CN1630615A - 氨蒸气的产生 - Google Patents

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液体空气乔治洛德方法利用和研究的具有监督和管理委员会的有限公司
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Abstract

氨蒸气产生系统包括:液态氨供应源;有从所述供应源接收液态氨的进口和排出气态氨的出口的蒸气产生箱;冷却从所述供应源供应到所述蒸气产生箱的液态氨并从外部冷却所述蒸气产生箱的第一传热系统;对所述蒸气产生箱内的液态氨加热的第二传热系统。所述第一和第二传热系统促进气态氨以基本恒定的流速和压力从所述蒸气产生箱排出。还提供了使用所述系统产生氨蒸气的方法。

Description

氨蒸气的产生

技术领域

本发明涉及以所需的流速把高纯度氨输送到设备的氨蒸气产生系统和方法。

背景技术

高纯度氨在制造半导体装置以及许多制造方法中需求量与日俱增。在这些制造方法中,一般是把液态氨储存于容器内运到制造设备使用于各工序。由于在正常环境温度下氨蒸气压力低一般需要高流速,必须对氨加热以获得以适当的流速输送氨所需的适当蒸气压力。

此外,气态氨在被强制通过诸如调节器之类的小孔时经受巨大的焦耳汤姆孙冷却效应。因此,必须严密监视气态氨的温度和压力,防止制造过程中发生不合需要的温度变化。而且,为了获得所需纯度的气态氨,许多制造方法要求在制造系统内配备提纯设备。需要从供给的氨中除去的杂质包括第I族和第II族金属以及胺、氧化物和这些金属的碳酸盐。

因此,有需要提供一种能以适当的相对稳定的流速在选定的温度和压力下提供高纯度气态氨的氨蒸气产生系统。

发明内容

从而,本发明的目的是为具体方法提供选定流速的气态氨。

本发明的另一目的是为具体方法输送气态氨时控制气态氨的温度和压力。

本发明的再一目的是为具体方法高效地提供适当纯度的气态氨。

本发明还有一个目的是以基本连续的流速和基本恒定的压力提供气态氨。

上述目的可以分别地或结合地达到,我们不想把本发明解释为把两个或更多目的结合在一起达到,除非所附权利要求书明白要求如此。

根据本发明,氨蒸气产生系统包括液态氨供应源、蒸气产生箱、第一传热系统和第二传热系统,所述蒸气产生箱有从所述供应源接收液态氨的进口和排出气态氨的出口,所述第一传热系统向所述蒸气产生箱提供外部冷却,所述第二传热系统在所述蒸气产生箱内对液态氨加热。第一和第二传热系统促使气态氨以基本恒定的流速从所述蒸气产生箱排出。具体地说,第一传热系统在系统开始工作后第一时间段内冷却供应到所述蒸气产生箱的液态氨并把所述箱内的液态氨保持于选定的温度。第二传热系统在所述第一时间段后对所述箱内的液态氨加热。系统能把从所述蒸气产生箱输送出去的气态氨的流速稳定于大约每分钟1000标准升。

附图说明

考虑下面详细说明的具体实施例特别是同时参看附图,就会明白上述的和其它的目的、特点和优点。在各幅附图中相同的部件用相同的标号。

图1是本发明的氨蒸气产生系统的流程图。

图2是控制图1内系统蒸气产生箱内氨温度的温控线路另一实施例的流程图。

图3是图1系统内蒸气产生箱为特定过程多管道输送气态氨的输送线路实施例的流程图。

具体实施方式

图1示出的是本发明的氨蒸气产生系统,该系统有氨蒸气产生箱,所述箱从氨供应源接收液态氨,产生气态氨并以选定的流速向制造设备输送。优选地,气态氨在蒸气产生箱内产生,以每分钟大约1000标准升的基本持续流速、绝对压强大约500千帕斯卡(每平方英寸75磅)输送到制造设备。

所述系统的蒸气产生箱、氨气供应源和其它组件可以用抗腐蚀并能经受系统工作压力的任何适当材料制造。制造所述蒸气产生箱和所述系统的其它组件的优选材料是不锈钢,更为优选的是316L不锈钢。

所述的氨气供应源可以是,例如,一个吨级装置、大容量箱或其它任何适合储存液态氨的储存系统。如果所述供应源配置于液态氨的温度至少为大约21摄氏度(70华氏度)的正常环境环境下,所述供应源内氨的绝对蒸气压力至少为大约850千帕斯卡(每平方英寸123磅),这足以以适当的流速向蒸气产生箱供应液态氨。另外,假如供应的液态氨周围的温度低得使氨的蒸气压力过低,输往蒸气产生箱的氨所需的流速可以通过以下的办法获得,例如,对所述供应源中一小部分液态氨加热和/或在供应源与产生箱之间的管线内安装泵。

参看图1,系统1包括通过适当的管线与氨储存与供应箱4连接的蒸气产生箱2。优选地,蒸气产生箱的内部容量至少大约76升(20加仑)以便以稳定的流速产生并供应足够的气态氨。

供应箱4包括供要求从另一供应源(未示出)供应的另外的氨进入的进口阀3和控制液态氨从所述供应箱外流的出口阀5。供应箱配置于不低于大约21摄氏度的外界温度环境时,供应箱内气态氨的蒸气压力足以驱使液态氨以适当的流速(例如,每分钟1标准升)从所述供应箱经出口阀5进入供料管道6。优选地,所述供应箱内的液态氨的量使用支承并连续测量供应箱重量的秤8监测。供应箱控制器10(例如,通过电线或任何种类的无线连接,如图1内的虚线11和13所示)与秤8及进口阀3连接以便于在控制器、秤与进口阀之间连通。应该注意,控制器10以及下面说明的系统1的其它控制器可以是市场上可以买到的或其它适当的可编程逻辑控制器。所述控制器从所述秤接受重量测定值,当重量下降到轻于下限值时,所述控制器打开进口阀3接受供应的液态氨直至所述秤测定的重量到达限定值的适当范围内。另外,包括配置于供应箱内的传感器或任何其它适当的监测装置在内的液体高度控制器可以使用于监测供应箱内液态氨的量并将所述量保持于选定的水平。

一个热交换器12配置于供应箱4的下游方向从供料管道6接收液态氨。优选地,所述热交换器是管形的(管中管),液态氨流经内管,而传热流体,一般为冷却剂(例如,甘醇)则流经套在内管外的外管。把所述冷却剂从进口管道14送到热交换器的外管再从出口管道16排出热交换器。用下述方法控制流经所述热交换器的冷却剂的温度和压力以使液态氨在进入所述蒸气产生箱前冷却到选定的温度。在一个优选实施例里,液态氨在进入所述蒸气产生箱前冷却到大约10摄氏度(50华氏度)。通过在蒸气产生箱内降低液态氨的温度,从所述箱排出的气态氨的蒸气压力也降低到制造设备需要的输送压力的大致水平。因此,气态氨在输送到所述设备之前很少需要或根本不需要调整压力。

从所述热交换器排到管道18中的液态氨流经止回阀20并通过管道22输入蒸气产生箱2。可选择地安装压力传感器15,测定管道18内的液态氨的压力。所述压力传感器可(通过电线和/或无线连接,如图1中的虚线17所示)与控制器10连接,提供附加的输入信息以保持流入箱2内的液态氨的选定的流速。

优选地,把所述蒸气产生箱内液态氨的进口位置配置于箱底以使系统工作期间箱内大量液态氨与气态氨之间的任何势能效应减到最低限度。为了保持选定的温度(例如,大约10摄氏度),在系统开始工作时和工作初期必须冷却蒸气产生箱2内的液态氨。然而,随着箱2内产生气态氨,由于产生气态氨需要蒸发热而降低了箱内液态氨的温度。因此在系统开始工作一定时期后,必须对所述蒸气产生箱加热以保证其内装物的温度保持基本恒定,从而保证从所述箱流到制造设备的气态氨的蒸气压力和流速基本恒定。初期对所述产生箱内氨的冷却与其后对其加热,既使用内部的也使用外部的传热系统完成,如下面说明。

所述蒸气产生箱有测定箱内蒸气压力的压力传感器23和测定箱内液态氨温度的温度传感器25。应该注意,用于系统1内的温度传感器可以是适合测定系统工作期间液态氨和/或氨蒸气温度的任何形式的传感器(例如,电阻温度计、IR、热敏电阻、热电偶等)。而且,用于系统1内的压力传感器也可以是适合测定系统工作期间液态氨和/或氨蒸气或任何其它流体的压力的任何形式的(例如,机电的、压电的、电容的等)传感器。为了用下述方法实现对内部传热系统的控制,蒸气产生控制器27(通过电线和/或无线连接,如图1中的虚线19和21所示)与压力和温度传感器23和25连接,接收所述传感器测定的蒸气压力和液态氨温度的资料。

位于蒸气产生箱2顶部附近的出口管道31把从箱内排出的气态氨以选定的流速(例如,每分钟1000标准升)和压力(例如,500绝对千帕斯卡)输送到制造设备。为了安全起见,在所述出口管道的支线上安装安全阀33让超过选定的压力限值的排出气态氨溢出去。可以有选择地使用两个以上的安全阀并用一个以上的开关阀将其互相连接起来。可以把一个以上的安全阀直接与所述蒸气产生箱连接作为一种替代办法或者除了位于所述出口管道上的安全阀外再把一个以上的安全阀直接与所述蒸气产生箱连接以排出箱内超过选定限值的高压蒸气。

把氨温度保持于选定温度的外部传热系统包括套于蒸气产生箱2外表面选定部分的传热套24。所述传热套接纳从热交换器12排出的流出管道16的冷却剂并将其排入管道26内。然后冷却剂管道穿过传热装置28和位于所述传热装置下游方向的循环泵30。从所述循环泵排到管道14的适当温度和压力的流体再循环到热交换器12,冷却供应的液态氨。有一个温度控制器(通过电线和/或无线连接,如图1中的虚线35和39所示)与所述传热装置和位于所述传热装置上游方向测定冷却剂管道26的温度的温度传感器34连接。所述温度传感器把温度信息传送到控制器32,所述控制器根据所述温度信息控制所述传热装置使冷却剂在再循环到热交换器12之前达到所需的温度。

在一个典型的实施例中,所述传热装置是一个把冷却剂在输送到热交换器12之前冷却到所需温度的深冷器。在这个实施例中,所述冷却剂只用于在系统工作开始阶段所述蒸气产生箱内的液态氨必须冷却时冷却所述蒸气产生箱。在产生氨蒸气期间的一定时间蒸气产生箱不再需要冷却。而是必须对蒸气产生箱内液态氨加热以保持于选定的温度。因此,对传热装置28的冷却要求随着系统工作接近和达到稳定状态而减少。虽然冷却剂在再循环到所述热交换器之前仍需要一些冷却,但冷却量要减小因为稳定状态下的氨蒸气产生箱相对不从冷却剂中吸热。甚至可以有选择地在冷却剂管道16中安装旁通阀(未示出),一旦蒸气产生箱不再需要冷却,改变冷却剂流向,(绕过所述传热套)直接流到传热装置。

在另一实施例里,传热装置28是对冷却剂既能加热又能冷却使之达到所需温度的热泵。这种传热装置在系统开始工作时会把冷却剂冷却到所需温度。系统持续产生足够的气态氨而且蒸发所需的热达到液态氨需要加热而不是冷却时,因为必须在输送到热交换器12之前保持所需温度而用装置28加热所述冷却剂。这样,所述外传热系统既在系统工作初期冷却液态氨又在系统工作的其它时间中对下面说明的内传热系统提供辅助加热。

蒸气产生箱的内控热系统包括管式线圈36,配置于箱内下部以保证系统处于工作稳定状态时浸于液态氨中。优选地,这种管式线圈是用不锈钢或其它任何抗腐蚀材料制造并有适当的尺寸和表面积以便给箱2内的液态氨传递足够的热。在管式线圈36与配置在蒸气产生箱外的控热线路40之间有适当的热媒(例如,传热油)循环,进口管道37把热媒从线路40输送到线圈36内,出口管道38把从所述线圈排出的热媒输送回所述线路。

控热线路40包括加热装置42、转向器或旁通阀44和循环泵46,所述转向器或旁通阀44使热媒在所述线路内改变流向,所述循环泵使热媒循环通过所述线路和管式线圈。优选地,所述循环泵有至少大约每分钟28.4升(每分钟7.5加仑)的泵送能力。优选地,所述加热装置有适当发热能力(例如,大约14千瓦)的电加热器,它使热媒温度足以把蒸气产生箱内气态氨保持于选定的蒸气压力并把液态氨保持于选定的温度。在一个优选实施例中,为了把所述蒸气产生箱内液态氨温度保持在大约10摄氏度及蒸气压力保持在大约600绝对千帕斯卡,进入所述管式线圈的热媒温度加热到大约65.6摄氏度(150华氏度)。温度控制器48(例如,通过电线和/或无线连接,如图1中的虚线51、53和55所示)与所述加热装置和配置于所述加热装置下游方向的温度传感器50连接以便如下面的说明那样控制热媒的温度。

从所述管式线圈排出的热媒进口管道38并输送到控热线路40内的加热装置42。所述热媒被所述加热装置加热(例如,到大约65.6摄氏度)并被排入管道52送到循环泵46。泵46的出口管道54在一个分支部分与把所述热媒从线路40输送回管式线圈36的进口的进口管道37连接。温度传感器50测定管道54内热媒的温度并向控制器48提供测定的温度信息。所述控制器根据传感器50收到的温度测定结果控制加热装置42的热输出。从而,所述热媒的温度被控热线路40内的控制器48保持于选定的温度或可接受的范围内。

进口管道37延伸在管式线圈36的进口与线路40内的旁通阀44的一端之间。所述旁通阀的另一端通过旁通管道56在一个分支位置与出口管道38(即,延伸在管式线圈出口与加热装置42的进口之间的管道)连接。所述旁通阀还(例如,通过电线和/或无线连接,如图1中的虚线45所示)与蒸气产生控制器27连接以便控制器27根据压力和温度传感器23和25测定的箱2内压力和/或温度测定结果开关所述旁通阀。优选地,所述蒸气产生控制器用压力传感器23产生的压力信号通过旁通阀44控制热媒的流动,因为压力传感器产生测量信号一般快于温度传感器。可是应该注意,可以用压力和温度传感器中的一个或两个产生的信号控制所述旁通阀,以及最后控制所述蒸气产生箱内氨的蒸气压力。

当箱2内的氨的蒸气压力下降到低于限定值(例如,大约600绝对千帕斯卡),这也相当于液态氨的温度下降到限定值(例如,大约10摄氏度)时,传感器23和25向控制器27提供的压力和/或温度信息导致旁通阀44部分或全部关闭,使所述热媒的大部或全部从线路40经管道37流入管式线圈36。或者,所述蒸气压力超过限定值时,控制器27部分或全部打开所述旁通阀,使所述热媒的至少一部分流入旁通管道56经出口管道38回到加热装置42。从而至少阻止一部分热媒流经所述管式线圈直至所述蒸气压力(和相应的液态氨的温度)降到限定值可接受的范围内时为止。

系统还包括一个泄放连接以便清除并预防所述蒸气产生箱内大量液态氨中杂质的积累。具体地说,与箱2的底部在流体上连通的出口管道60连接到断流阀62的一端。所述断流阀的另一端通过管道63连接到泄放收集容器64。所述泄放收集容器有把氨蒸气排放到安全地点的阀65,而固体杂质则收集于所述容器内。在正常情况下,断流阀62保持于关闭位置。然而,所述断流阀不时打开把固体和其它杂质从箱2的底部泄放到容器64。所述断流阀可以人工打开或者通过蒸气产生控制器自动打开。在自动打开的实施例里中,优选地,所述断流阀用电线和/或任何其它无线连接(如图1中的虚线67所示)与蒸气产生控制器连接。

系统还有把所述蒸气产生箱内可能的温度和压力波动降低到最低限度的液体控制的特点。系统1的这种特点特别是以安装至少一个液体高度传感器70和秤72实现的,所述高度传感器70探测箱2内液态氨高度,所述秤72支承并连续称出箱2重量。液体高度传感器和所述秤各自连接到控制器,优选地,(例如,通过电线和/或无线连接,如图1中的虚线71和73所示)连接到蒸气产生控制器27。在系统工作期间一旦达到稳定状态,所述控制器接收并分析液体高度传感器和/或秤测出的资料,不断监测所述蒸气产生箱内液态氨的量。如果液态氨的量高于限定值,控制器27从箱2内排出部分液态氨,例如,通过打开断流阀62进行,从而液态氨的量下降到限定值可接受的范围内。另外,液态氨的量低于限定值时,(例如,紧接在把液态氨底部部分泄放排出到收集容器64的后面)可以通过增加液态氨的进料流量直至达到限定值的可接受范围内为止的办法使液体迅速达到适当的高度。所述蒸气产生控制器可以与所述供应箱控制器连接以便在系统工作期间必要时增加或减少向蒸气产生箱供应液态氨的量。

在系统工作期间,供应箱4通过上述把其内的蒸气压力控制于适当水平(例如,大约850绝对千帕斯卡)的方法把供应的液态氨控制于选定的流速(例如,每分钟1标准升)。供应的液态氨经过管道6到热交换器12,所述液态氨在所述热交换器内被冷却剂管道14冷却到选定的温度(例如,大约10摄氏度)。冷却后的液态氨输送到蒸气产生箱2的底部。从热交换器12排出的冷却剂经管道16输送到传热套24,用于系统工作初期把箱2内的液态氨保持于选定的温度(例如,大约10摄氏度),直至所述箱内产生足够量的氨蒸气并且所述箱内如上所述需要加热时为止。从所述传热套排出的冷却剂流经管道26并在传热装置28内进行热处理,所述传热装置如上所述为控制器32所控制。从装置28排出的冷却剂从管道14经再循环回到热交换器12。

产生氨蒸气时,控热线路40把箱2内的液态氨保持于选定的温度(例如,大约10摄氏度),和把箱2内的气态氨保持于选定的蒸气压力(例如,大约600绝对千帕斯卡)。热媒不断循环通过线圈36和线路40,用旁通阀44根据获得的蒸气产生箱内的压力和/或温度信息以上述方法控制输送到所述管式线圈的热媒量。为了把所述蒸气产生箱内的液态氨保持于选定的温度,用加热装置42在线路40内对所述热媒加热使之达到选定的温度(例如,大约65.6摄氏度)。

箱2内液态氨的一小部分在系统工作期间选定的时间通过断流阀62泄出。箱2内液态氨的量,如上所述,根据秤72和/或液体高度传感器70测出的给蒸气产生控制器27提供的信息严密监控。因而,系统能在基本恒定的流速(例如,大约每分钟1000标准升)和蒸气压力(例如,大约500绝对千帕斯卡)下产生气态氨,从所述蒸气产生箱排出经管道31输送到制造设备。

为了对流向所述蒸气产生箱内管式线圈的热媒的温度和流量实施更精确的控制,可以修改系统1的控热线路,使之包括多个串联的循环加热装置。这又使系统控制扩大,能满足制造设备对蒸气供应的多种需求。修改后的控热线路的典型实施例示于图2内。具体地说,从管式线圈排出的热媒经管道38输送到线路100的进口阀101。所述热媒传送通过进口阀101和止回阀102。循环泵104通过管道103从止回阀102接收所述热媒并将其泵入管道105,到达第一加热装置108。支管道106连接靠近所述循环泵进口和出口的管道103和105的分支点,所述支管道有安全阀107。万一线路内的热媒压力超过安全限定值,所述支管道实施减压泄出。

管道105内的热媒进入第一加热装置108并在其中被加热。把所述蒸气产生箱内的蒸气压力保持于选定的水平决定于热媒所需的温度和流速,所述第一循环加热装置可足以把热媒加热到选定的温度(例如,大约65.6摄氏度)。然而,把第二加热装置110配置于第一加热装置的直接下游方向以备输送到所述蒸气产生箱前还要对热媒加热之需。具体地说,热媒从第一加热装置排出,进口管道109,输送到第二加热装置110内。第二加热装置把选定温度的热媒排入管道111,到达转向阀112。虽然图2内示出的是两个加热装置,但应注意,根据热媒必须吸收的热量可以安装选定的任何数目的加热装置。

优选地,各加热装置是有适当发热功率(例如,大约14千瓦)能把热媒加热到各种选定的温度以便所述蒸气产生箱内在选定的蒸气压力下产生气态氨的电加热器。第一温度传感器114安装于第一加热装置108的出口,测定管道109内热媒的温度。第二传感器116同样安装于第二加热装置110的出口,测定管道111内热媒的温度。线路控制器120(例如,通过电线和/或无线连接,如图2中的虚线115和117所示)与第一和第二加热装置以及第一和第二温度传感器一一连接,根据各加热装置出口的温度信息分别控制各个加热装置。例如,当第一加热装置如第一温度传感器测定的热媒出口温度所示未能把热媒加热到选定的温度时,所述线路控制器控制第二加热装置所加的热量使第二加热装置排出的热媒达到选定的温度。

线路100还使加热装置还设有更多安全特点。特别是,安装高温断路传感器118、119,分别测定第一和第二加热装置的加热元件的温度和/或这些加热装置加过热的热媒的温度。所述高温断路传感器与所述线路控制器连接。所述加热装置中有一个超过限定温度时,其高温断路传感器断绝其能源以防止热媒过热。另外,如果加热装置的温度传感器未能向线路控制器提供温度信息,相应的加热装置的能源也会被切断。

线路100的转向阀的功能与上面说明和图1内示出的线路40内的旁通阀44类似。特别是,转向阀112包括从第二加热装置管道111内接收热媒的输入端和两个方便热媒沿线路100内两条分开的通路中至少一条流动的输出端。所述转向阀的第一输出端使热媒流入管道122,再到出口阀123。热媒通过出口阀123离开线路100和进口管道37,被输送到管式线圈36的进口。所述转向阀的第二输出端使热媒流入管道124,所述管道在一个分支处与泵104上游方向的管道103连接。转向阀112(例如,通过电线和/或其它无线连接,如图1和2中的虚线45所示)与上面说明和图1内示出的蒸气产生控制器连接。

蒸气产生控制器如上所述根据测出的蒸气产生箱内的压力和/或温度开或关所述转向阀,控制热媒经过线路100流向所述管式线圈的流量。例如,箱2内蒸气压力和/或液态氨温度超过其选定值时,控制器27对转向阀112的第一输出端实施选定程度的关闭(例如,部分或全部关闭),使至少一部分热媒经过转向阀的第二输出端回到泵104,从而减少流经箱2内管式线圈36的热媒。另外,所述蒸气压力和/或温度值下降到低于其选定值时,控制器27对转向阀112的第二输出端实施选定程度的关闭(例如,部分或全部关闭),迫使部分或全部热媒经过所述转向阀的第一输出端而离开线路100进口管道37。

线路控制器120还(例如,通过电线和/或其它无线连接,如图2中的虚线125所示)与泵104连接以便在系统工作期间控制所述泵的速度和启动/停止。正如前面提到的那样,箱2内的液态氨在系统开始工作的初期,特别是在产生足够的气态氨对液态氨产生冷却效应之前需要冷却。在系统运行的这一阶段,暂停热媒经过管式线圈的循环可能是理想的。因此,线路控制器120可以在需要加热之前不让所述泵运转。另外,所述线路控制器也可以根据,例如,特定制造过程对改变气态氨流速的要求通过泵104调整热媒流速。在管线内配置具有附加的热媒的伸缩/装填箱130,所述箱在流体上与泵104上游方向的管道103联通,以便增加或减少经过线路100和管式线圈36循环的热媒。从而,通过线路100单独控制所述泵和两个循环加热装置方便于在系统工作期间更好控制为制造过程生产并输送的气态氨的流速和压力。

图3内示出的是从图1的系统向制造过程提供气态氨的输送线路的一个典型实施例。所述输送线路包括压力调整器和分配歧管,前者严密监控蒸气压力,后者把气态氨分成选定数目的气流输送到一个或多个设施。具体地说,输送线路200包括一个断流阀202和一个或数个安全阀33,前者位于紧靠蒸气产生箱2的下游方向,后者通过出口管道31从所述箱接收气态氨。气态氨从阀202排出进口管道203再穿过过滤器204。过滤器204可以是市场上能买到的任何一种或适合从气态氨中过滤各种大小杂质的其它种类的过滤器。所述过滤器清除可能影响所述压力调整器工作的任何微粒(例如,金属微粒、与过滤器上游各个阀工作有关的碎屑等等)。所述过滤器还起减少或清除从蒸气产生箱出来的氨蒸气中存在的大量烟雾的作用。

过滤后的气态氨进口管道205到达压力调整器206。优选地,调整器206是装圆顶的压力调整器,(例如,通过电线和/或其它无线连接,如图3中的虚线207所示)与控制器208连接,所述控制器严密监测气态氨的压力并根据监测结果对调整器进行调整以保证向制造设备输送时气态氨的压力保持恒定。(例如,通过电线和/或其它无线连接,如图3中的虚线209所示)也与所述控制器连接的压力传感器210,测定从压力调整器出来经过阀211的管道212内的气态氨的压力,阀211与管道212的一个分支部分连接。所述压力传感器向控制器208提供测出的压力资料以便控制所述压力调整器。

从所述压力调整器出来的管道212以恒定压力向分配歧管214输送气态氨。包括阀215、216和217在内的一系列输气管线从所述歧管分出,把气态氨输送到一个或数个制造设备和/或分配设备。虽然示出的是3个阀,但应注意,可以在所述歧管上连接任何适当数量的分支管线。因而,所述歧管可以分出任何选定数目的支线以一种或数种流速向一个或数个设备输送气态氨。

本发明的系统用保持蒸气产生箱内蒸气压力和液体温度基本恒定的方法方便于以基本稳定的流速向任何数目的制造设备和/或分配设备输送高纯度气态氨。液态氨供应源处于室温(例如,大约21摄氏度)下时,所述供应源与所述蒸气产生箱之间的压差便于无须泵或其它压力调整装置就有足够的流速输送供应源的氨。蒸气产生箱内液态氨的温度下降使气态氨的蒸气压力相应下降到在向制造设备或其它设备输送前很少需要或不需要调整压力以及氨的潜在焦耳—汤普森效应最小的程度。

内外精确监控所述蒸气产生箱内容物的热传递以及精确监控所述蒸气产生箱内液体高度会使系统能在选定的理想蒸气流速范围内保持所述箱内蒸气压力基本恒定。另外,泄放连接装置可以不时地排放所述蒸气产生箱底部的内容物,防止所述箱内积存杂质。

另外,系统配备包括减压阀和控制系统工作温度和压力的高温断路传感器在内的各种安全装置和控制所述供应源和蒸气产生箱内液体高度的液体高度传感器和/或秤。系统还可以有气体探测器,显示系统工作时存在氨或其它不需要的气体。

说明了新的氨蒸气产生系统及相应的方法后,可以相信,鉴于上面的教导,本专业技术人员可以提出其它修改、变化和改变。因此,应该了解所有这些修改、变化和改变都应认为落在如所附权利要求书限定的本发明的范围内。

Claims (35)

1.一种氨蒸气产生系统,包括:一个液态氨供应源;一个蒸气产生箱,所述的蒸气产生箱有从所述供应源接收液态氨的进口和排出气态氨的出口;一个第一传热系统,所述的第一传热系统冷却从所述供应源供应到所述蒸气产生箱的液态氨并给所述蒸气产生箱提供外部冷却;一个第二传热系统,所述的第二传热系统对所述蒸气产生箱的液态氨加热;其中所述第一和第二传热系统便于以基本恒定的流速从所述蒸气产生箱排出气态氨。
2.按照权利要求1的系统,其特征在于还包括:一个蒸气产生控制器;测定所述蒸气产生箱内氨的物理参数的至少一个传感器,所述至少一个传感器与所述蒸气产生控制器连接给所述控制器提供测定的参数;其中所述蒸气产生控制器用第二传热系统根据所述至少一个传感器测得的参数控制传到所述蒸气产生箱内液态氨的热量。
3.按照权利要求2的系统,其特征为所述至少一个传感器包括测出所述蒸气产生箱内蒸气压力的至少一个压力传感器和测出所述蒸气产生箱内液态氨温度的温度传感器。
4.按照权利要求2的系统,其特征为所述第二传热系统包括:配置于所述蒸气产生箱内的加热导管;配置于所述蒸气产生箱外与所述加热导管在流体上连通使热媒在系统工作时循环经过所述加热导管的控热线路,所述控热线路包括:把热媒加热到选定温度的加热部;推动热媒经过所述控热线路和所述加热导管以选定流速循环的泵;有选择地使流经所述控热线路的热媒转向,从而控制从所述控热线路输送到所述加热导管的热媒量的转向器;其中所述转向器与所述蒸气产生控制器连接以便所述蒸气产生控制器根据所述至少一个传感器测出的参数控制所述转向器。
5.按照权利要求4的系统,其特征为所述控热线路还包括:监测输送到加热导管之前热媒温度的温度传感器;分别与所述温度传感器和所述加热部连接的线路控制器;其中所述线路控制器根据所述温度传感器向其提供的所测温度参数控制所述加热部把热媒加热到选定的温度。
6.按照权利要求4的系统,其特征为所述加热部包括沿所述控热线路的流程串联配置的第一和第二加热器,所述控热线路还包括:配置于所述第一加热器出口监测从所述第一加热器流出的热媒温度的第一温度传感器;配置于所述第二加热器出口监测从所述第二加热器流出的热媒温度的第二温度传感器;与所述第一和第二温度传感器和第一和第二加热器连接的线路控制器;其中所述线路控制器根据各个温度传感器测出的温度资料分别控制各加热器内热媒的加热,从而使输向所述加热导管的热媒达到选定的温度。
7.按照权利要求6的系统,其特征为所述控热线路还包括:所述第一加热器超过第一加热温度限定值时断开所述第一加热器能源的第一温度断路传感器;所述第二加热器超过第二加热温度限定值时断开所述第二加热器能源的第二温度断路传感器。
8.按照权利要求6的系统,其特征为所述线路控制器还与所述泵连接以便在系统工作时控制所述泵和热媒向所述加热导管流动的速度。
9.按照权利要求8的系统,其特征为所述控热线路还包括配置于所述泵上游方向的热媒箱,其目的是为了方便在系统工作期间向所述控热线路增加热媒或从其中减少热媒。
10.按照权利要求1的系统,其特征为所述第一传热系统包括:使传热流体循环经过所述第一传热系统的泵;配置于所述供应源与蒸气产生箱之间从所述泵接收传热流体便于所述传热流体把液态氨冷却到选定温度的热交换器;套于所述蒸气产生箱外表面接收从所述热交换器来的传热流体的传热套;配置于所述热交换器上游方向对通过所述泵再循环到所述热交换器之前的传热流体进行热处理的传热装置。
11.按照权利要求10的系统,其特征为所述第一传热系统还包括:配置于所述传热装置上游方向监测传热流体温度的温度传感器;与所述温度传感器和传热装置连接的热控制器;其中所述热控制器便于根据从所述温度传感器收到的所测温度资料控制所述传热装置与所述传热流体之间的热传递。
12.按照权利要求1的系统,其特征在于还包括配置于所述蒸气产生箱内在系统工作期间连续监测液态氨高度的液态氨高度传感器,其中系统构造成可根据所述深度传感器测出的结果控制所述蒸气产生箱内液态氨的高度。
13.按照权利要求1的系统,其特征在于还包括支承所述蒸气产生箱在系统工作期间连续监测所述蒸气产生箱重量的秤,其中系统制造成可根据所述秤监测的结果控制所述蒸气产生箱内液态氨的量。
14.按照权利要求1的系统,其特征为所述蒸气产生箱还包括配置于其下部的第二出口,系统还包括:与所述蒸气产生箱第二出口在流体上连通的收集容器;配置于所述收集容器与蒸气产生箱之间便于不时排出所述蒸气产生箱内一小部分液态氨到所述收集容器的阀。
15.按照权利要求1的系统,其特征在于还包括在流体上与所述蒸气产生容器的出口连通的输送线路,所述输送线路包括:从所述蒸气产生箱流出的气态氨中过滤杂质的过滤装置;控制流过的气态氨压力的压力调整器;包括多个支管把流经所述调整器的气态氨分成多个支流输送到至少一个设备的分配歧管。
16.按照权利要求1的系统,其特征为所述液态氨供应源包括压力容器;系统还包括支承所述压力容器在系统工作期间不断监测所述压力容器重量的秤,其中系统制造成使所述压力容器内保存的液态氨的量在选定范围内以保证稳定地向所述蒸气产生箱供应液态氨。
17.按照权利要求1的系统,其特征为所述蒸气产生箱有以至少每分钟大约1000标准升的速度生产气态氨的能力。
18.一种产生氨蒸气的方法,使用包括液态氨供应源、蒸气产生箱、第一传热系统和第二传热系统的系统,所述方法包括:以基本恒定的流速从所述供应源向所述蒸气产生箱供应液态氨以便在所述蒸气产生箱内产生气态氨;在所述液态氨进入所述蒸气产生箱前用第一传热系统把所述液态氨冷却到选定的温度;至少在系统开始工作后的第一时间段用第一传热系统从外部冷却所述蒸气产生箱从而把所述蒸气产生箱内的液态氨保持于选定的温度;在所述第一时间段后用第二传热系统对所述蒸气产生箱内的液态氨加热从而把所述蒸气产生箱内的液态氨在产生气态氨期间保持于选定的温度;以基本恒定的流速从所述蒸气产生箱内排出气态氨。
19.按照权利要求18的方法,其特征为所述选定的液态氨的温度是大约10摄氏度。
20.按照权利要求18的方法,其特征为气态氨是以每分钟大约1000标准升的流速和大约500绝对千帕斯卡的压力从所述蒸气产生箱排出的。
21.按照权利要求18的方法,其特征为系统还包括蒸气产生控制器和与之连接的至少一个温度传感器,所述方法还包括:用所述至少一个温度传感器测量所述蒸气产生箱内氨的物理性能;所述蒸气产生控制器根据所述至少一个传感器向其提供的所测资料用第二传热系统控制传到所述蒸气产生箱内液态氨的热量。
22.按照权利要求21的方法,其特征为所述至少一个传感器包括监测所述蒸气产生箱内蒸气压力的压力传感器和监测所述蒸气产生箱内液态氨温度的温度传感器。
23.按照权利要求21的方法,其特征为系统还包括所述蒸气产生箱内的加热导管,所述第二传热系统包括配置于所述蒸气产生箱外面的控热线路,所述控热线路包括加热部、泵和转向器,所述转向器与所述蒸气产生控制器连接,所述方法还包括:用所述泵使热媒经过所述控热线路和加热导管循环;用所述加热部加热热媒,使热媒在输送到所述加热导管前达到选定的温度;用所述蒸气产生控制器控制所述控热线路内的转向器有选择地转变热媒的流向控制传到蒸气产生箱内液态氨的热量并根据所述至少一个传感器向其提供的所测资料控制输送到所述加热导管的热媒的量。
24.按照权利要求23的方法,其特征为热媒在输送到所述加热导管之前加热到至少大约65摄氏度。
25.按照权利要求23的方法,其特征为所述控热线路还包括温度传感器和与所述温度传感器及所述加热部连接的线路控制器,所述方法还包括:用所述温度传感器测量输送到所述加热导管之前的热媒的温度;用所述线路控制器根据所述温度传感器提供的所测温度资料控制所述加热部把热媒加热到选定的温度。
26.按照权利要求23的方法,其特征为所述加热部包括沿所述控热线路流程串联配置的第一和第二加热器,所述控热线路还包括第一和第二温度传感器和与所述第一和第二温度传感器及所述第一和第二加热器连接的线路控制器,所述方法还包括:用所述第一温度传感器测量从所述第一加热器流出的热媒温度;用所述第二温度传感器测量从所述第二加热器流出的热媒温度;用所述线路控制器根据所述第一和第二温度传感器提供的所测温度资料分别控制所述第一和第二加热器把输送到所述加热导管前的热媒加热到选定的温度。
27.按照权利要求26的方法,其特征为所述控热线路还包括第一和第二温度断路传感器,各个温度断路传感器与所述控热线路内各自的加热器连接,所述方法还包括:当所述第一温度断路传感器测量的所述第一加热器的温度超过第一限定值时,切断所述第一加热器的能源;当所述第二温度断路传感器测量的所述第二加热器的温度超过第二限定值时,切断所述第二加热器的能源。
28.按照权利要求26的方法,其特征为所述线路控制器还与所述泵连接,所述方法还包括在系统工作期间用所述线路控制器有选择地控制所述泵使经过所述控热线路和加热导管的热媒流速变化。
29.按照权利要求18的方法,其特征为所述第一传热系统包括泵、热交换器、传热套和传热装置,所述热交换器配置于所述供应源与蒸气产生器之间,所述传热套套于所述蒸气产生器的外表面上,所述方法还包括:用所述泵使传热流体循环通过所述第一传热系统;使用使液态氨从所述供应源流经所述热交换器的同时传热流体流经所述热交换器的方法把液态氨在进入所述蒸气产生箱之前冷却到选定的温度;至少在系统开始工作后的第一时间段用传热流体流经传热套的办法从外部冷却所述蒸气产生箱;在循环到所述热交换器之前,用传热装置对传热流体进行热处理;使传热流体进行从所述传热装置到所述热交换器的再循环。
30.按照权利要求29的方法,其特征为所述第一传热系统还包括温度传感器和与所述温度传感器及所述传热装置连接的热控制器;所述方法还包括:测量所述传热装置上游方向传热流体的温度;用所述热控制器根据所述温度传感器向其提供的温度资料控制所述传热装置以调整所述传热装置与所述传热流体之间热传递的量。
31.按照权利要求18的方法,其特征为系统还包括液态氨高度传感器,所述方法还包括:在系统工作期间用所述高度传感器连续测量所述蒸气产生箱内液态氨的高度;根据所述高度传感器提供的测量结果控制所述蒸气产生箱内液态氨的高度。
32.按照权利要求18的方法,其特征为系统还包括支承所述蒸气产生箱的秤,所述方法还包括:在系统工作期间用所述秤不断测量所述蒸气产生箱的重量;根据所述秤提供的测量结果控制所述蒸气产生箱内液态氨的量。
33.按照权利要求18的方法,其特征为所述蒸气产生箱包括位于其下部的出口,系统还包括在流体上与所述蒸气产生箱的所述出口连通的收集容器和配置于所述蒸气产生箱与所述收集容器之间的阀,所述方法还包括间隙地打开所述阀以便把所述蒸气产生箱内一小部分液态氨排到所述收集容器。
34.按照权利要求18的方法,其特征为系统还包括输送线路,所述输送线路包括过滤装置、压力调整器和有多个支管道的分配歧管,所述方法还包括:使从所述蒸气产生箱排出的气态氨流经所述过滤装置;使过滤过的气态氨流经所述压力调整器以控制所述过滤过的气态氨的压力;使从所述压力调整器流出的所述过滤过的气态氨流经所述歧管,使所述液态氨分开流入所述多个支管道。
35.按照权利要求18的方法,其特征为所述供应源包括压力容器,系统还包括支承所述压力容器的秤,所述方法还包括:系统工作期间用所述秤连续测量所述压力容器的重量;根据所述秤提供的测量结果控制所述压力容器内液态氨的量,从而形成基本恒定的从所述压力容器供应到所述蒸气产生箱的液态氨流。
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