CN108700342A - 冷却工艺设备用水的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供了用于冷却工艺设备用水的方法及系统。系统可包括：第一热交换器，用于在第一工艺水流与制冷剂之间交换热量；多相泵，其联接至第一热交换器，以增加制冷剂的压力；第二热交换器，其联接至多相泵和第一热交换器，用于在第二工艺水流与制冷剂之间交换热量；第一膨胀阀，其联接至第二热交换器，用于降低制冷剂的温度；气液分离器，其联接至第一膨胀阀和多相泵，用于分离制冷剂的液相和气相；以及第二膨胀阀，其联接至气液分离器和第一热交换器，用于降低制冷剂的液相的温度。

Description

冷却工艺设备用水的方法及系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年2月16日提交的美国临时专利申请No.62/295,797的优先权权益，其通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开涉及用于冷却工艺设备用水的方法及系统。

背景技术

石油化学处理设备(诸如涉及天然气和烯烃的处理以及合成气的生成的那些处理设备)可包括用于冷却处理设备的部件的制冷系统，这些制冷系统使用水基冷却剂，也被称为工艺设备用水。例如，某些水基冷却系统可用于从处理设备中进行的反应中除去热量，并且用于分离处理设备中使用的烃混合物内的物质。水基冷却系统还可用于烃气流的冷凝。

石油化学工业中的制冷方法和系统可以使用一系列的两级压缩机、闪蒸罐、液体泵、冷却塔和热交换器，这可能导致高的资本成本与运行成本。因此，本领域依然需要更有效且更有成本效益的冷却工艺用水的方法。

发明内容

本公开的主题提供了用于冷却工艺设备用水的方法，该方法包括在第一热交换器内在第一工艺水流与液态制冷剂之间交换热量，以降低工艺水流的温度。在某些实施例中，制冷剂在与第一工艺水流交换热量时部分地蒸发，以生成具有气相和液相的部分蒸发制冷剂。该方法可以包括增加部分蒸发制冷剂的压力，并且将制冷剂的至少一部分输送至第二热交换器。

在某些实施例中，该方法包括在第二热交换器内在第二工艺水流与部分蒸发制冷剂之间交换热量，以降低制冷剂的温度。该方法可包括降低部分蒸发制冷剂部分的压力和/或温度，并且将部分蒸发制冷剂部分输送至气液分离器，以将其液相与气相分离，从而生成液态制冷剂。该方法可以进一步包括降低液态制冷剂的温度，并且将制冷剂的至少一部分输送至第一热交换器，以与第一工艺水流交换热量。该方法可以包括将冷却后的工艺用水输送至一个或多个工艺设备。可以在多相泵中增加部分蒸发制冷剂的压力。

在某些实施例中，气液分离器可以是闪蒸罐。在某些实施例中，液态制冷剂包括在约0℃的温度下具有大于或等于约0.1cP的粘度的制冷剂。在某些实施例中，液态制冷剂包括具有从约-10℃至约-50℃的沸点温度的制冷剂。液态制冷剂可以是R134A、R404A、R407C、R125和R410A，并且部分蒸发制冷剂可具有约30％至约50％的气相。

本公开的主题还提供了用于冷却工艺设备用水的技术，该技术包括在第一工艺水流与液态制冷剂之间交换热量，以降低工艺水流的温度，从而生成部分蒸发制冷剂。示例方法可以进一步包括增加部分蒸发制冷剂的压力和/或温度，以生成加压的部分蒸发制冷剂。该方法可包括在第二工艺水流与加压制冷剂之间交换热量，以提高第二工艺水流的温度和/或降低加压的部分蒸发制冷剂的温度。该方法可以包括降低加压的部分蒸发制冷剂的压力和/或温度，并且从部分蒸发制冷剂中分离出至少一部分液相，以生成液态制冷剂，并且降低液态制冷剂的温度，以生成适于与第一工艺水流交换热量的制冷剂。

本公开的主题进一步提供了用于冷却工艺设备用水的方法，该方法包括在第一热交换器内在第一工艺水流与液态制冷剂之间交换热量，以降低工艺水流的温度，从而使制冷剂在与第一工艺水流交换热量时部分地蒸发。示例方法可以进一步包括将第一工艺用水从第一热交换器输送至一个或多个工艺设备，以及将部分蒸发制冷剂从第一热交换器输送至多相泵，以增加部分蒸发制冷剂的压力。该方法可包括将部分蒸发制冷剂从多相泵输送至第二热交换器。该方法可以进一步包括在第二热交换器内在第二工艺水流与部分蒸发制冷剂之间交换热量，以降低制冷剂的压力和/或温度。该方法可以包括从第二热交换器输送第二工艺水流，以变为进入第一热交换器的第一工艺水流。该方法可包括将从部分蒸发制冷剂从第二热交换器输送至第一膨胀阀，以降低制冷剂的压力和/或温度。

该方法可包括将部分蒸发制冷剂从第一膨胀阀输送至气液分离器，以将其液相与气相分离，从而生成液态制冷剂。在某些实施例中，该方法可包括将液态制冷剂从气液分离器输送至第二膨胀阀，以降低液态制冷剂的温度，以及将制冷剂从第二膨胀阀输送至第一热交换器，以与第一工艺水流交换热量。

本公开的主题进一步提供了用于冷却工艺设备用水的方法，该方法包括在第一热交换器内在第一工艺水流与液态制冷剂之间交换热量，以降低工艺水流的温度。制冷剂在与第一工艺水流交换热量时可以部分地蒸发。该方法可包括将部分蒸发制冷剂从第一热交换器输送至气液分离器，以将制冷剂的气相与液相分离。该方法可以包括将制冷剂的气相输送至气体压缩机，用于压缩制冷剂。该方法可包括将制冷剂的压缩气相与制冷剂的液相组合，以生成加压的部分蒸发制冷剂，以及在第二热交换器内在第二工艺水流与制冷剂之间交换热量，以降低制冷剂的温度。

在某些实施例中，该方法可包括将制冷剂从第二热交换器输送至第一膨胀阀，以降低制冷剂的压力和/或温度。该方法可以进一步包括将制冷剂从第一膨胀阀输送至第二气液分离器，以将制冷剂的气相与液相分离。在某些实施例中，该方法可包括将制冷剂的液相从第二气液分离器输送至第二膨胀阀，以降低液态制冷剂的温度，以及将制冷剂从第二膨胀阀输送至第一热交换器，以与第一工艺水流交换热量。制冷剂可以部分地蒸发，以具有约98％的液体分率。在某些实施例中，该方法可以进一步包括将制冷剂的气相从第二气液分离器输送至气体压缩机。

本公开的主题还提供了用于冷却工艺设备用水的系统，该系统包括用于在第一工艺水流与制冷剂之间交换热量的第一热交换器。在某些实施例中，该系统可以进一步包括联接至第一热交换器的多相泵，以增加制冷剂的压力。在某些实施例中，该系统可包括联接至多相泵和第一热交换器的第二热交换器，用于在第二工艺水流与制冷剂之间交换热量。该系统可包括联接至第二热交换器的第一膨胀阀，用于降低制冷剂的温度。该系统可以进一步包括：气液分离器，其联接至第一膨胀阀和多相泵，用于分离制冷剂的液相和气相；以及第二膨胀阀，其联接至气液分离器和第一热交换器，用于降低制冷剂的液相的温度。气液分离器可以是闪蒸罐。

在某些实施例中，用于冷却工艺设备用水的系统包括用于在第一工艺水流与制冷剂之间交换热量的第一热交换器。该系统可包括联接至第一热交换器该第一气液分离器，以将制冷剂的气相与液相分离。该系统可以进一步包括联接至第一气液分离器的泵，用于输送制冷剂的液相的至少一部分。该系统可包括联接至第一气液分离器的气体压缩机，用于增加制冷剂的气相的压力。它还可包括联接至气体压缩机和泵的输送管线，用于将制冷剂的气相与制冷剂的压缩液相组合，从而生成部分蒸发制冷剂。该系统可包括联接至输送管线和第一热交换器的第二热交换器，用于在第二工艺水流与制冷剂之间交换热量。该系统可包括：第一膨胀阀，其联接至第二热交换器，用于降低制冷剂的温度；以及第二气液分离器，其联接至第一膨胀阀和气体压缩机，用于分离制冷剂的液相和气相。该系统可包括联接至第二气液分离器和第一热交换器的第二膨胀阀，用于降低制冷剂的液相的温度并且将制冷剂输送至第一热交换器。在某些实施例中，从第二膨胀阀输送至第一热交换器的制冷剂具有约2％的蒸气分率和/或约98％的液体分率。

附图说明

图1示出了根据本公开主题的一个示例性实施例的用于冷却工艺设备用水的方法。

图2示出了根据本公开主题的一个示例性实施例的用于冷却工艺设备用水的方法。

图3示出了根据本公开主题的一个示例性实施例的用于冷却工艺设备用水的系统。

图4示出了根据本公开主题的一个示例性实施例的用于冷却工艺设备用水的系统。

具体实施方式

本公开的主题提供了用于冷却工艺设备用水的技术。在具体的非限制性实施例中，本公开的主题提供了用于冷却工艺设备用水的闭环方法和系统。在某些实施例中，本公开的方法和/或系统不包括散热器，例如冷却塔。

水基冷却剂(即工艺设备用水)可用于冷却诸如石油化学设备之类的工业设备(在本文中也称为工艺设备和处理设备)。工艺设备用水可包括来自任何来源的水，诸如但不限于饮用水、软化水、远海水(ocean water)、近海水(sea water)、地下水、溪水或河水。在某些实施例中，工艺设备用水可具有约7至约8的pH值和/或小于或等于约0.15mg/kg的溶解固体的含量。在某些实施例中，这种工艺设备用水可用于烃气流的冷凝，用于分离工艺设备中使用的混合物内的物质和/或用于从工艺设备内的化学反应中除去热量。

出于说明而非限制目的，图1和图2是根据本公开主题的非限制性实施例的方法的示意图。在某些实施例中，方法100或200包括在第一工艺水流与液态制冷剂之间交换热量，以降低第一工艺水流的温度(即，冷却)101或201。第一工艺水流与制冷剂之间的热交换可以发生在第一热交换器内，以形成冷却后的第一工艺水流。

在某些实施例中，在与制冷剂交换热量之前，第一工艺水流可具有从约35℃至约40℃的温度。在某些实施例中，在与制冷剂热交换之前，第一工艺水流的温度可以是约38℃。在某些实施例中，在与制冷剂交换热量之后，第一工艺水流的温度可以是从约24℃至约26℃。在某些实施例中，在与制冷剂交换热量之后，第一工艺水流的温度可降低至约25℃的温度。

如本文所使用的，术语“约”或“近似”表示在本领域普通技术人员所确定的特定值的可接受误差范围内，这将部分地取决于如何测量或确定该值，即，测量系统的限制。例如，“约”可以表示给定值的最多20％、最多10％、最多5％和/或最多1％的范围。

用于本公开主题的液态制冷剂可以是具有等于或大于约0.1厘泊(cP)的粘度的任何制冷剂。在某些实施例中，制冷剂具有从约0.1cP至约1.0cP或从约0.1cP至约0.5cP的粘度。例如，并且不作为限制，制冷剂可具有的粘度从约0.1cP至约0.45cP、从约0.1cP至约0.4cP、从约0.1cP至约0.35cP、从约0.1cP至约0.3cP、从约0.1cP至约0.25cP、从约0.1cP至约0.2cP、从约0.1cP至约0.15cP、从约0.15cP至约0.50cP、从约0.20cP至约0.50cP、从约0.25cP至约0.50cP、从约0.30cP至约0.50cP、从约0.35cP至约0.50cP、从约0.40cP至约0.50cP或从约0.45cP至约0.5cP。在某些实施例中，在0℃时测量制冷剂的粘度。

用于本公开主题的制冷剂可具有约-10℃至约-50℃的沸点温度。例如，制冷剂具有的沸点温度为约-10℃至约-45℃、约-10℃至约-40℃、约-10℃至约-35℃、约-10℃至约-30℃、约-10℃至约-25℃、约-10℃至约-20℃、约-10℃至约-15℃、约-15℃至约-50℃、约-20℃至约-50℃、约-25℃至约-50℃、约-30℃至约-50℃、约-35℃至约-50℃、约-40℃至约-50℃或约-45℃至约-50℃。这样的低沸点温度可以允许制冷剂容易地蒸发，并且与工艺水流快速交换热量。适用于本公开主题的制冷剂的非限制性示例包括烃基制冷剂，R134A、R404A、R407C、R125和R410A。

在某些实施例中，在与第一工艺水流交换热量之前，制冷剂的温度可以为从约5℃至约10℃，例如约9℃。在某些实施例中，在与第一工艺水流交换热量之后，制冷剂的温度可以为从约7℃至约20℃。

在某些实施例中，制冷剂在与第一工艺水流交换热量时至少部分地蒸发。如本文所使用的，“部分地蒸发”可表示超过约10％、超过约20％、超过约30％、超过约35％、超过约40％、超过约45％、超过约50％或超过约55％的制冷剂蒸发(即，处于气相)。在某些实施例中，“部分地蒸发”可表示在制冷剂与第一工艺水流之间交换热量之后约30％至约40％的制冷剂蒸发。在某些实施例中，在制冷剂与第一工艺水流之间交换热量之后，约40％的制冷剂蒸发。

方法100或200可以进一步包括将冷却后的第一工艺水流例如从第一热交换器输送至一个或多个工艺设备102或202。工艺设备可以是使用工艺用水来冷却工艺设备的一个或多个反应器和/或气流的任何设备。例如，可以将冷却后的工艺用水输送至生产芳烃、特种化学品、烯烃、甲醇、合成气等的工艺设备。

在某些实施例中，并且参照图1，方法100可以进一步包括增加部分蒸发制冷剂的压力103，以例如生成加压的部分蒸发制冷剂。在某些实施例中，部分蒸发制冷剂的压力可以在多相泵内增加，例如通过将部分蒸发制冷剂从第一热交换器输送至多相泵。例如，并且不作为限制，部分蒸发制冷剂的至少一部分从第一热交换器输送至多相泵。如本文所使用的，“至少一部分”可以指大于约40％、大于约50％、大于约60％、大于约70％、大于约80％、大于约90％、大于约95％或大于约99％。

在某些实施例中，部分蒸发制冷剂的压力可以增加至约5巴至约15巴的压力、例如增加至约14巴。由多相泵产生的热量可以提高温度和/或增加部分蒸发制冷剂的气相百分比。在加压之后，制冷剂可具有约55％至约60％的蒸气分率。在某些实施例中，例如在多相泵内和/或离开多相泵，部分蒸发制冷剂在压力增加后可具有约55％的蒸气分率。部分蒸发制冷剂的温度可以升高到约50℃至约55℃的温度。在某些实施例中，加压的部分蒸发制冷剂的温度可升高至约52℃的温度。

替代地或附加地，并且如图2中所示，本公开主题的方法200可包括将部分蒸发制冷剂的液相与气相分离203。在某些实施例中，制冷剂的液相的至少一部分与制冷剂的气相分离。通过将部分蒸发制冷剂从第一膨胀阀输送至气液分离器(例如闪蒸罐)，可以发生制冷剂的液相与气相的分离。在气液分离器中，液体/蒸气混合物流(例如多相制冷剂)可以通过进入点(进料入口)处的节流阀被供给到气液分离器中，从而导致压力迅速降低以及流中液体的部分蒸发(闪蒸)。可以从气液分离器顶部处的气体出口(蒸气出口)去除气体，同时可以从气液分离器底部处的液体出口去除液体。制冷剂的被分离气相可以例如在气体压缩机内进行压缩，并且可以与被分离液相组合以生成部分蒸发制冷剂204，例如加压的部分蒸发制冷剂。在压缩之后，压缩蒸气可具有约57℃的温度和约14巴的压力。在某些实施例中，离开液体泵的液态制冷剂可具有约9℃的温度和约14巴的压力。在某些实施例中，在压缩的蒸气制冷剂和离开液体泵的液态制冷剂混合之后获得的部分蒸发制冷剂可具有约52℃的温度和约14巴的压力。

在某些实施例中，方法100或200可以进一步包括在第二工艺水流与加压的部分蒸发制冷剂之间交换热量104或205。第二工艺水流与制冷剂之间的热交换可以发生在第二热交换器内。第二工艺水流可以是从工艺设备离开的工艺水流，如图3和图4中所示。在与制冷剂交换热量之前，第二工艺水流可具有约30℃至约33℃的温度，例如约31℃。在与制冷剂交换热量之后，第二工艺水流可具有约38℃至约42℃的温度，例如约38℃。与第二工艺水流交换热量之后，制冷剂可以具有约50℃至约52℃(例如约51℃)的大约出口温度的温度，和/或具有约40％至约55％(例如约40％)的出口气相。在进入第二热交换器时，制冷剂可具有约60％的蒸气分率。例如在进入第一热交换器之前，该方法可包括在与制冷剂热交换之后将第二工艺水流与第一工艺水流组合。第二工艺水流可以变为第一工艺水流，如图3和图4中所示，以生成闭合的工艺用水回路，并且允许将第二工艺水流再循环至工艺设备。

在某些实施例中，方法100或200可以进一步包括降低加压的部分蒸发制冷剂的压力和/或温度105或206。在某些实施例中，加压的部分蒸发制冷剂的至少一部分可以从第二热交换器输送到第一膨胀阀，以降低制冷剂的压力和/或温度。例如，并且不作为限制，第一膨胀阀内的和/或离开第一膨胀阀的制冷剂的压力可以为约4巴至约5巴，例如约4巴。替代地或附加地，第一膨胀阀内的和/或离开第一膨胀阀的制冷剂的温度可以为约10℃至约13℃，例如约11℃。制冷剂的蒸气分率可以增加到制冷剂的约45％至约75％，例如45％。

方法100或200可以进一步包括将制冷剂液相与气相分离106或207。在某些实施例中，制冷剂的液相的至少一部分与制冷剂的气相分离，以生成液态制冷剂。在某些实施例中，通过将制冷剂从第一膨胀阀输送至气液分离器，可以发生制冷剂的气相与液相的分离。参照图1，方法100可以包括将制冷剂的气相从气液分离器输送至多相泵。替代地，并且参照图2，方法200可包括将制冷剂的气相从气液分离器输送至气体压缩机。

方法100或200可以包括降低制冷剂的液相的温度107或208，例如以形成冷却后的液态制冷剂。这种温度降低可以包括将制冷剂的液相的至少一部分从气液分离器输送至第二膨胀阀。在第二膨胀阀内的或离开第二膨胀阀的制冷剂的液相可包括约1％至约2％(例如1.5％)的蒸气。液态制冷剂的温度可以降低到约8℃至约10℃的温度，例如约9℃。在某些实施例中，方法100或200可以进一步包括将冷却后的制冷剂输送至用于冷却第一工艺水流的第一热交换器，例如以生成用于冷却工艺设备用水的闭环方法。

本公开的主题进一步提供了用于冷却工艺设备用水的系统。例如，图3和图4是根据本公开主题的非限制性实施例的系统的示意图。在某些实施例中，系统300或400可包括第一热交换器301或401。热交换器可用于将热量从一种介质或相传递至另一种介质或相。例如，并且不作为限制，本公开主题的第一热交换器301或401可用于在第一工艺水流与液态制冷剂之间交换热量。

热交换器可以是本领域中公知的各种设计。在某些实施例中，热交换器可以是双管交换器，并且可以包括容纳在壳体中的管束，使得在热交换器内待加热或冷却的流体流动穿过壳体和/或管束。在某些实施例中，热交换器可以包括耐腐蚀材料、合金(例如钢或碳钢)或者钎焊铝。

第一热交换器301或401可以联接至一个或多个工艺设备系统302或402。以上公开了工艺设备系统的非限制性示例。如本文所使用的“联接”是指通过本领域中公知的任何手段将一个系统部件连接至另一系统部件。用于连接两个或更多个系统部件的联接类型可取决于系统的规模和可操作性。例如，系统的两个或更多个部件的联接可包括一个或多个接头、阀、输送管线或密封元件。接头的非限制性示例包括螺纹接头、焊接接头、熔接接头、压缩接头和机械接头。阀的非限制性示例包括闸阀、截止阀、球阀、蝶形阀和止回阀。

在某些实施例中，系统300可以进一步包括多相泵303。本公开中使用的多相泵可用于将包括多相(例如气体和液体)的介质泵送至更高的压力。多相泵303可用于增加制冷剂的压力，并且可联接至第一热交换器301。替代地和/或附加地，并且参照图4，第一热交换器401可以联接至气液分离器403，例如闪蒸罐，用于分离制冷剂的气相和液相。气液分离器403可以进一步联接至液体泵409，用于泵送制冷剂的被分离液相。

在某些实施例中，系统300或400可包括第二热交换器304或404，用于在例如从工艺设备系统302或402输送的第二工艺水流与部分蒸发制冷剂之间交换热量。以上公开了热交换器的示例。第二热交换器304可以联接至多相泵303。替代地，并且参照图4，第二热交换器404可以联接至用于将制冷剂的液相从气液分离器403输送至第二热交换器404的液体泵409。液体泵409可以经由输送管线411联接至第二热交换器404。系统400的气液分离器403可以联接至气体压缩机410，用于压缩制冷剂的被分离气相。气体压缩机410进而可以联接至第二热交换器404，用于将制冷剂的压缩气相与被分离液相组合，以生成部分蒸发制冷剂并将部分蒸发制冷剂输送至第二热交换器404。气体压缩机410可以经由输送管线411联接至第二热交换器404。

在某些实施例中，第二热交换器304或404可进一步联接至第一热交换器301或401。第二热交换器304或404可通过液体泵308或408联接至第一热交换器301或401，液体泵例如用于将第二工艺水流从第二热交换器304或404输送至第一热交换器301或401。用于本公开的液体泵的非限制性示例包括蠕动泵、气动泵、膜片泵、活塞泵、回转泵、离心泵、正排量泵和往复泵。

系统300或400可以进一步包括第一膨胀阀305或405，用于降低部分蒸发制冷剂的温度。膨胀阀可以通过改变压力来改变介质(例如，制冷剂)的温度。第一膨胀阀305或405内的压力可以在从约4巴至约5巴的范围内。第一膨胀阀305或405可以联接至第二热交换器304或404。

系统300或400可以进一步包括气液分离器(例如闪蒸罐)306或406，用于分离制冷剂的气相和液相。在某些实施例中，气液分离器306或406可以联接至第一膨胀阀305或405。在某些实施例中，并且参照图3，气液分离器306可以联接至多相泵303，用于将制冷剂的被分离气相的至少一部分输送至多相泵303。替代地或附加地，并且参照图4，气液分离器406可以联接至气体压缩机410，例如用于将被分离气相的至少一部分输送至气体压缩机410。

系统300或400可包括用于降低制冷剂的液相的温度的第二膨胀阀307或407。第二膨胀阀307或407可以联接至气液分离器306或406。第二膨胀阀307或407还可以联接至第一热交换器301或401，用于将制冷剂输送至第一热交换器301或401，以与第一工艺水流交换热量。

以下示例说明了本公开的主题，并且不应被视为以任何方式进行限制。

示例1：

根据本公开主题的一个非限制性实施例(图3)，使用软件PRO/II(Invensys系统公司)进行模拟，以验证用于冷却工艺设备用水的方法。在方法模拟软件(诸如例如PRO/II)中，用户指定的工艺设计/系统的每个工艺部件(例如，闪蒸罐、热交换器等)被数学建模，包括每件设备、流出物流以及化学成分的属性。部件之间的互相连接与相互作用也被整合到模型中。表1示出了在模拟期间工艺设备用水和制冷剂的温度、压力和蒸气分率的变化。

模拟方法包括使用具有9℃的温度的液态制冷剂，以在第一热交换器(HX1)中将工艺水流从38℃的温度冷却至25℃的冷水温度。在该示例中，制冷剂R134A被用于模拟。离开热交换器的制冷剂具有6.7℃的温度与40％的气相分率。然后制冷剂与来自更下游的闪蒸罐的蒸气流组合，并且制冷剂被供给至多相泵，在那里制冷剂的压力从3.7巴升高至13.9巴。泵产生的热量将制冷剂温度从7.4℃的入口温度升高至52.1℃的出口温度，具有54.4％的蒸气分率(表1)。

冷却的工艺用水被输送至设备处理，其中它冷却具有25.8MW的总负荷的设备中的不同流，并且以31.1℃的出口水温离开设备。然后制冷剂被供给至第二热交换器(HX2)，其中制冷剂被离开设备的工艺用水冷却。工艺用水的温度从31.1℃升高到38℃，并且制冷剂被冷却到51.5℃，具有41％的蒸气分率。然后工艺用水被泵送回第一热交换器(HX1)。然后通过在膨胀阀(EV1)中降低压力至4.3巴来冷却制冷剂，其中制冷剂的温度降低至11.2℃。然后通过闪蒸罐将蒸气与液体分离，并且蒸气与多相泵入口进料混合物组合。液体流被供给至第二膨胀阀(EV2)，其中液体流的压力降至4巴，从而形成具有9℃的温度和1.5％气体分率的混合物。混合物被循环回到第一热交换器。到多相泵的混合物中的液体具有0.25厘泊(cP)的粘度，这在多相泵的操作规范内。

表1

除了所示出和要求保护的各个实施例之外，本公开的主题还涉及具有本文所公开和要求保护的特征的其它组合的其它实施例。因此，本文提及的具体特征可以在本公开主题的范围内以其它方式彼此组合，使得本公开的主题包括本文公开的特征的任何合适的组合。本公开主题的具体实施例的以上描述出于说明与描述的目的而提供。并不旨在穷举或将本公开主题限制于所公开的那些实施例。对于本领域技术人员很显然，在不背离本公开主题的精神或范围的情况下，可以对本公开主题的组合和方法进行各种修改和变型。因此，意图是本公开主题包括在所附权利要求及其等同方案范围内的修改和变型。

Claims (16)

1.一种用于冷却工艺设备用水的方法，所述方法包括：

(a)在第一工艺水流与液态制冷剂之间交换热量，以降低所述工艺水流的温度，从而生成包含气相和液相的部分蒸发制冷剂；

(b)增加所述部分蒸发制冷剂的压力和/或温度，以生成加压的部分蒸发制冷剂；

(c)在第二工艺水流与所述加压的部分蒸发制冷剂之间交换热量，以降低所述加压的部分蒸发制冷剂的温度和/或提高所述第二工艺水流的温度；

(d)降低所述加压的部分蒸发制冷剂的压力和/或温度，并且从所述部分蒸发制冷剂分离出至少一部分液相，以生成液态制冷剂；以及

(e)降低所述液态制冷剂的温度，以生成适于与所述第一工艺水流交换热量的冷却后的液态制冷剂。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(d)的降低所述部分蒸发制冷剂部分的压力和/或温度发生在第一膨胀阀中。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(e)的降低所述液态制冷剂的温度发生在第二膨胀阀内。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述液态制冷剂包括在约0℃的温度下具有大于或等于约0.1cP的粘度的制冷剂。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述液态制冷剂包括具有从约-10℃至约-50℃的沸点温度的制冷剂。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述液态制冷剂包括选自由R134A、R404A、R407C、R125和R410A组成的组中的制冷剂。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述部分蒸发制冷剂包括具有约30％至约50％的气相的制冷剂。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，增加所述部分蒸发制冷剂的压力和/或温度发生在多相泵内。

9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将冷却后的工艺用水输送至一个或多个工艺设备。

10.根据权利要求1所述的方法，其中：

步骤(a)进一步包括在第一热交换器内在所述第一工艺水流与所述液态制冷剂之间交换热量，以降低所述第一工艺水流的温度，从而在与所述第一工艺水流交换热量时生成包含气相和液相的所述部分蒸发制冷剂；

步骤(b)进一步包括增加所述部分蒸发制冷剂的压力，以及将所述部分蒸发制冷剂的至少一部分输送至第二热交换器；

步骤(c)进一步包括在所述第二热交换器内在第二工艺水流与所述部分蒸发制冷剂部分之间交换热量，以降低所述制冷剂的温度；

步骤(d)进一步包括降低所述部分蒸发制冷剂部分的压力和/或温度，以及将所述部分蒸发制冷剂部分输送至气液分离器，以将其液相与气相分离，从而生成所述液态制冷剂；并且

步骤(e)进一步包括降低所述液态制冷剂的温度，以及将所述制冷剂的至少一部分输送至所述第一热交换器，以与所述第一工艺水流交换热量。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，步骤(b)的增加所述部分蒸发制冷剂的压力发生在多相泵中。

12.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：(f)将所述制冷剂的气相的至少一部分从所述分离器输送至所述多相泵。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述气液分离器包括闪蒸罐。

14.一种用于冷却工艺设备用水的方法，所述方法包括：

(a)在第一热交换器内在第一工艺水流与液态制冷剂之间交换热量，以降低所述工艺水流的温度，从而使所述制冷剂在与所述第一工艺水流交换热量时部分地蒸发；

(b)将所述第一工艺用水从所述第一热交换器输送至一个或多个工艺设备；

(c)将所述部分蒸发制冷剂从所述第一热交换器输送至多相泵，以增加所述部分蒸发制冷剂的压力；

(d)将所述部分蒸发制冷剂从所述多相泵输送至第二热交换器；

(e)在所述第二热交换器内在第二工艺水流与所述部分蒸发制冷剂之间交换热量，以降低所述制冷剂的温度；

(f)从所述第二热交换器输送所述第二工艺水流，以变为进入所述第一热交换器的第一工艺水流；

(g)将所述部分蒸发制冷剂从所述第二热交换器输送至第一膨胀阀，以降低所述制冷剂的压力和/或温度；

(h)将所述部分蒸发制冷剂从所述第一膨胀阀输送至气液分离器，以将其液相与气相分离，从而生成液态制冷剂；

(i)将所述液态制冷剂从所述气液分离器输送至第二膨胀阀，以降低所述液态制冷剂的温度；以及

(j)将所述制冷剂从所述第二膨胀阀输送至所述第一热交换器，以与所述第一工艺水流交换热量。

15.一种用于在第一工艺水流和第二工艺水流与制冷剂之间交换热量的系统，所述系统包括：

(a)第一热交换器，其用于在所述第一工艺水流与所述制冷剂之间交换热量，从而生成具有液相和气相的部分蒸发制冷剂；

(b)多相泵，其联接至所述第一热交换器，以增加所述部分蒸发制冷剂的压力；

(c)第二热交换器，其联接至所述多相泵和所述第一热交换器，用于在所述第二工艺水流与所述部分蒸发制冷剂之间交换热量；

(d)第一膨胀阀，其联接至所述第二热交换器，用于降低所述部分蒸发制冷剂的压力和/或温度；

(e)气液分离器，其联接至所述第一膨胀阀和所述多相泵，用于分离所述部分蒸发制冷剂的气相和液相；以及

(f)第二膨胀阀，其联接至所述气液分离器和所述第一热交换器，用于降低所述制冷剂的液相温度。

16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述气液分离器包括闪蒸罐。