CN117897576A - 用于输送低温流体的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用低温流体输送装置来输送低温流体的方法和设施，该低温流体输送装置包括：第一低温流体分配罐(2)，所述第一罐(2)存储具有下部液相和上部气相的低温流体；第二接收低温罐(3)，该第二接收低温罐容纳包含下部液相和上部气相的低温流体；流体输送回路，流体输送回路连接第一罐(2)和第二罐(3)，输送回路包括第一管道(4)，该第一管道连接第一罐(2)的上部部分和第二罐(3)的上部部分并包括至少一个压缩机(5)，该至少一个压缩机被配置成从第二罐(3)抽取待压缩的气体并且将经压缩的气体递送到第一罐(2)中，输送回路包括将第一罐(2)的下部部分连接到第二罐(3)的上部部分的第二管道(6)，该方法包括使用压缩机(5)经由第一管道(4)对第一罐(2)加压的步骤和通过两个罐(2，3)之间的压力差将液体从第一罐(2)输送到第二罐(3)的步骤，液体被输送到第二罐(3)的上部部分。

Description

用于输送低温流体的方法和装置
本发明涉及一种用于输送低温流体的方法和装置。
本发明更特别地涉及一种用于使用用于输送低温流体的装置来输送低温流体的方法，该装置包括：第一罐，该第一罐用于分配低温流体，所述第一罐存储具有下部液相和上部气相的低温流体；第二接收低温罐，该第二接收低温罐容纳包含下部液相和上部气相的低温流体；流体输送回路，该流体输送回路连接该第一罐和该第二罐，该输送回路包括第一管道，该第一管道连接该第一罐的上部部分和该第二罐的上部部分并且包括至少一个压缩机，该至少一个压缩机被配置成从该第二罐抽取待压缩的气体并且将经压缩的气体排放到该第一罐中。
为了给低温罐加燃料，特别是以液化氢加燃料，低温液体必须通过压力差从半挂车输送到客户罐。接收罐通常处于高于递送罐的压力的压力下。
为了执行这种输送，目前两种方法可用。
第一种方法使用输送泵执行主动输送。半挂车中的低温液体通过高流率低温泵加压。这使得可以克服两个罐之间的压力差以便执行输送。考虑到操作输送速度要求，该泵最常见的是能够产生1巴(bar)至25巴的压力差的离心泵。这些离心泵基于流体的密度产生压力。对于低密度气体，比如液态氢或液态氦，制造可以产生所需压力差(例如，1巴至10巴)的输送泵在技术上是困难的。此外，输送泵还存在其他缺点。具体地，通过泵送液体，泵将热量添加到待输送的流体，并有被低温液体内的气穴损坏的风险。此外，半挂车必须总是配备有大气加热器，以便蒸发液体的一部分，并补偿与从卡车上卸载液体相关的压力的下降。
另一种方法使用加压执行输送。该输送主要通过使用大气加热器将半挂车加压至通常比待填充的固定罐的压力高0.5巴至2巴的压力来执行。也就是说，冷液体通过重力从半挂车中抽出，然后在位于罐的低点处的交换器(通常为大气交换器)中蒸发，并且然后自然返回到罐。这导致半挂车的加压。加压速度通常取决于交换器的大小、管道系统的直径、以及使流体循环的压头。递送罐的加压通过产生流体连接允许通过压力差将液体向待填充的罐(被动)输送。
这种类型的装置较慢(取决于半挂车中可用的液体的高度)，并且在消耗液体的同时将热量注入到系统中。因此，这导致低温液体的物流环路中的由蒸发引起的气体损失。
文件WO 2019173445 A1描述了一种在两个罐的气体部分之间使用压缩机的液体输送系统。
该装置需要许多输送管以便管理两个罐之间的压力。
本发明的一个目的是克服以上阐述的现有技术的缺点中的全部或部分。
为此，根据本发明的、在其他方面也符合以上前序部分中给出的一般定义的方法的实质性特征在于，该输送回路包括第二管道，该第二管道将该第一罐的下部部分连接到该第二罐的上部部分，该方法包括通过压缩机经由该第一管道对该第一罐加压的步骤和通过该两个罐之间的压力差将液体从该第一罐输送到该第二罐的步骤，该液体被输送到该第二罐的上部部分中。
此外，本发明的实施例可以包括以下特征中的一个或多个特征：
-该第一管道和该第二管道在相同公共孔口处连接到该第二罐的该上部部分，
-在对该第一罐加压的步骤的至少一部分期间，该第二管道关闭，
-对该第一罐加压的步骤被配置成使该第一罐中的压力达到超过该第二罐中的压力0.2巴至5巴、优选地0.5巴至2巴的值的压力水平，
-对该第一罐加压的步骤在将液体从该第一罐输送到该第二罐的步骤的至少一部分期间执行，
-对该第一罐加压的步骤之前是平衡该两个罐之间的压力的步骤，
-通过经由该第一管道进行的被动压力平衡来执行平衡该两个罐之间的压力的步骤，
-平衡该两个罐之间的压力的步骤通过以下来执行：经由该第一管道进行的主动压力平衡和通过该压缩机进行的泵送，
-平衡该两个罐之间的压力的步骤被配置成使该两个罐之间的压力差达到低于确定值的水平，例如低于1巴的水平，
-该压力平衡步骤之前是以下步骤中的至少一个：冲洗这些管道的至少一部分的步骤，冷却这些管道的至少一部分的步骤，
-该方法包括在该加压步骤期间待压缩的气体被允许进入该压缩机之前加热该待压缩的气体的步骤，该加热步骤包括该待压缩的气体与相对较热的传热流体之间的热交换。
本发明还涉及一种用于输送低温流体的设施，该设施包括：第一罐，该第一罐例如是活动的、用于分配低温流体，所述第一罐被配置成存储具有下部液相和上部气相的低温流体；第二接收低温罐，该第二接收低温罐被配置成容纳包含下部液相和上部气相的低温流体；流体输送回路，该流体输送回路被配置成连接该第一罐和该第二罐，该输送回路包括第一管道，该第一管道被配置成连接该第一罐的上部部分和该第二罐的上部部分并且包括至少一个压缩机，该至少一个压缩机被配置成从该第二罐抽取待压缩的气体并且将经压缩的气体排放到该第一罐中，该输送回路包括第二管道，该第二管道被配置成将该第一罐的下部部分连接到该第二罐的上部部分，该设施包括一组一个或多个阀和包括微处理器的电子控制构件，该控制构件被配置成控制该压缩机和该组一个或多个阀，以便允许该第一罐经由该第一管道被该压缩机加压，并通过该两个罐之间的压力差将液体从该第一罐输送到该第二罐。
本发明还可以涉及包括权利要求范围内的上文或下文特征的任何组合的任何替代性的装置或方法。
通过阅读参考附图提供的以下描述，其他特定特征和优点将变得显而易见，在附图中：
[图1]示出了示意性局部视图，展示了第一实施例中的根据本发明的装置的示例的结构和操作，
[图2]示出了示意性局部视图，展示了第二实施例中的根据本发明的装置的示例的结构和操作，
[图3]示出了示意性局部视图，展示了第三实施例中的根据本发明的装置的示例的结构和操作。
如所展示的那样，用于输送低温流体的设施包括用于分配低温流体的第一罐2，该第一罐例如是活动式真空绝热低温罐(例如，由卡车运载)。
第一罐2被配置成存储具有下部液相和上部气相的低温流体。该设施包括第二接收低温罐3，该第二接收低温罐将被填充并被配置成容纳包含下部液相和上部气相的低温流体。
该设施包括流体输送回路，该流体输送回路被配置成例如以可拆卸的方式至少在待填充的第二罐3处(例如，经由快速或可拆卸连接器)连接第一罐2和第二罐3。替代性地或累积地，输送回路可以从第一罐2可拆卸并固定到第二罐3或可从该第二罐拆卸。
输送回路包括第一管道4，该第一管道连接第一罐2的上部部分和第二罐3的上部部分并且包括至少一个压缩机5。
压缩机5被配置成从第二罐3抽取待压缩的气体并且将经压缩的气体排放到第一罐2中。
输送回路包括将第一罐2的下部部分连接到第二罐3的上部部分的第二管道6。
设施被配置成允许第一罐2经由第一管道4被压缩机5加压，并且允许液体通过两个罐2、3之间的压力差从第一罐2输送到第二罐3。在该输送期间，液体被输送到第二罐3的上部部分。
特别地，设施可以包括一组一个或多个阀10，并且可以包括电子控制构件9，该电子控制构件包括微处理器。控制构件9可以包括计算机或电子控制器，并且优选地被配置(编程)成控制压缩机5和一组一个或多个阀10，以便允许第一罐2经由第一管道4被压缩机5加压，并且还确保通过两个罐2、3之间的压力差将液体从第一罐2输送到第二罐3(由于以上提及的加压产生的压力差而进行的液体的被动自动输送)。
这种结构允许克服罐2、3之间的压力差，并允许通过在气体回路上使用低温压缩机5而不是在液体回路上使用低温泵来输送液体。也就是说，用于输送液体的第二管道6可以仅包括被动构件(一个或多个阀等)而不需要主动输送构件(比如泵)来执行液体的输送。
在经由第二管道6输送液体期间，压缩机5优选地使气体从第二罐3循环以填充到第一罐2。优选地，控制压缩机以便保持第一罐2中的较高压力。该压力差导致液体在第二管道6中在另一方向上移动。
在氢气的情况下，第一罐2以通常1bara与6bara之间的压力到达。递送器然后通过以下两个连接将两个罐2、3流体连接：第一罐2的底部与第二罐3的顶部之间的液体连接(第二管道6)以及两个罐2、3的两个上部部分之间的气体连接(第一管道4)。优选地，这两个管道或其端部是封闭的(例如，一组一个或多个阀10)。
如[图1]所示，两个管道2、3可以在分离的进口处连接到第二罐3，或者如[图2]所示，两个管道在单个公共进口处连接到该第二罐。仅具有一个上部开口的后一种配置简化了罐3的结构，并且可以改善其热性能。
在惰化管道4、6和回路的操作、冲洗的操作和冷却管道系统的操作之后，可以例如经由第一管道4在两个罐2、3之间建立流体连接(例如，打开一个或多个阀)。这允许通过两个罐2、3的气体顶部空间在该两个罐之间执行被动压力平衡。例如，该压力平衡可以通过压缩机5(此时该压缩机未开启)和/或经由压缩机5的旁路来执行。
当两个罐2、3之间的压力差降低到所确定的水平，例如接近0巴(例如，低于1巴)时，压缩机3可以被开启以便加速平衡。
目标平衡点优选地处于两个罐的两个压力之间的中间压力下，通常在2巴与8巴之间。特别地，它取决于两个罐2、3中的初始压力和取决于第一罐2中的液体水平以及取决于两个罐2、3的容积。
压缩机5相对于第二罐3继续增加第一罐2中的压力。
当第一罐2的压力开始超过第二罐3的压力时，第二管道6可以(例如，经由一个或多个阀10，如[图3]示意性所示)打开。液体的输送由此开始。
可以调节压缩机3的速度或功率，以便将第一罐2中的压力保持处于恒定的确定值(例如，比第二罐3中的压力高1巴至2巴)。在这种情况下，控制压缩机5以便从第二罐3向第一罐2输送与在另一方向上输送的液体的体积相同体积的气体。
一旦第二罐3中达到所确定的水平，例如第二罐中的最大允许水平，就可以完成第二罐3的填充。
压缩机3优选地为离心式压缩机，其在热学方面被绝热以限制外部热量输入。它可以安装在第一罐2处(例如，在运输后者的车辆上)。当然，压缩机可以集成到包括第二罐3的设施中。压缩机3可以由例如联接到运输第一罐2的车辆的发动机的电气柜或液压单元供应动力。优选地，压缩机3具有低于10kW的功率。
如[图3]所示，热交换器8可以安装在第二罐3的出口与压缩机3的入口之间的第一管道4上，以便例如通过与传热流体7交换来加热气体。这使得可以减小压缩机3的大小或使用相对“更热”的压缩机(即，不是被配置用于非常低的低温温度的压缩机)。从经加热的气体中回收的冷能可以被存储(例如以具有热惯性的物质的形式)以便重新用于例如利用气体(例如氢气：冷却在压力下输送到罐中的气体)填充罐。
本发明具有许多优点。
将液体输送到顶部处的第二罐3中允许其中的压力降低或避免压力的增加。这允许在第二罐3中只有一个进入开口，这降低了热量的输入的可能性。此外，所回收的气体的温度更加均匀：存在密度的较小变化，并且这在压缩机中更容易管理。
装置以及特别是第一罐2不需要大气加热器(或者可以配备有较小的大气加热器)。
输送液体所花费的时间减少，因为对第一罐加压所花费的时间显著减少。估计每次递送节省了大约30分钟至2小时。
另外，由于使用从第二罐蒸发的气体以便产生输送压力，热量引入到系统中最少。压缩机5优选地仅引起非常小的压力差(例如，大约1巴的压力差)。因此，蒸发(“汽化”)损失在物流链中最少。容纳在第一罐2中的液体没有蒸发以便对该第一罐2加压。提高了物流链的效率(相对于损失量，递送给客户的液体量增加)。
蒸汽压缩机比对气穴更敏感的低温泵更坚固和可靠。
压缩机3不将任何热量添加到所输送的液体中，这允许向客户供应更冷、更稠密的液体。因此，第二罐3受益于更大自主性，这降低了加燃料成本并提高了接收站的性能。

Claims (12)

1.一种使用用于输送低温流体的装置来输送低温流体的方法，该装置包括：第一罐(2)，该第一罐用于分配低温流体，所述第一罐(2)存储具有下部液相和上部气相的低温流体；第二接收低温罐(3)，该第二接收低温罐容纳包含下部液相和上部气相的低温流体；流体输送回路，该流体输送回路连接该第一罐(2)和该第二罐(3)，该输送回路包括第一管道(4)，该第一管道连接该第一罐(2)的上部部分和该第二罐(3)的上部部分并且包括至少一个压缩机(5)，该至少一个压缩机被配置成从该第二罐(3)抽取待压缩的气体并且将经压缩的气体排放到该第一罐(2)中，该输送回路包括第二管道(6)，该第二管道将该第一罐(2)的下部部分连接到该第二罐(3)，该方法包括通过该压缩机(5)经由该第一管道(4)对该第一罐(2)加压的步骤和通过两个罐(2，3)之间的压力差将液体从该第一罐(2)输送到该第二罐(3)的步骤，其特征在于，该第二管道(6)连接到该第二罐的上部部分，并且该液体被输送到该第二罐(3)的上部部分。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该第一管道(4)和该第二管道(6)在相同公共孔口处连接到该第二罐(3)的上部部分。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在对该第一罐(2)加压的步骤的至少一部分期间，该第二管道(2)关闭。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，对该第一罐(2)加压的步骤被配置成使该第一罐(2)中的压力达到超过该第二罐(3)中的压力0.2巴至5巴、优选地0.5巴至2巴的值的压力水平。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，对该第一罐(2)加压的步骤在将液体从该第一罐(2)输送到该第二罐(3)的步骤的至少一部分期间执行。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，对该第一罐(2)加压的步骤之前是平衡该两个罐(2，3)之间的压力的步骤。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，通过经由该第一管道(4)进行的被动压力平衡来执行平衡该两个罐(2，3)之间的压力的步骤。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，平衡该两个罐(2，3)之间的压力的步骤通过以下来执行：经由该第一管道(4)进行的主动压力平衡和通过该压缩机(5)进行的泵送。
9.如权利要求6至8中任一项所述的方法，其特征在于，平衡该两个罐(2，3)之间的压力的步骤被配置成使该两个罐(2，3)之间的压力差达到低于确定值的水平，例如低于1巴的水平。
10.如权利要求6至9中任一项所述的方法，其特征在于，该压力平衡步骤之前是以下步骤中的至少一个：冲洗这些管道(4，63)的至少一部分的步骤，冷却这些管道(4，6)的至少一部分的步骤。
11.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，该方法包括在该加压步骤期间待压缩的气体被允许进入该压缩机(5)之前加热该待压缩的气体的步骤，该加热步骤包括该待压缩的气体与相对较热的传热流体(7)之间的热交换(8)。
12.一种用于输送低温流体的设施，该设施包括：第一罐(2)，该第一罐例如是活动的、用于分配低温流体，所述第一罐(2)被配置成存储具有下部液相和上部气相的低温流体；第二接收低温罐(3)，该第二接收低温罐被配置成容纳包含下部液相和上部气相的低温流体；流体输送回路，该流体输送回路被配置成连接该第一罐(2)和该第二罐(3)，该输送回路包括第一管道(4)，该第一管道被配置成连接该第一罐(2)的上部部分和该第二罐(3)的上部部分并且包括至少一个压缩机(5)，该至少一个压缩机被配置成从该第二罐(3)抽取待压缩的气体并且将经压缩的气体排放到该第一罐(2)中，该输送回路包括第二管道(6)，该第二管道被配置成将该第一罐(2)的下部部分连接到该第二罐(3)的上部部分，该设施包括一组一个或多个阀(10)和包括微处理器的电子控制构件(9)，该控制构件(9)被配置成控制该压缩机(5)和该组一个或多个阀，以便允许该第一罐(2)经由该第一管道(4)被该压缩机(5)加压，并通过两个罐(2，3)之间的压力差将液体从该第一罐(2)输送到该第二罐(3)。
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