CN109073153B - 具有远程控制的压力致动罐阀的系统 - Google Patents

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Abstract

一种增压罐系统(10)包括第一罐(12)、第二罐(14)、歧管(28)、将第一罐(12)连接到歧管(28)的第一管道(30)、将第二罐(14)连接到歧管(28)的第二管道(32)、可操作地连接到第二管道(32)的第一压力致动阀(22)、连接歧管(28)和第一压力致动阀(22)的第三管道(24)以及连接第一压力致动阀(22)和第二罐(14)的第四管道(38)。第一压力致动阀(22)配置为通过第三管道(24)中的流体压力进行操作。一种方法包括在第二管道(32)、连接到歧管(28)的第三管道(24)以及连接到第二罐(14)的第四管道(38)之间的接头处可操作地连接第一压力致动阀(22)；以及当流体压力水平超过阈值压力水平时，使用第三管道(24)中的流体自动地打开第一压力致动阀(22)。

Description

具有远程控制的压力致动罐阀的系统
背景技术
在世界上缺乏气体管道的一些地区，燃料诸如天然气可以以诸如图1中所示卡车上的高压存储罐的方式输送。为了最大化卡车拖车的容量，若干容量大的罐与若干容量较小的罐结合为组件。使用歧管系统经由普通的充注软管对所有这些相连的罐进行增压和减压。
罐之间的连接设计成使得在火灾的情况下，罐中的压力将清除出罐并进入大气中。在已知的清除过程中，较大的罐可能将回充到较小的罐中而不是清除到大气中。为了避免这种结果，在现有技术中，在一些系统中使用气动致动器，使得当系统中的压力降低时，致动器关闭阀以将较大的罐与较小的罐隔离。然而，通常使用的气动致动器不适用于存储罐的高压；因此，系统中还必须包括调节器。气动致动器与压力调节器的组合增加了当前已知系统的复杂性和费用。
发明内容
在一个方面，增压罐系统包括第一罐、第二罐、歧管、将第一罐连接到歧管的第一管道、将第二罐连接到歧管的第二管道、可操作地连接到第二管道的第一压力致动阀、连接歧管和第一压力致动阀的第三管道以及连接第一压力致动阀和第二罐的第四管道。第一压力致动阀配置为通过第三管道中的流体压力来操作。
在另一方面，公开了一种用于在系统中控制流体流动的方法。该系统包括第一罐、第二罐、歧管、将第一罐连接到歧管的第一管道以及将第二罐连接到歧管的第二管道。该方法包括在第二管道、连接到歧管的第三管道以及连接到第二罐的第四管道之间的接头处可操作地连接第一压力致动阀。此外，该方法包括将流体引入第三管道，其中流体具有流体压力水平。另外，该方法包括当流体压力水平超过阈值压力水平时使用流体自动地打开第一压力致动阀。
本公开在其各种组合中，无论是设备还是方法形式，特征还可以在于以下所列各项：
1.一种增压罐系统，包括：
第一罐；
第二罐；
歧管；
第一管道，该第一管道将第一罐连接到歧管；
第二管道，该第二管道将第二罐连接到歧管；
第一压力致动阀，该第一压力致动阀可操作地连接到第二管道；
第三管道，该第三管道连接歧管和第一压力致动阀，第一压力致动阀配置为通过第三管道中的流体压力进行操作；以及
第四管道，该第四管道连接第一压力致动阀和第二罐。
2.根据项1的系统，其中，第一罐具有比第二罐更大的容积。
3.根据项1-2中任一项的系统，还包括可操作地连接到第一管道的第二阀。
4.根据项3的系统，还包括第三阀，该第三阀可操作地连接到在歧管与系统外部的大气之间的第五管道。
5.根据项1-4中任一项的系统，还包括连接到歧管的流体源。
6.根据项1-5中任一项的系统，还包括连接到歧管的流体存储站。
7.根据项1-6中任一项的系统，其中，第一压力致动阀被配置用于在第二与第四管道之间的双向流体流动。
8.根据项1-7中任一项的系统，其中，当第三管道中的流体压力水平达到阈值压力水平时，第一压力致动阀打开。
9.根据项8的系统，其中，阈值压力水平在约3600psi至约4500psi之间。
10.一种用于在系统中控制流体流动的方法，该系统包括第一罐、第二罐、歧管、将第一罐连接到歧管的第一管道以及将第二罐连接到歧管的第二管道，该方法包括：
在第二管道、连接到歧管的第三管道以及连接到第二罐的第四管道之间的接头处可操作地连接第一压力致动阀；
将流体引入第三管道，其中，流体具有流体压力水平；以及
当流体压力水平超过阈值压力水平时使用流体自动地打开第一压力致动阀。
11.根据项10的方法，还包括当流体压力水平降低到低于阈值压力水平时，自动地关闭第一压力致动阀。
12.根据项10-11中任一项的方法，其中，流体通过第一致压力动阀从第二管道流到第四管道。
13.根据项10-12中任一项的方法，其中，流体通过第一致压力动阀从第四管道流到第二管道。
14.根据项10-13中任一项的方法，其中，阈值压力水平在约3600psi至约4500psi之间。
15.根据项10-14中任一项的方法，其中，第一压力致动阀在以下情况下自动地打开：
第三管道中的流体压力水平大于或等于第二管道中的流体压力水平的约0.6倍；以及
第三管道中的流体压力水平大于或等于第四管道中的流体压力水平的约0.6倍。
16.根据项10-15中任一项的方法，还包括操作连接到第一管道的第二阀。
17.根据项16的方法，还包括操作第三阀，该第三阀可操作地连接到在歧管与系统外部的大气之间的第五管道。
18.根据项17的方法，还包括将流体源连接到歧管。
19.根据项17-18中任一项的方法，还包括将流体存储站连接到歧管。
提供本发明内容是为了以简化的形式介绍将在下面的具体描述中进一步描述的概念。该发明内容不意在确定所公开或要求保护的主题的关键特征或必要特征，并且不意在描述所公开或要求保护的主题的每个公开的实施方式或每个实现方式。具体地，本文关于一个实施方式公开的特征可以同样适用于另一实施方式。此外，该发明内容不意在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。随着本说明书的进行，许多其他新颖的优点、特征和关系将变得明显。随后的附图和描述更具体地例示了说明性实施方式。
附图说明
将参考所附附图进一步解释所公开的主题，其中在所有若干视图中相同的结构或系统元件由相同的附图标记指示。
图1是装载有多个压力容器的已知半挂车集装箱的侧视立体图。
图2是使用远程控制的压力致动罐阀的示例性公开系统的示意图。
图3是图2的系统的远程控制的压力致动罐阀的示例性实施方式的立体图。
虽然上述附图阐述了所公开主题的一个或多个实施方式，但是还设想了其他实施方式，如本公开中所指出的。在所有情况下，本公开通过代表而非限制的方式呈现所公开的主题。应理解的是，本领域技术人员可以想到许多其他修改和实施方式，其落入本公开的原理的范围和精神内。
附图可能未按比例绘制。特别地，为了清楚起见，一些特征可能相对于其他特征放大。此外，在使用了术语诸如上方、下方、在...上、在...下、顶部、底部、侧面、右边、左边等时，要理解这些术语仅用于便于理解本说明书。可以想到的是，结构可以以其他方式定向。
具体实施方式
本公开描述了包括远程操作开关或阀的系统，该远程操作开关或阀致动以在系统中压力损失的情况下——诸如当火灾触发清除过程时——将罐与罐组隔离。所公开的系统的其他应用包括在充注或卸载罐或罐组期间使用。
图2示出了增压罐系统10的示意图，其中罐12具有比罐14更大的容积。阀16、阀18和阀20由操作者控制，诸如手动地或通过计算机控制。响应于管线24中的压力，压力致动阀22自动地打开和关闭。例如，由于压力致动阀22不由操作者或计算机控制的致动器直接地打开和关闭，因此它有时被称为“远程操作的”。由于操作者无需直接打开和关闭压力致动阀22，所描述的概念减少了难以触及的区域中的手动操作，并降低了人为错误的可能性。
本公开使用术语“气体”，一般指受压的气相流体。然而，将理解的是，系统10中也可以存储其他流体。此外，本公开使用术语“罐”，一般指压力容器，诸如复合丝缠绕的压力容器。题为“Filament Winding Process and Apparatus”的美国专利号4838971中公开了与示例性压力容器12、14的形成相关的细节，该专利通过引用并入本文。然而，将理解的是，也可以使用其他容器。
在充注罐12和14的示例性过程中，管道26将歧管28连接到气体源(示出为气体源/站44)。以手动方式或以其他方式关闭通向大气的阀18以及打开阀16、20和46。来自气体源44的增压流体流过歧管28并打开阀16，通过管道或管线30，并通过打开的阀20以充注罐12。此外，来自气体源44的增压流体流过歧管28以及管道或管线24和32，到达压力致动阀22，其最初是关闭的。管道或管线24是专门用于由管线24中的流体压力对压力致动阀22进行的操作(例如，打开和关闭)的管线；管线24连接歧管28和压力致动阀22。相比之下，管道或管线32是用于经由歧管28充注或排空罐14的管线。
当管线24中的压力在压力致动阀22处足够时，管线24中的压力打开压力致动阀22，使得流过管线32随后可以充注罐14。在充注罐12和14后，操作者关闭通向罐12的阀20。操作者打开通向大气的阀18——在连接歧管28和系统10外部的大气的管道或管线48上。打开阀18会使流动管线24、30和32损失压力。由于管线24中的压力损失，管线24中的压力下降到不足以使压力致动阀22保持打开的水平，并且因此罐14的压力致动阀22关闭。在阀20和压力致动阀22关闭的情况下，罐12和14保留充满的状态。然后，管道26可以与气体源44断开。
对于罐12和14的减压和排空，在一个应用中管道26是在歧管28与将存储供未来消耗的气体的站(示出为气体源/站44)之间。在示例性方法中，沿在歧管28与站44之间的管道26的卸燃料站阀46最初是关闭的。操作者关闭通向大气的阀18，并且打开阀16和20，允许管线30中的气体从高压罐12流动并通过歧管28，对管线24和32进行增压。管线24中的压力打开压力致动阀22——在罐12中的压力大于罐14中的压力(并且满足打开压力操作阀22的其他条件)的情况下——从而允许来自罐12的气体通过管线32流入罐14中。在罐12和14中达到压力均衡平衡时，该流动停止。当卸燃料站阀46沿管道26打开时，罐12和14两者都减压，从而排空到气体存储站44中。
在罐12和14充注好发生火灾的情况下，用户可以手动地打开阀16、18和20，或者传感器可以自动地打开阀16、18和20，例如，以使得清除罐12的内容物并对管线24、30和32进行减压。对管线24的减压会在管线24中的压力不足以使压力致动阀22保持打开时使压力致动阀22自动关闭。因此，压力致动阀22的自动关闭将较小的罐14与较大的罐12隔离，从而防止增压气体从罐12回流至罐14。在罐14中保留不期望的量的气体的情况下，可以在单独的操作中通过凸台34对罐14进行清除。
在诸如图1中所示的多个罐的组件中，可能难以接近其中一些罐的气体流管线以打开和关闭阀。因此，设置完全由通过专门的阀致动压力管线24的气体流动操作的压力致动阀22允许响应于管线24中的气体流动的压力自动打开和关闭压力致动阀22。参考图3，这样的压力致动阀22可以使用偏置构件(例如，弹簧)，偏置构件响应于管线24中的压力操作，以打开或关闭阀22中通向管线32的端口36。合适的压力致动阀22可以是商购自MagnatrolValve Corp.在新泽西州Roebling的分公司Clark Cooper的3/4英寸的双向气动致动阀。
在示例性实施方式中，对压力致动阀22进行校准，以在管线24中气体流动的期望压力值或压力值的范围下打开和关闭端口36，与上面讨论的充注和减压方法一致。该压力值或范围可以远大于常规的气动致动器可以适应的压力。例如，常规的气动致动器通常可在高达约500psi(磅每平方英寸)下操作。因此，气动致动器通常与复杂、繁琐且昂贵的压力调节器一起使用，该压力调节器将管线压力降低到常规的气动致动器可以使用的低范围。相比之下，例如，压力致动阀22可以是能够经受系统10中典型压力水平诸如高达5000psi、用于存储压缩天然气的机械设备。此外，阀22可以在约-50°F至约180°F之间的温度下操作，该温度适合用于存储例如压缩天然气。虽然给出了压缩天然气的示例值，但系统10也适用于存储其他流体，包括氢气，举例来说。对于氢气的存储，压力致动阀22被设计或选择为经受例如高达22000psi的压力水平，并且经受在约-50°F至约180°F之间的温度。可以想到的是，例如，可能还有其他压力和温度操作范围适用于其他流体，诸如氦气、氮气、氖气或氩气。
图3示出了阀22的视图，其配置为在管线32、管线24和管线38(将阀22和罐14流体地连接到歧管28和大气)的接头处连接在系统10中。管线32连接到阀22的端口36。管线24连接到阀22的端口40。管线38连接到阀22的端口42。管线32中流体的压力在本文中称为P32。管线24中流体的压力在本文中称为P24。管线38中流体的压力在本文中称为P38。罐12中流体的压力在本文中称为P12。罐14中流体的压力在本文中称为P14。在许多情况下，P12＝P32并且P14＝P38。在示例性实施方式中，阀22在端口36与端口42之间是双向的，允许流体从管线32流到管线38，并且反之亦然。在示例性实施方式中，阀22通常是关闭的。当P24达到阈值压力水平(PT)时，阀22打开，允许管线32与38之间的流动。在示例性实施方式中，例如，PT在约100psi至约4500psi之间。甚至更特别地，PT可以在约3600psi至约4500psi之间。流动方向将由P32和P38确定。当P32>P38时，流体将通过阀22从管线32流到管线38。相反地，当P32<P38时，流体将通过阀22从管线38流到管线32。在示例性实施方式中，PT设置为使得当P24≥0.6P38并且P24≥0.6P32时，阀22打开。在示例性实施方式中，当P24降低至低于PT时，压力致动阀22自动关闭。在示例性实施方式中，当P24≤0.35P38时，阀22保留关闭；此外，当P24≤0.45P32时，阀22保留关闭。虽然描述了0.35、0.45和0.60这些示例性比率，但将理解的是，其他比率也可能是合适的；通过更改阀的内部结构的构造可以更改比率值。这些数值关系表示阀中的“滞后”或“死区”—回路上的压力范围，其中阀的行为不是确定的。例如，这些范围可能受各种因素的影响，包括摩擦力和弹力。
虽然已经参考若干实施方式描述了本公开的主题，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以在形式和细节上做出更改。另外，关于一个实施方式公开的任何特征都可以并入到另一实施方式中，并且反之亦然。例如，虽然示出了所公开的系统的特定实施方式，但是可以想到的是，在所公开的系统的特定实现方式中可以去掉阀16和20中的一个，使得单个阀控制罐12与歧管28之间的流体连通。此外，在其他实施方式中，可以想到的是，可以在系统10中增加额外的阀，例如以提供更多控制点。

Claims (13)

1.一种增压罐系统，包括：
第一罐；
第二罐；
歧管；
第一管道，所述第一管道将所述第一罐连接到所述歧管；
第一压力致动阀；
第二管道，所述第二管道将所述第一压力致动阀连接到所述歧管；
第三管道，所述第三管道通过与所述第二管道分开的管线连接所述歧管和所述第一压力致动阀，所述第一压力致动阀被配置为通过所述第三管道中的流体压力水平进行操作，其中，当所述第三管道中的所述流体压力水平处于第一水平时,所述第一压力致动阀关闭，当所述第三管道中的所述流体压力水平处于高于所述第一水平的第二水平时，所述第一压力致动阀打开；
第四管道，所述第四管道连接所述第一压力致动阀和所述第二罐；以及
连接到所述歧管的流体源，
当所述第三管道中的流体压力水平超过阈值压力水平时，所述第一压力致动阀打开，所述阈值压力水平在3600 psi至4500 psi之间。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一罐具有比所述第二罐更大的容积。
3.根据权利要求1或2所述的系统，还包括可操作地连接到所述第一管道的第二阀。
4.根据权利要求3所述的系统，还包括第三阀，所述第三阀可操作地连接到在所述歧管与所述系统外部的大气之间的第五管道。
5.根据权利要求1或2所述的系统，所述流体源为流体存储站。
6.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述第一压力致动阀被配置用于在所述第二管道与所述第四管道之间的双向流体流动。
7.一种用于在系统中控制流体流动的方法，所述系统包括第一罐、第二罐、歧管、将所述第一罐连接到所述歧管的第一管道以及将第一压力致动阀连接到所述歧管的第二管道，所述方法包括：
在所述第二管道、通过与所述第二管道分开的管线连接到所述歧管的第三管道以及连接到所述第二罐的第四管道之间的接头处可操作地连接所述第一压力致动阀；
将流体引入所述第三管道，其中，所述流体具有流体压力水平；
当所述流体压力水平超过阈值压力水平时，使用所述流体自动地打开所述第一压力致动阀；
当所述流体压力水平降低到低于所述阈值压力水平时，自动地关闭所述第一压力致动阀，所述阈值压力水平在3600 psi至4500 psi之间；以及
将流体源连接到所述歧管。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，流体通过所述第一压力致动阀从所述第二管道流动到所述第四管道。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，流体通过所述第一压力致动阀从所述第四管道流动到所述第二管道。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一压力致动阀在以下情况下自动地打开：
所述第三管道中的所述流体压力水平大于或等于所述第二管道中的流体压力水平的0.6倍；以及
所述第三管道中的所述流体压力水平大于或等于所述第四管道中的流体压力水平的0.6倍。
11.根据权利要求7所述的方法，还包括操作连接到所述第一管道的第二阀。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括操作第三阀，所述第三阀可操作地连接到在所述歧管与所述系统外部的大气之间的第五管道。
13.根据权利要求12所述的方法，所述流体源为流体存储站。
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