以大约20psig操作，因而再循环阀上的应力很严重并且代表设备中的失效点。而且，用来控制泵下游的压力的阀是昂贵的低温阀，其增加了设备的制造成本。

如下文所讨论的，本发明提供一种用于输送来自空气分离设备的加压产品的方法和系统，所述方法和系统除了其它优点之外还考虑了在设计状况和减产状况二者期间输送系统的操作，而不会再循环所泵送的液体并且也不会使用用来控制压力的昂贵的低温阀。

发明内容

本发明涉及一种输送来自空气分离设备的加压产品流的方法。根据本发明，在液体流处于低温温度的同时将所述液体流泵送至设计压力。所述液体流富含空气的组分并且通过在所述空气分离设备内进行低温蒸馏而产生。通过由变速马达驱动的泵泵送所述液体流，所述变速马达具有经变速驱动器调节的速度。在已经被泵送之后，在所述空气分离设备的热交换器内加热所述液体流以产生所述加压产品流。利用位于所述热交换器下游的控制阀来控制所述加压产品流的流速以使得位于所述控制阀上游的所述加压产品流的流速保持在流速设定点，以及当所述流量控制阀不能将所述加压产品流的流量控制为实现所述流量设定点时还通过将位于所述流量控制阀上游的所述加压产品流的一部分排出。在已经被泵送之后测量所述液体流的压力，以及响应于所述压力、利用所述变速驱动器控制所述变速马达的速度并且进而控制所述泵的速度从而将所述压力保持在所述设计压力。

利用变速驱动器来控制压力排除了对昂贵的低温阀的使用，昂贵的低温阀原本在通常操作中插设在泵的下游并且其开度用来控制阀下游的压力。而且，相对于固定速度的泵而言，被泵送液体的相当一致的再循环还可以被排除或者可以显著减小。在这方面，用于产品流的流速设定点可以设定为处于设计操作等级，以及可替代地所述流量设定点可以设定为处于减产操作等级，在所述减产操作等级时流速低于所述设计操作等级的流速并且在所述减产操作等级期间所述空气分离设备以低于所述设计操作等级期间的流速产生液体流。在是固定速度泵的情况下，正在泵送的产品的量保持处于设计操作等级或者高于设计操作等级并且超过基于流量控制器需要输送的流量进行再循环。在本发明中，在减产期间所述泵的速度处于比所述设计操作等级时的速度更低的速度，所述更低的速度不小于所述泵能够泵送所述液体流至最大压力的最小速度，所述最大压力至少比所述设计压力高出3%。该方法还可以被实施为使得在所述减产操作等级期间，在所述泵不能以所述设计压力且同时以所述最小速度稳定地泵送所述液体流的情况下，所述液体流的一部分从所述泵的出口向所述泵的入口再循环以便在较低产品流速时获得所述设计压力。在这方面，在此处和权利要求书中需要理解的是，从泵的出口到泵的入口的再循环不必是直接的再循环路径。例如，可以是间接的，其中液体从泵的出口再循环回到蒸馏塔系统。

在根据本发明的方法中，所述设计压力是超临界压力，所述压力在所述热交换器下游于所述加压产品流内测量。可替代地，所述设计压力低于超临界压力并且所述压力能够在所述热交换器上游、在已经被泵送后、于所述液体流内测量。

本发明还提供一种用于输送来自空气分离设备的加压产品流的输送系统。这样的系统具有流动网络（flownetwork）和控制系统。所述流动网络包括泵以将液体流泵送至设计压力。所述泵位于所述空气分离设备内使得所述液体流在处于低温温度的同时被泵送。所述液体流富含空气的组分并且通过在所述空气分离设备内进行的低温蒸馏而产生。变速马达驱动所述泵，热交换器连接至所述泵并且位于所述空气分离设备内以加热所述液体流从而产生所述加压产品流。流量控制阀位于所述热交换器下游，排放控制阀位于所述流量控制阀上游。流量传感器位于所述流量控制阀上游并且配置成产生与所述流速有关（referableto）的流量信号。控制系统设置有流量控制器，所述流量控制器响应于所述流量信号和所述流速设定点。所述流量控制器配置成产生控制信号以控制所述流量控制阀使得所述流量控制阀上游的所述加压产品流的流速被保持在流速设定点以及当所述流量控制阀不能够控制所述加压产品流的流量以实现所述流速设定点时控制所述排放控制阀以排放所述加压产品流的一部分。另外，还提供了用于在已经被泵送之后测量所述液体流的压力的装置以及用于产生响应于所述压力并且与泵速度有关的速度信号的装置，所述泵速度将保持所述压力在所述设计等级。变速驱动器响应于所述速度信号并且配置成控制所述变速马达的速度并且进而控制所述泵的速度使得所述压力被保持在所述设计压力。

所述流量控制器可以被提供有用于所述流速设定点的输入以便所述流速设定点能够在设计操作等级以及可替代地在减产操作等级之间改变，在所述减产操作等级时流速低于所述设计操作等级的流速并且在所述减产操作等级期间所述空气分离设备以比在所述设计操作等级期间低的流速产生液体流。所述变频驱动器具有最小速度，在所述最小速度时，所述泵能够将所述液体流泵送至最大压力并且响应于速度信号以便在所述减产操作等级期间所述泵以比所述设计操作等级时低但是并不小于所述最小速度的速度操作，所述最大压力至少比所述设计压力高出3%。另外，可以设置在所述泵的出口和所述泵的入口之间连通的再循环路径。而且，该再循环路径可以是直接的或者间接的。再循环路径设置有再循环控制阀，所述再循环控制阀在打开时允许所述液体流的一部分从所述泵的所述出口向所述泵的所述入口再循环。所述再循环控制阀的操作由压差指示器控制器和马达功率指示控制器控制。压差指示器控制器连接到远程致动的再循环阀并且响应于所述泵的所述出口和所述入口之间的压差以及所述压差的压差设定点。所述控制器配置成在所述压差高于所述压差设定点时产生会打开远程致动的再循环阀的压差控制信号。所述压差设定点选择为使得所述再循环控制阀打开以允许所述泵以所述设计压力并且同时以所述最小速度并且以所述减产操作等级的较低产品流速泵送所述液体流。马达功率指示控制器附连至所述变频驱动器并且响应于在所述泵处于最小速度的同时所述马达拖曳（drawn）的功率以及所述泵拖曳的功率的功率设定点。该控制器配置成当所述马达拖曳的功率低于所述功率设定点时产生会打开所述再循环控制阀的功率控制信号。高位选择控制器位于远程致动再循环阀与所述压差指示器控制器和所述马达功率指示控制器之间并且配置成选择所述压差控制信号和所述功率控制信号中较高的值以便控制远程致动再循环阀。

在所述设计压力是超临界压力的情况下，所述压力测量装置可以位于所述热交换器下游的所述流动网络内。可替代地，在所述设计压力低于超临界压力的情况下，所述压力测量装置可以位于在所述泵和所述热交换器之间的所述流动网络内。优选地，所述压力测量装置和速度信号产生装置包括压力传感器和压力控制器，所述压力传感器配置成产生与所述压力有关的压力信号，压力控制器响应于所述压力信号且配置为产生所述速度信号。所述压力控制器具有比所述流量控制器更慢的响应时间，所述变速驱动器响应于所述速度信号使得所述马达的速度以及因此所述泵的速度会响应于所述速度信号而改变，以将所述压力保持在所述设计等级。

在本发明的任意方面（方法和系统）中，富含于产品流中的所述组分可以是氧。

附图说明

虽然本申请通过明确指出了申请人认为是他们的发明的主题的权利要求书作出结论，但是可以相信的是，在联系附图进行理解时，本发明将会得到更好的理解，图中：

图1是用于执行根据本发明的方法的系统的示意图，其中从空气分离设备输送加压液体产品；以及

图2是在不同操作速度下的系统曲线和泵曲线的图形表示的示例。

具体实施方式

参照图1，示出了空气分离设备1的相关部件。空气分离设备1被设计为利用流动网络2产生加压产品流10，其中流动网络2包括有控制加压产品流10的流速的控制系统，并且以恒定的输送压力将产品流作为产品流11输送至管道或一个或更多个使用者。需要注意的是，虽然在下文中参考富氧的流来论述加压产品流10，但本发明还可以等同地应用于富氮的加压产品流。

空气分离设备1包括蒸馏塔系统3，出于示例性目的将所述蒸馏塔系统3设计为根据公知的林德循环（Lindecycle）操作。虽然没有示出，但空气分离设备1将具有诸如用以压缩空气的主空气压缩机之类的压缩设备、用以从空气净化较高沸点污染物的预净化器、以及通常包括板翅设计的硬焊（braised）铝热交换器的平行网络的热交换系统。这样的热交换系统使被压缩且被净化的空气流冷却以产生原料流12，所述原料流12被供送到蒸馏塔系统3内。此外，虽然未示出，通常会通过以下给设备进行制冷：在增压压缩机内对由被压缩且被净化的空气组成的空气流的压力进行增大以及然后使已增压的流在透平膨胀机中膨胀，其工作指标为产生要被供送到蒸馏塔系统3内的排出流。同样也没有示出将围封以低温温度操作的空气分离设备1的元件（例如蒸馏塔系统3）的低温箱。

在所示出的空气分离设备1中，原料流12被引入高压塔14内，高压塔14借助于冷凝器再沸器18而与低压塔16以可操作的方式相关联，出于示例性目的，冷凝器再沸器18被示出为热虹吸式热交换器。高压蒸馏塔14和低压蒸馏塔16含有传质接触元件（masstransfercontactingelements）例如结构化的填料（packing）或者托盘（tray）或者结构化的填料以及托盘二者，所述传质接触元件使上升的蒸汽相（所述上升的蒸汽相变得不断地富含空气的较轻组分，例如氮）接触下降的液相（所述下降的液相变得不断地富含空气的较重组分，例如氧）。在高压塔14内产生富氮蒸汽塔顶产物和也称为釜液的粗制液态富氧塔底产物底部。富氮蒸汽的流20被从高压塔14中移除并且被在冷凝器再沸器18中冷凝以产生两个液态氮回流22和24，两个液态氮回流22和24分别回流到高压塔14和低压塔16。液态氮回流24在过冷单元26中过冷并且随后借助于阀28而压力降低到低压塔16的较低压力。需要理解的是，液态氮回流的一部分可以被取出作为液体产品，另外还可以被泵送用于产生加压产品流10。蒸馏塔的回流促使下降的液相的形成。由粗制液态氧组成的粗制液态氧流30在过冷单元26中被过冷，并且通过阀32将压力下降，随后被引入低压塔16中以用于进一步精炼。在低压塔16中进行的蒸馏产生富氧液态塔底产物，其被冷凝器再沸器18部分地蒸发以开始上升蒸汽相的形成从而产生富含氧的残余富氧液体34。由低压塔16的塔顶产物组成的低压氮流36可以由过冷单元26局部地加温，随后通过与进入的被压缩且被净化的空气进行间接热交换而被充分加温至周围环境。

由富氧液体34组成的液体流38被位于流动回路2内的泵40泵送以产生加压液体流42。加压液体流42随后在流动回路2的热交换器44中被加热以产生加压产品流10。如将讨论的，加压产品流10的流量借助于流量控制阀46和排放控制阀60而被控制在流动回路2中。加压产品流10的压力通过对泵40的控制而进行控制，泵40能以可变的速度操作。根据加压产品流10的所需压力，热交换器44可以呈硬焊铝板翅构造或者可替代地呈用于高压应用的螺旋形绕行的热交换器。

用于控制流动网络2的控制系统具有三个主要目标，即，控制加压产品流10的流量、控制加压产品流10的压力以及防止对流动网络的损坏尤其是防止对流动网络的热交换器44和泵40的损坏。首先介绍流量控制，流量控制阀46和排放控制阀60是马达操作的阀或者是气动阀，因此能够被远程致动。流量控制阀46和排放控制阀60经由电连接线50和58连接至流量控制器52（“FIC”）。流量控制器52响应于与加压产品流10的流量有关的信号，该信号由位于流量控制阀46上游的流量计54感测。流量控制器52设计为将加压产品流的流速保持处于流速设定点56，流速设定点56是至流量控制器52的输入。流速设定点56可以借助于空气分离设备1的软件控制设备操作而在至少两个等级（即，设计操作等级和减产操作等级）之间进行调节。在减产操作等级期间，加压产品流10的流速低于设计操作等级的流速，空气分离设备以比在设计操作等级期间的流速更低的流速产生液体流38并因而产生加压产品流10。然而，在这两种情况下，流速设定点56具有这样的值，所述值设定为保持加压产品流10的产品纯度。通常，它设定为进入空气分离设备1的空气流速的比率。在示出的实施方式中的流速还会受需求影响。这样，随着需求降低，加压产品流的产量会与设定点56的大小一起减小。

除了上述之外，需求的瞬时下降也会影响加压产品流10的流量。例如，通过被引入管道或或直接从设备进入消费者设施，在加压产品流10直接或间接连接至一个或多个使用者的情况下，当对加压产品流11的需求降低时，加压产品流11的流速也会降低。如果流速设定点56没有更新，当需求降低时，流量控制阀46会由于需求降低而产生的背压而越来越必须打开以尝试将流量保持在流速设定点56。然而，当阀敞开时可以到达一个点，并且流速设定点56不会单独通过操纵流量控制阀46而实现。为了对此进行补救，流量控制器52被编程设计为产生电控制信号，所述电控制信号会通过电连接线58被传送至排放控制阀60以打开排放控制阀60。排放控制阀60位于流量控制阀46上游，并且当排放控制阀60打开时会产生包含加压产品流10的一部分的排放流62并从而将加压产品流10的流速保持处于所需的流速设定点56。实践中需要理解的是，产品的排放应该最小化，供给至消费者的管道的压力和/或流量会被监控并用于调节供给至设备的空气，因而流速设定点56设定为使得排放的需求最小化。然而，用于这些变化的时间范围（timeframe）通常比图1所示的控制回路的时间范围更长。

如本领域普通技术人员所理解的那样，流量控制器52优选为可容易获得的数字装置，所述数字装置能够利用比例-积分-微分控制或“PID”，其被设计用以产生输出控制信号，用以调节阀并从而保持流量控制设定点56，所述输出控制信号可以是模拟信号或数字信号。本领域还已知，能够使用模拟流量控制器。流量计54可以类似地是与所使用的具体流量控制器一致的任意数量的容易获得的装置。例如，流量计54可以是孔板型装置，在所述孔板型装置中，通过测量孔两侧的压差而间接获得流量。

在大多数操作中，特别重要的是控制加压产品流10的压力以使得维持设计压力。该设计压力实际上可以是与消费者的气体供应合同中的合同性需求。在任何情况下，借助于通过变频驱动器66改变驱动泵40的马达64的速度，用以保持加压产品流10的设计压力的压力的控制通过改变泵40的速度来实现。马达64是电动马达，例如变速感应马达或者可能是永磁马达。在交流感应马达的通常情况中，变频驱动器66是另一种已知装置，其能够改变马达输入频率以及应用至马达的电力的电压从而根据马达的输出要求改变马达的速度。这样，变频驱动器66还提供一种控制器，其能够响应于信号（模拟的或者数字的）而将该信号或在数字信号的情况下将该信号的值维持在一个值。在涉及空气分离设备1的操作的情况下，提供压力控制器68（“PIC”），压力控制器68优选是上文结合流量控制器56而描述的相同类型的数字装置，但还可以是模拟装置，以产生速度控制信号，所述速度控制信号响应于所测量的压力并且代表设计用于不管流量如何均将压力设定点保持在设计压力的泵速度。如本领域所已知的，压力控制器68可以是一体装置，该一体装置具有压力传感器（pressuretransducer）以感测热交换器44下游的加压产品流10的压力并随后产生控制信号。也可以获得独立的控制器和压力传感器装置。在加压产品流具有超临界压力的情况下，这样在下游感测压力是有利的。然而，在加压产品流是蒸汽的情况下，在热交换器44上游感测压力更有利，原因在于在瞬变期间热交换器44中的相变的存在会减小热交换器下游的压力传送器位置的响应。

压力控制器68产生的速度控制信号与马达54的所需速度有关，并且因而与泵40的速度有关，以维持借助于模拟信号或数字信号70输入至压力控制器68内的压力设定点。该信号进而借助于电连接线72而被传递给变速驱动器66，变速驱动器66被编程以对所述信号作出响应并且响应于该信号而调节马达64的速度并因此调节泵40的速度。例如，在减产操作状况下，如果没有控制动作发生，则加压产品流10的压力会升高。为了调节该压力以保持设计压力，由压力控制器68产生的速度控制信号将与马达64的将降低的速度有关，并且变频驱动器66由此会根据这种控制信号将马达40的速度控制在降低的速度。在从空气分离设备1的减产操作状况至设计操作状况将压力恢复至加压产品流10的设计压力时，相反的情况当然也会发生。在对压力控制器68进行编程的方面，控制信号由整定（tuned）PID回路产生，该整定PID环以压力作为输入，以速度（借助于速度控制信号）为输出。需要注意的是，在上述论述中，流量控制器52将加压产品流10的流速保持在56处输入的流速设定点，并且加压产品流10的压力保持在箭头70处输入的设计压力。然而，这种保持通过流量控制阀46和排放控制阀60以及变速马达64来完成，流量控制阀46和排放控制阀60以及变速马达64不能对从设定点的偏离产生立即的反应。因此，如本领域普通技术人员所理解的，此处以及权利要求书中使用的术语“保持”意味着将值保持在目标范围内。在这点上，存在两个独立的控制变量，即，流速和压力。压力会比流量反应得更迅速。因而，为了防止不稳定的控制系统，优选的是，压力控制器68具有比流量控制器52更慢的响应。更概括地说，优选的是，对压力控制器68的控制的时域（timedomain）是比流量控制器52更慢的数量级。

另一点涉及如下事实，即，在设计操作状况和减产操作状况之间电动马达64的速度调节并非即时的，原因在于空气分离设备1不会即时地降低液体流38的输出。这样，加压产品流10的流量和通过调节马达64的速度而对压力进行的调节二者均将以递增的方式完成。而且，虽然本发明具体应用于被设计为具有可变输出的空气分离设备，但可以理解的是，本发明同样可以应用于为恒定输出所设计的设备的控制，该恒定输出由于随机环境因素的偶然需求而会稍有变化。在这样的设备中，本发明能广泛地应用于对设备进行控制，使得加压产品流以恒定设计压力输送，并且期望设备以恒定流速输送这种产品。

如上所述，还有另外一个控制目的，即，防止损坏；该方面以防止泵40的损坏为中心。该损坏会由于失速（本领域公知的现象）而发生。这些情况下损坏的防止是通过使一部分加压液体流72从泵40的出口73再循环返回到泵40的入口75来完成的。如上所述，此再循环可以是间接的，即，返回到低压塔16并因而通过液体流38返回到泵40。对液体的这种再循环的控制由再循环控制阀74完成，再循环控制阀74或者由压差指示控制器76（“PDIC”）或者马达功率指示控制器78（“JIC”）致动。当泵40两端的压差不适于泵的安全且可靠的操作时，压差指示控制器76致动再循环控制阀74以降低泵40的排放压力。当压差高于为泵40限定的设定点时，压差指示控制器76将产生控制信号以打开再循环控制阀74一定量从而降低压差。该压差可以与马达速度关联，也就是说，激发阀打开的压差会随着泵的速度而增加。如下文所述，压差设定点也可以与产品流量需求相关。除了压差指示控制器76之外，马达功率指示控制器78被示出为附连至变频驱动器66。除了由PDIC控制器提供的保护之外，该控制器能够用于还提供另外的保护。当例如在减产操作状况期间遇到的电动马达拖曳的动力降低到低于预定值并处于最小泵速度表示流量不足并且泵40会由于失速工况而被损坏时，该控制器还用于致动再循环控制阀74。为了在这种情况下增大流量，加压液体流的一部分72进行再循环。马达功率指示控制器78被编程以产生控制信号，其将打开再循环控制阀74从而使足够流速的加压流体的一部分72进行再循环以由此增大通过泵的流量。

需要注意的是，压差指示控制器76和功率指示控制器78两者都是可以从多种渠道获得的已知装置。压差指示控制器76通常具有用以感测压差（即泵40的出口73和入口75之间的压差）的元件、响应于压差设定点（可以是由箭头77标示的输入）以及压差产生至控制阀74的控制信号的控制器。马达功率指示控制器78连接至变频驱动器66并且具有用于感测由马达64拖曳的功率的元件。响应于被拖拽的功率以及作为由箭头79标示的输入的功率设定点，会产生控制信号以控制阀74的开度。由压差指示控制器76和马达功率指示控制器78产生的控制信号分别借助于电导体82和84而传送至高位选择控制器80。高位选择控制器处理来自每个控制器的控制信号并且选择两个控制信号中的较高位控制信号来致动控制阀74。

如上文已经提及的，控制阀74的使用是一种高成本的手段，其在空气分离设备1中产生了失效点。此外，加压液体流的一部分72的再循环是效率低下的。因而，这种再循环应该被最小化。为了使得通过控制阀74的此再循环流量最小化，需要仔细选择泵40的操作特性。参照图2，示出了用于泵40的不同速度下的示例性泵性能曲线（虚线）。而且还示出了表示需要在泵排放时输送的必要压力的系统曲线。需要注意的是，虽然消费者使用点处需要的压力可以是恒定的，但是，考虑到至输送点的管线中的压降，需要由泵输送的扬程（head）增加了流量。对于输送压力高（诸如大于10bara）的系统，此系统曲线趋于随着流量而平坦，原因在于由于系统中的摩擦损失而引起的压降相比供应压力而言较小。如图中所示，在泵性能曲线和系统曲线的交叉点处，在设计操作状况下，获得在设计速度Sd时的设计流量Fd。在系统曲线和在减产操作状况下的最小泵速度Smin的交叉点处，获得在减产时的流量Ftd。S1是在中间速度和流量下的泵速度。需要注意的是，在两个速度Smin和Sd下，泵所带来的扬程实际上是相同的，并且压力输出将处于比加压产品流10的设计压力稍高的压力处以克服由于管道、热交换器44和阀而带来的系统阻力。对于该特定的泵而言，能够被泵以Smin的速度输送的最大扬程将是零流量。可能将泵设计成使得泵操作曲线在大于零的流量时显示最大输送扬程，但这不是推荐的。而且，为了使得系统稳定并且防止再循环，泵40应该选择为使得在Smin的速度下该最大压力至少比加压液体流的设计压力高出3%（如果不更大）。这降低了从泵输送的流量对于上游压力中的波动的灵敏性，该灵敏性会使控制方法不稳定。

变频驱动器66优选编程为使得马达64以及因此使得泵40不会被操作得低于Smin。虽然可能将空气分离设备设计为使得在最大减产状况下空气分离设备1将能够在Smin下以期望流速和压力产生加压产品流，但也可能设备构造将考虑这样的流速，在该流速下，特定的泵不能在Smin下产生期望流速的加压产品流。具体地，在后一种情况下，控制阀46会关闭至需要产生低于设计的流量的程度，但是在Smin下，泵40会输送加压液体流42的流量，其将引起压力升高。为了避免这样，再循环阀74用来通过对该部分加压液体流72进行再循环而保持通过泵的流量、但是降低至热交换器的流量。阀74的开度可以通过下列各项中的一项或者优选两项进行控制。如上文所述，压差指示控制器76编程为具有输入77，该输入77代表由泵40的出口73和入口75之间的这种控制器感测到的压差的压差设定点。当压差高于压差设定点时，由控制器产生的控制信号会打开再循环阀74，以允许加压液体流的部分72在从泵40的出口73返回到低压塔16以及随后到泵40的入口75的再循环路径中进行再循环。加压产品流10的压力会根据需要通过对再循环控制阀74的控制以及对泵40的速度的控制而间接得以控制。在需要的情况下，该压差设定点会高于泵40的失速工况，以允许以设计压力以及以Smin的速度产生加压产品流10的充分低的流速。第二控制装置是使用马达功率指示控制器78，其监测由驱动泵40的马达64拖曳的功率。此控制器会将最小功率设置（powersetting）作为设定点79，使得当马达拖曳的功率达到所述设置时，信号会被发送至再循环控制阀74以打开从而增加通过泵的流量。最佳地，功率和压差控制器均就位并且作用在阀74上的信号会利用高位选择控制器80而被选择为两个信号中的较高位者。需要注意的是，高位选择控制器80是包括数字算法以选择最高位信号的已知装置。还可以使用模拟信号选择器，这样的模拟信号选择器也是本领域中已知的。然而，假设空气分离设备1不被要求始终在需要再循环的情况下输送产品，则最小化再循环的使用。

虽然已经参照优选实施方式对本发明进行了描述，但是本领域普通技术人员可以预见的是，可以在不背离以下权利要求书中阐述的本发明的精神和范围的情况下对上文示出及讨论的实施方式进行许多改变、添加以及省略。

Claims (14)

1.一种输送来自空气分离设备的加压产品流的方法，所述方法包括：

在液体流处于低温温度的同时将所述液体流泵送至设计压力，所述液体流富含空气的组分并且通过在所述空气分离设备内进行的低温蒸馏而产生；

通过由变速马达驱动的泵泵送所述液体流，所述变速马达具有经变速驱动器调节的速度；

在所述空气分离设备的热交换器内加热所述液体流以产生所述加压产品流；

利用位于所述热交换器下游的控制阀来控制所述加压产品流的流速以使得位于所述控制阀上游的所述加压产品流的流速保持在流速设定点，以及当所述流量控制阀不能将所述加压产品流的流量控制为实现所述流速设定点时还通过将位于所述流量控制阀上游的所述加压产品流的一部分排出；

在已经被泵送之后测量所述液体流的压力；以及

响应于所述压力、利用所述变速驱动器控制所述变速马达的速度并且因此控制所述泵的速度从而将所述压力保持在所述设计压力。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述流速设定点设定为处于设计操作等级，以及可替代地，所述流速设定点设定为处于减产操作等级，在所述减产操作等级时流速低于所述设计操作等级的流速并且在所述减产操作等级期间所述空气分离设备以低于所述设计操作等级期间的流速产生液体流；并且

在减产期间所述泵的速度处于比所述设计操作等级时的速度更低的速度，所述更低的速度不小于所述泵能够泵送所述液体流至最大压力的最小速度，所述最大压力至少比所述设计压力高出3%。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述减产操作等级期间，在所述泵不能以所述设计压力且同时以所述最小速度泵送所述液体流的情况下，所述液体流的一部分从所述泵的出口向所述泵的入口再循环以便在较低流速时获得所述设计压力。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述设计压力是超临界压力并且所述压力在所述热交换器下游于所述加压产品流内测量。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述设计压力低于超临界压力并且所述压力在所述热交换器上游、在已经被泵送后、于所述液体流内测量。

6.根据权利要求3所述的方法，其中，所述组分是氧。

7.一种用于输送来自空气分离设备的加压产品流的输送系统，所述输送系统包括：

流动网络，所述流动网络包括：

泵，所述泵将液体流泵送至设计压力，所述泵位于所述空气分离设备内使得所述液体流在处于低温温度的同时被泵送；

所述液体流富含空气的组分并且通过在所述空气分离设备内进行的低温蒸馏而产生；

变速马达，所述变速马达驱动所述泵；

热交换器，所述热交换器连接至所述泵并且位于所述空气分离设备内以加热所述液体流从而产生所述加压产品流；

位于所述热交换器下游的流量控制阀；

位于所述流量控制阀上游的排放控制阀；

流量传感器，所述流量传感器位于所述流量控制阀上游并且配置成产生与所述流速有关的流量信号；

控制系统，所述控制系统包括：

流量控制器，所述流量控制器响应于所述流量信号和所述流速设定点并且配置成产生控制信号以控制所述流量控制阀，使得所述流量控制阀上游的所述加压产品流的流速被保持在流速设定点以及当所述流量控制阀不能够控制所述加压产品流的流量以实现所述流速设定点时控制所述排放控制阀以排放所述加压产品流的一部分；

用于在已经被泵送之后测量所述液体流的压力的装置；

用于产生响应于所述压力并且与泵速度有关的速度信号的装置，所述泵速度将保持所述压力在所述设计等级；以及

变速驱动器，所述变速驱动器响应于所述速度信号并且配置成控制所述变速马达的速度并且进而控制所述泵的速度从而将所述压力保持在所述设计压力。

8.根据权利要求7所述的输送系统，其中：

所述流量控制器具有用于所述流速设定点的输入以便所述流速设定点能够在设计操作等级以及可替代地在减产操作等级之间改变，在所述减产操作等级时所述流速低于所述设计操作等级的流速并且在所述减产操作等级期间所述空气分离设备以比在所述设计操作等级期间低的流速产生液体流；并且

所述变频驱动器具有最小速度，在所述最小速度时，所述泵能够将所述液体流泵送至最大压力并且响应于速度信号以便在所述减产操作等级期间所述泵以比所述设计操作等级时低但是并不小于所述最小速度的速度运行，所述最大压力至少比所述设计压力高出3%。

9.根据权利要求8所述的输送系统，其中：

在所述泵的出口和入口之间连通的再循环路径具有再循环控制阀，所述再循环控制阀在打开时允许所述液体流的一部分从所述泵的所述出口向所述泵的所述入口再循环；

压差指示器控制器响应于所述泵的所述出口和所述入口之间的压差以及所述压差的压差设定点并且配置成在所述压差高于所述压差设定点时产生会打开所述再循环控制阀的压差控制信号；

所述压差设定点选择为使得所述再循环控制阀打开以允许所述泵以所述设计压力并且同时以所述最小速度并且以所述减产操作等级的较低流速泵送所述液体流；

马达功率指示控制器：被附连至所述变频驱动器；响应于在所述泵处于最小速度的同时所述马达拖曳的功率以及所述泵拖曳的功率的功率设定点；并且配置成当所述马达拖曳的功率低于所述功率设定点时产生会打开所述再循环控制阀的功率控制信号；以及

高位选择控制器位于所述再循环控制阀与所述压差指示器控制器和所述马达功率指示控制器之间并且配置成选择所述压差控制信号和所述功率控制信号中较高的值以便控制所述再循环控制阀。

10.根据权利要求9所述的输送系统，其中，所述设计压力是超临界压力并且所述压力测量装置位于所述热交换器下游的所述流动网络内。

11.根据权利要求9所述的输送系统，其中，所述设计压力低于超临界压力并且所述压力测量装置位于在所述泵和所述热交换器之间的所述流动网络内。

12.根据权利要求1所述的输送系统，其中：

所述压力测量装置是配置成产生与所述压力有关的压力信号的压力传感器，所述速度信号产生装置是响应于所述压力信号且配置为产生所述速度信号的压力控制器；

所述压力控制器具有比所述流量控制器更慢的响应时间；以及

所述变速驱动器响应于所述速度信号使得所述马达的速度以及因此所述泵的速度会响应于所述速度信号而改变，以将所述压力保持在所述设计等级。

13.根据权利要求9所述的输送系统，其中：

所述压力测量装置是配置成产生与所述压力有关的压力信号的压力传感器，所述速度信号产生装置是响应于所述压力信号且配置为产生所述速度信号的压力控制器；

所述压力控制器具有比所述流量控制器更慢的响应时间；以及

所述变速驱动器响应于所述速度信号使得所述马达的速度以及因此所述泵的速度会响应于所述速度信号而改变，以将所述压力保持在所述设计等级。

14.根据权利要求9所述的输送系统，其中，所述组分是氧。