KR101703066B1

KR101703066B1 - 온도 제어식 압력 조정기

Info

Publication number: KR101703066B1
Application number: KR1020117017848A
Authority: KR
Inventors: 다릴 듀에인 패터슨; 에릭 야곱 버젯
Original assignee: 테스콤 코포레이션
Priority date: 2009-01-21
Filing date: 2010-01-11
Publication date: 2017-02-06
Also published as: RU2517972C2; EP2382518B1; EP2382518A1; CN102292684A; US20100180960A1; US9535427B2; WO2010085386A1; KR20110122110A; RU2011133559A; CN102292684B

Abstract

온도 제어식 압력 조정기들이 설명되어 있다. 본 명세서에 설명된 일 예시적 온도 제어식 압력 조정기는 제1 통로를 통해 처리 유체 출구에 유체 연결되는 처리 유체 입구와 제2 통로를 통해 열 전달 매체 출구에 유체 연결되는 열 전달 매체 입구를 포함하며, 열 전달 매체 입구는 조정기 본체와 일체로 형성된다. 가열 챔버 본체는 열 전달 매체 입구와 열 전달 매체 출구 사이에 챔버를 형성하도록 조정기 본체에 제거가능하게 결합된다. 제1 통로의 적어도 일부는 챔버 내에 배치되고, 챔버는 열 전달 매체로부터 처리 유체를 분리시키는 제1 통로를 통해 처리 유체가 챔버를 통해 유동할 때 처리 유체에 열을 제공하도록 열 전달 매체 입구를 통해 열 전달 매체를 수용한다.

Description

온도 제어식 압력 조정기{TEMPERATURE-CONTROLLED PRESSURE REGULATORS}

본 발명은 일반적으로 압력 조정기에 관한 것으로, 특히, 온도 제어식 압력 조정기에 관한 것이다.

다수의 처리 제어 시스템들은 처리 유체의 압력을 제어하기 위해 압력 조정기를 사용한다. 압력 감소 조정기들은 일반적으로 상대적으로 높은 압력의 유체를 수용하고, 상대적으로 더 낮은 조정된 출력 유체 압력을 출력한다. 이 방식으로, 조정기에 걸친 압력 강하에도 불구하고, 압력 감소 조정기는 넓은 범위의 출력 부하들(즉, 유동 요건들, 용량, 등)에 대해 비교적 일정한 출력 유체 압력을 제공할 수 있다.

온도 제어식 압력 조정기는 통상적으로 처리 유체의 온도를 제어하면서(예를 들어, 사전결정된 온도로 처리 유체의 온도를 유지하면서) 압력 조정기의 입구와 출구 사이에서 처리 유체의 압력을 감소시킨다. 처리 유체의 압력이 조정기의 입구와 출구 사이에서 감소될 때 처리 유체의 온도의 제어는 응결을 방지하고 및/또는 조정기들을 가로지른 처리 유체의 기화를 유도한다.

일반적으로, 온도 제어식 조정기들은 증기 압력 제어를 제공하며, 종종, 샘플링 시스템들과 함께 사용되며, 이 샘플링 시스템들에서는 분석 장비가 처리 유체가 비교적 낮은 압력을 가지면서 가스 또는 증기 상태가 되는 것을 필요로 할 수 있다. 예로서, 석유화학 산업에서, 품질 제어를 위해 액체 탄화수소들을 포함하는 처리 유체의 샘플들이 종종 분석된다(예를 들어, 크로마토그래피 분석을 통해). 이런 처리 유체 샘플들은 종종 가스 상태 또는 증기 상태이어야 한다. 따라서, 온도 제어식 압력 조정기는 분석 이전에 액체를 예열하거나, 가스들의 응결을 방지하거나, 액체들을 기화시키기 위해 사용될 수 있다. 예로서, 온도 제어식 압력 조정기는 분석(예를 들어, 크로마토그래피 분석) 이전에 액체들을 예열하거나, 가스들의 응결을 방지하거나, 액체들을 기화시키기 위해 사용될 수 있다.

온도 제어식 압력 조정기들은 통상적으로 처리 유체의 온도를 제어하기 위해 스팀 또는 전기 가열을 사용한다. 처리 유체는 조정기 내에서 가열되며, 그 이유는 처리 유체가 조정기를 통해(예를 들어, 밸브 좌대를 가로질러) 상당한 압력 감소 또는 강하를 받기 때문이다. 압력의 감소는 Joule-Thomson 효과에 따라 처리 유체(예를 들어, 가스) 내에 상당한 열의 손실(예를 들어, 온도 강하)을 유발한다. 온도 제어식 조정기는 처리 유체의 온도를 증가 또는 유지하기 위해 압력 강하 지점에서 열을 인가하며, 그에 의해, 조정기를 가로질러 처리 유체의 압력이 감소될 때 처리 유체(예를 들어, 포화 가스)의 응결을 방지한다. 다른 예들에서, 예로서, 액체가 기화되는 것이 바람직할 수 있다. 이런 예에서, 온도 제어식 조정기는 예로서, 증기 샘플을 통해 액체의 분석을 용이하게 하기 위해 액체가 조정기를 통과할 때 액체를 기화시키도록 열을 인가한다.

다양한 용례들로 때문에, 온도 제어식 조정기는 가열식 조정기를 지칭한다. 예로서, 가열식 조정기는 분석 대상 액체(예를 들어, 탄화수소들을 함유하는 액체)를 함유하는 입구 처리 유체를 가열(예를 들어, 가열 매체를 통해)하기 위해 사용될 수 있다. 다른 예에서, 온도 제어식 조정기는 분석 대상 기체(예를 들어, 탄화수소들을 포함하는 기체)를 포함하는 입구 처리 유체를 기화(예를 들어, 열원을 통해)하기 위해 사용될 수 있다.

본 명세서에 설명된 예시적 온도 제어식 압력 조정기의 세부사항들을 설명하기 이전에, 공지된 온도 제어식 압력 조정기(100)의 설명이 도 1에서 제공된다. 공지된 온도 제어식 압력 조정기(100)는 통상적으로 조정기(100)를 통해 유동하는 처리 유체의 출구 온도(예를 들어, 사전결정된 온도)를 제어하기 위해 사용된다. 조정기(100)는 입구(104) 및 출구(106)를 갖는 본체(102)를 포함한다. 격막(108) 및 유동 제어 부재(110)(예를 들어, 밸브 플러그)가 본체(102) 내에 배치되어 입구 챔버(112)와 압력 챔버(114)를 형성한다. 격막(108)은 유동 제어 부재(110)를 밸브 좌대(116)에 대해 이동시킴으로써 출구(106)에서의 처리 유체의 압력을 제어한다. 제1 통로(118)는 입구(104)를 입구 챔버(112)에 유체 연결하고, 제2 통로(120)는 출구(106)를 압력 챔버(114)에 유체 연결한다. 관형 본체 또는 가열 챔버 본체(122)(예를 들어, 원통형 본체)가 조정기(100)의 본체(102)에 연결(예를 들어, 나사 결합)되어 가열 챔버(124)를 형성한다. 가열 챔버(124)는 제1 및 제2 통로들(118, 120)의 적어도 일부를 수용한다. 또한, 가열 챔버 본체(122)는 열 전달 매체 입구 포트(126)와 출구 포트(128)를 포함한다. 예로서, 스팀 같은 열 전달 매체는 입구 포트(126)와 출구 포트(128) 사이에서 가열 챔버(124)를 통해 유동한다.

작동시, 가열 챔버(124)는 예로서, 350℉의 최대 온도를 갖는 약 250 psi의 최대 압력까지 스팀을 수용할 수 있다. 스팀이 가열 챔버(124)를 통해 유동할 때, 스팀으로부터의 에너지(예를 들어, 열적 에너지 또는 열)이 가열 챔버(124) 내에 배치된 제1 및 제2 통로들(118, 120)의 부분들을 통해 처리 유체로 전달된다. 결과적으로, 일부 예들에서, 열의 증가는 처리 유체가 기화하게 하거나, 다른 예들에서, 예로서, 처리 유체가 입구(104)를 통해 조정기(100)에 진입할 때 이미 가스 또는 증기 상태인 경우 처리 유체의 응결을 방지한다.

그러나, 도 1의 공지된 조정기(100)에서, 매체(예를 들어, 스팀)는 처리 유체에 전달할 수 있는 열의 양이 제한될 수 있다. 보다 상세하게, 예로서, 입구(126)에서의 스팀의 압력이 예로서, 약 250 psi의 최대 압력으로 제한될 수 있다. 입구(126)에서의 스팀의 압력의 규제 또는 제한은 또한 스팀의 최대 온도를 예로서, 약 350℉로 제한하며, 이는 일부 경우들에서, 처리 유체를 기화시키거나, 응결을 방지하기에 불충분할 수 있다.

입구(126)에서의 열 전달 매체(예를 들어, 스팀)의 압력은 통상적으로 입구(126)가 가열 챔버 본체(122)에 용접되기 때문에 제한될 수 있다. 따라서, 스팀 입구(126)를 가열 챔버 본체(122)의 벽(130)에 결합시키는 용접 조인트(미도시)는 예로서 250 psi보다 큰 압력의 스팀을 견딜 수 없다. 상술한 바와 같이, 입구(126)에서의 스팀의 압력의 제한은 또한 스팀의 최대 온도를 제한하며, 이는 스팀과 처리 유체 사이의 더 낮은 열 전달율을 초래한다.

추가적으로, 입구(126)를 가열 챔버 본체(122)의 벽(130)에 용접하는 것은 또한 벽(130)의 두께를 예로서 1/16 인치의 두께로 규제 또는 제한한다. 이런 제한된 두께를 갖는 벽(예를 들어, 벽(130))은 예로서, 약 250 psi보다 큰 스팀 압력을 견딜 수 없다. 따라서, 공지된 온도 제어식 압력 조정기(100)는 예로서 약 250 psi보다 큰 열 전달 매체 압력들을 견딜 수 없으며, 그에 의해, 가열 챔버(124)를 통과하는 열 전달 매체의 온도를 제한하고, 따라서, 더 낮은 처리 유체 출구 온도들을 제공하게 된다. 또한, 스팀 입구 포트를 가열 챔버 본체에 용접하는 것은 제조 비용들, 인벤토리 비용들 등을 증가시킨다.

다른 공지된 예들에서, 스팀 튜브가 조정기 본체(예를 들어, 조정기 본체(102))의 유로를 통과한다. 따라서, 유체는 조정기를 통해 유동할 때 증기 튜브와 직접적으로 접촉한다. 그러나, 이런 구조는 통상적으로 처리 유체가 조정기를 통해 유동할 때의 짧은 기간 동안 가열 튜브가 처리 매체와 접촉하게 되기 때문에 더 낮은 열 전달율을 제공하며, 그에 의해, 더 낮은 처리 유체 출구 온도들을 제공한다.

또 다른 공지된 예들에서, 스팀 포트는 처리 유체에 인접하게 조정기 본체에 결합된다. 스팀 포트는 조정기 본체에 열을 제공하는 스팀을 수용한다. 순차적으로, 조정기 본체는 처리 유체가 스팀 포트에 인접하게 조정기 본체의 입구 및 출구 사이에서 유동할 때 처리 유체에 열을 제공한다. 이런 구조에서, 스팀은 일반적으로 처리 유체 유로를 포함하는 조정기 본체를 가열한다. 그러나, 이런 구성은 열악한 열 전달(예를 들어, 낮은 열 전달율)을 초래하며, 종종, 원하는 온도로 처리 유체를 가열 또는 유지하기 위해 비교적 더 많은 에너지를 필요로 한다. 일부 예들에서, 불충분한 열 전달은 처리 유체가 응결되게 할 수 있다.

본 발명에 따른 온도 제어식 압력 조정기는 앞서 살펴본 공지된 예시적 조정기에서 나타난 문제점을 해결하고자 한다.

일 예에서, 예시적 온도 제어식 압력 조정기는 제1 통로를 통해 처리 유체 출구에 유체 연결된 처리 유체 입구를 갖는 조정기 본체와, 제2 통로를 통해 열 전달 매체 출구에 유체 연결되는 열 전달 매체 입구를 구비하고, 열 전달 매체 입구는 조정기 본체와 일체로 형성된다. 가열 챔버 본체가 조정기 본체에 제거가능하게 결합되어 열 전달 매체 입구와 열 전달 매체 출구 사이에 챔버를 형성한다. 제1 통로의 적어도 일부는 챔버 내에 배치된다. 챔버는 제1 통로를 거쳐 챔버를 통해 처리 유체가 유동할 때 처리 유체에 열을 제공하도록 열 전달 매체 입구를 통해 열 전달 매체를 수용하며, 제1 통로는 열 전달 매체로부터 처리 유체를 분리시킨다.

다른 예에서, 온도 제어식 압력 조정기는 하부 부분에 제거가능하게 결합된 상부 부분을 갖는 본체를 포함한다. 하부 부분은 입구 포트와 출구 포트 사이의 처리 유체 유로와 증기 출구 포트에 유체 연결되는 스팀 입구 포트를 포함한다. 가열 챔버 본체는 조정기 본체의 하부 부분에 결합되고, 여기서, 가열 챔버 본체는 조정기 본체에 결합될 때 가열 챔버를 형성하기 위해 개구를 포함한다. 가열 챔버는 스팀 입구 포트를 통해 스팀을 수용한다. 제1 통로는 적어도 부분적으로 입구와 출구 사이의 처리 유체 유로를 형성하고, 적어도 부분적으로 가열 챔버 내에 배치되며, 여기서, 제1 통로는 스팀으로부터 처리 유체를 분리시킨다.

본 발명에 따른 온도 제어식 압력 조정기들은 조정기 본체 또는 가열 챔버 본체에 열 전달 매체 입구를 결합하기 위해 필요한 제조 작업들을 제거함으로써, 제조 비용들, 재고, 정비 등을 감소시킨다. 추가적으로, 본 발명에 따른 온도 제어식 압력 조정기들은 소정의 공지된 온도 제어식 압력 조정기들보다 큰 열 전달 접촉 영역을 제공한다. 또한, 본 발명에 따른 온도 제어식 압력 조정기들은 소정의 공지된 온도 제어식 압력 조정기들보다 현저히 더 높은 출구 온도들을 갖는 처리 유체를 제공할 수 있다.

도 1은 공지된 온도 제어식 압력 조정기의 단면도이다.
도 2a는 본 명세서에 설명된 예시적 온도 제어식 압력 조정기의 단면도이다.
도 2b는 도 2a의 예시적 온도 제어식 압력 조정기의 다른 단면도이다.
도 3은 도 2a 및 도 2b의 예시적 온도 제어식 압력 조정기의 또 다른 단면도이다.

본 명세서에 설명된 예시적 온도 제어식 압력 조정기들은 처리 유체의 압력이 조정기를 통해 감소될 때 처리 유체(예를 들어, 부식성 유체들, 천연 가스 등)의 출구 온도를 제어(예를 들어, 증가)하기 위해 열 전달 매체(예를 들어, 스팀)를 사용한다. 특히, 본 명세서에 설명된 예시적 조정기들은 조정기의 본체와 일체로 형성된 열 전달 매체 입구를 포함한다. 조정기 본체와 열 전달 매체 입구를 일체로 형성하는 것은 조정기가 가열 챔버 본체 및/또는 조정기 본체에 결합된(예를 들어, 용접을 통해) 열 전달 매체 입구 또는 스팀 포트를 갖는 조정기보다 비교적 큰 또는 높은 압력(예를 들어, 약 250 psi와 1,000 psi 사이)에서 열 전달 매체(예를 들어, 스팀)를 수용할 수 있게 한다. 예로서, 예를 들어 용접을 통해 튜브 또는 가열 챔버에 결합된 열 전달 매체 입구는 통상적으로 예로서, 용접부의 제한된 강도에 기인하여 예로서 약 250 psi의 최대 압력을 갖는 열 전달 매체만을 견딜 수 있다.

이 방식(예를 들어, 조정기 본체와 열 전달 매체 입구를 일체로 형성)에서, 예시적 온도 제어식 압력 조정기들은 실질적으로 더 높거나 더 큰 온도(예를 들어, 약 300℉와 1000℉ 사이)를 갖는 열 전달 매체를 구비할 수 있다. 이런 구성은 온도 제어식 압력 조정기들이 더 큰 출구 온도를 갖는 처리 유체(예를 들어, 약 300℉와 1000℉ 사이의 출구 온도를 갖는 처리 유체)를 제공할 수 있게 한다. 또한, 본 명세서에 설명된 예시적 조정기들은 조정기 본체 또는 가열 챔버 본체에 열 전달 매체 입구를 결합(예를 들어, 용접)하기 위해 필요한 제조 작업들을 제거함으로써, 제조 비용들, 재고, 정비 등을 감소시킨다.

추가적으로, 본 명세서에 설명된 예시적 온도 제어식 압력 조정기들은 소정의 공지된 온도 제어식 압력 조정기들보다 큰 열 전달 접촉 영역을 제공한다. 예로서, 적어도 부분적 통로(예를 들어, 관형 통로)가 코일 또는 U형상 구조로 가열 챔버 내에 배치(예를 들어, 사형 관통(snake through))됨으로써 통로 내에서 유동하는 처리 유체와 가열 챔버 내의 열 전달 매체(예를 들어, 스팀) 사이의 열 전달 접촉 영역을 증가시킨다. 이 방식으로(예를 들어, 코일 구조) 가열 챔버를 통해 통로를 배치 또는 경로설정하는 것은 통로 내에서 유동하는 처리 유체와 열 전달 매체 사이의 열 전달율을 증가시켜서 더 높은 또는 더 큰 출구 온도를 갖는 처리 유체를 제공한다.

예로서, 본 명세서에 설명된 예시적 조정기들은 예로서, 약 500℉의 출구 온도들을 갖는 처리 유체를 제공할 수 있다. 대조적으로, 공지된 온도 제어식 압력 조정기들은 통상적으로 약 350℉의 최대 출구 온도를 갖는 처리 유체를 제공할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 설명된 예시적 조정기들은 소정의 공지된 온도 제어식 압력 조정기들보다 현저히 더 높은 출구 온도들을 갖는 처리 유체를 제공할 수 있다.

도 2a 및 도 2b는 예시적 온도 제어식 압력 조정기(200)의 단면도들이다. 본 명세서에 설명된 예시적 온도 제어식 압력 조정기들은 처리 유체(예를 들어, 부식성 유체들, 천연 가스 등)의 온도를 제어하면서 처리 유체의 압력을 감소시킨다.

예시적 조정기(200)는 하부 본체(204)에 결합된(예를 들어, 나사 결합된) 상부 본체(202)를 포함한다. 격막(206)이 상부 본체(202)와 하부 본체(204) 사이에 포획된다. 상부 본체(202) 및 격막(206)의 제1 측부(208)는 제1 챔버(210)를 형성한다. 편의 요소(212)(예를 들어, 스프링)가 조절가능한 스프링 좌대(214)와 격막(206)을 지지하는 격막 플레이트(216) 사이에서 제1 챔버(210) 내에 배치된다. 본 예에서, 제1 챔버(210)는 예시적으로 통기구(218)를 통해 대기에 유체 연결된다. 스프링 조절기(220)(예를 들어, 스크류)가 조절가능한 스프링 좌대(214)에 결합되어 편의 요소(212)의 길이의 조절(예를 들어, 편의 요소(212)의 압축 또는 압축해제)를 가능하게 하며, 따라서, 편의 요소(212)가 격막(206)의 제1 측부(208) 상에 작용하는 사전설정된 힘 또는 부하의 양의 조절(예를 들어, 증가 또는 감소)을 가능하게 한다.

하부 본체(204)와 격막(206)의 제2 측부(222)는 적어도 부분적으로 압력 챔버(224), 입구(226) 및 출구(228)를 형성한다. 밸브 플러그(230)는 하부 본체(204) 내의 종방향 보어 또는 입구 챔버(232) 내에 배치된다. 밸브 좌대(234)는 입구 챔버(232)와 압력 챔버(224) 사이에 배치되며, 입구(226)와 출구(228) 사이의 유체 유로 내에 오리피스(236)를 형성한다. 본 예에서, 밸브 좌대(234)는 예로서, 카운터보어를 통해 형성된 견부(238)와 결합한다. 밸브 플러그(230)는 격막 플레이트(216)와 밸브 스템(240)을 통해 격막(206)에 작동식으로 결합된다. 작동시, 격막(206)은 밸브 플러그(230)를 밸브 좌대(234)를 향해, 그리고, 그로부터 이격 방향으로 이동시켜 입구(226)와 출구(228) 사이의 유체 유동을 방지 또는 허용한다. 제2 스프링(242)은 밸브 플러그(230)를 밸브 좌대(234)를 향해 편의시키도록 입구 챔버(232) 내에 배치된다. 예시된 예에서, 밸브 플러그(230)는 입구(226)와 출구(228) 사이의 유체 유동을 방지하기 위해 기밀 밀봉을 제공하도록 밸브 좌대(234)와 결합할 수 있다. 제2 스프링(242)의 탄성율은 통상적으로 편의 요소(212)의 탄성율에 비해 실질적으로 작다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 입구(226)는 제1 통로(244)를 통해 입구 챔버(232)에 유체 연결되고, 출구(228)는 제2 통로(246)를 통해 압력 챔버(224)에 유체 연결된다. 본 예에서, 제1 통로(244)는 하부 본체(204) 내에 일체로 형성된 일체형 경로들(248, 250)과, 입구(226)와 입구 챔버(232) 사이에서 일체형 경로(248, 250)들을 유체 연결하는 제거가능하게 결합된 관형 통로(252)(예를 들어, 배관)를 포함한다. 유사하게, 제2 통로(246)는 하부 본체(204)와 일체로 형성된 일체형 경로들(254, 256)과, 압력 챔버(224)와 출구(228) 사이에서 일체형 경로들(254, 256)을 유체 연결하기 위한 제거가능하게 결합된 관형 통로(258)(예를 들어, 배관)를 포함한다. 관형 통로들(252, 258)은 예로서, 압축 피팅들(compression fitting) 같은 커플링들(260)을 통해 하부 본체(204)에(예를 들어, 각각의 일체형 경로들(248, 250, 254, 256)에) 결합된다. 그러나, 다른 예들에서, 입구(226) 및 출구(228)는 다른 적절한 통로들 및/또는 경로들을 통해 유체 연결될 수 있다. 본 예에서, 관형 통로들(252, 258)은 예로서, 스테인리스 스틸 같은 내식성 재료로 이루어진 배관이다. 그러나, 다른 예들에서, 관형 통로들(252 및/또는 258)은 니켈-구리, 니켈-크롬, 황동 또는 다른 적절한 재료(들)로 이루어질 수 있다.

도 3은 도 2a 및 도 2b의 예시적 온도 제어식 감소 조정기(200)의 다른 단면도이다. 도 2a, 도 2b 및 도 3을 참조하면, 가열 챔버 본체 또는 관형 본체(302)는 조정기(200)의 하부 본체(204)에 결합된다. 본 예에서, 가열 챔버 본체(302)는 하부 본체(204)에 나사 결합되는 원통형 본체이다. 하부 본체(204)에 결합될 때, 가열 챔버 본체(302)는 가열 챔버(304)를 형성 또는 한정한다. 열 전달 매체 입구(306)(예를 들어, 스팀 입구 포트)는 하부 본체(204)와 일체로 형성된다. 하부 본체(204)와 일체로 형성된 경로(308)는 열 전달 매체 입구(306)를 가열 챔버(304)에 유체 연결한다. 가열 챔버(304)는 열 전달 매체 입구(306)를 통해 비교적 높은 압력(예를 들어, 약 250 psi와 1000 psi 사이)으로 열 전달 매체(예를 들어, 스팀)를 수용한다. 본 예에서, 가열 챔버 본체(302)는 예를 들어, 스테인리스 스틸 같은 내식성 재료로 이루어진다. 그러나, 다른 예들에서, 관형 통로들(252 및/또는 258)은 니켈-구리, 니켈-크롬, 황동 또는 임의의 다른 적절한 재료(들)로 이루어질 수 있다.

본 예에서, 적어도 제1 통로(244)의 일부(예를 들어, 관형 통로(252)) 및 제2 통로(246)의 일부(예를 들어, 관형 통로(258))는 가열 챔버(304)의 내부에 배치된다. 그러나, 다른 예들에서, 제1 통로(244)의 적어도 일부 또는 대안적으로, 제2 통로(246)의 적어도 일부가 가열 챔버(304) 내에 배치될 수 있다. 추가적으로, 관형 통로들(252, 258)은 관형 통로들(252, 258) 내에서 유동하는 처리 유체와 가열 챔버(304) 내의 열 전달 매체 사이의 열 전달 접촉 영역을 증가시키기 위해 U형 또는 코일 구조로 가열 챔버(304) 내에 배치된다. 관형 통로들(252, 258)은 처리 유체를 가열 챔버(304)로부터, 그리고, 따라서, 열 전달 매체로부터 분리, 이격, 또는 물리적으로 격리시킨다. 열 전달 매체는 열 전달 매체 입구(306)와 열 전달 매체 출구(310) 사이에서 가열 챔버(304)를 통해 유동한다. 본 예에서, 열 전달 매체 출구(310)는 가열 챔버 본체(302)와 일체로 형성된다.

작동시, 예시적 온도 제어식 압력 조정기(200)는 처리 유체 입구(226)를 통해 상류 압력 소스에 유체 연결되고, 처리 유체 출구(228)를 통해 하류 장치 또는 시스템에 유체 연결된다. 예로서, 입구(226)는 조정기(200)를 예로서 조정기(200)에 비교적 높은 압력(예를 들어, 4,500 psi)으로 처리 유체(예를 들어, 탄화수소들을 함유)를 제공하는 처리 제어 시스템에 연결시킨다. 출구(228)는 조정기(200)를 예로서, 특정(예를 들어, 더 낮은) 압력(예를 들어, 0-500 psi)의 처리 유체를 필요로 하는 샘플링 시스템 같은 예를 들어 하류 시스템에 유체 연결한다. 샘플링 시스템은 분석기(예를 들어, 가스 분석기)를 포함할 수 있으며, 이 분석기는 처리 유체가 비교적 낮은 압력(예를 들어, 0-500 psi)가 되고 처리 유체(예를 들어 샘플)가 처리 유체의 분석(예를 들어, 품질 제어를 위한)을 가능하게 또는 용이하게 하는 증기 상태로 존재하게 되는 온도(예를 들어, 약 500℉)가 되는 것을 필요로 할 수 있다.

온도 제어식 압력 조정기(200)는 통상적으로 입구(226)에서 처리 유체의 압력을 조정하여 출구(228)에서 특정 또는 소정 압력을 제공 또는 발생시킨다. 소정 압력 설정점은 스프링 조절기(220)를 통해 격막(206)의 제1 측부(208) 상의 편의 요소(212)에 의해 작용되는 힘을 조절함으로써 구성될 수 있다. 소정 출구 압력을 달성하기 위해, 스프링 조절기(220)는 격막(206)의 제1 측부(208) 상의 편의 요소(212)에 의해 작용되는 힘을 조절하기 위해 축(312)을 중심으로 회전 또는 돌려진다(예를 들어, 도 3의 배향에서 시계방향 또는 반시계방향으로). 순차적으로, 격막(206) 상에 편의 요소(212)에 의해 작용되는 힘은 밸브 플러그(230)를 밸브 좌대(234)에 대해 위치설정(예를 들어, 밸브 플러그(230)를 도 2a, 도 2b 및 도 3의 배향에서 밸브 좌대(234)로부터 이격 방향으로 이동)하여 처리 유체가 입구(226)와 출구(228) 사이에서 유동할 수 있게 한다. 따라서, 출구 또는 소정 압력은 격막(206), 그리고, 이에 따라 밸브 플러그(230)를 밸브 좌대(234)에 대해 위치설정하기 위해 편의 요소(212)에 의해 작용된 사전설정된 힘의 양에 의존한다.

압력 챔버(224)는 제2 통로(246)를 통해 출구(228)에서 처리 유체의 압력을 감지한다. 압력 챔버(224) 내의 처리 유체의 압력이 격막(206)의 제1 측부(208) 상에 편의 요소(212)에 의해 작용되는 사전설정된 힘을 초과하는 힘이 격막(206)의 제2 측부(222) 상에 작용되도록 증가할 때, 격막(206)은 편의 요소(212)에 의해 작용되는 힘에 대항하여 제1 챔버(210)를 향해(예를 들어, 도 2a, 도 2b 및 도 3의 배향에서 상향 방향) 이동한다. 격막(206)이 제1 챔버(210)를 향해 이동할 때, 격막(206)은 밸브 플러그(230)가 밸브 좌대(234)를 향해 이동하여 오리피스(236)를 통한 유체 유동을 규제하게 한다. 제2 스프링(242)은 밸브 플러그(230)를 밸브 좌대(234)를 향해 편의시켜 밸브 좌대(234)와 밀봉 결합시킴으로써(예를 들어, 폐쇄 위치) 오리피스(236)를 통한(즉, 입구 챔버(232)와 압력 챔버(224) 사이의) 유체 유동을 실질적으로 방지한다. 입구(226)와 출구(228) 사이의 유체 유동을 방지 또는 실질적으로 규제하는 것은 출구(228)에서의 처리 유체의 압력이 감소되게 한다.

반대로, 출구(228)에서의 유체 압력의 감소는 제2 통로(246)를 통해 압력 챔버(224)에 등록된다. 압력 챔버(224) 내의 처리 유체의 압력이 격막(206)의 제1 측부(208) 상에 편의 요소(212)에 의해 작용되는 사전설정된 힘 미만으로 감소할 때, 편의 요소(212)는 격막(206)이 압력 챔버(224)를 향한 방향(예를 들어, 도 2a, 도 2b 및 도 3의 배향에서 하향 방향)으로 이동하게 한다. 격막(206)이 압력 챔버(224)를 향해 이동할 때, 밸브 플러그(230)는 밸브 좌대(234)로부터 이격 방향으로 이동하여 유체가 오리피스(236)를 통해 유동할 수 있게 하고(예를 들어, 개방 위치), 그에 의해, 출구(228)에서의 압력이 증가하게 한다. 출구 압력이 편의 요소(212)에 의해 작용되는 사전설정된 힘과 실질적으로 같아질 때, 격막(206)은 밸브 플러그(230)가 소정 출구 압력을 유지하고 필요한 유체 유동을 제공하는 위치를 취하게 한다.

처리 유체의 압력은 처리 유체가 오리피스(236)를 가로질러 이동함에 따라 크게 감소한다. 결과적으로, 압력의 감소는 처리 유체의 현저한 온도 강하를 유발한다(예를 들어, Joule-Thomson 효과에 기인함). Joule-Thomson 효과를 최소화하기 위해, 처리 유체는 입구(226)와 출구(228) 사이에서 유동할 때 가열된다.

처리 유체가 입구(226)와 출구 챔버(232) 사이에서 제1 통로(244)를 통해 유동할 때, 열 전달 매체(예를 들어, 스팀)가 열 전달 매체 입구(306)와 열 전달 매체 출구(310)를 통해 가열 챔버(304)를 통해 유동하여 가열 챔버(304)에 열을 제공한다. 가열 챔버(304) 내이 열 전달 매체는 관형 통로(252) 내에서 유동하는 처리 유체에 열을 전달한다. 이 방식으로, 예로서, 처리 유체는 오리피스(236)를 가로질러 유동하기 이전에 제1 통로(244)를 통해 유동할 때 가열될 수 있다. 처리 유체는 제2 통로(246)를 통해 압력 챔버(224)와 출구(228) 사이에서 유동한다.

상술한 바와 같이, 본 예에서, 가열 챔버(304)는 제2 통로(246)(예를 들어, 관형 통로(258))의 적어도 일부를 수용한다. 가열 챔버(304) 내의 스팀에 의해 제공되는 열은 관형 통로(258)를 통해 전달되어 압력 챔버(224)와 출구(228) 사이의 관형 통로(258) 내에서 유동하는 처리 유체를 가열한다. 따라서, 처리 유체는 제2 통로(246)를 통해 유동할 때 다시 가열될 수 있다. 이 방식으로, 예로서, 포화 가스들을 포함하는 처리 유체는 증기 상태로 유지될 수 있다.

따라서, 예시적 온도 제어식 압력 조정기(200)는 소정 온도(예를 들어, 약 500℉)로 처리 유체의 온도를 증가 또는 유지하기 위해 제1 및 제2 통로들(244, 246)을 통해 유동하는 처리 유체에(예를 들어, 압력 강하 지점에서) 열을 인가한다. 출구 온도를 소정 또는 사전결정된 온도로 제어하는 것은 처리 유체의 압력이 조정기(200)를 가로질러 강할 때 처리 유체의 기화를 유도하거나 응결을 방지한다.

추가적으로, 본 예에서, 관형 통로들(252, 258)의 외경은 관형 통로들(252, 258)을 통해 유동하는 처리 유체의 대부분의 양이 관형 통로들(252, 258)의 내부 표면(예를 들어, 내경)에 인접하게 유동하도록 크기설정(예를 들어, 비교적 작은 외경을 갖도록)된다. 이 방식으로, 처리 유체가 관형 통로들(252, 258)의 내부 표면에 인접하게 유동(즉, 실질적으로 내부 표면과 결합 또는 접촉)할 때 열 전달율이 개선된다.

본 예에서, 열 전달 매체는 스팀이다. 그러나, 다른 예들에서, 열 전달 매체는 조정기(200)를 통해 유동하는 처리 유체에 열을 제공하기 위한 임의의 적절한 열 전달 매체일 수 있다. 열 전달 매체 입구(306)가 하부 본체(204)와 일체로 형성되기 때문에, 스팀은 비교적 더 큰 또는 더 높은 압력(예를 들어, 약 650 psi의 압력)에서 열 전달 매체 입구(306)를 통해 유동할 수 있다. 예로서, 스팀은 예로서, 도 1에 도시된 조정기(100)의 입구 포트(126)를 통해 유동하는 스팀의 압력(예를 들어, 약 250 psi까지의 압력)보다 비교적 높은 압력들(예를 들어, 약 250 psi와 1000 psi 사이)을 갖는 상태로 열 전달 매체 입구(306)를 통해 유동한다. 이 방식으로, 조정기(200)는 예로서, 약 350℉와 1000℉ 사이의 온도를 갖는 매체 같은 현저히 더 높은 또는 실질적으로 더 큰 온도들을 갖는 스팀 또는 기타 열 전달 매체를 수용할 수 있다. 결과적으로, 조정기(200)는 현저히 더 높은 온도들(예를 들어, 500℉와 1000℉ 사이)을 갖는 처리 유체를 제공할 수 있다.

추가적으로 또는 대안적으로, 열 전달 매체 입구(306)와 가열 챔버 본체(302) 사이의 결합 또는 용접 조인트를 제거함으로써, 가열 챔버 본체(302)는 예로서, 약 250 psi와 1000 psi 사이의 압력을 갖는 스팀 같은 더 높은 압력들을 갖는 열 전달 매체를 견디도록 더 많은 구조적 지지를 제공하도록 증가된 두께(예를 들어, 1/4 인치)를 갖는 벽(314)을 포함할 수 있다. 가열 챔버 본체(302)는 스테인리스 스틸 또는 임의의 다른 적절한 재료(들)로 이루어질 수 있다.

추가적으로, 소정의 공지된 압력 조정기들과는 달리, 압력 조정기(200)는 스팀과 관형 통로들(252, 258) 사이의 증가된 열 전달 접촉 영역을 제공하고, 따라서, 증가된 열 전달율 또는 더 낮은 열적 저항을 제공한다. 상술한 바와 같이, 예로서, 관형 통로들(252 및/또는 258)은 U형 구조, W형 구조, 코일 구조 또는 임의의 다른 형상의 구조로 가열 챔버(304)를 통과(예를 들어, 사형 관통)할 수 있다. 이 방식으로 가열 챔버(304)를 통해 관형 통로(252)를 통과시키는 것은 관형 통로들(252, 258)을 통해 유동하는 처리 유체와 스팀 사이의 열 전달 접촉 영역을 증가 또는 개선시킨다. 열 전달 접촉 영역의 증가는 스팀과 관형 통로들(252, 258) 사이의 더 큰 또는 증가된 열 전달율을 제공하고, 따라서, 처리 유체를 가열할 때 더 큰 열 전달 및/또는 증가된 효율을 제공한다(예를 들어, 더 신속히 처리 유체를 가열 및/또는 처리 유체를 더 높은 소정 온도로 가열).

비록 특정 장치들, 방법들 및 제조품들이 본 명세서에 설명되어 있지만, 본 특허의 적용 범주는 이에 한정되지 않는다. 반대로, 본 특허는 문헌적으로 또는 균등론하에서 첨부된 청구범위들의 범주 내에 드는 모든 실시예들을 포함한다.

200 온도 제어식 압력 조정기
226 처리 유체 입구
228 처리 유체 출구
244 제1 통로
246 제2 통로
302 가열 챔버 본체
304 가열 챔버
306 열 전달 매체 입구
310 열 전달 매체 출구

Claims

온도 제어식 압력 조정기에 있어서,
제1 통로를 통해 처리 유체 출구에 유체 연결된 처리 유체 입구와 제2 통로를 통해 열 전달 매체 출구에 유체 연결되는 열 전달 매체 입구를 구비하는 조정기 본체로서, 상기 열 전달 매체 입구가 상기 조정기 본체와 일체로 형성되어 있는 조정기 본체와,
상기 조정기 본체에 제거가능하게 결합되어 상기 열 전달 매체 입구와 상기 열 전달 매체 출구 사이에서 챔버를 형성하는 가열 챔버 본체를 포함하고,
상기 제1 통로의 적어도 일부는 상기 챔버 내에 배치되고, 상기 챔버는 처리 유체가 상기 제1 통로를 거쳐 상기 챔버를 통해 유동할 때 상기 처리 유체에 열을 제공하도록 상기 열 전달 매체 입구를 통해 열 전달 매체를 수용하며, 상기 제1 통로는 상기 처리 유체를 상기 열 전달 매체로부터 분리시키는 온도 제어식 압력 조정기.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 통로의 적어도 일부는 상기 제1 통로 내에서 유동하는 상기 처리 유체와 상기 열 전달 매체 사이의 열 전달 접촉 영역을 증가시키도록 코일 구조로 상기 챔버 내에 배치되는 온도 제어식 압력 조정기.
청구항 1에 있어서, 상기 열 전달 매체는 스팀을 포함하는 온도 제어식 압력 조정기.
청구항 3에 있어서, 상기 열 전달 매체 입구는 250 psi와 1000 psi 사이의 압력을 갖는 스팀을 수용하는 온도 제어식 압력 조정기.
청구항 3에 있어서, 상기 챔버 내의 상기 스팀의 온도는 500℉와 1000℉ 사이인 온도 제어식 압력 조정기.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 통로는 배관을 포함하는 온도 제어식 압력 조정기.
청구항 1에 있어서, 상기 가열 챔버 본체는 금속을 포함하는 온도 제어식 압력 조정기.
청구항 1에 있어서, 상기 제2 통로는 상기 조정기 본체와 일체로 형성되는 온도 제어식 압력 조정기.
청구항 1에 있어서, 상기 열 전달 매체 출구는 상기 가열 챔버 본체와 일체로 형성되는 온도 제어식 압력 조정기.
압력 조정기에 있어서,
하부 부분에 제거가능하게 결합된 상부 부분을 구비하고, 상기 하부 부분은 입구 포트와 출구 포트 사이의 처리 유체 유로를 포함하는 본체로서, 스팀 출구 포트에 유체 연결되는 스팀 입구 포트를 포함하는 본체와,
상기 조정기 본체의 상기 하부 부분에 결합된 가열 챔버 본체로서, 상기 조정기 본체에 결합될 때 가열 챔버를 형성하도록 개구를 포함하고, 상기 스팀 입구 포트를 통해 스팀을 수용하는 가열 챔버 본체와,
상기 입구와 상기 출구 사이의 상기 처리 유체 유로를 적어도 부분적으로 형성하고, 상기 가열 챔버 내에 적어도 부분적으로 배치되며, 상기 처리 유체를 상기 스팀으로부터 분리시키는 제1 통로를 포함하는 압력 조정기.
청구항 10에 있어서, 상기 제1 통로의 적어도 일부는 상기 제1 통로와 상기 가열 챔버 내의 상기 스팀 사이의 열 전달율을 증가시키기 위해 상기 제1 통로 내에서 유동하는 상기 처리 유체와 상기 챔버 내의 상기 스팀 사이의 열 전달 접촉 영역을 증가시키도록 U형 구조로 상기 가열 챔버를 거쳐 지나가는 압력 조정기.
청구항 10에 있어서, 상기 스팀 입구 포트는 250 psi와 1000 psi 사이의 가압된 스팀을 수용하는 압력 조정기.
청구항 10에 있어서, 상기 가열 챔버는 350℉와 1000℉ 사이의 온도를 갖는 스팀을 수용하는 압력 조정기.
청구항 10에 있어서, 상기 통로는 금속 배관을 포함하는 압력 조정기.
청구항 10에 있어서, 상기 스팀 출구 포트는 상기 가열 챔버에 인접하게 상기 가열 챔버 본체 내에 일체로 형성되는 압력 조정기.
청구항 10에 있어서, 상기 가열 챔버와 상기 스팀 입구 포트를 유체 연결하도록 상기 본체 내에 일체로 형성된 제2 통로를 더 포함하는 압력 조정기.
청구항 10에 있어서, 상기 가열 챔버 본체는 0.25 인치의 벽 두께를 포함하는 압력 조정기.