ES2286206T3 - Sistema de bombeo y metodo para bombear fluidos. - Google Patents
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Abstract
Un método de refrigerar una bomba (20) para un líquido volátil (12) que comprende alternativamente cesar el flujo (18) del líquido hacia la bomba para permitir que por lo menos una porción del líquido remanente en la bomba se vaporice para refrigerar la bomba, y reiniciar el flujo del líquido hacia la bomba, eliminando la porción fluida vaporizada resultante (28; 40) en dicho reinicio de dicho flujo.
Description
Sistema de bombeo y método para bombear
fluidos.
La presente invención se refiere generalmente a
transferir fluidos desde un recipiente a otra localización o a un
usuario final, y más particularmente a bombear fluidos criogénicos
desde un recipiente a otra localización o a un usuario final.
En general, los intentos anteriores para
optimizar los sistemas de bombeo criogénicos han fallado en
proporcionar un medio económico y eficaz de enfriar la bomba y de
reducir al mínimo la pérdida de producto. La mayoría de las bombas
criogénicas en servicio no tienen ningún aislamiento en la línea de
entrada o en la línea de reciclado del vapor. Estos sistemas se han
mostrado como derrochadores de criogénia, venteando a menudo y
perdiendo producto substancial. Para asegurarse de que estos
sistemas funcionan sin cavitación, los sistemas generalmente tienen
un drenaje encamisado a vacío en la entrada de la bomba que actúa
como separador de fases. Además, se debe enfriar la bomba a un
nivel apropiado con un mínimo de perdida de producto.
Una forma de reducir las pérdidas de producto es
aislar las líneas de entrada y/o de reciclado del vapor. Esto no
sólo ayuda a reducir las pérdidas, sino que también mejora el
funcionamiento de la bomba. Sin embargo, existen desventajas al
aislar la tubería. Si no se aísla la línea de reciclado del vapor,
existirá líquido criogénico en esta línea que hervirá y se sumará a
las pérdidas de venteo del sistema. Para la tubería encamisada a
vacío, el coste de la tubería puede exceder al coste de la bomba en
sí mismo. Si está aislada con un aislamiento de espuma, la espuma
está sometida a los ciclos térmicos que dañarán a la espuma y se
retraerá con la humedad. La congelación del agua dentro del
aislamiento puede dar lugar a velocidades de pérdidas de calor más
altas que las velocidades de pérdidas de calor existentes en una
línea sin aislar.
Otros han intentado superar estas deficiencias
en la técnica anterior. Los diferentes sistemas de la técnica
anterior que han intentado reducir las pérdidas de producto y/o
superar las otras deficiencias anteriormente descritas se discuten
a continuación.
Un método de la técnica anterior es sumergir la
bomba en un tanque o en un recipiente de suministro de modo que la
bomba esté siempre fría. Las pérdidas para este tipo de sistema son
sobre todo debido a la pérdida de calor del recipiente y a la
generación de calor de la bomba.
El Documento de Patente de los EE.UU. de número
US-A 4.472.946 (Zwick) y el Documento de Patente de
los EE.UU. de número US-A 4.860.545 (Zwick, et
al.) describen un tanque de almacenamiento criogénico con una
bomba sumergida incorporada que se mantiene en un estado
continuamente refrigerado por el líquido criogénico almacenado en
el tanque de modo que el bombeo se puede comenzar inmediatamente.
Esta actuación intenta reducir la pérdida de criogénia por hervido
reduciendo al mínimo la trayectoria de la pérdida de calor desde el
ambiente hasta el líquido criogénico causado por la presencia de la
bomba dentro del tanque. Esto se hace disponiendo un recipiente de
almacenamiento criogénico aislado con un tubo de montaje de bomba
que se extiende dentro del recipiente y que se sumerge en el
líquido criogénico. La superficie externa del tubo de montaje de la
bomba dentro del recipiente se aísla para reducir al mínimo la
pérdida del calor desde el tubo de montaje de la bomba hacia el
líquido criogénico que rodea el tubo. Sin embargo, existen varias
desventajas en este diseño, que en general no resulta práctico. En
primer lugar, existe el requisito de un tanque especial en el que
instalar la bomba. En segundo lugar, para reparar la bomba, se debe
ventear la presión del tanque y quitar y calentar la bomba antes de
que se puedan realizar las reparaciones. En resumen, los costes
asociados a este diseño resultan inaceptables.
El Documento de Patente de los EE.UU. de número
US-A 5.819.544 (Andonian) describe un sistema de
bombeo de alta presión para bombear líquido criogénico desde un
cilindro contenedor de baja presión a un cilindro de gas de alta
presión (o a otro sistema de utilización de alta presión). El
sistema incluye una bomba de pistón de alta presión con una línea
de entrada de flujo unidireccional y una línea de salida de flujo
unidireccional sumergida en el líquido criogénico en un recipiente
de la bomba de baja presión que se alimenta con líquido criogénico
procedente del cilindro contenedor de baja presión. La presión en el
recipiente de la bomba se mantiene para que al poner en marcha la
bomba de pistón se bombee el líquido criogénico desde el tanque a
granel al sistema de utilización de alta presión. Aunque este diseño
es más económico que el tanque de almacenamiento criogénico con la
bomba incorporada de Zwick, tiene otros problemas. Por ejemplo, el
tanque más pequeño se debe llenar con más periodicidad. Esto da
lugar a las pérdidas de venteo debido a la descarga del recipiente
y de la línea calefacción. Se añaden además otras complicaciones
debido a los controles necesarios para lograr el llenado del tanque
sin tener que parar la bomba.
El Documento de Patente de los EE.UU. de número
US-A 5.218.827 (Pevzner) describe un método y un
aparato para suministrar gas licuado desde un recipiente a una
bomba con subenfriamiento para evitar la cavitación durante el
bombeo. No se hace ninguna tentativa de reducir al mínimo las
pérdidas de producto, sólo se proporciona un líquido
sub-enfriado a la bomba. En gran parte, se ignoran
los problemas asociados con las pérdidas por venteo.
El Documento de Patente de los EE.UU. de número
US-A 5.537.828 (Borcuch, et al.) describe un
sistema de refrigeración para una bomba criogénica basado en la
temperatura en donde el conducto de succión o de entrada a la bomba
criogénica y la bomba criogénica sí misma se refrigeran
secuencialmente antes del bombeo. Este sistema también ignora los
problemas asociados a las pérdidas por venteo, centrándose sobre
todo en cómo la bomba se refrigera con eficacia y cómo se
monitoriza y se controla esa refrigeración.
El Documento de Patente de los EE.UU. de número
US-A 5.411.374 (Gram) describe un sistema de bombeo
para fluidos criogénicos y un método de bombeo para fluidos
criogénicos. El sistema está pensado sobre todo para LNG, aunque se
discuten otros fluidos criogénicos. No se discute el aislamiento de
las líneas, ni se discute una línea de reciclado de vapor
convencional. Se requiere una bomba para bombear el vapor y el
fluido por separado en la línea de entrada. La refrigeración de la
bomba se logra recirculando el fluido criogénico de nuevo a la
parte superior del tanque de suministro, lo que no es una práctica
infrecuente.
El Documento de Patente de los EE.UU. de número
US-A 5.353.849 (Sutton, et al.) describe otro
método de funcionar una bomba criogénica, que se complica por la
metodología adicional usada para medir el fluido criogénico. El
método usado para refrigerar la bomba es similar al descrito en el
Documento de Patente de los EE.UU. de número US-A
5.411.374 (Gram). Un detector de líquido (por ejemplo, una sonda de
temperatura) indica cuando el líquido criogénico ha pasado a través
de la bomba. Si la sonda indica líquido aguas abajo de la bomba,
existe un tiempo de retraso antes de que se encienda la bomba.
El Documento de Patente de los EE.UU. de número
US-A 5.160.769 (Garrett) describe un método para
reducir al mínimo pérdidas por venteo en los sistemas de bombeo
criogénicos. Esta patente muestra un tipo de aislamiento de
conducciones criogénicas purgadas particularmente para fluidos
criogénicos que estén a menos de 77 Kelvin (-321ºF).
El Documento de Patente de los EE.UU. de número
US-A 3.630.639 (Durron, et al.) también
describe un método para reducir al mínimo pérdidas por venteo en
los sistemas de bombeo criogénicos. Específicamente, esta patente
muestra el uso de una válvula de venteo controlada automáticamente
en una línea de venteo conectada a la línea de succión en un
sistema de bombeo criogénico. La válvula de venteo está en una
posición abierta durante el ciclo de refrigeración y se mueve a una
posición cerrada después de que el sistema haya alcanzado las
condiciones de funcionamiento deseadas. El gas de venteo que se
fuga alrededor del pistón del sistema de bombeo proporciona la
presión para cerrar la válvula de venteo. La válvula de venteo
contiene un orificio a través del cual se libera el gas de venteo y
se devuelve al recipiente de almacenamiento del líquido criogénico
que se está bombeando.
Se desea tener un método que reduzca al mínimo
las pérdidas de producto asociadas a la operación de las bombas
criogénicas reduciendo al mínimo la pérdida de calor durante el
ciclo de bombeo y por medios más eficientes, refrigerar la bomba a
la temperatura criogénica.
Además se desea tener un aparato y un método que
utilicen un aislamiento para el conducto criogénico que sea más
duradero y eficaz que los aislamientos de espuma convencionales
haciendo uso del gas vaporizado durante la operación normal de un
tanque criogénico, que de otra manera se perdería.
Aún más, se desea tener un aparato y un método
para asegurar que la bomba criogénica tenga una mínima carga neta
en la succión (MPSH, del inglés Net Positive Suction Head) sin
necesidad de elevar el tanque de suministro criogénico.
También se desea tener un aparato y un método
mejorados para transferir un fluido desde un recipiente a un
usuario final que supere las dificultades y las desventajas de la
técnica anterior para proporcionar mejores y más ventajosos
resultados.
La invención es un método para operar un sistema
de bombeo para minimizar la cantidad de pérdida de producto por el
sistema durante la operación y la refrigeración. La invención
incluye varias características que, cuando se combinan, minimizan
las pérdidas de producto. Aunque la invención, se puede usar con
varios tipos de fluidos, es particularmente apta con fluidos
criogénicos.
En un primer aspecto, la invención proporciona
un método de refrigerar una bomba para un líquido volátil que
comprende alternativamente cesar el flujo del líquido hacia la bomba
para permitir que por lo menos una porción del líquido remanente en
la bomba se vaporice para refrigerar la bomba, y reiniciar el flujo
del líquido a la bomba, siendo la porción de fluido vaporizada
resultante eliminada en dicho reinicio de dicho flujo. El flujo se
controla preferentemente alternando un medio de control, que
controla el flujo de líquido hacia la bomba, entre una posición
abierta, en la que el líquido fluye a través de la bomba, y una
posición cerrada, en la que el flujo de líquido que atraviesa la
bomba cesa para permitir que por lo menos una porción del líquido
remanente en la bomba se vaporice para refrigerar la bomba, y
eliminar el fluido vaporizado resultante de la bomba cuando el
dispositivo de control regresa a la posición abierta.
En un segundo aspecto, la invención proporciona
un método de transferir un líquido volátil desde un recipiente vía
una bomba que comprende las etapas:
- (a)
- trazar una corriente líquida desde el recipiente a través de un conducto hacia la bomba,
- (b)
- cesar el flujo de dicha corriente hacia la bomba después de transferir una porción del líquido desde el recipiente a través de la bomba,
- (c)
- permitir que por lo menos una porción del líquido remanente en la bomba se vaporice para refrigerar la bomba, y
- (d)
- repetir secuencialmente las etapas (a), (b) y (c), eliminado la porción de fluido vaporizada producida en la etapa (c) en el comienzo de la etapa (a).
Una vez más, el flujo es controlado
preferentemente alternando un medio de control, que controla el
flujo de una corriente líquida desde el recipiente a través de un
conducto hacia la bomba, entre una posición abierta, en la que
dicha la corriente fluye a través del conducto hacia la bomba, y una
posición cerrada, en la que dicho flujo de líquido a través el
conducto cesa para permitir que por lo menos una porción del líquido
remanente en la bomba se vaporice para refrigerar la bomba, y
eliminar el fluido vaporizado resultante de la bomba cuando el
medio de control vuelve a la posición abierta.
Cuando se transfiere un fluido desde un
recipiente según el segundo aspecto de la invención, el método se
puede considerar comprendido por múltiples etapas. La primera etapa
es proporcionar una bomba con una línea de entrada y una línea de
salida. La segunda etapa es proporcionar un primer conducto con un
primer extremo y un segundo extremo, estando el primer extremo en
comunicación fluida con el recipiente y estando el segundo extremo
en comunicación fluida con la línea de entrada de la bomba. La
tercera etapa es proporcionar un primer medio de control en
comunicación fluida con la bomba y con una posición abierta y una
posición cerrada. El primer medio de control se adapta para
alternar entre la posición abierta y la posición cerrada, por donde
una corriente del líquido fluye hacia la entrada de la bomba desde
el primer conducto cuando el primer medio de control se alterna a
la posición abierta, el medio del control se alterna a la posición
cerrada y por lo menos una parte de la corriente del líquido se
vaporiza en la bomba formando así una porción vaporizada del
líquido, y una porción vaporizada de fluido fluye hacia la salida de
la bomba cuando el primer medio de control se alterna otra vez a la
posición abierta. La cuarta etapa es alternar el primer medio de
control entre la posición abierta y la posición cerrada. La quinta
etapa es transferir una primera corriente de líquido desde el
primer conducto hacia la entrada de la bomba cuando el primer medio
de control está primero en la posición abierta. La sexta etapa es
transferir una primera corriente de la porción vaporizada del
líquido hacia la salida de la bomba cuando el primer medio de
control está otra vez en la posición abierta.
Preferentemente, el fluido de este aspecto es un
fluido criogénico.
En una realización del segundo aspecto, el
método se puede considerar que incluye una etapa adicional de
transferir por lo menos una porción de la corriente de vapor al
recipiente.
En otra realización del segundo aspecto, el
método se puede considerar que incluye la etapa adicional de
detectar una temperatura de por lo menos una porción del fluido en
la bomba o por lo menos de una porción del fluido aguas arriba o
aguas abajo de la bomba.
En una realización adicional del segundo
aspecto, el método se puede considerar que incluye dos etapas
adicionales. La primera etapa adicional es proporcionar un
separador de fases en comunicación fluida con el primer conducto en
una primera localización entre el primer extremo y el segundo
extremo, estando el separador de fases adaptado para transferir una
corriente de vapor desde el primer conducto al recipiente. La
segunda etapa adicional es separar una corriente de un vapor desde
por lo menos una porción de la corriente de fluido.
En otra realización adicional del segundo
aspecto, el método se puede considerar que incluye seis etapas
adicionales. La primera etapa adicional es proporcionar una primera
capa de aislamiento rodeando perimetralmente el primer conducto. La
segunda etapa adicional es proporcionar una segunda capa de
aislamiento situada de forma separada de la primera capa de
aislamiento que rodea perimetralmente, formando de ese modo un
primer espacio entre la primera y segunda capa de aislamiento. La
tercera etapa adicional es proporcionar una fuente de gas de purga.
La cuarta etapa adicional es proporcionar un segundo conducto con un
primer extremo en comunicación fluida con la fuente del gas de
purga y un segundo extremo en contacto fluido con el primer espacio.
La quinta etapa es proporcionar un segundo medio de control para
controlar un flujo de gas de purga procedente del suministro del
primer espacio. La sexta etapa es transferir un flujo controlado de
gas de purga desde el suministro de gas de purga hasta el primer
espacio.
La primera capa de aislamiento puede ser una
espuma criogénica de la célula cerrada. La fuente del gas de purga
puede estar en el recipiente. El gas de purga se puede elegir de
nitrógeno, helio, argón, oxígeno, hidrógeno, dióxido de carbono,
hidrocarburos, y sus mezclas, siendo los hidrocarburos elegidos de
metano, etano, butano, propano y sus mezclas.
Cuando se refrigera una bomba según el primer
aspecto de la invención, el método se puede considerar que incluye
múltiples etapas. La primera etapa es proporcionar un medio de
control en comunicación fluida con la bomba y con una posición
abierta y una posición cerrada. El medio de control se adapta para
alternar entre la posición abierta y la posición cerrada, por donde
una corriente de líquido fluye hacia la entrada de la bomba desde
el suministro cuando el primer medio de control se alterne a la
posición abierta, el primer medio de control alterna a la posición
cerrada y por lo menos parte de la corriente del fluido se vaporiza
en la bomba de tal modo que forma una porción vaporizada de fluido,
y una corriente de la porción vaporizada del fluido fluye hacia la
salida de la bomba cuando el medio de control alterna otra vez a la
posición abierta. La segunda etapa es alternar el medio de control
entre la posición abierta y la posición cerrada. La tercera etapa es
transferir una corriente de fluido desde el suministro de la
entrada de la bomba cuando el primer medio de control esté en la
posición abierta. La cuarta etapa es transferir una corriente de la
porción vaporizada del fluido hacia la salida de la bomba cuando el
medio de control esté otra vez en la posición abierta.
Preferentemente, el fluido de este aspecto es un
fluido criogénico.
En una realización del primer aspecto, el método
se puede considerar que incluye una etapa de alternar el medio de
control entre las posiciones abierta y cerrada con cinco
sub-etapas. La primera sub-etapa es
designar un punto de consigna para una temperatura variable, la
temperatura se determinará en la bomba o en una localización aguas
arriba o aguas abajo de la bomba. La segunda
sub-etapa es proporcionar un medio de detección para
detectar la temperatura. La tercera sub-etapa es
mover el medio de control a la posición abierta, permitiendo así que
una corriente del fluido fluya hacia la entrada de la bomba. La
cuarta sub-etapa es mover el medio de control a la
posición cerrada cuando una cantidad designada de fluido haya fluido
hacia la entrada de la bomba. La quinta sub-etapa
es mover el medio de control de nuevo a la posición abierta cuando
la temperatura detectada por los medios de detección sea menor que
la del punto de consigna.
En otra realización del primer aspecto, el
método se puede considerar que incluye la etapa adicional de
detectar una temperatura de por lo menos una porción del fluido
líquido en la bomba o por lo menos de una porción de fluido aguas
arriba o aguas abajo de la bomba.
La invención se describe a modo de ejemplo con
referencia a los dibujos que se acompañan, en los cuales:
La Figura 1 es una representación esquemática
que ilustra una realización de la presente invención;
La Figura 2 es una representación esquemática
que ilustra una segunda realización de la presente invención;
La Figura 3 es una representación esquemática
que ilustra una tercera realización de la presente invención; y
La Figura 4 es una representación esquemática
que ilustra las capas múltiples de aislamiento usadas en la
presente invención.
La invención se describe en el presente
documento con respecto a los fluidos criogénicos; pero personas
habituadas con la técnica reconocerán que la invención no está
limitada para utilizar con fluidos criogénicos. Por ejemplo, la
invención se podría utilizar con fluidos relativamente fríos con
temperaturas mayores que las temperaturas de los "fluidos
criogénicos" pero que cambiasen de fases en el sistema de una
forma similar a la descrita más abajo para los fluidos criogénicos.
Una bomba de dos etapas de actuación doble que funciona
particularmente bien con el sistema y el método de esta invención
se discute en una solicitud de patente que se presenta
simultáneamente con esta solicitud y que se titula
"Double-Acting, Two-Stage Pump"
(Air Products and Chemicals, Inc's de número 06112 USA).
Las temperaturas criogénicas se miden en la
escala absoluta o escala Kelvin en la que el cero absoluto es 0 K.
La intervalo de temperaturas criogénico es desde -150ºC (-238ºF) a
cero absoluto (-273ºC ó -460ºF), o desde 123 K
a 0 K.
a 0 K.
Las características claves de la invención,
cuando se usa con fluidos criogénicos, son:
- 1)
- Una línea de entrada que suministra líquido criogénico a una bomba que se aísla y se purga usando el gas procedente de un tanque de suministro que ha hervido y que de otra forma se perdería venteándolo a la atmósfera. Alternativamente, se puede usar una fuente separada de gas inerte.
- 2)
- La línea de entrada tiene un separador de fases que permite devolver solamente al vapor al tanque de suministro de tal forma que la línea de retorno del vapor no necesita ser aislada.
- 3)
- La bomba se refrigera automáticamente abriendo, y después cerrando, de una manera alternante, una válvula (válvula del descargador de la bomba) situada aguas abajo de la bomba para que se pueda llevar el líquido a la bomba y permitir que hierva lentamente, haciendo así un uso más eficiente del valor de refrigeración del líquido criogénico. Esto se monitoriza mediante una sonda o detector de temperatura montado en el montaje de la bomba. Alternativamente, la sonda o detector de temperatura se puede montar en la tubería aguas arriba o aguas abajo. La válvula del descargador de la bomba normalmente descarga a la atmósfera, aunque también se puede hacer funcionar la bomba durante este ciclo y la válvula del descargador de la bomba puede devolver producto al tanque de suministro.
Una realización del sistema 10 se ilustra en el
Figura 1. Las realizaciones alternativas se muestran en las Figuras
2 y 3.
En referencia al sistema 10 en el Figura 1, el
fluido criogénico 12 se almacena en un tanque de suministro 14 que
está dentro de un tanque más grande 16. El fluido se transfiere
desde el tanque de suministro a una bomba 20 por medio de una línea
de entrada 18. Se puede usar una válvula de succión 22 en la línea
de entrada para controlar el flujo de fluido desde el tanque de
suministro a la bomba vía la línea de entrada. Un separador de
fases 24 en la línea de entrada separa el vapor del líquido en el
fluido. El líquido fluye hacia la entrada de bomba, y el vapor se
devuelve al tanque de suministro vía una línea de retorno de vapor
32. La bomba 20 se refrigera automáticamente abriendo y, a
continuación cerrando de una manera alternante una válvula del
descargador de la bomba 26 localizada aguas debajo de la salida de
la bomba. Cuando la temperatura alcanza el punto de consigna,
medida por la sonda de temperatura 38, la válvula del descargador de
la bomba está en la posición abierta y el líquido fluye hacia la
bomba. La válvula del descargador de la bomba se mueve a la
posición abierta y el vapor que hirvió del líquido en la bomba se
ventea a la atmósfera 28. El líquido descargado desde la bomba se
transfiere a otra localización 30 en el sistema que puede ser un
usuario final, un tanque, etc. (no mostrado).
Como se muestra en la Figura 1, se aísla la
línea de entrada 18, y como se muestra además en la Figura 4, el
aislamiento 34 en realidad comprende múltiples capas. La primera
capa del aislamiento 44 es un aislamiento criogénico de espuma de
la célula cerrada capaz de soportar las bajas temperaturas de los
fluidos criogénicos. La segunda capa de aislamiento 46 es
preferentemente un aislamiento de espuma de célula abierta, aunque
también es aceptable un aislamiento del tipo de célula cerrada.
Debido a que esta segunda capa de aislamiento no tiene que soportar
generalmente fluidos de temperatura tan baja como lo hace la primera
capa de aislamiento, se prefiere un aislamiento de espuma de
poliuretano de célula para la segunda capa de aislamiento. En el
espacio entre la primera y la segunda capa de aislamiento, se usa
como purga un gas inerte, tal como nitrógeno, argón o helio. Se
podrían usar otros muchos gases como gas de purga, incluyendo pero
no limitados al dióxido de carbono, oxígeno, hidrógeno, y ciertos
hidrocarburos (por ejemplo, metano, etano, butano, propano y sus
mezclas). Aunque se prefieren gases inertes y no inflamables, sería
factible el uso de los otros gases si se usan tipos de aislamiento
no inflamables.
El gas de purga es permeable a la segunda capa
de aislamiento 46 (la espuma de célula abierta), pero permanece
relativamente estanco alrededor de la primera capa de aislamiento 44
(espuma de célula cerrada). La capa externa (tercera capa) de
aislamiento 48 actúa como una barrera de lluvia y también se usa
para contener el gas de purga. El gas de purga se admite en el
espacio entre la primera y segunda capa de aislamiento vía el
conducto 42 conectado con el suministro desde el que se retira el
gas de purga. El flujo del gas de purga se controla por la válvula
de control del flujo de purga del aislamiento 36.
Las Figuras 2 y 3 muestran las realizaciones
alternativas del sistema 10. La realización alternativa mostrada en
la Figura 2 es similar a la realización de la Figura 1, salvo que el
vapor procedente de la válvula del descargador de la bomba 26 se
recircula vía la línea 40 a la parte superior del tanque de
suministro 14. La segunda realización alternativa del sistema 10
mostrada en la Figura 3 es similar a la realización en la Figura 1,
salvo que la válvula de succión de la bomba 22 está situada entre el
tanque de suministro 14 y el separador de fases 24.
Una característica clave del sistema 10 es el
diseño de múltiples capas del aislamiento 34. El aislamiento es el
más aplicable a situaciones en donde está disponible una fuente de
nitrógeno seco o de otro gas inerte para poder usarlo como purga
que de otra manera, este gas se podría ventear a la atmósfera y así,
perderse. Los tanques criogénicos que suministran a los sistemas de
bombeo criogénicos generalmente ventean gas debido al calor que
entra al tanque y que hacer hervir al líquido. Este gas no se puede
consumir por la bomba, y es a menudo una cantidad demasiado grande
para llenar simplemente el volumen del líquido eliminado y así debe
ser venteado.
Otra característica clave del sistema 10 es el
uso de un separador de fases mecánico 24 en la línea de entrada 18
cerca de la bomba 20, según se muestra en las Figuras
1-4. En la realización preferente, este dispositivo
es una válvula conectada con un flotador que únicamente permite al
vapor (no al líquido) que hierve en la línea de entrada sea
reciclado al espacio de vapor del tanque de suministro 14.
Proporcionando este dispositivo en la línea de entrada, se
simplifica en gran medida la tubería de la línea de reciclado de
vapor 32. En primer lugar, no hay necesidad de aislamiento para la
línea de reciclado de vapor. Esto reduce costes, más el que se
compensa por el coste añadido del separador de fases. En segundo
lugar, la línea de reciclado de vapor no se tiene que colocar
cuidadosamente para asegurar que no haya trampas del líquido en la
línea. Una trampa de líquido en la línea de reciclado de vapor
puede evitar fácilmente que el vapor se eleve por encima de la
línea de reciclado del vapor a la parte superior del tanque, creando
así una burbuja que fuerza al líquido a salir de la línea de
entrada. El resultado es que la bomba podría tener gas a la entrada
en vez de líquido, lo que tiene como resultado que la bomba no
pudiera
funcionar.
funcionar.
Una tercera característica clave del sistema 10
es el método de controlar la refrigeración de la bomba 20. El
sistema se controla y monitoriza para reducir al mínimo la cantidad
de producto usada para refrigerar la bomba. Para tener líquido
dentro la bomba, la válvula del descargador de la bomba 26 se abre
en la atmósfera 28 aguas abajo de la bomba permitiendo que el
líquido fluya hacia y a través de la bomba. La válvula del
descargador de la bomba entonces se cierra para permitir que este
líquido retenido hierva dentro de la bomba, refrigerando así la
bomba. La válvula del descargador de la bomba se hace funcionar de
una manera alternante tal como se requiere para asegurar que haya
líquido dentro de la bomba para la refrigeración. Cuando la
temperatura de la bomba haya alcanzado un punto de consigna
deseado, la válvula del descargador de la bomba se abre otra vez
para ventear cualquier vapor del interior de la bomba, y entonces se
cierra la válvula y se deja funcionar a la bomba. Alternativamente,
el vapor transferido desde la válvula del descargador de la bomba se
puede enviar de nuevo al tanque de suministro 14 en la parte
superior, en el fondo, u en otra localización del tanque. A la vez
que se abre la válvula del descargador de la bomba, se puede poner
en marcha la bomba y enviar el líquido de nuevo al tanque de
suministro. Esta alternativa se muestra en el Figura 2 para el caso
en donde el vapor transferido desde la válvula del descargador de
la bomba se envía de nuevo (40) a la parte superior del tanque.
La válvula del descargador de la bomba 26 se
acciona a modo de pulsos, más que mantenerse abierta. Haciendo
esto, el líquido criogénico tiene más tiempo para intercambiar calor
con la bomba 20 y la tubería, usándose así más la capacidad de
refrigeración del líquido criogénico.
Aunque la presente invención se ilustra y se
describe con relación a ciertas realizaciones específicas, sin
embargo la presente invención no se piensa para que esté limitada a
los detalles aquí mostrados. Además, se pueden hacer varias
modificaciones en los detalles dentro del alcance de las
reivindicaciones siguientes.
Claims (14)
1. Un método de refrigerar una bomba (20) para
un líquido volátil (12) que comprende alternativamente cesar el
flujo (18) del líquido hacia la bomba para permitir que por lo menos
una porción del líquido remanente en la bomba se vaporice para
refrigerar la bomba, y reiniciar el flujo del líquido hacia la
bomba, eliminando la porción fluida vaporizada resultante (28; 40)
en dicho reinicio de dicho flujo.
2. Un método según la Reivindicación 1 que
comprende alternar un medio de control (22, 26), que controla el
flujo del líquido hacia la bomba (20), entre una posición abierta,
en la que el líquido fluye hacia la bomba, y una posición cerrada,
en la que el flujo de líquido hacia la bomba cesa para permitir que
por lo menos una porción del líquido remanente en la bomba se
vaporice para refrigerar la bomba, y eliminar (28; 40) el fluido
vaporizado resultante de la bomba cuando el medio de control vuelve
a la posición abierta.
3. Un método para transferir un líquido volátil
(12) desde un recipiente (14) vía una bomba (20) que comprende las
etapas:
- (a)
- Trazar una corriente líquida desde el recipiente a través de un conducto (18) hacia la bomba,
- (b)
- cesar el flujo de dicha corriente hacia la bomba después de transferir una porción del líquido desde el recipiente hacia de la bomba,
- (c)
- permitir que por lo menos una porción del líquido remanente en la bomba se vaporice para refrigerar la bomba, y
- (d)
- repetir secuencialmente las etapas (a), (b) y (c), eliminado la porción de fluido vaporizada producida en la etapa (c) en el comienzo de la etapa (a).
4. Un método según la Reivindicación 3 para
transferir un líquido volátil (12) desde un recipiente (14) vía una
bomba (20) que comprende un medio de control (22, 26) alternante,
que controla el flujo de una corriente líquida desde el recipiente
a través de un conducto (18) hacia la bomba, entre una posición
abierta, en la que dicha corriente fluye a través del conducto
hacia a la bomba, y una posición cerrada, en la que el flujo de
dicho líquido a través del conducto cesa para permitir que por lo
menos una porción del líquido remanente en la bomba se vaporice
para refrigerar la bomba, y eliminar (28; 40) el fluido vaporizado
resultante de la bomba cuando el medio de control vuelve a la
posición abierta.
5. Un método según la Reivindicación 3 o la
Reivindicación 4, en donde una porción del líquido (12) se vaporiza
en el conducto (18) aguas arriba de la bomba (20) y por lo menos una
porción de dicha porción vaporizada se transfiere (32) al
recipiente desde un separador de fases (24) situado aguas arriba de
la bomba.
6. Un método según una cualquiera de las
Reivindicaciones 3 a 5, en donde se hace pasar un gas de purga a
través del espacio formado entre una primera capa de aislamiento
(44) que rodea periféricamente dicho conducto (18) y una segunda
capa de aislamiento (46) situada aparte y que rodea periféricamente
a dicha primera capa.
7. Un método según la Reivindicación 6 que
incluye la transferencia de la porción vaporizada de la
Reivindicación 5, en donde el gas de purga (42) es otra porción del
líquido vaporizado.
8. Un método según la Reivindicación 6 o la
Reivindicación 7, en donde la primera capa de aislamiento (44) es
una espuma de célula cerrada.
9. Un método según la Reivindicación 8, en donde
la segunda capa de aislamiento (46) es una espuma de célula
abierta.
10. Un método según una cualquiera de las
Reivindicaciones 3 a 7, en donde por lo menos una porción de dicha
porción fluida vaporizada en la bomba se transfiere (40) al
recipiente (14).
11. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en donde el flujo líquido cesa después
de que una cantidad predeterminada de fluido haya atravesado la
bomba y se reinicia en respuesta a una temperatura predeterminada
detectada (38) en la bomba o en una localización aguas arriba o
aguas abajo de la bomba.
12. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en donde el líquido volátil es un
líquido criogénico.
13. Un método según la Reivindicación 12, en
donde el líquido criogénico se elige de nitrógeno licuado, helio,
argón, oxígeno, hidrógeno, dióxido de carbono, y sus mezclas.
14. Un método según una cualquiera de las
Reivindicaciones 1 a 10, en donde el líquido volátil se elige de
metano, etano, butano, propano y sus mezclas.
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