加压产品流输送的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于输送来自空气分离设备的加压产品流的方法及系统，在所述方法及系统中，富含由空气分离设备通过低温蒸馏而分离出的空气的组分的液体流被栗送并且之后被空气分离设备的热交换器加热。更具体而言，本发明涉及这种方法及系统:在所述方法及系统中，液体流由被变速驱动器调节的变速马达栗送，加压产品流的流量被控制为将流量保持为处于设定点，并且通过感测已经栗送之后的液体流的压力以及然后利用变速驱动器控制栗的速度从而将所述压力保持在设计压力来控制加压产品流的压力。
【背景技术】
[0002]通过低温精馏在空气分离设备中进行空气分离以产生富含空气的组分的产品。在这样的分离过程中，空气被压缩并且被除去较高沸点的杂质，例如水蒸汽、二氧化碳以及碳氢化合物。此后，空气被冷却至适于在蒸馏塔系统中进行其精馏的温度，所述蒸馏塔系统通常具有高压塔和低压塔，所述高压塔和低压塔分别以较高压力范围和较低压力范围工作。进来的被压缩和被净化的空气在已经冷却之后被引入高压塔以使氮从空气中分离并从而产生富氮的塔顶产物以及已知为粗制(crude)液态氧或釜液的塔底产物。塔底产物的流随后被引入到低压塔内以进行进一步提纯从而成为富氧液态塔底产物以及另一种富氮蒸汽塔顶产物。这些蒸馏塔能够通过利用与低压塔的富氧液态塔底产物发生间接热传递来冷凝高压塔的富氮蒸汽塔顶产物而以热传递关系以可操作的方式相关联。所得到的冷凝液态氮能够用来对高压塔和低压塔二者进行回流(reflux)。
[0003]由富氧液体和富氮液体以及蒸汽组成的流可以用于冷却进入的被压缩且被净化的空气并且随后可以作为产品被从设备中取出。在需要处于高压下的产品通常是氧但也可能是氮的情况下，液体流可以在液体流还处于低温温度的同时被栗送，之后液体流被加热以用于产生具有压力的流。这种加热能够发生在具有一体式热交换器(能够在所有工艺压力下处理流)或者可替代地结合具有高压热交换器和低压热交换器的热交换器装置中，在结合具有高压热交换器和低压热交换器的情况下，工艺热交换器任务被划分成使得一些热交换器仅处理较低压力流，因而可以降低成本。相对于增压空气流，一体式热交换器或者高压力热交换器用来加热加压液体流。根据加压程度，得到的产品流可以是超临界流体或蒸汽。可以理解的是，所得到的加压产品的压力需要保持在待供送入管道或交付给消费者的特定设计压力。该需求被如下事实复杂化，即，空气分离设备自身会通常被设计为既在正常操作状况下又在减产(turndown)操作状况下操作，其中，在正常操作状况下，加压产品以预定流速(flow rate)输送，在减产操作状况期间，加压产品以更小的流速输送。这种操作在有周期性消费者需求的情况下特别有用。然而，加压产品流在正常操作状况和减产操作状况下均必须被以设计压力输送或者高于设计压力输送。
[0004]由于栗以实际上并不改变的特定速度操作，所以在与加压产品输送相关的现有技术控制系统中，压力受位于热交换器和栗之间的阀的控制，从栗输送的流量在固定速度和排放压力处从栗性能曲线得到。当该流量大于基于流量控制所需要的流量时，尤其是像在减产期间或者在消费者对加压产品的需求降低期间，从栗输送的流量会超过离开空气分离设备的流量并且压力控制阀上游的压力会增加。在栗两端所得到的压力差不会与栗的可靠且安全的操作相一致。为了对此进行平衡，压力传感器感测栗的出口和入口之间的压力，并且当压力差达到设定点时，再循环阀打开以允许一些被栗送的液体流再循环回到蒸馏塔，在氧产品的情况下通常是低压塔。如所了解的，并没有特别的节能系统，原因在于栗向再循环液体增加了热函。为了对此进行补偿，必须产生更多的设备制冷。这又会导致设备的功率消耗增加并且会引起运行成本增加。另外，由于栗的输出压力可以是1500psig这么高并且蒸馏塔以大约20psig操作，因而再循环阀上的应力很严重并且代表设备中的失效点。而且，用来控制栗下游的压力的阀是昂贵的低温阀，其增加了设备的制造成本。
[0005]如下文所讨论的，本发明提供一种用于输送来自空气分离设备的加压产品的方法和系统，所述方法和系统除了其它优点之外还考虑了在设计状况和减产状况二者期间输送系统的操作，而不会再循环所栗送的液体并且也不会使用用来控制压力的昂贵的低温阀。
【发明内容】
[0006]本发明涉及一种输送来自空气分离设备的加压产品流的方法。根据本发明，在液体流处于低温温度的同时将所述液体流栗送至设计压力。所述液体流富含空气的组分并且通过在所述空气分离设备内进行低温蒸馏而产生。通过由变速马达驱动的栗栗送所述液体流，所述变速马达具有经变速驱动器调节的速度。在已经被栗送之后，在所述空气分离设备的热交换器内加热所述液体流以产生所述加压产品流。利用位于所述热交换器下游的控制阀来控制所述加压产品流的流速以使得位于所述控制阀上游的所述加压产品流的流速保持在流速设定点，以及当所述流量控制阀不能将所述加压产品流的流量控制为实现所述流量设定点时还通过将位于所述流量控制阀上游的所述加压产品流的一部分排出。在已经被栗送之后测量所述液体流的压力，以及响应于所述压力、利用所述变速驱动器控制所述变速马达的速度并且进而控制所述栗的速度从而将所述压力保持在所述设计压力。
[0007]利用变速驱动器来控制压力排除了对昂贵的低温阀的使用，昂贵的低温阀原本在通常操作中插设在栗的下游并且其开度用来控制阀下游的压力。而且，相对于固定速度的栗而言，被栗送液体的相当一致的再循环还可以被排除或者可以显著减小。在这方面，用于产品流的流速设定点可以设定为处于设计操作等级，以及可替代地所述流量设定点可以设定为处于减产操作等级，在所述减产操作等级时流速低于所述设计操作等级的流速并且在所述减产操作等级期间所述空气分离设备以低于所述设计操作等级期间的流速产生液体流。在是固定速度栗的情况下，正在栗送的产品的量保持处于设计操作等级或者高于设计操作等级并且超过基于流量控制器需要输送的流量进行再循环。在本发明中，在减产期间所述栗的速度处于比所述设计操作等级时的速度更低的速度，所述更低的速度不小于所述栗能够栗送所述液体流至最大压力的最小速度，所述最大压力至少比所述设计压力高出3%。该方法还可以被实施为使得在所述减产操作等级期间，在所述栗不能以所述设计压力且同时以所述最小速度稳定地栗送所述液体流的情况下，所述液体流的一部分从所述栗的出口向所述栗的入口再循环以便在较低产品流速时获得所述设计压力。在这方面，在此处和权利要求书中需要理解的是，从栗的出口到栗的入口的再循环不必是直接的再循环路径。例如，可以是间接的，其中液体从栗的出口再循环回到蒸馏塔系统。
[0008]在根据本发明的方法中，所述设计压力是超临界压力，所述压力在所述热交换器下游于所述加压产品流内测量。可替代地，所述设计压力低于超临界压力并且所述压力能够在所述热交换器上游、在已经被栗送后、于所述液体流内测量。
[0009]本发明还提供一种用于输送来自空气分离设备的加压产品流的输送系统。这样的系统具有流动网络(f1W network)和控制系统。所述流动网络包括栗以将液体流栗送至设计压力。所述栗位于所述空气分离设备内使得所述液体流在处于低温温度的同时被栗送。所述液体流富含空气的组分并且通过在所述空气分离设备内进行的低温蒸馏而产生。变速马达驱动所述栗，热交换器连接至所述栗并且位于所述空气分离设备内以加热所述液体流从而产生所述加压产品流。流量控制阀位于所述热交换器下游，排放控制阀位于所述流量控制阀上游。流量传感器位于所述流量控制阀上游并且配置成产生与所述流速有关(referable to)的流量信号。控制系统设置有流量控制器，所述流量控制器响应于所述流量信号和所述流速设定点。所述流量控制器配置成产生控制信号以控制所述流量控制阀使得所述流量控制阀上游的所述加压产品流的流速被保持在流速设定点以及当所述流量控制阀不能够控制所述加压产品流的流量以实现所述流速设定点时控制所述排放控制阀以排放所述加压产品流的一部分。另外，还提供了用于在已经被栗送之后测量所述液体流的压力的装置以及用于产生响应于所述压力并且与栗速度有关的速度信号的装置，所述栗速度将保持所述压力在所述设计等级。变速驱动器响应于所述速度信号并且配置成控制所述变速马达的速度并且进而控制所述栗的速度使得所述压力被保持在所述设计压力。
[0010]所述流量控制器可以被提供有用于所述流速设定点的输入以便所述流速设定点能够在设计操作等级以及可替代地在减产操作等级之间改变，在所述减产操作等级时流速低于所述设计操作等级的流速并且在所述减产操作等级期间所述空气分离设备以比在所述设计操作等级期间低的流速产生液体流。所述变频驱动器具有最小速度，在所述最小速度时，所述栗能够将所述液体流栗送至最大压力并且响应于速度信号以便在所述减产操作等级期间所述栗以比所述设计操作等级时低但是并不小于所述最小速度的速度操作，所述最大压力至少比所述设计压力高出3%。另外，可以设置在