CN116293422A - 具有即时启动功能深冷液体高压气化系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有即时启动功能深冷液体高压气化系统，包括贮罐、高压柱塞泵和高压汽化器，贮罐内胆内部设置有隔板，通过隔板将贮罐分为冷液区和热液区，贮罐外壳下封头下部设置有延伸筒体，延伸筒体内有将贮罐内胆深冷液体输送至高压柱塞泵的进液管道和高压柱塞泵预冷时回液至贮罐内胆的回液管道，贮罐内胆和延伸筒体的出液口位于冷液区，贮罐内胆和延伸筒体的回液口位于热液区。通过上述方式，本发明能够有效提升柱塞泵进液端的压力，优化泵进液液体流的热力状态，改善泵运行工况，优化液相‑液相预冷循环及回流系统，降低贮罐内液体饱和温度，减少排放几率，降低运营成本，具备即时启动功能，连续稳定运行，提高设备运行效率。

Description

具有即时启动功能深冷液体高压气化系统及控制方法
技术领域
本发明涉及深冷液体高压气化技术领域，特别是涉及一种具有即时启动功能深冷液体高压气化系统及控制方法。
背景技术
当前市场上使用的高压气都是采用压缩机将气体压缩到高压状态，如高压天然气，高压氢气等。由于气体纯度不高及高压气体运输成本很高等问题，采用深冷液体高压气化的技术是一种极具优势的技术方案。
但是，现有技术采用的深冷液体高压气化系统及控制方法存在较多缺陷，使深冷液体高压气化系统在实施过程中技术故障发生率高，不能连续工作，导致工作效率低下。
深冷液体高压气化系统采用低温高压柱塞泵将储存在贮罐中低压的深冷液体转化成高压深冷液体再进行气化。按照现有技术，由于柱塞泵完全是裸露的，所以在启动前，为达到运行条件需要进行预冷。
预冷过程通常采用液相-气相循环方式进行，此预冷方式预冷时间长，通常需要8-10分钟，并将大量热量带入贮罐气相空间，造成贮罐内液体饱和温度升高，贮罐BOG气体增加，当贮罐压力高于安全泄放装置的设定压力时，引起安全阀排放。这样不但造成用户经济损失，也增加安全风险。
为了减少泵内气堵现象，现有技术采用液相-液相循环方式来预冷柱塞泵，该方式也存在缺陷。液相-液相方式预冷并不能完全解决柱塞泵气堵及运行不连贯的问题，特别是对沸点温度极低的介质，如液氢、液氦。柱塞泵以及泵进液系统管道在所谓“预冷”完成后仍会大量结霜，还会出现气堵，造成柱塞泵不能正常连贯工作。因此，现有的“液相-气相”或“液相-液相”预冷技术均存在问题。
通常由于预冷用深冷液体快速汽化，造成柱塞泵进液困难，无法起到快速预冷的效果，从而影响用户生产效率。实际上所谓预冷的效果是比较短暂的，因为深冷液体流经泵和管道系统，深冷液体与环境温度的温差极大，如超低沸点液氢，温差超过230度，“预冷”很快就会失去作用，深冷液体流经泵和管道时，很快又会吸收外部热量，并局部汽化。在柱塞泵中，这些BOG气体会使柱塞泵出现气堵而停止工作。特别对“液-气”转化率高又是易燃易爆的液氢、液氦介质，影响更大，情况严重时，会对柱塞泵造成气蚀损坏。
如在柱塞泵完成启动前及预冷程序后的运行过程中，由于贮罐与低温高压柱塞泵之间的连接管道及阀门从外部环境吸热，会使液体快速气化，极易出现气堵，影响正常运行。情况严重时，会出现气蚀现象，气蚀将导致柱塞泵空打，密封件提前磨损，密封损坏等一系列故障。因此需要在深冷液体进入泵以及泵运行过程中有效减少液体吸热，降低气化量，避免气蚀现象，从而降低柱塞泵的故障率、维修率。现有的技术通常是在人工操作完成“预冷”后，设备刚工作一段时间，就会出现气堵致使泵停止工作。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种具有即时启动功能深冷液体高压气化系统及控制方法，能够解决当前深冷液体高压气化系统泵预冷时间长、泵预冷效果维持时间短、贮罐升压快、液体流动不畅、柱塞泵故障率高、维修率高等技术缺陷。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种具有即时启动功能深冷液体高压气化系统，包括：贮罐、高压柱塞泵和高压汽化器，贮罐通过管道与高压柱塞泵连接，高压柱塞泵通过管道与高压汽化器连接，高压汽化器通过管道与用气端连接，贮罐内胆内部设置有一块底部开小孔的隔板，小孔位于隔板与贮罐焊接处，通过所述隔板将贮罐分为冷液区和热液区，贮罐外壳的下封头下部设置有一延伸筒体，所述延伸筒体内具有将贮罐内胆深冷液体输送至高压柱塞泵的进液管道和高压柱塞泵预冷时回液至贮罐内胆的回液管道，贮罐内胆和延伸筒体的出液口位于所述冷液区，贮罐内胆和延伸筒体的回液口位于所述热液区。
在本发明一个较佳实施例中，所述贮罐下环缝距离高压柱塞泵进液口的净高＞1200mm，以确保在贮罐低液位时，深冷液体进入高压柱塞泵的液体压头，所述隔板高度为贮罐内胆长度的至少1/3，隔板的位置处于贮罐内胆容器中轴线一侧的1/2处。
在本发明一个较佳实施例中，所述延伸筒体的延伸长度为600-900mm，延伸筒体的直径为300-450mm，延伸筒体距离地面基础高度为200mm。
在本发明一个较佳实施例中，所述延伸筒体与贮罐的夹层空间相通，并与贮罐保持相同的真空度。
在本发明一个较佳实施例中，所述进液管道的一端与贮罐内胆的冷液区连通，进液管道另一端经由延伸筒体的出液口与高压柱塞泵的液相进液口连通；所述回液管道的一端与高压柱塞泵的回液口连通，回液管道的另一端经由延伸筒体的回液口与贮罐内胆的热液区连通。
在本发明一个较佳实施例中，还包括气动阀门开关一和气动阀门开关二，所述气动阀门开关一被设置于延伸筒体的出液口与高压柱塞泵的液相进液口之间的进液管道上，所述气动阀门开关二被设置于高压柱塞泵的回液口与延伸筒体的回液口之间的回液管道上。
在本发明一个较佳实施例中，还包括温度传感器，所述温度传感器被设置于靠近高压柱塞泵的回液管道上。
在本发明一个较佳实施例中，所述延伸筒体至高压柱塞泵的液相进液口之间的进液管道上设置有真空绝热夹套，所述高压柱塞泵回液口至延伸筒体回液口之间的回液管道上设置有真空绝热夹套，所述高压柱塞泵的泵头部分设置有真空绝热夹套，所述气动阀门开关一和气动阀门开关二上也设置有真空绝热夹套。
在本发明一个较佳实施例中，还包括PLC控制器，所述气动阀门开关一、气动阀门开关二、温度传感器和高压柱塞泵均与PLC控制器电连接。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种具有即时启动功能深冷液体高压气化控制方法，
通过PLC控制器随时接收温度传感器感应的回液管道中的回液温度信号，PLC控制器将回液温度信号与温度设定值进行比对，根据比对结果，生成控制信号，并将控制信号发送给高压柱塞泵、气动阀门开关一和气动阀门开关二，
深冷液体的最低设定温度为W1，最高设定温度为W2，控制过程为：
当温度传感器检测到回液温度低于设定温度W1时，PLC控制器给高压柱塞泵发出进入怠速状态信号，高压柱塞泵进入低载荷运行状态，高压柱塞泵进液管道上的气动阀门开关一、以及回液管道上的气动阀门开关二均处于开启状态；
当温度传感器检测到回液温度高于设定温度W2时，PLC控制器给高压柱塞泵发出进入预冷循环的指令，高压柱塞泵进入中载荷运行状态，高压柱塞泵进液管道上的气动阀门开关一、以及回液管道上的气动阀门开关二均处于开启状态；
当PLC控制器接收到中央控制台增压运行启动信号时，PLC控制器给高压柱塞泵发出增压运行启动指令，高压柱塞泵进入满载荷运行状态，高压柱塞泵进液管道上的气动阀门开关一处于开启状态，回液管道上的气动阀门开关二处于关闭状态。
本发明的有益效果是：
对贮罐进行优化，增加贮罐出液口至柱塞泵进液口之间的高度差，有效提升柱塞泵进液口处液体的压头，在内容器低液位情况下都能正常运行；
在贮罐内胆设置隔板，出液口设置在贮罐的“冷液区”，泵回液口设置在隔板的另一侧“热液区”，以保持贮罐出液的低温特性，少受泵回液的影响；
优化泵进液液体流的热力状态，对泵前液体流动系统管路、柱塞泵及涉及的阀门采用真空绝热措施，以有效改善柱塞泵运行工况，确保柱塞泵能够连续稳定运行；
优化液相-液相预冷循环及回流系统，降低贮罐内液体饱和温度，减少排放几率，降低运营成本；
在完成快速预冷和相关系统整体真空绝热措施的基础上，使深冷液体高压汽化系统具备即时启动功能和连续稳定运行，以提高设备运行效率；
通过设置PLC控制器、设定控制程序，监控泵内实际温度，来进行柱塞泵自动预冷和启动程序，以提高系统自动监控和高质量运行的能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本发明的具有即时启动功能深冷液体高压气化系统一较佳实施例的结构示意图；
图2是本发明的具有即时启动功能深冷液体高压气化系统贮罐延伸筒体对外管道连接的结构示意图；
图3是本发明的具有即时启动功能深冷液体高压气化系统阀门及泵头真空绝热夹套的结构示意图；
附图中各部件的标记如下：100、贮罐，110、内胆，120、夹层空间，130、隔板，140、冷液区，150、热液区，200、延伸筒体，300、高压柱塞泵，400、高压汽化器，500、进液管道，600、回液管道，700、阀门开关一，800、气动阀门开关二，900、温度传感器，1000、真空绝热夹套，1100、PLC控制器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“前”、“后”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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装置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”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
请参阅图1至图3，本发明给出了一种具有即时启动功能深冷液体高压气化系统的一个较佳实施例。
所述具有即时启动功能深冷液体高压气化系统，包括：贮罐100、高压柱塞泵300和高压汽化器400，贮罐100通过管道与高压柱塞泵300连接，高压柱塞泵300通过管道与高压汽化器400连接，高压汽化器400通过管道与用气端连接。
本实施例中，贮罐100下环缝距离高压柱塞泵300进液口的净高＞1200mm，并对贮罐100容器进行了优化，增加了贮罐出液口与高压柱塞泵进液口之间的高度差，以有效提升高压柱塞泵进液处的液体压头，确保贮罐在较低液位时高压柱塞泵稳定运行。
本实施例优选的，贮罐100的内胆110内部设置有有一块底部开小孔的隔板130，小孔位于隔板130与贮罐100焊接处。所述隔板130高度为贮罐内胆长度的至少1/3，隔板130的位置处于贮罐100内胆110容器中轴线一侧的1/2处，通过所述隔板130将贮罐100分为冷液区140和热液区150。
本实施例优选的，贮罐100外壳的下封头下部设置有一延伸筒体200，所述延伸筒体200的延伸长度为850mm，延伸筒体200的直径为350mm，延伸筒体200距离地面基础高度为200mm，延伸筒体200与贮罐100的夹层空间120相通，并与贮罐保持相同的真空度。
所述延伸筒体200内具有将贮罐100内胆110深冷液体输送至高压柱塞泵300的进液管道500和高压柱塞泵300预冷时回液至贮罐100内胆110的回液管道600。
具体地，所述进液管道500的一端与贮罐100内胆110的冷液区140连通，进液管道500另一端经由延伸筒体200的出液口与高压柱塞泵300的液相进液口连通；所述回液管道600的一端与高压柱塞泵300的回液口连通，回液管道600的另一端经由延伸筒体200的回液口与贮罐100内胆110的热液区150连通。
本实施例中，贮罐100内胆110和延伸筒体200的出液口位于所述冷液区140，贮罐100内胆110和延伸筒体200的回液口位于所述热液区150，这样能够有效保持贮罐100深冷液体出液的低温特性，少受泵回液的影响。
本实施例还包括气动阀门开关一700和气动阀门开关二800，所述气动阀门开关一700被设置于延伸筒体200的出液口与高压柱塞泵300的液相进液口310之间的进液管道400上，所述气动阀门开关二800被设置于高压柱塞泵300的回液口与延伸筒体的回液口之间的回液管道500上。
本实施例还包括温度传感器900，所述温度传感器900被设置于靠近高压柱塞泵300的回液管道600上。
本实施例优选的，延伸筒体200至高压柱塞泵300的液相进液口之间的进液管道500上设置有真空绝热夹套1000，高压柱塞泵300回液口至延伸筒体200回液口之间的回液管道600上设置有真空绝热夹套1000，高压柱塞泵300的泵头部分设置有真空绝热夹套1000，气动阀门开关一700和气动阀门开关二800上也设置有真空绝热夹套1000。
夹套的设置能够充分减少运行时的热量吸收，确保进入高压柱塞泵的深冷液体的低温特性，有效改善高压柱塞泵运行工况，消除气堵事故的发生，确保高压柱塞泵能够连续稳定运行。
本实施例还包括PLC控制器1100，上述气动阀门开关一700、气动阀门开关二800、温度传感器900和高压柱塞泵300均与PLC控制器1100电连接，通过PLC控制器1100采集高压柱塞泵回液管道的温度数据，并根据该温度数据控制延伸筒体与柱塞泵连接的进液管道500、回液管道600上的气动阀门开关一700和气动阀门开关二800，实现柱塞泵自动预冷及高压气化系统即时启动功能。
具体地是，通过PLC控制器1100随时接收温度传感器900感应的回液管道600中的回液温度信号，PLC控制器1100将回液温度信号与温度设定值进行比对，根据比对结果，生成控制信号，并将控制信号发送给高压柱塞泵300、气动阀门开关一700和气动阀门开关二800。其中，深冷液体的最低设定温度为W1，最高设定温度为W2。
根据深冷液体介质不同特性，系统温度设定值W1、W2有所不同，常用深冷液体设定温度如下表：
介质 W1(℃) W2(℃)
液氮 -179 -173
液氧 -164 -157
液氩 -167 -161
LNG -138 -129
液氢 -248 -243
具体控制过程为：
当温度传感器900检测到回液温度低于设定温度W1时，PLC控制器1100给高压柱塞泵300发出进入怠速状态信号，高压柱塞泵300进入低载荷运行状态，高压柱塞泵300进液管道500上的气动阀门开关一700、以及回液管道600上的气动阀门开关二800均处于开启状态；
当温度传感器900检测到回液温度高于设定温度W2时，PLC控制器1100给高压柱塞泵300发出进入预冷循环的指令，高压柱塞泵300进入中载荷运行状态，高压柱塞泵300进液管道500上的气动阀门开关一700、以及回液管道600上的气动阀门开关二800均处于开启状态；
当PLC控制器1100接收到中央控制台增压运行启动信号时，PLC控制器1100给高压柱塞泵300发出增压运行启动指令，高压柱塞泵300进入满载荷运行状态，高压柱塞泵300进液管道500上的气动阀门开关一700处于开启状态，回液管道600上的气动阀门开关二800处于关闭状态。
本发明具有即时启动功能深冷液体高压气化系统及控制方法的有益效果是：
能够在贮罐全液位高度条件下有效确保柱塞泵进液口处的压头，优化泵进液液体流的热力状态，有效改善柱塞泵运行工况，确保柱塞泵能够连续稳定运行，优化液相-液相预冷循环及回流系统，降低贮罐内液体饱和温度，减少排放几率，降低运营成本，具备即时启动功能和连续稳定运行，提高设备运行效率。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有即时启动功能深冷液体高压气化系统，包括：贮罐、高压柱塞泵和高压汽化器，贮罐通过管道与高压柱塞泵连接，高压柱塞泵通过管道与高压汽化器连接，高压汽化器通过管道与用气端连接，其特征在于，
贮罐内胆内部设置有一块底部开小孔的隔板，小孔位于隔板与贮罐焊接处，通过所述隔板将贮罐分为冷液区和热液区，
贮罐外壳的下封头下部设置有一延伸筒体，所述延伸筒体内具有将贮罐内胆深冷液体输送至高压柱塞泵的进液管道和高压柱塞泵预冷时回液至贮罐内胆的回液管道，
贮罐内胆和延伸筒体的出液口位于所述冷液区，贮罐内胆和延伸筒体的回液口位于所述热液区。
2.根据权利要求1所述的具有即时启动功能深冷液体高压气化系统，其特征在于，所述贮罐下环缝距离高压柱塞泵进液口的净高＞1200mm，所述隔板高度为贮罐内胆长度的至少1/3，隔板的位置处于贮罐内胆容器中轴线一侧的1/2处。
3.根据权利要求1所述的具有即时启动功能深冷液体高压气化系统，其特征在于，所述延伸筒体的延伸长度为600-900mm，延伸筒体的直径为300-450mm，延伸筒体距离地面基础高度为200mm。
4.根据权利要求1所述的具有即时启动功能深冷液体高压气化系统，其特征在于，所述延伸筒体与贮罐的夹层空间相通，并与贮罐保持相同的真空度。
5.根据权利要求1所述的具有即时启动功能深冷液体高压气化系统，其特征在于，所述进液管道的一端与贮罐内胆的冷液区连通，进液管道另一端经由延伸筒体的出液口与高压柱塞泵的液相进液口连通；所述回液管道的一端与高压柱塞泵的回液口连通，回液管道的另一端经由延伸筒体的回液口与贮罐内胆的热液区连通。
6.根据权利要求5所述的具有即时启动功能深冷液体高压气化系统，其特征在于，还包括气动阀门开关一和气动阀门开关二，所述气动阀门开关一被设置于延伸筒体的出液口与高压柱塞泵的液相进液口之间的进液管道上，所述气动阀门开关二被设置于高压柱塞泵的回液口与延伸筒体的回液口之间的回液管道上。
7.根据权利要求6所述的具有即时启动功能深冷液体高压气化系统，其特征在于，还包括温度传感器，所述温度传感器被设置于靠近高压柱塞泵的回液管道上。
8.根据权利要求6所述的具有即时启动功能深冷液体高压气化系统，其特征在于，所述延伸筒体至高压柱塞泵的液相进液口之间的进液管道上设置有真空绝热夹套，所述高压柱塞泵回液口至延伸筒体回液口之间的回液管道上设置有真空绝热夹套，所述高压柱塞泵的泵头部分设置有真空绝热夹套，所述气动阀门开关一和气动阀门开关二上也设置有真空绝热夹套。
9.根据权利要求7所述的具有即时启动功能深冷液体高压气化系统，其特征在于，还包括PLC控制器，所述气动阀门开关一、气动阀门开关二、温度传感器和高压柱塞泵均与PLC控制器电连接。
10.一种具有即时启动功能深冷液体高压气化控制方法，其特征在于，通过PLC控制器随时接收温度传感器感应的回液管道中的回液温度信号，PLC控制器将回液温度信号与温度设定值进行比对，根据比对结果，生成控制信号，并将控制信号发送给高压柱塞泵、气动阀门开关一和气动阀门开关二，
深冷液体的最低设定温度为W1，最高设定温度为W2，控制过程为：
当温度传感器检测到回液温度低于设定温度W1时，PLC控制器给高压柱塞泵发出进入怠速状态信号，高压柱塞泵进入低载荷运行状态，高压柱塞泵进液管道上的气动阀门开关一、以及回液管道上的气动阀门开关二均处于开启状态；
当温度传感器检测到回液温度高于设定温度W2时，PLC控制器给高压柱塞泵发出进入预冷循环的指令，高压柱塞泵进入中载荷运行状态，高压柱塞泵进液管道上的气动阀门开关一、以及回液管道上的气动阀门开关二均处于开启状态；
当PLC控制器接收到中央控制台增压运行启动信号时，PLC控制器给高压柱塞泵发出增压运行启动指令，高压柱塞泵进入满载荷运行状态，高压柱塞泵进液管道上的气动阀门开关一处于开启状态，回液管道上的气动阀门开关二处于关闭状态。
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