CN111678037A - 一种低温单罐全真空气液分离器 - Google Patents

一种低温单罐全真空气液分离器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低温单罐全真空气液分离器，包括第一回气管路、第二回气管路、主管路、第一进液管路、第二进液管路和气动阀；所述第一回气管路和第二回气管路对称设置在主管路的上端部位置，第一进液管路和第二进液管路对称设置在主管路的下端部位置，所述第一进液管路和第二进液管路对称设置主管路的下端部位置；所述气动阀分别斜向设置在第一回气管路和第二回气管路上；所述气动阀的偏转角度范围为15～30；本发明中低温单罐全真空气液分离器真空阀门在工艺布局上采用一定角度的倾斜设计，进而使回气过程中的形成局部下U型通道向水平U型通道靠拢，从本质上规避了液封问题，提高了柱塞泵回气效率；气液分离器管路均采用倾斜设计，提高回气效率。

Description

一种低温单罐全真空气液分离器
技术领域
本发明涉及新能源汽车加注领域，尤其是一种低温单罐全真空气液分离器。
背景技术
在L－CNG加气站运营过程中，柱塞泵需频繁启动，然而柱塞泵打压失败是一个频繁出现的工艺问题，导致这一问题的根本原因是柱塞泵回气不通畅，目前市场L－CNG加气站在柱塞泵回气工艺上存在的一些问题主要表现如下：
1)、柱塞泵回气和气液分离器回气没有独立分开，相互窜气干扰，阀门垂直安装引起局部液封，最终导致柱塞泵回气不畅，泵不能正常启动。
2)、由于回气不畅，通过增加手动阀或者气动阀排放回气管路气体，才能启泵，治标不治本，给业主带来经济损失。
3)、液相管路上设计气动阀，柱塞泵检修存在极大安全隐患。
4)、结构不具备整体性，吊装、安装不方便。
基于上述问题，该专利技术采用新型结构设计，优化工艺管路和阀门的布局，解决局部液封问题，从本质上确保柱塞回气通畅，实现柱塞泵零排放频繁启动。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述问题，提供一种低温单罐全真空气液分离器，解决了现有技术中柱塞泵回气不畅，泵不能正常启动的问题，以及柱塞泵检修存在极大安全隐患的问题。
本方案是这样进行实现的：
一种低温单罐全真空气液分离器：包括第一回气管路、第二回气管路、主管路、第一进液管路、第二进液管路和气动阀；所述第一回气管路和第二回气管路对称设置在主管路的上端部位置，第一进液管路和第二进液管路对称设置在主管路的下端部位置，所述第一进液管路和第二进液管路对称设置主管路的下端部位置；所述气动阀分别斜向设置在第一回气管路和第二回气管路上。
作为优选的，所述气动阀的偏转角度范围为15～30°。
作为优选的，所述第一进液管路和第二进液管路向对应位置设置有手动阀。
作为优选的，所述第一回气管路和第一进液管路位置相匹配设置，第二回气管路和第二进液管路位置相匹配设置。
作为优选的，所述第一回气管路、第二回气管路和主管路相交处设置有四通管，所述第一回气管路、第二回气管路和主管路主管路上方进行汇流，所述四通管上连接有第一输出管，所述第一输出管与外界储罐的顶部位置连通。
作为优选的，所述主管道上设置第一输入管，所述第一输入管与储罐连通。
作为优选的，所述手动阀倾斜设置，手动阀的倾斜角度与气动阀的倾斜角度设为15～30°。
作为优选的，所述第一进液管和第二进液管直径相匹配，所述第一回气管和第二回气管直径相匹配；所述第一进液管的尺寸不小于第一回气管的直径。
本发明提供一种气液分离器的安全使用方法，其具体步骤如下：
步骤一：将第一回气管路和第一进液管路分别与柱塞泵的回气口和进液口贯通连接，将第二回气管路和第二进液管路分别与另一个柱塞泵的回气口和进液口贯通连接；将主管路上第一输出管与储罐顶部连接，将主管路第一输入管与储罐底部连接；
步骤二：开启柱塞泵时，回气在气动阀中沿倾斜的下U形流道进行流动，使柱塞泵回气顺畅。
步骤三：当柱塞泵发生故障是，手动关闭柱塞泵进液管路上的手动阀，使管路准确关闭，同时另一个柱塞泵可正常输出，保证高压LNG正常输出。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中的低温单罐真空气液分离器采用单罐对双泵的设计，柱塞泵回气管路与气液分离器回气管路独立置顶设计，终端汇总，回气互不干扰、不窜气，大大提高柱塞泵运行过程中回气效率，实现零排放即可正常启泵。
2、本发明中低温单罐全真空气液分离器真空阀门在工艺布局上采用一定角度的倾斜设计，进而使回气过程中的形成局部下U型通道向水平U型通道靠拢，从本质上规避了液封问题，提高了柱塞泵回气效率；气液分离器管路均采用倾斜设计，大大降低延程阻力，提高回气效率。
3、本发明低温单罐全真空气液分离器在工艺上将手动阀设计在LNG液相管路上，将气动阀设计在气相管路上，规避了柱塞泵检修过程中存在的安全隐患，整体式结构设计，可实现整体吊装、运输、安装。
附图说明
图1是本发明整体的轴测结构示意图；
图2是本发明整体的侧视结构示意图；
图3是本发明气动阀原理说明示意图；
图4是本发明中U形管道垂直设置时的结构示意图；
图5是本发明中U形管道转动一定角度后设置时的结构示意图；
图中标记：1、第一回气管路；2、第二回气管路；3、主管路；4、第一进液管路；5、第二进液管路；6、气动阀；7、四通管；8、第一输入管；9、手动阀；10、第一输出管；11、低出端；12、高进端；13、阀门。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或隐含地包括一个或多个该特征。
实施例1
如图1～3所示，一种低温单罐全真空气液分离器，包括第一回气管路1、第二回气管路2、主管路3、第一进液管路4、第二进液管路5和气动阀6；所述第一回气管路1和第二回气管路2对称设置在主管路3的上端部位置，第一进液管路4和第二进液管路5对称设置在主管路3的下端部位置，所述第一进液管路4和第二进液管路5对称设置主管路3的下端部位置；所述气动阀6分别斜向设置在第一回气管路1和第二回气管路2上；
所述第一回气管路1和第一进液管路4位置相匹配设置，第二回气管路2和第二进液管路5位置相匹配设置。
基于上述设置，在使用时将第一回气管路1和第一进液管路4分别与柱塞泵的回气口和进液口贯通连接，将第二回气管路2和第二进液管路5分别与另一个柱塞泵的回气口和进液口贯通连接，所述柱塞泵为现有技术常用的活塞泵，通过将柱塞泵的回气口与进液口分别与本装置的第一端部连接，使液体从出液口加压输出。
但是在现有技术中，如图3所示，在柱塞泵回气的时候，从回气口进入到气动阀6中的是气液两相物质，并且液态天然的温度较低，通常为零下几十摄氏度，而气动阀6的阀门内部密封结构是一种高进低出的结构，气动阀6的高进端12连接高压端，气动阀6的低出端11通过管道与柱塞泵连通；
在柱塞泵回气时，气液混合介质充入到气动阀6低进端，气液混合介质与柱塞泵的内部管壁冲击，迫使气液混合介质向下转向流动，这样在回气过程中就形成了局部下U型通道，低温液态物质在U型通道中累积引起液封，导致柱塞泵的回气不畅，进而影响柱塞泵回的效率，使柱塞泵不能正常启动，这在行业内是普遍的问题。
针对上述问题，大多数的解决方案，是在柱塞泵回气管路上单独设置有手动阀或者气动阀，当柱塞泵发生回气不畅时，通过开启手动阀或气动阀，将介质外排，使管路连通大气压，使管内回气通畅，这样的做法，会将天然气介质对外排放，长时间多次数的排放也会对天然气造成较大的浪费，对此不进行改进的，还将会长久的进行浪费，这不符合国家节能环保的原则，也给客户带来不必要的经济损失。
为了方便说明液封的情况，请参照图4和图5所示，我们将一根弯折为U形的管道为例，混合介质从管道的一端进入U形管一端，由于混合介质温度较低，液态的物质会在下U形结构形成液封，此时，混合介质向要穿过液封面，就需要极大的气压，而发明人的思路是将垂直设置的U形管以液体流动方向为轴逐渐向水平转动，使垂直的U形管道逐渐趋于水平，极限状态下为水平；
在极限状态下，转弯处沉积的液体会在重力的作用下始终处于整体管路的下端部位置，上端部始终会预留出回气通道；而在U形管路逐步由垂直变为水平的时候，沉积液面的高度位置会逐渐减小，而随着沉积液面高度逐渐减小，回气所需要穿过液封面的气压就会逐渐减低，使回气相对于垂直的U形管道而言更加的顺畅，且所需气压更小。
基于上述原理，结合应用到气动阀6中，请参照图3所示，当气动阀6的低出端11与柱塞泵的回气端连接，气动阀6的的高进端12与储罐顶部通过管道连通；当柱塞泵回气时，气流从管道进入到气动阀6的低出端11口处，由于气流与低出端11上端部管壁阻挡，使气流向下改变流向，在气动阀6芯动作将阀门13开启时，气液混合介质气流又穿过阀门13向上进行流动，最终向储罐的顶部位置流去；
此时气液混合介质在气动阀6低出端11到高进端12整体的流向，如图3所示；形成一个下U形气流，由于混合气流中液体部分为低温液态天然气，通常温度为零下几十摄氏度，在混合介质沿下U形流向进行流动时，液态天然气会在气动阀6的低进端进行累计，能快速形成液封，使柱塞泵回气不畅，影响柱塞泵的启动。
沿用前述U形管道的原理，发明人将气动阀6的由原来的垂直设置，变为偏转一定的角度设置，所述偏转的角度范围为15～30°；
虽然根据前述U形管道的理论来看，当气动阀6向水平偏转的角度越大，沉积液面的高度就会越低，此时回气所需的压力就会越小，理论上来讲，当气动阀6偏转达到水平位置时，回气最为通畅；但是，发明人在现实中进行多次试验后发现，当气动阀6偏转角度越大时，气动阀6上的冷凝结霜程度就会越高，会影响气动阀6的动作，并且也给有损气动阀6的使用寿命；
经过发明人不断的尝试和试验，发现偏转角度15～30°时，结霜程度较小且回气较为通畅，尤其是当偏转角度为15°时，效果最佳。
所述第一回气管路1、第二回气管路2和主管路3相交处设置有四通管7，所述第一回气管路1、第二回气管路2和主管路3主管路3上方进行汇流，所述四通管7上连接有第一输出管10，所述第一输出管10与外界储罐的顶部位置连通，将汇流后的气体由第一输出管10向储罐的顶部排放；
所述主管道上设置第一输入管8，所述第一输入管8与储罐连通，通过第一输入管8将储罐内的液体天然气输出到柱塞泵中，由柱塞泵加压后向外输出；
所述第一进液管路4和第二进液管路5向对应位置设置有手动阀9，所述手动阀9倾斜设置，手动阀9的倾斜角度与气动阀6的倾斜角度设置相同，倾斜角度为15～30°。
通过手动阀9可对柱塞泵进行检修，当单个柱塞泵出现故障时，可以精准的将故障所在管路进行人为关闭，减小了系统误动作对管路的错误控制，保证了维修的安全性。
在现有技术中，虽然常常会采用一整套控制系统对管路的开启或关闭进行控制，更加的智能化，但是整体的系统化控制，在复杂的环境下容易出现误动作，特别是在于进液管路中泵送的是零下162度深冷液体，对于电子器件会有一定程度的影响，尤其是在需要开管检修时，部分的器件通常已经功能异常，此时在进行系统化控制管路开闭，有极大的误动作风险。而管路中的液体是零下162 度深冷液体，直接接触人体，会对人体造成极大的伤害，增加了检修人员的维修风险。
所述第一进液管和第二进液管直径相匹配，所述第一回气管和第二回气管直径相匹配；所述第一进液管的尺寸不小于第一回气管的直径。
新型结构采用单罐对双泵设计的设计理念，根据LNG物理特性，大大提高了 LNG液源质量。柱塞泵回气管路与气液分离器回气管路独立置顶设计，终端汇总，回气互不干扰，大大提高柱塞泵运行过程中回气效率，从根本上解决柱塞泵回气不畅的工艺问题，实现零排放即可正常启泵。
并且本结构中的低温单罐全真空气液分离器真空阀门在工艺布局上采用倾斜阀门的设计理念，进而使回气过程中的形成局部下U型通道向水平U型通道靠拢，从本质上规避了液封问题，提高了柱塞泵回气效率；气液分离器管路均采用倾斜设计，大大降低延程阻力，提高回气效率。
工艺上将手动阀9设计在LNG液相管路上，将气动阀6设计在气相管路上，规避了柱塞泵检修过程中存在的安全隐患。该气液分离器采用整体式、全真空设计，提高了吊装、运输、装配效率，同时降低低温介子的延程冷损，提高能源利用率。
本发明提供一种低温单罐全真空气液分离器的安全使用方法，其具体步骤如下：
步骤一：将第一回气管路1和第一进液管路4分别与柱塞泵的回气口和进液口贯通连接，将第二回气管路2和第二进液管路5分别与另一个柱塞泵的回气口和进液口贯通连接；将主管路3上第一输出管10与储罐顶部连接，将主管路 3是哪个第一输入管8与储罐底部连接；
步骤二：开启柱塞泵时，回气在气动阀6中沿倾斜的下U形流道进行流动，使柱塞泵回气顺畅。
步骤三：当柱塞泵发生故障是，手动关闭柱塞泵进液管路上的手动阀9，使管路准确关闭，同时另一个柱塞阀正常输出，保证高压LNG正常输出。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种低温单罐全真空气液分离器，其特征在于：包括第一回气管路、第二回气管路、主管路、第一进液管路、第二进液管路和气动阀；所述第一回气管路和第二回气管路对称设置在主管路的上端部位置，第一进液管路和第二进液管路对称设置在主管路的下端部位置，所述第一进液管路和第二进液管路对称设置主管路的下端部位置；所述气动阀分别斜向设置在第一回气管路和第二回气管路上。
2.如权利要求1所述的一种低温单罐全真空气液分离器，其特征在于：所述气动阀的偏转角度范围为15～30°。
3.如权利要求1所述的一种低温单罐全真空气液分离器，其特征在于：所述第一进液管路和第二进液管路向对应位置设置有手动阀。
4.如权利要求1所述的一种低温单罐全真空气液分离器，其特征在于：所述第一回气管路和第一进液管路位置相匹配设置，第二回气管路和第二进液管路位置相匹配设置。
5.如权利要求4所述的一种低温单罐全真空气液分离器，其特征在于：所述所述第一回气管路、第二回气管路和主管路相交处设置有四通管，所述第一回气管路、第二回气管路和主管路主管路上方进行汇流，所述四通管上连接有第一输出管，所述第一输出管与外界储罐的顶部位置连通。
6.如权利要求5所述的一种低温单罐全真空气液分离器，其特征在于：所述主管道上设置第一输入管，所述第一输入管与储罐连通。
7.如权利要求6所述的一种低温单罐全真空气液分离器，其特征在于：所述手动阀倾斜设置，手动阀的倾斜角度与气动阀的倾斜角度设为15～30°。
8.如权利要求7所述的一种低温单罐全真空气液分离器，其特征在于：所述第一进液管和第二进液管直径相匹配，所述第一回气管和第二回气管直径相匹配；所述第一进液管的尺寸不小于第一回气管的直径。
9.一种基于权利要求1～8任意气液分离器的安全使用方法，其特征在于：其具体步骤如下：
步骤一：将第一回气管路和第一进液管路分别与柱塞泵的回气口和进液口贯通连接，将第二回气管路和第二进液管路分别与另一个柱塞泵的回气口和进液口贯通连接；将主管路上第一输出管与储罐顶部连接，将主管路是哪个第一输入管与储罐底部连接；
步骤二：开启柱塞泵时，回气在气动阀中沿倾斜的下U形流道进行流动，使柱塞泵回气顺畅。
步骤三：当柱塞泵发生故障是，手动关闭柱塞泵进液管路上的手动阀，使管路准确关闭，同时另一个柱塞阀正常输出，保证LNG正常输出。
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