加壓產(chǎn)品流輸送的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于輸送來自空氣分離設(shè)備的加壓產(chǎn)品流的方法及系統(tǒng)，在所述方法及系統(tǒng)中，富含由空氣分離設(shè)備通過低溫蒸餾而分離出的空氣的組分的液體流被栗送并且之后被空氣分離設(shè)備的熱交換器加熱。更具體而言，本發(fā)明涉及這種方法及系統(tǒng):在所述方法及系統(tǒng)中，液體流由被變速驅(qū)動(dòng)器調(diào)節(jié)的變速馬達(dá)栗送，加壓產(chǎn)品流的流量被控制為將流量保持為處于設(shè)定點(diǎn)，并且通過感測(cè)已經(jīng)栗送之后的液體流的壓力以及然后利用變速驅(qū)動(dòng)器控制栗的速度從而將所述壓力保持在設(shè)計(jì)壓力來控制加壓產(chǎn)品流的壓力。
【背景技術(shù)】
[0002]通過低溫精餾在空氣分離設(shè)備中進(jìn)行空氣分離以產(chǎn)生富含空氣的組分的產(chǎn)品。在這樣的分離過程中，空氣被壓縮并且被除去較高沸點(diǎn)的雜質(zhì)，例如水蒸汽、二氧化碳以及碳?xì)浠衔?。此后，空氣被冷卻至適于在蒸餾塔系統(tǒng)中進(jìn)行其精餾的溫度，所述蒸餾塔系統(tǒng)通常具有高壓塔和低壓塔，所述高壓塔和低壓塔分別以較高壓力范圍和較低壓力范圍工作。進(jìn)來的被壓縮和被凈化的空氣在已經(jīng)冷卻之后被引入高壓塔以使氮從空氣中分離并從而產(chǎn)生富氮的塔頂產(chǎn)物以及已知為粗制(crude)液態(tài)氧或釜液的塔底產(chǎn)物。塔底產(chǎn)物的流隨后被引入到低壓塔內(nèi)以進(jìn)行進(jìn)一步提純從而成為富氧液態(tài)塔底產(chǎn)物以及另一種富氮蒸汽塔頂產(chǎn)物。這些蒸餾塔能夠通過利用與低壓塔的富氧液態(tài)塔底產(chǎn)物發(fā)生間接熱傳遞來冷凝高壓塔的富氮蒸汽塔頂產(chǎn)物而以熱傳遞關(guān)系以可操作的方式相關(guān)聯(lián)。所得到的冷凝液態(tài)氮能夠用來對(duì)高壓塔和低壓塔二者進(jìn)行回流(reflux)。
[0003]由富氧液體和富氮液體以及蒸汽組成的流可以用于冷卻進(jìn)入的被壓縮且被凈化的空氣并且隨后可以作為產(chǎn)品被從設(shè)備中取出。在需要處于高壓下的產(chǎn)品通常是氧但也可能是氮的情況下，液體流可以在液體流還處于低溫溫度的同時(shí)被栗送，之后液體流被加熱以用于產(chǎn)生具有壓力的流。這種加熱能夠發(fā)生在具有一體式熱交換器(能夠在所有工藝壓力下處理流)或者可替代地結(jié)合具有高壓熱交換器和低壓熱交換器的熱交換器裝置中，在結(jié)合具有高壓熱交換器和低壓熱交換器的情況下，工藝熱交換器任務(wù)被劃分成使得一些熱交換器僅處理較低壓力流，因而可以降低成本。相對(duì)于增壓空氣流，一體式熱交換器或者高壓力熱交換器用來加熱加壓液體流。根據(jù)加壓程度，得到的產(chǎn)品流可以是超臨界流體或蒸汽?？梢岳斫獾氖?，所得到的加壓產(chǎn)品的壓力需要保持在待供送入管道或交付給消費(fèi)者的特定設(shè)計(jì)壓力。該需求被如下事實(shí)復(fù)雜化，即，空氣分離設(shè)備自身會(huì)通常被設(shè)計(jì)為既在正常操作狀況下又在減產(chǎn)(turndown)操作狀況下操作，其中，在正常操作狀況下，加壓產(chǎn)品以預(yù)定流速(flow rate)輸送，在減產(chǎn)操作狀況期間，加壓產(chǎn)品以更小的流速輸送。這種操作在有周期性消費(fèi)者需求的情況下特別有用。然而，加壓產(chǎn)品流在正常操作狀況和減產(chǎn)操作狀況下均必須被以設(shè)計(jì)壓力輸送或者高于設(shè)計(jì)壓力輸送。
[0004]由于栗以實(shí)際上并不改變的特定速度操作，所以在與加壓產(chǎn)品輸送相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)控制系統(tǒng)中，壓力受位于熱交換器和栗之間的閥的控制，從栗輸送的流量在固定速度和排放壓力處從栗性能曲線得到。當(dāng)該流量大于基于流量控制所需要的流量時(shí)，尤其是像在減產(chǎn)期間或者在消費(fèi)者對(duì)加壓產(chǎn)品的需求降低期間，從栗輸送的流量會(huì)超過離開空氣分離設(shè)備的流量并且壓力控制閥上游的壓力會(huì)增加。在栗兩端所得到的壓力差不會(huì)與栗的可靠且安全的操作相一致。為了對(duì)此進(jìn)行平衡，壓力傳感器感測(cè)栗的出口和入口之間的壓力，并且當(dāng)壓力差達(dá)到設(shè)定點(diǎn)時(shí)，再循環(huán)閥打開以允許一些被栗送的液體流再循環(huán)回到蒸餾塔，在氧產(chǎn)品的情況下通常是低壓塔。如所了解的，并沒有特別的節(jié)能系統(tǒng)，原因在于栗向再循環(huán)液體增加了熱函。為了對(duì)此進(jìn)行補(bǔ)償，必須產(chǎn)生更多的設(shè)備制冷。這又會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的功率消耗增加并且會(huì)引起運(yùn)行成本增加。另外，由于栗的輸出壓力可以是1500psig這么高并且蒸餾塔以大約20psig操作，因而再循環(huán)閥上的應(yīng)力很嚴(yán)重并且代表設(shè)備中的失效點(diǎn)。而且，用來控制栗下游的壓力的閥是昂貴的低溫閥，其增加了設(shè)備的制造成本。
[0005]如下文所討論的，本發(fā)明提供一種用于輸送來自空氣分離設(shè)備的加壓產(chǎn)品的方法和系統(tǒng)，所述方法和系統(tǒng)除了其它優(yōu)點(diǎn)之外還考慮了在設(shè)計(jì)狀況和減產(chǎn)狀況二者期間輸送系統(tǒng)的操作，而不會(huì)再循環(huán)所栗送的液體并且也不會(huì)使用用來控制壓力的昂貴的低溫閥。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明涉及一種輸送來自空氣分離設(shè)備的加壓產(chǎn)品流的方法。根據(jù)本發(fā)明，在液體流處于低溫溫度的同時(shí)將所述液體流栗送至設(shè)計(jì)壓力。所述液體流富含空氣的組分并且通過在所述空氣分離設(shè)備內(nèi)進(jìn)行低溫蒸餾而產(chǎn)生。通過由變速馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的栗栗送所述液體流，所述變速馬達(dá)具有經(jīng)變速驅(qū)動(dòng)器調(diào)節(jié)的速度。在已經(jīng)被栗送之后，在所述空氣分離設(shè)備的熱交換器內(nèi)加熱所述液體流以產(chǎn)生所述加壓產(chǎn)品流。利用位于所述熱交換器下游的控制閥來控制所述加壓產(chǎn)品流的流速以使得位于所述控制閥上游的所述加壓產(chǎn)品流的流速保持在流速設(shè)定點(diǎn)，以及當(dāng)所述流量控制閥不能將所述加壓產(chǎn)品流的流量控制為實(shí)現(xiàn)所述流量設(shè)定點(diǎn)時(shí)還通過將位于所述流量控制閥上游的所述加壓產(chǎn)品流的一部分排出。在已經(jīng)被栗送之后測(cè)量所述液體流的壓力，以及響應(yīng)于所述壓力、利用所述變速驅(qū)動(dòng)器控制所述變速馬達(dá)的速度并且進(jìn)而控制所述栗的速度從而將所述壓力保持在所述設(shè)計(jì)壓力。
[0007]利用變速驅(qū)動(dòng)器來控制壓力排除了對(duì)昂貴的低溫閥的使用，昂貴的低溫閥原本在通常操作中插設(shè)在栗的下游并且其開度用來控制閥下游的壓力。而且，相對(duì)于固定速度的栗而言，被栗送液體的相當(dāng)一致的再循環(huán)還可以被排除或者可以顯著減小。在這方面，用于產(chǎn)品流的流速設(shè)定點(diǎn)可以設(shè)定為處于設(shè)計(jì)操作等級(jí)，以及可替代地所述流量設(shè)定點(diǎn)可以設(shè)定為處于減產(chǎn)操作等級(jí)，在所述減產(chǎn)操作等級(jí)時(shí)流速低于所述設(shè)計(jì)操作等級(jí)的流速并且在所述減產(chǎn)操作等級(jí)期間所述空氣分離設(shè)備以低于所述設(shè)計(jì)操作等級(jí)期間的流速產(chǎn)生液體流。在是固定速度栗的情況下，正在栗送的產(chǎn)品的量保持處于設(shè)計(jì)操作等級(jí)或者高于設(shè)計(jì)操作等級(jí)并且超過基于流量控制器需要輸送的流量進(jìn)行再循環(huán)。在本發(fā)明中，在減產(chǎn)期間所述栗的速度處于比所述設(shè)計(jì)操作等級(jí)時(shí)的速度更低的速度，所述更低的速度不小于所述栗能夠栗送所述液體流至最大壓力的最小速度，所述最大壓力至少比所述設(shè)計(jì)壓力高出3%。該方法還可以被實(shí)施為使得在所述減產(chǎn)操作等級(jí)期間，在所述栗不能以所述設(shè)計(jì)壓力且同時(shí)以所述最小速度穩(wěn)定地栗送所述液體流的情況下，所述液體流的一部分從所述栗的出口向所述栗的入口再循環(huán)以便在較低產(chǎn)品流速時(shí)獲得所述設(shè)計(jì)壓力。在這方面，在此處和權(quán)利要求書中需要理解的是，從栗的出口到栗的入口的再循環(huán)不必是直接的再循環(huán)路徑。例如，可以是間接的，其中液體從栗的出口再循環(huán)回到蒸餾塔系統(tǒng)。
[0008]在根據(jù)本發(fā)明的方法中，所述設(shè)計(jì)壓力是超臨界壓力，所述壓力在所述熱交換器下游于所述加壓產(chǎn)品流內(nèi)測(cè)量?？商娲?，所述設(shè)計(jì)壓力低于超臨界壓力并且所述壓力能夠在所述熱交換器上游、在已經(jīng)被栗送后、于所述液體流內(nèi)測(cè)量。
[0009]本發(fā)明還提供一種用于輸送來自空氣分離設(shè)備的加壓產(chǎn)品流的輸送系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)具有流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)(f1W network)和控制系統(tǒng)。所述流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)包括栗以將液體流栗送至設(shè)計(jì)壓力。所述栗位于所述空氣分離設(shè)備內(nèi)使得所述液體流在處于低溫溫度的同時(shí)被栗送。所述液體流富含空氣的組分并且通過在所述空氣分離設(shè)備內(nèi)進(jìn)行的低溫蒸餾而產(chǎn)生。變速馬達(dá)驅(qū)動(dòng)所述栗，熱交換器連接至所述栗并且位于所述空氣分離設(shè)備內(nèi)以加熱所述液體流從而產(chǎn)生所述加壓產(chǎn)品流。流量控制閥位于所述熱交換器下游，排放控制閥位于所述流量控制閥上游。流量傳感器位于所述流量控制閥上游并且配置成產(chǎn)生與所述流速有關(guān)(referable to)的流量信號(hào)?？刂葡到y(tǒng)設(shè)置有流量控制器，所述流量控制器響應(yīng)于所述流量信號(hào)和所述流速設(shè)定點(diǎn)。所述流量控制器配置成產(chǎn)生控制信號(hào)以控制所述流量控制閥使得所述流量控制閥上游的所述加壓產(chǎn)品流的流速被保持在流速設(shè)定點(diǎn)以及當(dāng)所述流量控制閥不能夠控制所述加壓產(chǎn)品流的流量以實(shí)現(xiàn)所述流速設(shè)定點(diǎn)時(shí)控制所述排放控制閥以排放所述加壓產(chǎn)品流的一部分。另外，還提供了用于在已經(jīng)被栗送之后測(cè)量所述液體流的壓力的裝置以及用于產(chǎn)生響應(yīng)于所述壓力并且與栗速度有關(guān)的速度信號(hào)的裝置，所述栗速度將保持所述壓力在所述設(shè)計(jì)等級(jí)。變速驅(qū)動(dòng)器響應(yīng)于所述速度信號(hào)并且配置成控制所述變速馬達(dá)的速度并且進(jìn)而控制所述栗的速度使得所述壓力被保持在所述設(shè)計(jì)壓力。
[0010]所述流量控制器可以被提供有用于所述流速設(shè)定點(diǎn)的輸入以便所述流速設(shè)定點(diǎn)能夠在設(shè)計(jì)操作等級(jí)以及可替代地在減產(chǎn)操作等級(jí)之間改變，在所述減產(chǎn)操作等級(jí)時(shí)流速低于所述設(shè)計(jì)操作等級(jí)的流速并且在所述減產(chǎn)操作等級(jí)期間所述空氣分離設(shè)備以比在所述設(shè)計(jì)操作等級(jí)期間低的流速產(chǎn)生液體流。所述變頻驅(qū)動(dòng)器具有最小速度，在所述最小速度時(shí)，所述栗能夠?qū)⑺鲆后w流栗送至最大壓力并且響應(yīng)于速度信號(hào)以便在所述減產(chǎn)操作等級(jí)期間所述栗以比所述設(shè)計(jì)操作等級(jí)時(shí)低但是并不小于所述最小速度的速度操作，所述最大壓力至少比所述設(shè)計(jì)壓力高出3%。另外，可以設(shè)置在