CN109779708A - 一种高位平衡压力自重力回液循环系统 - Google Patents

Abstract

一种高位平衡压力自重力回液循环系统，其特征在于冷凝和液体储存容器布置高处、地面设置蒸发设备、涡轮机通过管路形成闭环系统；通过控制系统编程轮番操纵阀门、交叉周期运行；打开高压阀门，使蒸发设备与储存容器连通，压力平衡；打开放液口阀门，使储存容器内液态工质流入蒸发设备，蒸发的高压气体工质做功后降压进入冷凝设备；当监测到液位低于设定下限值时，关闭放液口和高压阀门；打开低压阀门，使储存容器与冷凝设备连通，压力平衡；打开充液口阀门，冷凝工质流入储存容器，开始充液过程，当液位高于设定上限值时，关闭充液口阀门，此时储存容器恢复到初状态，完成充液；此放液至充液过程周而复始。没有工质泵，消灭高能耗、噪音。

Description

一种高位平衡压力自重力回液循环系统

技术领域

本发明涉及在朗肯循环中介质循环流动的系统，一种利用高位平衡压力自重力回液循环系统，应用于需要将液体介质从低压区域输送到高压区域的场所。

背景技术

现有液体介质循环系统仍主要采用离心泵或者活塞泵实现介质从低压区向高压区输送循环。

在朗肯循环发电系统中，液体介质循环系统主要由各类工质泵驱动完成，工质泵作为循环驱动力时其本身属于耗能设备；在工质泵前后两端压差过大，管路内的工质压力高，对工质泵的密封性要求很高，而市场上的工质泵密封性一般，或者密封性非常好的泵其价格又很高。该系统循环设备在工作运行时产生较大噪音；受运行工况影响，使其处于低流量、高扬程的运行条件，运行效率低；会有泄露，其泄漏液气有一定的毒性，还无法回收。

发明内容

本发明目的是提供一种高位平衡压力自重力回液循环系统，通过控制系统使高位的液体储存容器中工质经过蒸发、冷凝交替，利用介质自重力为循环的驱动力，实现系统管路中压力自平衡与重力自循环。

一种高位平衡压力自重力回液循环系统，包括控制系统、蒸发设备、气体做功设备、冷凝设备和液体储存容器，其特征在于冷凝设备和液体储存容器布置在高处、与地面设置蒸发设备、气体做功设备通过管路连成闭合循环系统，液体储存容器设置三个相同结构的容器，容器在顶部设高压、低压、充液接口，底部设置放液接口，通过管路与蒸发设备、冷凝设备连接；根据作业流程需要，通过控制系统对压力、液位设定域值监控条件，对设备中每段管路上的电控阀门进行电控逻辑编程，实现三个容器冲液、放液周期交错，使三个储液罐冲液、放液过程交替进行，保证循环系统运行不间断；本系统启动作业时蒸发设备和冷凝设备先启动并保持持续运行，设初始状态为储存容器充满液体工质，四个接口阀门均为关闭状态，第一轮循环时间节点时第一储液罐开始运行，打开高压阀门，使蒸发设备与储存容器连通，压力平衡；打开放液口阀门，使储存容器内液态工质通过自重力流入蒸发设备，从蒸发设备出来的高压气体工质做功后降压进入冷凝设备，冷凝为液体工质；当监测到储存容器内液体低于设定液位下限值时，关闭放液口阀门和高压阀门；打开低压阀门，使储存容器与冷凝设备连通，至压力平衡；打开充液口阀门，冷凝设备中的液态工质因自重力流入储存容器，开始充液过程，当监测到储存容器内液体高于设定液位上限值时，关闭充液口阀门，此时储存容器恢复到初状态，完成充液；此放液至充液的自重力回液循环过程周而复始。

本发明是针对朗肯循环中自耗能最大问题，为取消工质泵而做出的技术革新。本发明所涉及的高位平衡压力自重力回液循环系统，主要解决以下几个技术问题：

1、循环的驱动力为介质自重力，不需要机械力驱动，无需消耗电能的工质泵，消除了大部分的系统自耗能；

2、系统运行时低噪音；

3、运行过程，系统管路中压力自平衡段和重力自循环段无泄漏；

4、减少了后期设备维护保养的工作；

通过本发明这种高位平衡压力自重力回液循环，有效替代了现有液体循环系统工质泵的驱动作用，大大降低了系统自耗能，对于朗肯循环发电系统，显著的提高了其经济效益。由于没有工质泵的运行，大大降低了系统运行时的噪音，改善作业环境。而在本发明中摒弃工质泵后管路中的储存容器和阀门的密封性非常可靠，并且价格不高。系统管路、容器、阀门后期的维护工作与有工质泵的相比更加简单，减少了很多后期运维工作。

附图说明

图1是本自重力回液系统的设备布置示意图；

图2是本自重力回液系统的运行次序示意框图；

图3a是压力表、温度仪与控制系统PLC连接示意图；

图3b是压力表、液位计与控制系统PLC连接示意图；

图4是四组阀门与控制系统数字模拟信息输入端连接示意图；

图5是液体储存容器之一的储液罐结构示意图。

具体实施方式

一种高位平衡压力自重力回液循环系统，包括控制系统、蒸发设备、气体做功设备、冷凝设备和液体储存容器，其特征在于闭合循环系统的设备布置在纵向上分为高低两大部分，参见图1：蒸发设备和气体做功设备的涡轮机位于地面，虚线框内位于高处的冷凝设备和液体储存容器，储存容器包括结构相同的一式三个储液罐1～3，见图5，各个储液罐均有四个接口：储液罐顶部有三个接口，储液罐底部设置出液接口，每个接口均有高压接口阀门K1～K4，并管接头连接各自管路，由管接头分别连接高压蒸发管、低压入冷凝设备管、冷凝设备回液管和出液管，再与蒸发设备、冷凝设备连接。图1中为省略压力表，以压力测点P表示。三个储液罐1～3装配有液位仪L1～L3和压力表，表示为第六至第八压力测点P6～P8。

本系统设备的具体结构是：储存容器三个储液灌顶部设置第六～八测压点P6～P8、设置的高压接口阀门K1管路连通蒸发设备出口，并在管路中设置第一至第三高压阀门A1～A3、低压接口阀门K2管路连通冷凝设备入口，并在管路中设置第一至第三低压阀门B1～B3、充液接口阀门K3管路连通冷凝设备出口,并在管路中设置第一至第三充液阀门C1～C3、放液接口阀门K4管路连通蒸发设备入口，并在管路中设置放液阀门D1～D3，在储液灌体内设置液位仪L；蒸发设备入口设第四测压点P4和温度计T4、蒸发设备出口设有第五测压点P5和温度计T5、蒸发设备出口设两条管路，一条管路连通涡轮机入口处设置第一测压点P1和温度计T1、另一条管路连通至储存容器各接口阀门K1～K3；冷凝设备入口设第二测压点P2和温度计T2、冷凝设备出口设第三测压点P3和温度计T3；四组阀门与控制系统电气连接，执行开与关动作，见图4，将上述管路中的四组阀门按A\B\C\D及1～3顺序，依次由上端至下电气连接到PLC数字量输出模块DO1中、如图3所示，将三个容器设置三个测压点P6～P8及温度计T1～T5电气连接控制系统中PLC模拟信息输入端Al1，第四～八压力测点P4～P8和液位仪L1～L3连接PLC模拟信息输入端Al2。

自重力回液循环系统运行流程：见控制系统流程框图2，本系统启动作业时蒸发设备和冷凝设备先启动并保持始终运行，设初始状态为储存容器充满液体工质，四个接口阀门K1～K4均为关闭状态，第一轮循环时间节点time1时第一储液罐1开始运行，打开第一高压阀门A1，此时第一储液罐1与蒸发设备连通，蒸发设备出口的第五压力测点P5压力值等于第一储液罐1第六压力测点P6的压力值，P5＝P6，实现压力平衡；打开第一出液阀门D1，第一储液罐1内液态工质通过自重力流入蒸发器；当第一储液罐液位计L1监测到液位到达设定下限值时L1≤L低，关闭第一高压阀门A1和第一出液阀D1，此过程中，从蒸发设备出来的高压气体工质经涡轮机做功后降压进入冷凝设备，冷凝为液体工质；第二轮循环时间节点time2时，打开第一低压阀门B1，使储存容器与冷凝设备连通，压力平衡，即冷凝设备入口第二压力测点P2＝P6；打开冷凝设备第一回液阀门C1，冷凝设备中的液态工质因自重力流入储存容器，开始充液过程；当液位计监测到液位到达设定上限值时第一储液罐液位计L1≥L高，关闭第一低压阀门B1和冷凝设备第一回液阀门C1，此时第一储液罐1完成充液；此过程中，当第一储液罐1运行到第二轮循环时间节点time2时，第二储液罐2开始运行。打开第二高压阀门A2，此时第二储液罐2与蒸发器连通，实现压力平衡，蒸发设备出口第五测压点P5的压力值等于第二储液罐2第七测压点P7压力值，P5＝P7；打开第二出液阀D2，第二储液罐2内液态工质通过自重力流入蒸发器；当控制系统监测到液位到达设定下限值时L2≤L低，关闭第二高压阀门A2和第二出液阀D2；第三轮循环时间节点time3时，打开第二低压阀门B2，使储存容器与冷凝设备连通，冷凝入口第二测压点P2的压力值等于第二储液罐第七测压点P7的压力值，P2＝P7；打开冷凝设备回液冷凝设备第二回液阀门C2，冷凝设备中的液态工质因自重力流入储存容器，开始充液过程；当液位计监测到液位到达设定上限值时L2≥L高，关闭第二低压阀门B2和冷凝设备第二回液阀门C2，此时第二储液罐2完成充液。此过程中，当第二储液罐2运行到第三轮循环时间节点time3时，第三储液罐3开始运行：打开第三高压阀门A3，此时第三储液罐3与蒸发器连通，第五压力测点P5的压力值等于第八压力测点P8的压力值，实现压力平衡，P5＝P8；打开第三出液阀D3，第三储液罐3内液态工质通过自重力流入蒸发器；当控制系统监测到液位到达设定下限值时L3≤L低，关闭第三高压阀门A3和第三出液阀D3；第四轮循环时间节点time4时，打开第三低压阀门B3，使储存容器与冷凝设备连通，冷凝入口第二测压点P2的压力值等于第三储液罐2第八测压点P8的压力值，压力平衡P2＝P8；打开冷凝设备第三回液阀门C3，冷凝设备中的液态工质因自重力流入储存容器，开始充液过程；当液位计监测到液位到达设定上限值时L3≥L高，关闭第三低压阀门B3和冷凝设备第三回液阀门C3，此时第三储液罐3完成充液。此过程中，当第三储液罐3运行到第四轮循环时间节点time4时，第一储液罐1开始下一周期的运行；控制系统通过对每段管路上的电控阀门进行电控逻辑编程，实现三个容器充液、放液过程交替进行，保证系统运行不间断，循环过程周而复始。

这个系统是通过3个储液罐交替充液放液，以保证蒸发器、涡轮机、冷凝器可以持续不间断的运行，3个储液罐全部完成对蒸发器的放液和从冷凝器中充液，即完成一轮循环周期。Time1～time4所描述的是一个循环中的4个时间节点，第一储液罐1从time1开始，到time4又开始下一轮循环动作，第二储液罐2相对于第一储液罐1的运行时间是有延时的，这个延时点就在第二轮循环时间节点time2，第三储液罐3相对于第二储液罐2同样有延时，延时的点就在第三轮循环时间节点time3。

Claims (3)

1.一种高位平衡压力自重力回液循环系统，包括控制系统、蒸发设备、气体做功设备、冷凝设备和液体储存容器，其特征在于冷凝设备和液体储存容器布置在高处、与地面设置蒸发设备、气体做功设备通过管路连成闭合循环系统，液体储存容器设置三个相同结构的容器，容器在顶部设高压、低压、充液接口，底部设置放液接口，通过管路与蒸发设备、冷凝设备连接；根据作业流程需要，通过控制系统对压力、液位设定域值监控条件，对设备中每段管路上的电控阀门进行电控逻辑编程，实现三个容器冲液、放液周期交错，使三个储液罐冲液、放液过程交替进行，保证循环系统运行不间断；本系统启动作业时蒸发设备和冷凝设备先启动并保持持续运行，设初始状态为储存容器充满液体工质，四个接口阀门均为关闭状态，第一轮循环时间节点(time1)时第一储液罐开始运行，打开高压阀门，使蒸发设备与储存容器连通，压力平衡；打开放液口阀门，使储存容器内液态工质通过自重力流入蒸发设备，从蒸发设备出来的高压气体工质做功后降压进入冷凝设备，冷凝为液体工质；当监测到储存容器内液体低于设定液位下限值时，关闭放液口阀门和高压阀门；打开低压阀门，使储存容器与冷凝设备连通，至压力平衡；打开充液口阀门，冷凝设备中的液态工质因自重力流入储存容器，开始充液过程，当监测到储存容器内液体高于设定液位上限值时，关闭充液口阀门，此时储存容器恢复到初状态，完成充液；此放液至充液的自重力回液循环过程周而复始。

2.根据权利要求1所述的高位平衡压力自重力回液循环系统，其特征在于系统设备的布置结构是：储存容器的三个储液灌顶部设置第六～八测压点(P6～P8)、设置第一高压接口阀门(K1)管路连通蒸发设备出口，并在管路中设置第一至第三高压阀门(A1～A3)、低压接口阀门(K2)管路连通冷凝设备入口，并在管路中设置第一至第三低压阀门(B1～B3)、充液接口阀门(K3)管路连通冷凝设备出口,并在管路中设置第一至第三充液阀门(C1～C3)、放液接口阀门(K4)管路连通蒸发设备入口，并在管路中设置第一至第三放液阀门(D1～D3)，在储液灌体内设置液位仪(L)；蒸发设备入口设有第四测压点(P4)和温度计(T4)、蒸发设备出口设有测压点(P5)和温度计(T5)、蒸发设备出口设两条管路，一条管路连通气体做功设备的涡轮机，涡轮机入口处设置第一测压点(P1)和温度计(T1),另一条管路连通至储存容器各接口阀门(K1～K3)；冷凝设备入口设有第二测压点(P2)和温度计(T2)、冷凝设备出口设有第三测压点(P3)和温度计(T3)；四组阀门(A\B\C\D)的电路与控制系统电气连接，执行开与关动作，将上述管路中的四组阀门按(A\B\C\D)及1～3顺序，依次由上端至下电气连接到PLC数字量输出模块(DO1)中、将第一～三测压点(P1～P3)及温度计(T1～T5)电气连接控制系统中PLC模拟信息输入端(Al1)，第四～八测压点(P4～P8)和液位仪(L1～L3)连接PLC模拟信息输入端(Al2)。

3.根据权利要求1所述的高位平衡压力自重力回液循环系统，其特征在于自重力回液循环系统运行流程：本系统启动作业时蒸发设备和冷凝设备先启动并保持持续运行，设初始状态为储存容器充满液体工质，四个接口阀门(K1～K4)均为关闭状态，第一轮循环时间节点(time1)时第一储液罐(1)开始运行，打开第一高压阀门(A1)，此时第一储液罐(1)与蒸发设备连通，蒸发设备出口第五测压点(P5)的压力值等于第一储液罐(1)第六测压点(P6)压力值，P5＝P6，实现压力平衡；打开第一出液阀门(D1)，第一储液罐(1)内液态工质通过自重力流入蒸发器；当监测到第一储液罐液位计(L1)液位到达设定下限值时L1≤L低，关闭第一高压阀门(A1)和第一出液阀(D1)，此过程中，从蒸发设备出来的高压气体工质经涡轮机做功后降压进入冷凝设备，冷凝为液体工质；第二轮循环时间节点(time2)时，打开第一低压阀门(B1)，使储存容器与冷凝设备连通，压力平衡，即冷凝入口第二测压点(P2)的压力值等于第一储液罐(1)第六测压点(P6)的压力值，P2＝P6；打开冷凝设备第一回液阀门(C1)，冷凝设备中的液态工质因自重力流入储存容器，开始充液过程；当控制系统监测到液位到达设定上限值时第一储液罐液位计L1≥L高，关闭第一低压阀门(B1)和冷凝设备第一回液阀门(C1)，此时第一储液罐(1)完成充液；此过程中，当第一储液罐(1)运行到第二轮循环时间节点(time2)时，第二储液罐(2)开始运行；打开第二高压阀门(A2)，此时第二储液罐(2)与蒸发器连通，实现压力平衡，蒸发设备出口第五测压点(P5)的压力值等于第二储液罐(2)第七测压点(P7)压力值，P5＝P7；打开第二出液阀(D2)，第二储液罐(2)内液态工质通过自重力流入蒸发器；当控制系统监测到液位到达设定下限值时L2≤L低，关闭第二高压阀门(A2)和第二出液阀(D2)；第三轮循环时间节点(time3)时，打开第二低压阀门(B2)，使储存容器与冷凝设备连通，冷凝入口第二测压点(P2)的压力值等于第二储液罐(2)第七测压点(P7)的压力值，P2＝P7；打开冷凝设备回液冷凝设备第二阀门回液(C2)，冷凝设备中的液态工质因自重力流入储存容器，开始充液过程；当控制系统监测到液位到达设定上限值时L2≥L高，关闭第二低压阀门(B2)和冷凝设备第二回液阀门(C2)，此时第二储液罐(2)完成充液；此过程中，当第二储液罐(2)运行到第三轮循环时间节点(time3)时，第三储液罐(3)开始运行：打开第三高压阀门(A3)，此时第三储液罐(3)与蒸发器连通，实现压力平衡P5＝P8；打开第三出液阀(D3)，储液罐(3)内液态工质通过自重力流入蒸发器；当控制系统监测到液位到达设定下限值时L3≤L低，关闭第三高压阀门(A3)和第三出液阀(D3)；第四轮循环时间节点(time4)时，打开第三低压阀门(B3)，使储存容器与冷凝设备连通，冷凝入口第二测压点(P2)的压力值等于第三储液罐(2)第八测压点(P8)的压力值，P2＝P8，压力平衡；打开冷凝设备第三回液阀门(C3)，冷凝设备中的液态工质因自重力流入储存容器，开始充液过程；当控制系统监测到液位到达设定上限值时L3≥L高，关闭第三低压阀门(B3)和冷凝设备第三回液阀门(C3)，此时第三储液罐(3)完成充液；此过程中，当第三储液罐(3运行到第四轮循环时间节点(time4)时，第一储液罐(1)开始下一周期的运行；控制系统通过对每段管路上的电控阀门进行电控逻辑编程，实现三个容器冲放液周期交错，使三个储液罐充液、放液过程交替进行，保证系统运行不间断，循环过程周而复始。