CN107110182B - 具有液压能量传输系统的泵保护系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种系统包括包含旋转式等压压力交换器(IPX)的工业系统。该旋转式IPX被配置为接收处于第一压力的第一量的非腐蚀性流体和处于第二压力的第二量的腐蚀性流体。第一压力高于第二压力，且第一量与第二量不同。该旋转式IPX还被配置为在非腐蚀性流体和腐蚀性流体之间交换压力。另外，该旋转式IPX被配置为输出处于第三压力的腐蚀性流体和非腐蚀性流体的第一混合物，并输出处于第四压力的非腐蚀性流体。第三压力大于第四压力。

Description

具有液压能量传输系统的泵保护系统和方法

相关申请的交叉参考

本申请要求在2014年8月29日提交的题为“具有液压能量传输系统的泵保护系统和方法(Systems and Method for Pump Protection with a Hydraulic EnergyTransfer System)”的美国临时专利申请No.62/044,095的优先权和权益，上述申请全文以引用方式并入本文。

背景技术

本章节旨在向读者介绍可能与以下描述和/或要求保护的本发明的各个方面相关的技术的各个方面。这种讨论据信有助于为读者提供背景信息以便于更好地理解本发明的各个方面。因此，应当理解，这些说明将以此阅读，而不是对现有技术的承认。

本文公开的主题涉及旋转设备，更具体地，涉及用旋转流体处理设备处理腐蚀性流体的系统和方法。

泵或其它流体排量系统可用于各种工业系统中以处理或输送腐蚀性流体。在某些情况下，暴露于腐蚀性流体可导致泵的各种维护问题，如材料侵蚀、点蚀、碎裂、剥落、分层等。因此，一些泵可以配备耐腐蚀材料，以帮助减少腐蚀性流体的影响。然而，对泵设计的修改和特殊的耐腐蚀材料的使用可能会增加泵的整体制造和生产成本。此外，尽管对泵设计进行了修改并使用耐腐蚀材料，但暴露于腐蚀性流体的泵可能仍然具有更短的寿命，并且其被完全替换或通过部件替换可能是更换昂贵的。因此，提供在各种工业系统内保护泵免受腐蚀性流体的影响的系统和方法可能是有益的。

附图说明

当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本发明的各种特征、方面和优点，其中相同的字符在所有附图中表示相同的部件，其中：

图1是具有液压能量传输系统的工业系统的实施例的示意图，该系统被配置为保护高压泵免受腐蚀性流体的影响；

图2是图1的液压能量传输系统的实施例的分解透视图，示出旋转式等压压力交换器(IPX)；

图3是在第一操作位置的旋转式IPX的实施例的分解透视图；

图4是在第二操作位置的旋转式IPX的实施例的分解透视图；

图5是在第三操作位置的旋转式IPX的实施例的分解透视图。

图6是在第四操作位置的旋转式IPX的实施例的分解透视图。

图7是具有图1的液压能量传输系统的工业系统的实施例的示意图，其中工业系统混合运动流体与腐蚀性流体；

图8是具有图1的液压能量传输系统的工业系统的实施例的示意图，其中工业系统包括从压力下降源提供的运动流体；以及

图9是具有图1的液压能量传输系统的工业系统的实施例的示意图，其中工业系统包括高压容器。

具体实施方式

下面将描述本发明的一个或多个具体实施例。这些描述的实施例仅仅是本发明的示例。此外，为了提供这些示例性实施例的简明描述，实际实施方案的所有特征可以不在说明书中描述。应当理解，在任何这样的实际实施方案的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须做出许多实施方案特定的决定来实现开发者的具体目标，例如遵守与系统相关的和与业务相关的约束，其可以从一个实施方案到另一个实施方案而变化。此外，应当理解，这样的开发工作可以是复杂和耗时的，但是对于受益于本公开的普通技术人员而言，它们将是设计、制造和加工的常规工作。

当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一(a)”、“一个(an)”、“该(the)”和“所述(said)”旨在表示存在一个或多个元件。术语“包括”，“包含”和“具有”旨在是包容性的，并且意味着可以存在除了所列出的元件之外的附加元件。

如上所述，泵可以用于各种工业系统中以处理或传输腐蚀性流体。例如，可以在工业系统或工艺中使用各种泵来处理腐蚀性流体，例如氨基甲酸铵、尿素、硝酸、硫酸、磷酸铵、磷酸钙、磷酸钠、磷酸、氢氟酸或可以是磨蚀的、纯粹敏感的(sheer sensitive)、粘稠的或以其他方式具有挑战性任何其他腐蚀性流体(例如含有颗粒的流体，如压裂液)。此外，泵可以是被配置为将腐蚀性流体泵送到工业系统内的各种系统的较高压力的高压泵。在某些情况下，将泵暴露于腐蚀性流体可以导致泵的各种维护问题，如材料侵蚀、点蚀、碎裂、剥落、分层等。因此，提供在各种工业系统内保护泵免受腐蚀性流体的影响的系统和方法可以是有益的。

如下面详细讨论的，本文公开的实施例整体涉及可用于各种工业系统中的泵保护系统的系统和方法。泵保护系统可以包括在第一流体和第二流体之间(如在运动流体和腐蚀性流体之间)传输工作和/或压力的液压能量传输系统。液压能量传输系统也可以被描述为液压保护系统、液压缓冲系统或液压隔离系统，因为它阻止或限制腐蚀性流体和各种设备(例如高压泵)之间的接触，同时仍然在运动流体和腐蚀性流体之间交换工作和/或压力。通过阻止或限制各种设备(例如高压泵)和腐蚀性流体之间的接触，液压能量传输系统减少设备上的腐蚀、磨耗和/或磨损，从而增加设备的寿命和性能。此外，液压能量传输系统可以使得系统能够使用较便宜的设备，例如不是设计用于腐蚀性流体的高压泵。

具体地，泵保护系统可以与各种腐蚀性流体一起使用，例如氨基甲酸铵、尿素、硝酸、硫酸、磷酸铵、磷酸钙、磷酸钠、磷酸、氢氟酸或可以是磨蚀性的、纯粹敏感的、粘稠的或以其他方式具有挑战性的任何其他腐蚀性流体(例如含有颗粒的流体，如压裂液)。如本文所用，腐蚀性流体是通过随着时间与组分接触而通过化学过程(例如化学反应)导致组分磨损的流体。此外，泵保护系统可以与各种运动流体(例如非腐蚀性流体)一起使用，如水、回流水、补充水、锅炉至水、循环水、氨、冷凝水等。此外，泵保护系统可以用于各种工业系统中，各种工厂或工艺中，或者在需要泵送或以其他方式移动的腐蚀性流体的任何工业环境中。例如，泵保护系统可以包括在工业系统内，如尿素生产系统、硝酸铵生产系统、尿素硝酸铵(UAN)生产系统、聚酰胺生产系统、聚氨酯生产系统、磷酸生产系统、磷酸盐肥料生产系统、磷酸钙肥料生产系统、炼油系统、抽油系统、装配系统、石油化工系统、药物系统或包括腐蚀性流体(例如磨蚀性的、纯粹敏感的、粘稠或其他具有挑战性的流体等)的任何其它工业系统或系统。

在某些实施例中，液压能量传输系统可以包括液压涡轮增压器、液压压力交换系统或等压压力交换器(IPX)，例如旋转式IPX或往复式IPX。IPX可以包括一个或多个室(例如1至100个)，以便于第一流体和第二流体(例如运动流体和腐蚀性流体)的体积之间的压力传输和压力平衡。在某些实施例中，第一流体和第二流体体积的压力可以不完全相等。因此，在某些实施例中，IPX可以等压地操作，或者IPX可以基本上等压地操作(例如其中压力在彼此的约+/-1、2、3、4、5、6、7、8、9或10％)。在某些实施例中，第一流体(例如压力交换流体、运动流体、清洁流体、非腐蚀性流体等)的第一压力可以大于第二流体(例如腐蚀性流体)的第二压力。例如，第一压力可以在约5,000kPa至25,000kPa、20,000kPa至50,000kPa、40,000kPa至75,000kPa、75,000kPa至100,000kPa之间或高于第二压力。因此，IPX可以用于将压力从较高压力的第一流体(例如压力交换流体、运动流体、清洁流体、非腐蚀性流体等)传输到较低压力的第二流体(例如腐蚀性流体)。具体地，在操作期间，液压能量传输系统可以帮助阻止或限制腐蚀性流体与工业系统(例如泵)内的其他设备之间的接触。通过阻止或限制泵和腐蚀性流体之间的接触，液压能量传输系统减少了各种工业系统内的各种高压泵的腐蚀、磨耗和/或磨损，结果可以增加寿命和/或性能高压泵。

在某些实施例中，液压能量传输系统可以将来自高压的外部运动流体的能量传输到低压的腐蚀性流体，同时保护工业系统内的高压泵不与腐蚀性流体接触。在某些实施例中，液压能量传输系统可另外允许运动流体与腐蚀性流体混合，从而产生可在工业系统内进一步利用的高压混合物，或者可提高工业系统的效率。在某些实施例中，运动流体可以从工业系统的压力降低区域以高压提供至液压能量传输系统。此外，在某些实施例中，工业系统可以包括含有高压运动流体的高压容器，并且液压能量传输系统可被配置为将能量从高压运动流体传输到低压腐蚀性流体，然后注入所得到的高压腐蚀性流体到高压容器中。

图1是具有液压能量传输系统12的工业系统10(例如流体处理系统或泵保护系统)的实施例的示意图。液压能量传输系统12可以被配置为保护高压泵免受腐蚀性流体的影响。具体地，在所示实施例中，液压能量传输系统12(例如液压压力交换系统、液压涡轮增压器或IPX，如旋转式IPX或往复式IPX)可被配置为处理腐蚀性流体，从运动流体传输能量以加压腐蚀性流体。运动流体可以是任何非腐蚀性流体(例如水、回流水、补充水、锅炉给水、再循环水、氨、冷凝水等)，并且可以以高压提供至液压能量传输系统12。如图所示，高压泵14可以被配置为将运动流体从运动流体源16(例如储罐、管道、化学反应器等)泵送到液压能量传输系统12的运动流体区域18。具体地，运动流体可以作为高压运动流体入口流20提供至液压能量传输系统12。此外，在某些实施例中，低压泵22可被配置为从腐蚀性流体源24(例如储罐、管道、化学反应器等)泵送腐蚀性流体到液压能量传输系统12的腐蚀性流体区域26。具体地，腐蚀性流体可以作为低压腐蚀性流体入口流28提供到液压能量传输系统12。在某些实施例中，工业系统10可以不包括低压泵22。例如，在某些实施例中，来自腐蚀性流体源24的腐蚀性流体可处于期望的压力。

在操作中，液压能量传输系统12在运动流体(例如由高压泵14泵送)与腐蚀性流体(例如由低压泵22泵送)之间传输压力。具体地，液压能量传输系统12被配置为接收第一压力的运动流体和第二压力的腐蚀性流体(第二压力小于第一压力)以在运动流体和腐蚀性流体之间交换压力，并输出第三压力的腐蚀性流体和小于第三压力的第四压力的运动流体。例如，低压腐蚀性流体入口28的腐蚀性流体可以在液压能量传输系统12内被加压，并且可以作为高压腐蚀性流体出口流30以高压离开液压能量传输系统12。此外，高压运动流体入口流20的高压运动流体可以在液压能量传输系统12内减压，并且可以作为低压运动流体出口流32离开液压能量传输系统12。以这种方式，液压能量传输系统12阻止或限制高压泵14与腐蚀性流体之间的接触，从而阻止或限制通常由腐蚀性流体引起的高压泵14上的磨损。

在某些实施例中，低压运动流体可以被提供至过滤或分离系统34，其被配置为去除运动流体内的任何残留的腐蚀性流体。例如，过滤或分离系统34可以包括一种或多种不同类型的过滤器，包括筒式过滤器、慢砂过滤器、快速砂过滤器、压力过滤器、袋式过滤器、膜过滤器、颗粒状微介质过滤器、反冲洗过滤器、反冲洗砂过滤器、水力旋流器等。此外，过滤或分离系统34可以包括多个过滤器，包括在过滤或分离系统34内的每种类型的一个或多个过滤器。此外，已过滤的低压流体可以被引导回到运动流体源16。运动流体源16可以在工业系统10的外部或内部。在某些实施例中，可以选择运动流体，使得在与腐蚀性流体直接接触时不与其反应。此外，运动流体源16可以在提供至高压泵14之前使用任何合适的处理技术来加工或制备。例如，在某些实施例中，运动流体源16可以在热交换器中冷却，经由充电系统充电(例如充电)，或者在与高压泵14和液压能量传输系统12一起使用之前通过放电系统放电(例如电放电)。

如上所述，在某些实施例中，液压能量传输系统12可以包括等压压力交换器(IPX)。如本文所用，IPX通常可以定义为以超过约50％、60％、70％、80％、90％或更高的效率在高压入口流和低压入口流之间传输流体压力，而不使用离心技术的装置。在这种情况下，高压是指压力比低压大(例如1.1、1.5、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20或更多倍)。IPX的低压入口流可以被加压并且在高压下(例如压力大于低压入口流的压力)离开IPX，并且高压入口流可以被减压并且在低压下离开IPX压力(例如压力低于高压入口流的压力)。此外，IPX可以与高压流体一起操作，直接施加力以对低压流体加压，其中在流体之间可使用或不使用流体分离器。可以与IPX一起使用的流体分离器的示例包括但不限于活塞、囊体、隔膜等。在某些实施例中，等压压力交换器可以是旋转式装置。如由加利福尼亚州圣莱安德罗的能量回收公司CA(Energy Recovery，Inc.of San Leandro，CA)制造的旋转式等压压力交换器(IPX)40可以没有任何单独的阀，因为有效的阀作用是通过转子相对于端盖的相对运动而在装置内部实现的，如下面关于图2至图6详细描述的。旋转式IPX可以设计成与内部活塞一起操作以隔离流体，并且通过入口流体流的相对较少的混合来传输压力。往复式IPX可以包括在气缸中来回移动的活塞，用于在流体流之间传输压力。在所公开的实施例中可以使用任何IPX或多个IPX，如但不限于旋转式IPX、往复式IPX或它们的任何组合。此外，IPX可以设置在与流体处理系统的其它部件分开的滑车(skid)上，这在将IPX添加到现有流体处理系统的情况下是理想的。

图2是能够以最少的流体混合在第一流体和第二流体(例如运动流体和腐蚀性流体)之间传输压力和/或功的旋转式等压压力交换器40(旋转式IPX)的实施例的分解透视图。旋转式IPX 40可以包括大致圆柱形的主体部分42，其包括套筒44(例如转子套筒)和转子46。旋转式IPX 40还可以包括分别包括歧管52和54的两个端盖48和50。歧管52包括相应的入口端口56和出口端口58，而歧管54包括相应的入口端口60和出口端口62。在操作中，这些入口端口56、60使得第一流体和第二流体能够进入旋转式IPX 40以交换压力，而出口58、62使得第一流体和第二流体能够离开旋转式IPX 40。在操作中，入口端口56可接收高压第一流体(例如运动流体、非腐蚀性流体等)，并且在交换压力之后，出口58可用于将低压第一流体从旋转式IPX 40引出。类似地，入口端口60可以接收低压第二流体(例如腐蚀性流体)，并且出口端口62可以用于将高压第二流体从旋转式IPX 40引出。端盖48和50包括设置在相应的歧管52和54内的相应的端盖64和66，端盖64和66能够与转子46流体密封接触。转子46可以是圆柱形的并设置在套筒44中，这使得转子46能够围绕轴线68旋转。转子46可以具有多个通道70，这些通道70通过在围绕纵向轴线68对称布置的每端处的开口72和74而基本上纵向地延伸穿过转子46。转子46的开口72和74布置成用于与入口孔76和出口孔78以及端盖52和54中的80和82进行液压连通，这是通过使得在旋转期间通道70暴露于高压流体和低压流体的方式来实现的。如图所示，入口孔和出口孔76和78以及80和82可以被设计成弧形或圆形段(例如C形)的形式。

在某些实施例中，使用传感器反馈的控制器可以控制旋转式IPX 40中的第一流体和第二流体之间的混合程度，这可用于改善流体处理系统的可操作性。例如，改变进入旋转式IPX 40的第一流体和第二流体的比例允许设备操作员控制液压能量传输系统12内的流体混合量。在某些实施例中，运动流体的比例可以相对于腐蚀性流体改变，以控制流体处理系统内的混合量，如关于图7进一步描述的。影响混合的旋转式IPX 40的三个特性是：(1)转子通道70的纵横比，(2)第一流体和第二流体之间短时间的暴露，以及(3)产生流体转子通道70内的第一流体和第二流体之间的流体屏障(例如界面)。首先，转子通道70通常是长而窄的，这稳定了旋转式IPX 40内的流动。此外，第一流体和第二流体可以以最小的轴向混合在插塞流动(plug flow)状态下移动通过通道70。第二，在某些实施例中，转子46的速度减少了第一流体和第二流体之间的接触。例如，转子46的速度可以将第一流体和第二流体之间的接触时间减小到小于约0.15秒、0.10秒或0.05秒。第三，转子通道70的一小部分用于第一流体和第二流体之间的压力交换。因此，一定体积的流体作为第一流体和第二流体之间的流体屏障保持在通道70中。所有这些机制可以限制旋转式IPX40内的混合。此外，在某些实施例中，旋转式IPX 40可被设计成与内部活塞一起工作，内部活塞隔离第一流体和第二流体，同时实现压力传输。

图3至图6是旋转式IPX40的实施例的分解图，示出了当通道70旋转整个循环时转子46中的单个通道70的位置的顺序。注意，图3至图6是示出一个通道70的旋转式IPX 40的简化表示，并且通道70被示出为具有圆形横截面形状。在其他实施例中，旋转式IPX 40可以包括具有相同或不同横截面形状(例如圆形、椭圆形、正方形、矩形、多边形等)的多个通道70。因此，图3至图6是用于说明的目的的简化表示，并且旋转式IPX 40的其他实施例可以具有与图3至图6所示的不同的配置。如下面详细描述的那样，旋转式IPX40通过使第一流体和第二流体在转子46内相互短暂地接触，促进第一流体和第二流体(例如运动流体和腐蚀性流体)之间的压力交换。在某些实施例中，以导致第一流体和第二流体的受限混合的速度发生该交换。

如图3所示，通道开口72在第一位置。在第一位置，通道开口72与端板64中的孔78流体连通，因此与歧管52流体连通，而相对的通道开口74与端盖66中的孔82液压连通，并且通过歧管54延伸。如下所述，转子46可以沿箭头84所示的顺时针方向旋转。在操作中，低压第二流体86通过端盖66并进入通道70，在该通道70中，其在动态流体界面90处接触第一流体88。然后，第二流体86将第一流体88通过端盖64驱出通道70，并驱出旋转式IPX40。然而，由于接触持续时间短，所以第二流体86和第一流体88之间存在最少混合。

在图4中，通道70已经顺时针旋转了约90度的弧度。在该位置，出口74不再与端盖66的孔80和82流体连通，并且开口72不再与端盖64的孔76和78流体连通。因此，低压第二流体86临时容纳在通道70内。

在图5中，通道70从图3所示的位置旋转约60度的弧度。开口74现在与端盖66中的孔80流体连通，并且通道70的开口72现在与端盖64的孔76流体连通。在该位置，高压第一流体88进入并对将第二流体86的低压第二流体86驱出流体通道70的低压第二流体86加压，并且通过孔80以用于工业系统10(例如流体处理系统或泵保护系统)。

在图6中，通道70从图3所示的位置旋转了约270度的弧度。在该位置，出口74不再与端盖66的孔80和82流体连通，并且开口72不再与端盖64的孔76和78流体连通。因此，第一流体88不再被加压，并且暂时地容纳在通道70内，直到转子46再旋转90度再次开始循环。

图7是具有图1的液压能量传输系统12的工业系统100(例如流体处理系统或泵保护系统)的实施例的示意图。如下面将要详细描述的那样，工业系统100可将运动流体的一部分与腐蚀性流体的一部分混合以产生运动流体和腐蚀性流体的混合物(例如高压混合物或高压共混物)。例如，具有运动流体与腐蚀性流体的高压混合物或高压共混物可以是有用的，因为这有助于加速工业系统100内的各种方法的反应速率。例如，在尿素生产中，液氨(例如运动流体)可与氨基甲酸铵(如腐蚀性流体)混合，所得混合物可用于尿素生产过程中的其他步骤。

在所示实施例中，工业系统100包括高压泵102，其被配置为对来自运动流体源104的运动流体加压，并且将运动流体作为高压运动流体入口流106提供(例如引导)至液压能量传输系统12。例如，高压运动流体入口流106可以被引导通过液压能量传输系统12的高压入口(例如入口56)。此外，在某些实施例中，低压泵108可以被配置为从腐蚀性流体源110泵送腐蚀性流体，并将腐蚀性流体作为低压腐蚀性流体入口流112提供(例如引导)至液压能量传输系统12。例如，低压腐蚀性流体入口流112可以被引导通过液压能量传输系统12的低压入口(例如入口60)。在某些实施例中，工业系统100可以不包括低压泵108。例如，在某些实施例中，来自腐蚀性流体源110的腐蚀性流体可以已经处于期望的压力。

在操作中，液压能量传输系统12在高压运动流体入口流106和低压腐蚀性流体入口流112之间传输压力。以这种方式，液压能量传输系统12阻止或限制高压泵102和腐蚀性流体之间的接触，从而阻止或限制通常由腐蚀性流体引起的高压泵102上的磨损。具体地，低压腐蚀性流体入口流112的腐蚀性流体可以在液压能量传输系统12内被加压，并且可以在高压下离开液压能量传输系统12，并且高压运动流体的高压运动流体入口流106可以在液压能量传输系统12内减压，并且可以在低压下作为低压运动流体出口流114离开液压能量传输系统12。例如，低压运动流体出口流114可以通过低液压能量传输系统12的压力出口(例如出口58)。

此外，来自低压腐蚀性流体入口流112的腐蚀性流体可以与来自液压能量传输系统12内的高压运动流体入口流106的运动流体混合，并且可以作为高压混合物出口流116离开液压能量传输系统12。例如，高压混合物出口流116可以通过液压能量传输系统的高压出口(例如出口62)离开。具体地，如下面将要详细描述的那样，高压运动流体入口流106和低压腐蚀性流体入口流112的不对称流动(例如不同的量，不同的流速等)可以被液压能量传输系统12用以促进运动流体和腐蚀性流体之间期望的混合量，从而导致运动流体与高压混合物出口流116中的腐蚀性流体的所需比例或比率。此外，高压运动流体入口流106和低压腐蚀性流体入口流112的不对称流动(例如不同的量，不同的流速等)可以由液压能量传输系统12用以使与低压运动流体出口流114一起离开的腐蚀性流体的量最小化或减少，并与高压泵102接触。例如，在某些实施例中，有利的是，具有提供至液压能量传输系统12的比低压腐蚀性流体入口流112更大量的高压运动流体入口流106，以帮助减少与低压运动流体出口流114一起离开的腐蚀性流体的量和/或促进液压能量传输系统12内运动流体与腐蚀性流体的混合。

如上所述，在高压运动流体入口流106和低压腐蚀性流体入口流112处的不对称流量可导致液压能量传输系统12内的运动流体和腐蚀性流体混合。具体来说，运动流体和腐蚀性流体可以在液压能量传输系统12的通道120(例如多个通道70中的通道)内的混合界面118(例如界面90)处彼此接触。在某些实施例中，混合界面118可以是直接接触界面。应当注意，高压运动流体入口流106和低压腐蚀性流体入口流112的不同流动(例如量或单位)可用于实现运动流体和腐蚀性流体之间期望的混合，并且因此实现高压混合物出口流116中的运动流体与腐蚀性流体的期望比例率。例如，运动流体与腐蚀性流体的期望比率可以取决于工业过程或系统或运动流体和腐蚀性流体之间的期望反应速率。

在某些实施例中，液压能量传输系统12可以接收高压运动流体入口流106的第一量(例如第一流)和低压腐蚀性流体入口流112的第二量(例如第二流)，该第二量不同于(例如小于)第一量。例如，为了在混合界面118处实现运动流体和腐蚀性流体的所需的混合量，液压能量传输系统12可以接收x单位的高压运动流体入口流106和y单位的低压腐蚀性流体入口流112，其中x与y的比率为0.1至20、0.2至15、0.3至10、0.4至5或0.5至3。在一些实施例中，x可以比y大至少1.1、1.5、2、3、4、5、6、7、8、9或10倍。在某些实施例中，液压能量传输系统12可以接收20个单位的高压运动流体入口流106和10个单位的低压腐蚀性流体入口流112，以实现在混合界面118处的运动流体和腐蚀性流体的所需混合量。例如，所得到的高压混合物出口流116可以包括约10单位的运动流体和约10单位的腐蚀性流体。此外，高压运动流体入口流106和低压腐蚀性流体入口流112的不对称流动有助于减少低压运动流体出口流114内的腐蚀性流体的量。例如，低压运动流体出口流114可以包括10个单位的运动流体和小于0.5％的腐蚀性流体。在某些实施例中，通过提供高压运动流体入口流106和低压腐蚀性流体入口流112的不对称流动，低压运动流体出口流114可以包括5％、4％、3％、2％、1％、0.75％、0.5％、0.25％、0.1％或更少的腐蚀性流体的百分比(例如体积百分比或重量百分比)。

在某些实施例中，所得到的高压混合物出口流116可另外与运动流体混合以产生高压流体共混物124。例如，高压流体共混物124可用于促进工业系统100内各种过程的反应(例如增加反应速率)。因此，高压流体共混物124可以(例如经由一个或多个阀或泵)被引导至工业系统100的化学反应器125，并且高压流体共混物124可以增加化学反应器125内的反应速率。例如，在一些实施例中，工业系统100可以是尿素生产系统，并且高压流体共混物124可以包含液氨(例如运动流体)和氨基甲酸铵(例如腐蚀性流体)，并且可用于作为尿素生产过程的一部分的化学反应器125内的步骤。应当注意，在一些实施例中，高压混合物出口流116可以被引导至化学反应器125而不与运动流体进一步混合。也就是说，高压混合物出口流116可以已经具有所需的运动流体与腐蚀性流体的比率，以增加化学反应器125内的反应速率。

在某些实施例中，来自高压泵102的高压运动流体的第一部分可以被引导至高压运动流体入口流106，并且来自高压泵102的高压运动流体的第二部分可以与高压混合物出口流116混合以产生高压流体共混物124。在某些实施例中，工业系统100可以包括循环泵或阀(例如控制阀)126，循环泵或阀(例如控制阀)126被配置为将高压运动流体的第一部分引导到高压运动流体入口流106，并且高压泵102可以将高压运动流体的第二部分引导至与高压混合物出口流116混合。应当注意，任何类型的引导或分流技术可用于引导运动流体。此外，在某些实施例中，高压泵102可以接收来自运动流体源104的90个单位的运动流体和来自低压运动流体出口流114的10个单位的运动流体。另外，在一些实施例中，泵126可以将20单位的运动流体引导到高压运动流体入口流106，并且高压泵106可以引导80单位的运动流体(例如到罐或混合器)以与高压混合物出口流116混合(例如10个单位的运动流体和10个单位的腐蚀性流体)以产生高压流体共混物124。因此，在所示实施例中，所得到的高压流体共混物124可以包括90单位的运动流体和约10单位的腐蚀性流体。应该指出，所描述的运动流体和腐蚀性流体的量和比率是近似值，仅用于说明目的。此外，在某些实施例中，可以产生高压混合物出口流116和/或高压流体共混物124中的运动流体与腐蚀性流体的任何比率，例如1：1的比率、2：1的比率、3：1的比率、4：1的比率、5：1的比率、6：1的比率、7：1的比率、8：1的比率、9：1的比率、10：1比率或更高的比率；或1：2的比率、1：3的比率、1：4比率、1：5的比率、1：6的比率、1：7的比率、1：8的比率、1：9的比率、1：10比率或更高。实际上，高压运动流体入口流106和低压腐蚀性流体入口流112的不对称流动也可以基于所需的运动流体与腐蚀性流体的期望比率来建立。

在某些实施例中，工业系统100可以包括控制器128，以控制高压运动流体入口流106的量(例如流量)、低压流体入口112的量(例如流量)、高压泵106和/或循环泵、或控制阀126，以控制高压混合物出口流116和/或高压流体共混物124中的运动流体与腐蚀性流体的比率。此外，在一些实施例中，控制器128可以控制高压运动流体入口流106的量(例如流量)、低压流体入口112的量(例如流量)、高压泵106和/或循环泵或控制阀126，以控制低压运动流体出口流114中的腐蚀性流体的百分比。例如，控制器128可以可操作地联接(例如经由一个或多个有线或无线连接)到液压能量传输系统12、高压泵106、循环泵或控制阀126和/或低压泵108。另外，控制器128可以可操作地联接到(例如经由一个或多个有线或无线连接)一个或多个传感器130(例如流量、压力、扭矩、转速、声学、磁性、光学、组成等)。一个或多个传感器130可以产生与高压运动流体入口流106、低压腐蚀性流体入口流112、低压运动流体出口流114、高压混合物出口流116、高压流体共混物124、液压能量传输系统12或工业系统100的任何其它合适的部件相关的反馈。在操作中，控制器128使用来自传感器130的反馈来控制工业系统100。具体地，控制器128可以使用来自传感器130的反馈以控制高压运动流体入口流106的流量、低压腐蚀性流体入口流112的流量、液压能量传输系统12的运行速度、高压泵106和/或循环泵或控制阀126，以控制高压混合物出口流116和/或高压流体共混物124中的运动流体与腐蚀性流体的比率。控制器128可以包括处理器132和存储器134，存储器134存储可由处理器132执行的有形的(tangible)、非暂时的计算机指令。例如，当控制器128接收来自一个或多个传感器130的反馈时，处理器132可以执行存储在存储器134中的指令，以控制高压混合物出口流116和/或高压流体共混物124中的运动流体与腐蚀性流体的比率。

图8是具有图1的液压能量传输系统12的工业系统150(例如流体处理系统或泵保护系统)的实施例的示意图。在所示实施例中，运动流体可以来自工业系统150内的压力降低区域。更具体地，在各种工业系统和工艺中，各种流体的压力需要在生产过程中降低。这可以用一个或多个系列的反应器来完成，其中该系列中的每个反应器被配置为将压力降低一定量。例如，在尿素合成系统内，可以有机会通过一个或多个反应器将某些流体(例如氨、尿素、氨基甲酸铵等)的压力从高压降至中压或从中压降至低压。

因此，在某些实施例中，高压运动流体可以从工业系统150内的高压运动流体源152获得。例如，在一些实施例中，高压运动流体源152可以是工业系统150内的化学反应器(例如高压或中压化学反应器)，其被配置为提供高压运动流体的压力降低流。在某些实施例中，高压运动流体源152可以是来自工业系统150的任何合适的过程流(例如压力降低流)。高压运动流体作为高压运动流体入口流154提供至液压能量传输系统12。例如，液压能量传输系统12可以通过高压入口(例如入口56)接收高压运动流体入口流154。此外，液压能量传输系统12可以接收低压腐蚀性流体入口流156(例如从低压腐蚀性流体源)。例如，液压能量传输系统12可以通过低压入口(例如入口60)接收低压腐蚀性流体入口流156。如上所述，液压能量传输系统12可以在高压运动流体和低压腐蚀性流体之间交换压力，使得低压腐蚀性流体作为高压腐蚀性流体出口流158输出(例如通过出口62)并且高压运动流体作为低压运动流体出口流160输出(例如通过出口58)。在某些实施例中，来自液压能量传输系统12的低压运动流体出口流160可以被提供为低压运动流体排放162回到工业系统150中。

以这种方式，液压能量传输系统12可以被配置为同时提供能量回收和泵保护。例如，将液压能量传输系统12集成到工业系统150中特别是集成到减少(减压)(letdown)区域内可以帮助减压过程，并且在一些情况下，可以使得工业系统150能够以更少或没有减压反应器来操作。此外，液压能量回收系统12可以帮助保护工业系统150内的任何高压泵与腐蚀性流体接触，如上面关于图1和图7所述。

图9是具有图1的液压能量传输系统12的工业系统180(例如流体处理系统或泵保护系统)的实施例的示意图。具体地，工业系统180包括高压容器182(例如高压储罐、高压管道、高压化学反应器或高压化学反应容器)，该高压容器182被配置为存储和/或引导运动流体。在一些实施方案中，例如在某些工业系统(例如尿素合成系统)内，如下文进一步解释的，将高压腐蚀性流体注入高压容器182中而不使用高压泵可以是有益的。

在某些实施例中，高压运动流体可以从高压容器182获得。例如，高压容器182可以是高压管道、储罐、化学反应器或化学反应容器。在某些实施例中，高压运动流体可以作为高压运动流体入口流184直接从高压容器182引导，而不使用被配置为对运动流体加压的附加高压泵。例如，高压运动流体入口流184可以被引导通过液压能量传输系统12的高压入口(例如入口56)。在一些实施例中，一个或多个循环泵或阀186可用于将高压运动流体从高压容器182引导至高压运动流体入口流184。另外，低压腐蚀性流体可以被从腐蚀性流体源188引导至低压腐蚀性流体入口流190中。低压腐蚀性流体入口流90可以被引导通过液压能量传输系统的低压入口(例如入口60)。如上所述，液压能量传输系统12可以在高压运动流体和低压腐蚀性流体之间交换压力，并且可以将高压的腐蚀性流体作为高压腐蚀性流体出口流192输出(例如通过出口62)。高压腐蚀性流体出口流192可以被引导和/或注入高压容器182中(例如经由一个或多个泵和/或控制阀)。此外，液压能量传输系统12可以将低压下的运动流体作为低压运动流体出口流194输出(例如通过出口58)。在一些实施例中，低压运动流体出口流194可以被引导至高压泵196。在将运动流体输入或注入高压容器182之前，高压泵196可以被配置为将运动流体加压到适当或期望的压力(例如高压泵压力运动流体入口184)。以这种方式，高压泵196可以被配置为仅仅处理运动流体，并且液压能量传输系统12可以阻止或限制高压泵196与腐蚀性流体之间的接触，从而有助于减少暴露于腐蚀性流体的挑战。

在某些实施例中，高压容器182内的高压腐蚀性流体可以在高压泵196的高压运动流体被引导至高压容器182之前从高压容器182移除。例如，在某些实施例中，高压腐蚀性流体可以从高压容器182(例如储罐、管道、化学反应器或化学反应容器)引导至工业系统180的另一个组件(例如储罐、化学反应器、管道、化学反应容器等)。在某些实施例中，高压容器182可同时包括高压腐蚀性流体和高压运动流体。例如，在某些实施例中，高压容器182可以是被配置为经由一个或多个化学反应产生高压运动流体的化学反应器或化学反应器。在某些实施例中，来自高压容器182的输出流可以被过滤(例如使用分离或过滤系统34)，以将运动流体与腐蚀性流体分离和/或从运动流体去除腐蚀性流体，并且已过滤的运动流体可以作为高压运动流体入口流184来提供。

应当注意，本文描述的任何不同的实施例和技术可以一起使用。例如，在某些实施例中，液压能量传输系统12可以被配置为：在将所得到的高压混合物(例如高压混合物出口流116或高压流体共混物126)注入到高压容器182(如关于图9所述)之前，将运动流体与腐蚀性流体混合(如关于图7所述)。作为进一步的示例，分离或过滤系统34(如参照图1所述)可以在任何相对于图7至图9描述的实施例中使用。另外，在一些实施例中，控制器128和/或传感器130(如关于图7所述)可以结合在上述任何实施例中，如在工业系统10、工业系统150和/或工业系统180中。例如控制器128和/或传感器130可以控制工业系统10、150和/或180的各种部件，如液压能量传输系统12，高压运动流体入口流20、154和/或184，低压腐蚀性流体入口流28、156和/或190，低压运动流体出口流32、160和/或194，高压腐蚀性流体出口流30、158和/192，过滤和/或分离系统34，泵14、196和/或186，或任何其它合适的组件。

虽然本发明可易受各种修改和替代形式，但具体实施例已被示出作为示例在附图中，并已在本文中详细描述。然而，应当理解，本发明并不旨在受限于所公开的特定形式。相反，本发明覆盖所有修改、等同物和替代物由以下所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内。

Claims (11)

1.一种系统，包括：

非腐蚀性流体源；

腐蚀性流体源；

旋转式等压压力交换器，被配置为在非腐蚀性流体和腐蚀性流体之间交换压力，其中所述旋转式等压压力交换器包括：

第一入口，被配置为从所述非腐蚀性流体源接收处于第一压力的第一量的所述非腐蚀性流体；

第二入口，被配置为从所述腐蚀性流体源接收处于第二压力的第二量的所述腐蚀性流体，其中所述第一压力大于所述第二压力，并且所述第一量大于所述第二量；

第一出口，被配置为输出处于第三压力的所述腐蚀性流体和所述非腐蚀性流体的第一混合物；以及

第二出口，被配置为输出处于第四压力的所述非腐蚀性流体，其中所述第三压力大于所述第四压力；化学反应器，所述化学反应器被配置为接收所述腐蚀性流体和所述非腐蚀性流体的所述第一混合物，其中所述第一混合物增加所述化学反应器内的化学反应的速率；以及

控制器，所述控制器被配置为：控制所述第一量的所述非腐蚀性流体和所述第二量的所述腐蚀性流体，以控制所述腐蚀性流体和所述非腐蚀性流体的第一混合物中的非腐蚀性流体与腐蚀性流体的比率。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述腐蚀性流体包含氨基甲酸铵、尿素、硝酸、硫酸或它们的组合。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二出口被配置为：输出处于所述第四压力的所述腐蚀性流体和所述非腐蚀性流体的第二混合物，并且所述第二混合物中的所述腐蚀性流体的百分比小于5％。

4.根据权利要求3所述的系统，包括传感器，所述控制器被进一步配置为：根据来自所述传感器的反馈，控制所述第一量的所述非腐蚀性流体和所述第二量的所述腐蚀性流体，以控制所述第二混合物中的所述腐蚀性流体的百分比。

5.根据权利要求1所述的系统，包括化学反应器，所述化学反应器被配置为提供包括处于所述第一压力的所述非腐蚀性流体的压力下降流。

6.如前述任一项权利要求所述的系统，还包括工业系统，其中所述工业系统包括旋转式等压压力交换器。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述工业系统包括：

高压容器，被配置为容纳处于高压力的所述非腐蚀性流体；

第一泵，被配置为接收来自所述高压容器的所述非腐蚀性流体并将处于所述第一压力的所述第一量的所述非腐蚀性流体引导至所述旋转式等压压力交换器；以及

高压泵，被配置为接收来自所述旋转式等压压力交换器的处于所述第四压力的所述非腐蚀性流体，对所述非腐蚀性流体加压，并将所述加压的非腐蚀性流体引导至所述高压容器；

其中，所述旋转式等压压力交换器被配置为将处于所述第三压力的所述非腐蚀性流体和所述腐蚀性流体的所述第一混合物引导至所述高压容器。

8.根据权利要求6所述的系统，其中所述工业系统包括：

泵或阀，被配置为将处于所述第一压力的所述非腐蚀性流体引导至所述腐蚀性流体和所述非腐蚀性流体的所述第一混合物，以产生所述腐蚀性流体和所述非腐蚀性流体的第三混合物；以及

化学反应器，被配置为接收所述腐蚀性流体和所述非腐蚀性流体的所述第三混合物，其中所述第三混合物增加所述化学反应器内的化学反应的速率。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述工业系统包括：

高压容器，被配置为容纳处于高压力的所述非腐蚀性流体；

第一泵，被配置为接收来自所述高压容器的所述非腐蚀性流体并将处于所述第一压力的所述第一量的所述非腐蚀性流体引导至所述旋转式等压压力交换器；以及

高压泵，被配置为接收来自所述旋转式等压压力交换器的处于所述第四压力的所述非腐蚀性流体，对所述非腐蚀性流体加压，并将所述加压的非腐蚀性流体引导至所述高压容器；

其中，所述旋转式等压压力交换器被配置为将处于所述第三压力的所述非腐蚀性流体和所述腐蚀性流体的所述第一混合物引导至所述高压容器。

10.一种方法，包括：

在旋转式等压压力交换器的第一流体入口处从非腐蚀性流体源接收处于高压的第一量的非腐蚀性流体；

在所述旋转式等压压力交换器的第二流体入口处从腐蚀性流体源接收处于低压的第二量的腐蚀性流体，其中所述第一量大于所述第二量；

使用所述旋转式等压压力交换器在所述非腐蚀性流体和所述腐蚀性流体之间交换压力；

从所述旋转式等压压力交换器的第一流体出口输出处于高压的所述腐蚀性流体和所述非腐蚀性流体的第一混合物；

从所述旋转式等压压力交换器的第二流体出口输出处于低压的所述非腐蚀性流体；以及

使用控制器，通过控制所述第一量的非腐蚀性流体和所述第二量的腐蚀性流体，对所述腐蚀性流体和所述非腐蚀性流体的第一混合物中的非腐蚀性流体与腐蚀性流体的比率进行控制。

11.根据权利要求10所述的方法，包括从所述旋转式等压压力交换器的所述第二流体出口输出处于低压的所述非腐蚀性流体和所述腐蚀性流体的第二混合物，其中所述第二混合物中的腐蚀性流体的百分比小于5％。

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