CN216381530U - 用于使流体膨胀的装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种用于使流体膨胀的装置，所述装置(1)包括用于高压流体的入口(2)、用于低压流体的出口(3)以及在上述入口(2)和出口(3)之间的用于使流体膨胀到预先定义的压力水平的控制阀(4)，其特征在于，所述装置(1)还设置有用于使流体膨胀的一个或多个膨胀器(5)，其中所述膨胀器中的一个或多个膨胀器(5)与所述控制阀(4)并联连接，其中所述装置(1)设置有控制器(8)，所述控制器构造成基于通过所述控制阀(4)的流体的流量(Qklep)控制所述膨胀器(5)。通过本实用新型，装置将能够实现非常可靠的压力控制，同时仍然考虑到能量产生。

Description

用于使流体膨胀的装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于使流体膨胀的装置。

更具体地，本实用新型旨在使气体(例如天然气)膨胀，或用于使蒸汽(例如水蒸汽)膨胀，无论蒸汽是否过热、饱和或过饱和。

膨胀是指使流体从高压变为低压。

背景技术

已知在这种装置中，尝试例如获得用于低压的预先定义的压力水平，例如与流量无关的恒定低压或在有限的恒定低压区间内的低压。

实现这个的方法是已知的，所述方法使用压力控制阀，即所谓的调节阀，压力控制阀以压力控制的方式调节流量。

这导致对预先定义的压力水平的非常稳健和可靠的低压控制。

另一种方法是使用产生能量的膨胀装置或所谓的“膨胀器”来膨胀气体。这种膨胀器利用流体在高压和低压之间的能量差来降低流体的焓并将其转化为另一种形式的能量，例如轴的旋转动能。

这在发电厂中是已知的，例如，其中高压和高温的水蒸汽用于驱动膨胀器，而膨胀器又驱动发电机。

尽管膨胀器产生能量具有优势，但在许多情形下仍然使用调节阀，因为在这些情形下需要非常高的确定性，即在所有情况下都将低压控制在预先定义的压力水平上，并且在任何情况下装置的下游都不能出现过大的压力。

这种严格的要求通常是天然气分配中的情形，其中必须满足非常严格的规定，使得使用膨胀器作为压力调节装置是困难的或不被批准的。

因此，在这些情况中，不能够在天然气膨胀期间产生能量。

实用新型内容

本实用新型旨在解决上述和其他缺点中的至少一个。

本实用新型的目标在于提供一种用于使流体膨胀的装置，所述装置包括用于高压流体的入口和用于低压流体的出口以及在上述入口和出口之间的用于将流体膨胀到预先定义的压力水平的控制阀，其特征在于，所述装置还设置有用于使流体膨胀的一个或多个膨胀器，所述膨胀器与控制阀并联连接，其中所述装置设置有控制器，所述控制器构造成基于通过控制阀的流体的流量控制膨胀器。

“用于高压流体的入口和用于低压流体的出口”在本文中意味着入口处的流体比出口处的流体处于更高的压力，或者换句话说，出口处的流体比入口处的流体处于更低的压力。

优点是利用这种装置可以获得可靠的压力控制，因为控制阀将仍然确定出口处的流体的压力，同时用流体的一部分流量仍然能够产生能量。

换句话说，该装置将能够实现非常可靠的压力控制，同时仍然考虑到能量产生。

因为压力控制不是经由膨胀器实现的，它们不必满足严格的要求，而是可以使用已经存在的和经过广泛测试的控制阀进行压力控制。

优选地，设置有调节膨胀器的流量的器件。

这些器件可以包括例如阀。

在实际的实施例中，上述膨胀器中的一个或多个是如下类型的膨胀器，通过所述膨胀器的流量能够被调节，或所谓的具有流量控制的膨胀器。

在另一个实际的实施例中，上述膨胀器中的一个或多个是如下类型的膨胀器，通过所述膨胀器的流量不能被调节，或所谓的开/关膨胀器。

具有流量控制的一个或多个膨胀器和一个或多个开/关膨胀器的组合在根据本实用新型的同一装置中也是可能的。

附图说明

为了更好地展示本实用新型的特征，下面参照附图没有任何限制性地描述基于本实用新型的用于使流体膨胀的方法和装置的多个优选实施例，其中：

图1示意性地示出了根据本实用新型的布置；

图2A、2B、2C示意性地示出了操作根据本实用新型的装置的方式；

图3示出了图1的替代实施例。

具体实施方式

在图1中示意性示出的用于使流体膨胀的装置1包括用于高压流体的入口2和用于低压流体的出口3。

本示例中前述流体为天然气，但是本实用新型不以此为限。水蒸汽、空气、氢气和其他气体或蒸汽以及它们的混合物也是可能的。

控制阀4安装在上述入口2和出口3之间，由此控制阀4将使流体膨胀。

根据本实用新型，装置1还设置有多个膨胀器5，虽然在这种情形下为四个，但是不排除可以为多于或少于四个膨胀器5。

膨胀器5，与控制阀4相似，将能够使流体膨胀。在这个膨胀期间，将产生能量。

为此，在这种情形中膨胀器5各自均设置有发电机6，所述发电机6经由电网7连接到电气开关设备。

膨胀器5均与控制阀4并联放置。

在这种情形中，前述膨胀器5是通过它们的流量Qi不能被调节的类型，但这并非必需的。

这种膨胀器5也称为开/关膨胀器5，并且对于这种膨胀器5，要么没有流量通过它们(在膨胀器5的关闭位置)要么有固定流量Qi 通过它们(在膨胀器5的打开位置)。

根据本实用新型，设置有控制器8，所述控制器8将控制膨胀器5。

实际上，从控制器8到膨胀器5的信号将由几个部分信号组成，例如，到膨胀器5中的阀门的信号、到发电机6的电接触器的信号、……。当然，除了膨胀器5和发电机6之外，还可以设置能够由控制器8控制的其他元件。

装置1的操作非常简单并且如下所述。

该操作基于在图2A、2B、2C中示意性地示出的方法。

在装置1的操作期间，通过控制阀4的流量Qklep被调节使得前述出口3处的压力保持恒定。

从已知装置中已经知道这种调节。

在调节控制阀4的同时，方法包括基于通过控制阀4的流量Qklep 调节通过膨胀器5的流量Qi。

为此，该方法包括确定通过控制阀4的流量Qklep的步骤。

为了这个目的，优选地使用控制阀4的位置。

例如，借助于阀杆的位置，即控制阀4打开多少。这样就不需要流量计。

如果必要，也可以使用直接或间接指示流量Qklep的另一测量来确定通过控制阀4的流量Qklep。

例如，通过测量在入口2或出口3处通过控制阀4和膨胀器5两者的总流量，并且然后减去通过膨胀器5的流量。然后将基于该计算出的流量Qklep进行控制。

根据本实用新型，为了控制通过膨胀器5的流量，可以执行以下步骤：

-如果通过控制阀4的流量Qklep等于或大于Qmin+Qdelta+Qi 并且还未打开所有的膨胀器5，则打开流量为Qi的膨胀器5；

-如果流量Qklep变得小于Qmin并且不是所有膨胀器5都已关闭，则关闭膨胀器5；

其中：

-Qmin是流体通过装置的总流量的最大值，在所述最大值下流体只可以流过控制阀4，并且流体不可以流过任何膨胀器5，例如出于控制阀4的控制原因或出于安全原因；

-Qdelta是滞后值，所述滞后值是依据流体的总流量中的波动来选择的，使得膨胀器5不会不断地打开然后关闭；

-Qi是可以流过膨胀器5的流量。

图2A示意性地示出了这种方法，所述方法针对所有膨胀器5都是开/关膨胀器5并且具有相同流量Qi的情形。

图2A示出了通过控制阀4的流量Qklep随时间的进展。

在时间t1，流量Qklep增加到Qmin+Qdelta+Qi。然后打开膨胀器5。

结果，流量Qi将流过该膨胀器5。该膨胀器5现在将产生电能。

通过控制阀4的流量Qklep然后降低到Qmin+Qdelta，如图2A 所示。

然后，在图2A的示例中，流量继续增加，因此流量Qklep继续增加。最终，通过膨胀器5的流量固定在Qi。

在时间t2，流量Qklep已经再次增加到Qmin+Qdelta+Qi。附加的膨胀器5被打开，使得当前两个膨胀器5被打开并且由此产生能量。

通过控制阀的流量Qklep然后再次降低到Qmin+Qdelta。

然后流量减小，导致通过控制阀4的流量Qklep减小。

在时间t3，流量Qklep已经降低到Qmin。因为低于该流量Qmin 并非所有打开的膨胀器都允许再工作，此时一个膨胀器5关闭，导致通过控制阀的流量Qklep再次增加到Qmin+Qi。

打开和关闭膨胀器5的顺序被确定为使得能量产生最大化和/或使得膨胀器5的运行小时数最优化。

通过使用Qdelta，可以防止膨胀器5一直被打开和关闭，因为在打开点和关闭点之间建立了滞后裕度。

如果如上所述的控制是基于针对Qklep的计算值完成的，则Qmin (流体只可以流过控制阀4的总流量的最大值)将考虑该测量和计算的不准确性。

图2B和2C分别示出了针对具有不同恒定流量的开/关膨胀器5、针对具有恒定流量的膨胀器5和具有可调节流量的膨胀器5的组合的类似情境。

在图2B中，有两个膨胀器5，一个流量为Q1，并且另一个流量为Q2，其中在时间t1，流量为Q1的第一膨胀器5被打开，并且然后在时间t2，流量为Q2的第二膨胀器被打开。

在时间t3和t4，第二膨胀器5和第一膨胀器5分别关闭。

在图2C中，有四个膨胀器5，一个具有可调节的流量“EXv”，三个具有固定的流量Q1、Q2、Q3。

图2C示出了通过具有可调节的流量的膨胀器5的流量Qexp随时间的进展，其中QminE是应该通过具有可调节的流量的膨胀器5的最小流量。

该图显示了具有固定流量的不同膨胀器5在不同时间打开和关闭。据此，通过具有可调节的流量的膨胀器5的流量Qexp也发生变化。

有几种可能的策略来组织膨胀器5的打开和关闭：

-最大化通过膨胀器5的流量，以便产生尽可能多的能量；

-最大化比能量生产，即单位数量气体的能量。

-优化维护：通过保证所有膨胀器5平均地使用，可以保证所有膨胀器的维护可以在同一天一个接一个完成。

-最小化打开和关闭膨胀器5的次数。

图3示出了根据图1的变体，其中在这种情形下仅设置一个膨胀器5，所述膨胀器是通过它的流量可以被调节的类型。

此外，该装置1设置有用于密封膨胀器5的器件9，使得流体不能到达膨胀器5。

在这种情况下，这些器件9以安全阀10的形式实施。

在多个膨胀器5的情形中，当然不排除每个膨胀器5都设置有自己的安全阀，即每个安全阀10可以关闭一个特定的膨胀器5。

最后，装置1优选地设置有用于确定出口3的压力的器件11，在这种情形中这涉及压力传感器12。

用于控制这种装置1的方法与上面解释的大部分相同，只是控制通过膨胀器5的流量的方法不同，所述方法现在将包括根据曲线控制膨胀器5的流量的步骤，该曲线显示与通过控制阀4的流量Qklep的明确的关系。

这意味着对于通过控制阀4的每个流量Qklep，相应的值与通过膨胀器5的流量相关联。

通过控制阀4的流量Qklep可以用流量计测量，或者如上所述，基于控制阀4的位置确定。

上述曲线可以是线性的，或者也可以是非线性的，即控制阀4的流量Qklep与膨胀器5的流量之比可以是固定的，或者也可以是变化的。

在优选的变型中，所述曲线使得当要求的流量更高时(为了保持出口处的压力恒定)，膨胀器5将占该额外流量的大部分，由从产生更多的能量，而通过控制阀4的流量Qklep仅略微增加。

能够以多种方式控制通过膨胀器5的流量。例如，通过控制容积式膨胀器5的速度或入口压力，通过控制透平式膨胀器5的所谓入口导流叶片。

优选地，所述方法包括以下步骤：

-如果出口3处的压力升高到最大值pmax以上，则流向膨胀器5 的流量被切断并且所有流量都通过控制阀4。

该步骤例如通过关闭安全阀10来实现。

通过这种方式，可以对过度的压力升高做出立即反应。尽管在图 1所示的示例中，安全阀10由控制器8控制，但不排除为此目的设置单独的控制单元。

虽然以上所述总是指一个控制阀4，但是不排除装置1包括并联连接的多个控制阀4。

本实用新型决不限于通过示例给出并在附图中示出的实施例，这种用于使流体膨胀的装置能够以不同的变体实施而不超出本实用新型的范围。

Claims (3)

1.一种用于使流体膨胀的装置，所述装置(1)包括用于高压流体的入口(2)、用于低压流体的出口(3)以及在上述入口(2)和出口(3)之间的用于使流体膨胀到预先定义的压力水平的控制阀(4)，其特征在于，所述装置(1)还设置有用于使流体膨胀的一个或多个膨胀器(5)，其中所述膨胀器中的一个或多个膨胀器(5)与所述控制阀(4)并联连接，其中所述装置(1)设置有控制器(8)，所述控制器构造成基于通过所述控制阀(4)的流体的流量控制所述膨胀器(5)。

2.根据权利要求1所述的用于使流体膨胀的装置，其特征在于，上述膨胀器(5)中的一个或多个膨胀器是通过它们的流量能够被调节的类型。

3.根据权利要求1或2所述的用于使流体膨胀的装置，其特征在于，上述膨胀器(5)中的一个或多个膨胀器是通过它们的流量不能被调节的类型。

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