CN1060260C - 从容器向泵供应挥发性液体的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

将过冷液化气从容器供给泵以避免泵抽吸时产生气蚀现象的设备和方法。一根供料管将液化气从容器底部供应到泵储槽，该储槽内有构成泵的流动路径部件和泵的吸入口。一根回流管将蒸气和多余的液化气从储槽送回到容器底部。加热机构最好热导入回流管，减少回流管中流体密度从而增加供料管中液化气流量，减少其温升。通过将供料管入口位于较冷液层中远离容器壁，使回流管出口设置在暖液层中靠近容器壁处以保证过冷状态。

Description

从容器向泵供应挥发性液体的方法和设备
本发明涉及及从容器向泵供应挥发性液体的方法和设备，尤其是供应液化气的方法和设备。
液化气通常储存在一个绝热的容器内，根据需要从容器向泵供应该液化气。泵对液化气加压，加到所需的压力，在某些应用场合压力可加到15，000Psig(1．03×108Pa)。泵把液化气压入到输送高压流体的传送管道，通过蒸发器到高压的储藏容器或到使用现场。
所遇到的一个共同问题是，液化气在泵的吸入口闪蒸成蒸气和泵中出现气蚀现象。如果液体作为一种过冷的液体送到泵吸入口，即该液体在现有压力下以充分低于它的饱和温度的温度过冷的，那未就可避免这种闪蒸和气蚀现象。同样地，如果液体作为一种加压的液体送到泵吸入口，即该液体在现有温度下以充分高于它的饱和压力的压力下加压的，那末气蚀现象也可以避免。过冷液体或加压液体这两种术语都可使用，下面将使用过冷液体这个术语。这样此处所使用的过冷这一术语意指将液体冷却到现有压力的饱和温度之下，或者将液体加压到现有温度的饱和压力之上。当液体上方的压力小于液体现有温度下的饱和压力时将记作定量地过冷。
现有技术企图用几个装置使从容器送到泵吸入口的液体达到过冷，以避免泵中产生气蚀现象。必须供给充分的过冷以补偿从容器到泵的管线中的热漏和压力损失。一个装置允许在容器中由于液化气蒸发产生的压力上升到该容器的最大工作压力，典型地为220Psig(1．5×106Pa)。通过使用蒸发器或者进入容器的自然热漏，可使液化气蒸发和总压力上升。另一个装置是使容器的底部提升到该泵的吸入口上方12英尺(4米)或更高。但是在许多设备中，当液体下降到容器中的仍是相当明显的液面时，泵已经不能操作，这是因为液面和容器压力组合的结果已变得不适宜向泵的吸入口提供充分过冷的液体。在某些设备中当液体下降不多于容器容积的三分之二时泵就不能作用。
由于热漏而进入到容器中的热量使该容器内的物料渐渐热起来。在容器几天没有工作之后，因为在容器中的液体变得太热，往往不能将泵开动起来。在该容器中的压力可能已达到最大允许压力。于是便可从容器中释放蒸气，以允许容器中的一些液体蒸发而冷却容器中所剩下的液体，并再建立在液体上方的压力。通过这种做法会产生有价值的液化气的损失，当然这是不希望的。
法国专利-A-2506400号公开一种用以从一个容器将过冷液化气供应到一个泵以便避免在泵送过程中发生气蚀的设备，该设备包括：一个用以盛装液化气的容器和一个具有构成液化气流动通路的部件的泵。在此已知的设备中，在该容器的上部部分和一个将该容器的下部部分连接到该泵的管子之间连接以一个浮阀。通过该浮阀可在该浮阀壳体内产生一种液体和蒸气之间的平衡状态。
本发明的目的是提供一种从容器向泵供应挥发性液体的方法和设备，更具体地说本发明的目的是将增加过冷程度的液化气从一个容器供应到一个泵储槽以避免在泵中产生闪蒸和气蚀现象的设备和方法。
本发明所提供的一种将增加过冷程度的液化气从容器供应给泵以避免在泵吸入时产生气蚀现象的设备，该设备包括：
(a)一个用以盛装液化气的容器；
(b)一个具有构成液化气流动通路的部件的泵；
(c)一个用以再循环液化气并冷却该泵部件的储槽，该泵或泵的部分放置在该储槽之中；
(d)一个用以将液化气从接近该容器的底部处供应到该泵和该储槽的供料管；
(e)一个用以将蒸气和多余的液化气从该泵和该储槽送回到该容器的回流管；
(f)该回流管在接近该容器的底部处进入该容器中；
(g)用以加热的加热机构，因此可减少从该泵和该储槽回来的蒸气和多余液化气的密度，从而增加从接近该容器的底部处流到该泵和该储槽的液化气流的流速。
在另一个实施方案中，本发明所提供的一种将增加过冷程度的液化气从容器供应给泵以避免在泵吸入时产生气蚀现象的设备，所述设备包括：
(a)一个用以盛装液化气的容器；
(b)一个具有构成液化气流动通路的部件的泵；
(c)一个用以再循环液化气并冷却所述泵部件的储槽，所述泵或泵的部分放置在所述储槽之中；
(d)一个用以将液化气从接近所述容器的底部处供应到所述泵和所述储槽的供料管；
(e)一个用以将蒸气和多余的液化气从所述泵和所述储槽送回到所述容器的回流管；
(f)所述回流管在接近所述容器的底部处进入所述容器中；
(g)一个位于远离所述容器的一个壁并在液化气的一个较冷层中的供料管入口；
(h)一个位于接近所述容器的一个壁并在比所述入口处的液化气的一个较暖层中的回流管出口。
本发明的另一个方面，其提供一种从容器中给泵供应增加过冷程度的液化气以避免在泵吸入时产生气蚀现象的方法，所述方法的步骤包括：
(a)在一个容器中装入液化气；
(b)提供一个带有构成液化气流动路径的部件的泵；
(c)提供一个用以将液化气再循环和冷却所述泵的部件的储槽；
(d)将液化气从所述容器接近底部处供应到所述泵和所述储槽；
(e)在所述储槽中再循环液化气并冷却所述泵部件；
(f)将蒸气和多余的液化气从所述泵和所述储槽回流到所述容器；
(g)在接近所述容器的底部处将步骤(f)中的所述蒸气和多余的液化气回流到所述容器中；
(h)加热从所述泵和储槽回来的蒸气和多余的液化气，从而减少其密度，以增加从所述容器接近底部处到所述泵和所述储槽的液化气流的流速。
在本发明的另一个实施方案中，方法还包括使(d)步中的入口位于液体的较冷层中远离容器的壁，和使(f)步中的放料口位于液体的较暖层中最接近容器的壁。
本发明的一个特征是，在该容器和该泵之间的液体再循环是在从该供料管到该泵储槽中的流体和从该回流管到该容器中的流体之间的密度差所诱导而产生的。
本发明的一个特征是，通过减少进入到该供料管的热漏的热量到最小程度但允许热漏进入到该回流管而增大在从该供料管到该泵储槽的流体和从该回流管到该容器的流体之间的密度差。
本发明的一个特征是，通过提供一个低的流动阻力的流动回路而增大在该容器和该泵之间液体再循环的速率。
本发明的另一个特征是，获得再循环的充分流速以减小由于在该泵储槽到该供料管中的热漏所引起的温度上升，以便避免在泵中发生气蚀现象。
本发明的另一个特征是，该供料管入口和该回流管出口定位在该容器中，以利用在容器中液化气的自然的温度分层现象，以便使液体入口达到过冷。
本发明的一个优点是，为避免发生泵气蚀现象要求减少该容器高于该泵储槽的高度。
本发明的另一个优点是，为避免发生泵气蚀现象要求减少该容器内的压力。
本发明的另一个优点是，当液面接近容器底部时仍可以进行抽吸而不发生气蚀现象。
本发明还有一个优点是，经过较长时间停车后仍可以启动该泵进行工作。
图1是本发明单张的附图，该图为本发明实施方案的示意图，部分以剖面表示，
如图1所示，液化气从储藏容器10中抽出，在泵12中加压，排放到传送管14，然后送到使用地点或分配站。该容器10中盛装液化气和由其蒸发所产生的蒸气，并且典型地有外壳16，在容器和外壳之间有空间18以进行绝热。通常，该空间装有绝热材料，并抽出空气以获得高度绝热的特性。从外壳16的底部伸出一个下部延长部分20，该部分一般也装有绝热材料并抽出空气。另一种是，外壳延长部分20可以包含一双层壁的圆筒，在双层壁之间的空间抽成真空。
在接近容器10内部的底部有供料管22的入口21，该供料管22向下伸展并穿过围绕容器10的绝热空间18，然后向下进入到外壳延长部分20中。在延长部分20内的供料管22的下端有一回路24，其高度最好不超过管直径的三倍。该供料管22大致垂直于外壳延长部分20的方向上朝外延伸，最好带有向上倾斜，并且最好至少部分管路上有真空绝热23。在管道外装上套管，并把中间的气本抽空就可得到真空绝热。
在该外壳延长部分20的外边，该供料管22包括供料管阀26和供料管接头28，一般组成一单元，可以与供料管的下游部分拆开以当需要时有利于泵12的修理。供料管阀26和供料管接头28最好没有真空绝热，以有利于打开供料管接头并把供料管在接头和泵之间的这一节拆下。这样阀26可以是闸阀，闸阀一般不以真空绝热阀销售，其流动阻力比球阀低，球阀一般以真空绝热销售，倒是，该供料管阀26和供料管接头28最好设置成非真空绝热，在泵需要修理时可以很容易地拆除。
接头28的下游有真空绝热配件30，该配件30是管道32的一个真空绝热柔性段部的上游端。该配件30最好有个弯件，其角度约在30度到90度之间，柔性管道32的下游端有一个卡口式连接延长部分34，该延长部分34插入到在真空绝热储槽36中的相配合的腔穴里以形成连接部38。众所周知，卡口式连接38是用来连接真空绝热管与另一个真空绝热管或者其他真空绝热部件，上游配件30有充分的弯曲度，且柔性管道32的段部有充分的长度，从而在解开卡口式连接38和接头28的连接之后，柔性管道32的段部可以稍微弯曲以避免由接头28的下游部分和接头28的上游部分的干扰现象。然后卡口式连接延长部分34可以从槽36中抽出而不会干扰设备的其他部分。这样柔性管道的段部可以比较短，因而减少它的流动阻力和热漏，例如，对于柔性管道的段部和 1英寸(3．81厘米)公称管径的储槽入口来说，该柔性管道的段部不需长于10英寸(0．25米)。
当容器10盛装有液化气和关闭阀26或阀44使供料管22中的液体循环停止时，热漏使外壳延长部分20外面的供料管22中的液化气蒸发，产生的蒸气拥塞供料管22到回路24，在那里蒸气顶住容器10的液化气流过回路24。这样就防止液化气连续循环到外壳延长部分20的外周，在那里液化气将受热，热漏的热量使其蒸发。回路也给供料管提供伸缩性以便容纳因热而造成的力和残剩的力。
泵12用来加压和抽吸液化气，该泵在储槽36内有吸入阀40和其他流动路径元件。液化气从供料管22供应到储槽36，并通过储槽再循环，借此冷却泵的流动路径元件并为泵吸入阀40提供液化气。
一条从储槽36引出的回流管42，其最好向上的倾斜，该回流管42经过回流管阀44然后进入到外壳延长部分20。在外壳延长部分的外面，至少部分回流管是不绝热的，以便从周围环境热漏使回流管中的流体变暖并减小其密度。当然也可应用其他通用的机构来加热回流管。在外壳延长部分20内，回流管42向上进入到容器10的内部，通过位于接近容器10底部的出口46排料。在供料管22中从供料管入口21到泵吸入阀40这段高度之间存在的密度差和在回流管42中从回流管出口46到泵吸入阀40之间的密度差产生0．01-0．03Psig(69到207 Pa)的诱导流动的压差。
在外壳延长部分20内，从回流管42向上引出一条蒸气管48，它在外壳延长部分20的外面构成回路并包括阀50，然后通到容器10接近顶部处。另一种方法是可将蒸气管48位于外壳延长部分20之外。在进入的蒸气管48的下游，回流管42有一回路52，其高度最好不超过管直径的三倍。在回流管中的回路52同供料管中回路42具有相同的作用。当由阀门44和50，或50和26将回流管42关闭时，因回路52的上游热漏所产生的蒸气阻止液化气向下流过回路52。回路52也为回流管提供伸缩性，从而减轻因热而造成的力和残剩的力。此外，当容器10盛装有液化气和回流管42及蒸气管48打开时，即没有为各自的阀所关闭，液化气还阻止蒸气向下流入回路52，从而促使蒸气向上流入蒸气管48。这样在正常操作中回路52的作用是使蒸气与液体分离。
从泵出口54引出包括有止回阀56的传送管14。从泵的出口54开始，或者从位于泵出口54和止回阀56之间传送管14中某个位置开始，引出包括有无负荷管阀60的无负荷管58。无负荷管58在储槽36和回流管阀44之间的某个位置排料到回流管42中。从无负荷管58排料是通过一机构62，该机构诱导流体流动进入到回流管42中。该机构是通常可采购到的任意编号的喷射泵或流量诱导器，其作用是应用另一种流体的流动能量来诱导一种流体的流动。一般将无负荷阀60打开启动泵12，从而允许泵抽的流体进入到回流管42中，并帮助诱导流动液体流入回流管42，该流动依次又诱导在供料管22中的流动。
由于从周围环境的热漏使容器10中静止的液化气产生温度和密度的分层。在例如直径为2英尺(0．61米)和高度为7英尺(2．1米)的普通的圆筒形储藏容器中，那末所装的液化气温度一般在顶部要比底部高出11°K，而在壁处的要比中心高处4°K。所以从过冷的角度来说，容器中在底部中心的液体要比在容器顶部和容器壁处的液体过冷得多。为避免在泵中发生闪蒸和气蚀现象，充分利用在容器中液体的自然分层现象以向泵供应过冷的液体，也就是说供应过冷程度最大的液体到泵中。使供料管入口21定位于远离容器壁64且接近容器10的底部以从容器中的冷层中抽出液体。将回流管出口46定位于接近容器的壁64，以把回流的较暖的流体排放到容器的暖层中。在入口和出口之间设置以隔板66以协助维持自然分层。另一种结构是在入口处放一隔板而在出口处也放一隔板。
抬高容器10以供料管入口只高于泵吸入口40约7英尺(2．1米)，而现有技术的设备则典型地要求更大的高度，约为两倍。在本发明中，在泵不工作时容器中液化气蒸发所产生的压力只有20Psig(137，800Pa)，通过储槽产生的液化气循环速率在每分钟为0．5到3加仑(3．2至19×10-5米3／秒)范围内。进入到供料管中热漏的热量基本上与循环速率无关。因此具有此所获得的循环速率，在供料管到泵路径中流体的温升相对是很小的。小的温升和供料管中低的压力降有利于液化气到达泵时充分过冷，以便避免开始操作后泵中出现闪蒸或气蚀现象。
本发明装置的几个特征用来产生使液化气循环，和输送到泵中，使泵在开始操作时，避免在泵中产生闪蒸和气蚀现象。一个特征是供料管和回流管的流动阻力小。另一个特征是供料管入口的位置远离容器壁，并放置在容器中液体的冷层内。另一个是通过将回流管出口定位于近壁处和设置以隔板，以便维持在容器中液体内的自然分层现象。另一个是通过对供料管有效地绝热，最好是真空绝热以达到较低的热漏进入到供料管中。另一个是供料管本身很短从而减少表面热漏。还有一个是通过回流管的非真空绝热部分而获得的在回流管中流体变暖和流体密度减小。这样由供料管中较高密度的流体在从管入口到泵吸入口的高度上所产生的静态液压头，要显著地大于在回流管中较低密度流体在管出口到泵吸入口的高度上所产生的压头。在流动回路的这两部分之间产生的压力差足以诱导上述的循环流速，并使输送到泵的液体温升较小。所获得的过冷适合泵的启动，既使在容器中的液面接近供料管入口和回流管出口时也能操作。

Claims (19)

1．一种将过冷液化气从容器供应给泵以避免在泵吸入时产生气蚀现象的设备，所述设备包括：
(a)一个用以盛装液化气的容器(10)；
(b)一个具有构成液化气流动通路的部件的泵(12)；
(c)一个用以再循环液化气并冷却所述泵部件的储槽(36)，所述泵(12)或泵的部分放置在所述储槽(36)之中；
(d)一个用以将液化气从接近所述容器(10)的底部处供应到所述泵(12)和所述储槽(36)的供料管(22)；
(e)一个用以将蒸气和多余的液化气从所述泵和所述储槽送回到所述容器的回流管(42)；
其特征在于，
(f)所述回流管(42)在接近所述容器(10)的底部处进入所述容器(10)中；
(g)用以加热的加热机构，因此可减少从所述泵和所述储槽回来的蒸气和多余液化气的密度，从而增加从接近所述容器(10)的底部处流到所述泵和所述储槽的液化气流的流速。
2．如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述加热机构包括裸露着的至少一部分回流管(42)，以便通过在大气中的自然对流进行加热。
3．如权利要求1所述的设备，其特征在于，其还包括一个从接近所述容器(10)的顶部处出来并从上面进入到所述回流管(42)中的蒸气管(48)。
4．如权利要求3所述的设备，其特征在于，其还进一步包括一个在所述回流管(42)中所述蒸气管(48)进入点的下游的回路(52)，从而当所述容器(10)含有液化气和所述回流管(42)和所述蒸气管(48)未关闭时，在所述回路中液化气阻止蒸气流向下，这样有利于蒸气向上流入所述蒸气管，且当所述回流管和所述蒸气管关闭时，所述回路的反方向蒸气向上流动阻止液化气通过所述回路流向下。
5．如权利要求1所述的设备，其特征在于，其还包括一个在所述供料管(22)中的回路(24)，从而当所述容器(10)中含有液化气和所述供料管(22)关闭时，所述回路中的反方向的蒸气向上流动阻止液化气通过所述回路流向下。
6．如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述供料管(22)和所述回流管(42)至少是部分地绝热的。
7．如权利要求1所述的设备，其特征在于，其还包括一个泵排出口(54)，一根从所述泵排出口通到所述储槽(36)下游的所述回流管(42)的无负荷导管(58)，和一个在所述无负荷管中的无负荷管阀(60)。
8．如权利要求7所述的设备，其特征在于，其还包括装用以通过利用从所述无负荷管(58)进入的液化气的流动诱导所述回流管(42)中的液化气的流动。
9．如权利要求1所述的设备，其特征在于，其还包括一个位于液化气的一个较冷层中远离所述容器(10)的一个壁(64)的供料管入口(21)，和一个位于比所述入口(21)处液化气的一个较暖层中接近所述容器的一个壁的回流管出口(46)。
10．如权利要求9所述的设备，其特征在于，其还包括在所述入口和所述出口之间的隔板(66)，以便维持和促进所述容器(10)中液化气的分层现象。
11．如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述供料管(22)包括一个真空绝热的柔性管(32)的段部，所述段部的上游端有一个带有弯件的配件(30)，所述配件与一个接头(28)相连，所述接头与一个阀(26)相连，所述段部的下游端与所述储槽有连接部，所述连接部有一个延长部件插入到所述储槽中，所述配件充分弯曲，而所述段部有足够的长度，从而松开所述上游的接头和下游的连接部后，所述段部可以弯曲，而所述延长部件可从所述储槽抽出而不会影响所述设备的其他部件。
12．如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述阀(26)是闸阀，所述阀(26)和所述接头(28)用非真空绝热法进行绝热。
13．一种将过冷液化气从容器供应给泵以避免在泵吸入时产生气蚀现象的设备，所述设备包括：
(a)一个用以盛装液化气的容器(10)；
(b)一个具有构成液化气流动通路的部件的泵(12)；
(c)一个用以再循环液化气并冷却所述泵部件的储槽(36)，所述泵(12)或泵的部分放置在所述储槽(36)之中；
(d)一个用以将液化气从接近所述容器(10)的底部处供应到所述泵(12)和所述储槽(36)的供料管(22)；
(e)一个用以将蒸气和多余的液化气从所述泵和所述储槽送回到所述容器的回流管(42)；
其特征在于，
(f)所述回流管(42)在接近所述容器(10)的底部处进入所述容器(10)中；
(g)一个位于远离所述容器(10)的一个壁(64)并在液化气的一个较冷层中的供料管入口(21)；
(h)一个位于接近所述容器(10)的一个壁(64)并在比所述入口(21)处的液化气的一个较暖层中的回流管出口(46)。
14．如权利要求13所述的设备，其特征在于，其进一步还包括在所述入口(21)和所述出口(46)之间的隔板(66)，以便维持和促进所述容器(10)中液化气的分层现象。
15．如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述加热机构包括裸露着的至少部分回流管，以便通过在大气中的自然对流进行加热。
16．一种从容器中给泵供应过冷液化气以避免在泵吸入时产生气蚀现象的方法，所述方法的步骤包括：
(a)在一个容器(10)中装入液化气；
(b)提供一个带有构成液化气流动路径的部件的泵(12)；
(c)提供一个用以将液化气再循环和冷却所述泵的部件的储槽(36)；
(d)将液化气从所述容器接近底部处供应到所述泵和所述储槽；
(e)在所述储槽中再循环液化气并冷却所述泵部件；
(f)将蒸气和多余的液化气从所述泵和所述储槽回流到所述容器；
其特征在于，
(g)在接近所述容器的底部处将步骤(f)中的所述蒸气和多余的液化气回流到所述容器(10)中；
(h)加热从所述泵和储槽回来的蒸气和多余的液化气，从而减少其密度，以增加从所述容器接近底部处到所述泵和所述储槽的液化气流的流速。
17．如权利要求16所述的方法，其特征在于，进一步还包括将步骤(d)中所用的所述入口(21)定位于远离所述容器(10)的一个壁(64)处并在液化气的较冷层中，和将步骤(f)中所用的出口(64)定位于接近所述容器(10)的一个壁并在液化气的较暖层中。
18．如权利要求17所述的方法，其特征在于，其步骤还包括减少流动摩擦损失加上步骤(d)中的热漏，以便在进行泵操作中仍使所述泵槽液体充分过冷，所述过冷由容器(10)中液体上方的压力、加上在所述容器中的所述液位压头、加上在步骤(d)和步骤(f)中液流之间的差压头提供，加上通过在远离所述容器的一个壁(64)处为步骤(d)提供所述入口(21)和在接近所述容器的一个壁处为步骤(f)提供所述出口(64)所达到的过冷。
19．如权利要求16所述的方法，其特征在于，其步骤还进包括从所述泵和所述储槽液化气流中分离出蒸气，并将所述蒸气导入到接近容器顶部处。
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