用于输送低温流体的装置和方法与流程

用于输送低温流体的装置和方法
1.本发明涉及一种用于将低温流体输送到液化气体储存容器中的装置和方法。
2.本发明更具体地涉及一种用于输送低温流体的装置，该装置包括：第一储罐，该第一储罐用于分配低温流体，所述第一储罐储存具有下部液相和上部气相的低温流体；第二接收低温储罐，该第二接收低温储罐容纳包括下部液相和上部气相的低温流体；流体输送回路，该流体输送回路连接第一储罐和第二储罐，该输送回路包括连接第一储罐的上部部分和第二储罐的上部部分并包括至少一个阀的第一管道，该输送回路包括将第一储罐的下部部分连接到第二储罐的第二管道。
3.为了从移动储罐(半挂车)填充液氢储罐，通常使用藉由压差来运输液体的系统。典型地，待填充的储存容器处于1.0与13巴绝对压力之间(典型地，3巴绝对压力)的压力下，并且容纳在运输储罐中的液体处于1.0巴绝对压力与13巴绝对压力之间的压力下。为了藉由压差实现这种输送，在大多数情况下，首先需要将运输半挂车的储罐加压到典型地比待填充的固定储存容器中的压力高1巴表压的压力。
4.目前，常压加热器通常放置在运输半挂车下方，以便允许加压并将该运输半挂车的内容物输送到接收储罐。
5.此系统具有若干缺点。因此，难以控制性能，因为这与天气条件(温度、风、湿度)相关。此外，在运输半挂车的气体顶部空间中产生的分层(气体温度随高度升高)将容易加热运输给客户的液氢(在多次运输的情况下尤其如此)。因此，所运输的氢气的品质较低。此外，取决于运输储罐中的料位，在开始输送之前对运输半挂车的储罐加压的需要可能持续15分钟到60分钟。
6.其他已知的解决方案使用泵将液体从一个储存容器输送到另一储存容器。然而，泵的使用使得有必要设置常压加热器，以便用来自加热器的气体补偿排出的液体体积。
7.此外，目前的输送泵技术具有其他缺点。因此，通过泵送液体，泵将热量添加到待传输的流体，并且随着泵送流量的降低，泵可能由于低温液体内的气穴现象而受到损坏。此外，泵提供了进入客户储罐的相当大的流量。结果，必须排出大量的气体，以便给这种进入的液体体积留出空间。
8.本发明的目的是补救上述现有技术的所有或部分缺点。
9.为此，根据本发明的、在其他方面也符合在上面的前序部分中给出的其一般定义的装置的实质性特征在于，第二输送管道包括泵，该泵包括连接到第一储罐的入口和连接到第二储罐的出口，并且在于，泵和第一管道的至少一个阀被配置成在通过泵将液体从第一储罐输送到第二储罐期间，通过打开该至少一个阀，而使第一储罐的上部部分和第二储罐的上部部分流体连通。
10.此外，本发明的实施例可以具有以下特征中的一个或多个特征：
[0011]-第二管道包括将第一储罐的下部部分连接到第二储罐的下部部分的端部，
[0012]-第二管道包括将第一储罐的下部部分连接到第二储罐的上部部分的端部，
[0013]-第二储罐包括用于对储罐加压的系统，该系统包括连接储罐的下部部分和上部部分并设有加热器和一组一个或多个阀的管道。
[0014]
本发明还涉及一种用于在根据以上或以下特征中的任一个的装置的用于分配低温流体的第一储罐与第二低温储罐之间输送低温流体的方法，该方法包括以下步骤：通过泵将液体从第一储罐输送到第二储罐，并且同时，通过打开第一管道的至少一个阀使第一储罐的上部部分和第二储罐的上部部分流体连通。
[0015]
根据其他可能的特定特征：
[0016]-在通过泵将液体从第一储罐输送到第二储罐的步骤期间，液体被输送到第二储罐的下部液体部分和/或上部气体部分中，
[0017]-该方法在输送液体的步骤之前包括以下步骤：在两个低温储罐之间进行压力平衡，在此期间，通过打开第一管道的至少一个阀，仅使第一储罐的上部部分和第二储罐的上部部分流体连通，
[0018]-压力平衡的步骤得以维持，直到两个储罐之间的压差达到所确定的阈值，例如在0与1巴之间，
[0019]-该方法在通过泵将液体从第一储罐输送到第二储罐的步骤的同时包括以下步骤：对第二储罐和/或第一储罐加压，
[0020]-加压步骤是通过用于对第二储罐或第一储罐加压的系统来执行的，该系统包括连接所述储罐的下部部分和上部部分并设有一组一个或多个阀和加热器的管道。
[0021]
本发明还可以涉及包括权利要求范围内的上述或下述特征的任何组合的任何替代性装置或方法。
[0022]
通过阅读以下参考附图提供的描述，进一步的特定特征和优点将变得显而易见，在附图中：
[0023]
[图1]示出了展示根据本发明的装置的示例在第一可能的使用步骤中的结构和操作的示意性局部视图；
[0024]
[图2]示出了另一操作配置中的同一装置，
[0025]
[图3]示出了另一操作配置中的同一装置，
[0026]
[图4]示出了展示根据本发明的装置的另一可能示例的结构和操作的示意性局部视图。
[0027]
用于输送低温流体的装置1包括用于分配低温流体的第一储罐2，例如安装在半挂车上的移动储罐2。传统上，第一储罐2储存在下部部分中为液相并且在上部部分中为气相的低温流体，例如氢。
[0028]
装置1包括用于接收相同流体的第二低温储罐3，该储罐例如是固定的，容纳或旨在容纳在下部部分中为液相并且在上部部分中为气相的低温流体。装置1包括能够连接第一储罐2和第二储罐3的流体输送回路。此输送回路包括第一管道4，该第一管道的两端分别连接到第一储罐2的上部部分和第二储罐3的上部部分。此第一管道4包括至少一个阀5(例如优选是串联的至少两个阀)，并且该第一管道的一端连接到第二储罐3，该第一管道包括可拆卸的连接构件，以便允许连续连接到待供应流体的各种储罐。
[0029]
输送回路包括第二管道6，该第二管道能够将第一储罐2的下部部分连接到第二储罐3(在上部部分和/或下部部分中)。在所示出的示例中，第二管道6包括两个下游端，这两个下游端分别连接到第二储罐3的下部部分和上部部分。第二输送管道6包括泵7，该泵包括连接到第一储罐2的入口和连接到第二储罐3的出口。此第二管道6优选包括一组一个或多
个阀，该组一个或多个阀用于中断或允许液体流从第一储罐2输送到第二储罐3。如上所述，至少在该第二管道的连接到第二储罐3的一个或多个下游端处，第二管道6包括可拆卸的连接构件，以便允许连续连接到待供应的各种储罐。
[0030]
如下文更详细描述的，泵7和第一管道4的这组一个或多个阀5被配置成在通过泵7将液体从第一储罐2输送到第二储罐3期间，使第一储罐2的上部部分(气相)和第二储罐3的上部部分(气相)流体连通。
[0031]
在泵送期间使两个储罐2、3的气体顶部空间连通，以优化的顺序程序提高了流体输送的热效率和液力效率。这使得第一储罐2上的常压加热器的使用是可选的，并且允许第二储罐3的气体顶部空间被有利地使用，同时提高了所运输的分子的品质和运输的体积效率。
[0032]
因此，当泵7将液体从第一储罐2循环到第二储罐3时，第二管道6允许存在于第二储罐3中的“多余”气体藉由压差循环到第一储罐2中，这特别是为了填充由于液体的抽取而留下的体积。
[0033]
下文将描述使用示例。
[0034]
在运输液化气体(比如氢)的情况下，第一储罐2可以到达第二储罐3的位置。第一储罐2具有例如1与6巴绝对压力之间的内部压力。操作者可以使用第一管道4和第二管道6连接两个储罐2、3。完成此连接后，关闭各组阀。
[0035]
优选地，接着执行对管道4、6进行惰性化和/或冲洗和/或冷却的操作。
[0036]
打开第一管道4的一个或多个阀5。压力在两个储罐2、3之间平衡(参见[图1])。
[0037]
优选地，当两个储罐2、3之间的压差减小到接近0巴(或者例如减小到低于1巴的确定值)时，泵7既而可以启动。
[0038]
这使得能够利用第二储罐3中的压力以便增大泵的进口处的压力并优化泵7的npsh(入口压降)。
[0039]
压力在两个储罐2、3之间平衡的点可以是两个储罐2、3中的两个初始压力之间的中间压力，典型地在2巴与8巴之间。此平衡压力特别取决于两个储罐2、3中的初始压力、它们的液位以及它们的相应容积。第一储罐2的压力通常将略低于第二储罐3的压力。接着可以启动泵并且打开对应的阀，以便输送液体(参见[图2])。
[0040]
泵7优选被配置成补偿液体管线(第二管道6)和气体管线(第一管道4)中的压降。特别地，第一管道4可以是绝热的，以便减小压降。
[0041]
如果泵7的npsh在输送期间变得不足，那么可以任选地使用例如位于第二储罐3的位置处(或者在第一储罐2上或者同时在两者上)的常压加热器(参见图3)，以便对通过流体连通连接的两个储罐2、3的气体顶部空间加压。
[0042]
例如，第二储罐3包括加压系统8，该加压系统包括连接所述储罐的下部部分和上部部分的管道，并设有一组一个或多个阀和常压加热器(加热式热交换器)。
[0043]
泵7优选为单级或多级离心式的泵，其中选择了具体速度，以便在相对小的压差下提高等熵效率。该泵可以安装在第一储罐2上或第二储罐3的位置处，优选安装在绝热容器中或直接集成在绝热的储罐2、3的内部结构中。该泵的电功率优选低于10kw。
[0044]
例如，泵7可以是部分浸没在冷箱中的泵送低温液体中的类型的泵(泵的马达在冷箱之外)，或者是在冷箱中完全绝缘(真空绝缘)的类型的泵。例如，泵7可以浸没在流体储器
(储槽)中，即相对小的专用中间液体储罐(例如，低温恒温器类型)中。同样，泵7可以(至少部分地)直接浸没在上述两个储罐2、3之一中(在这种情况下，泵至少部分地集成在罐中)。可以设想一个或多个泵的任何其他布置。
[0045]
因此，尽管它便宜并且结构简单，但本发明提供了许多优点。
[0046]
因此，因为除了输送泵7之外，还使用了来自第二储罐3的蒸发气体，所以热量至系统中的引入被最小化。泵7仅提供小的压差(几巴)。因此，蒸发(汽化)损失在物流链中是极少的。第二储罐3的气体顶部空间被有利地使用。此气体没有被排出。
[0047]
此外，所运输的分子的品质得到提高(较低的运输温度)。用单一移动储罐2进行多次运输更有效。该解决方案不需要消耗液体来加压。此外，因为加压时间减少，所以制动时间减少。
[0048]
该解决方案允许输送流量的可能增大，同时维持相对稳定的泵送条件。此外，输送流量与天气条件无关。该解决方案基本上减少或消除了移动运输储罐2下的低温云雾和液氧的冷凝。
[0049]
此外，运输操作者的程序也被简化。
[0050]
两个储罐2、3在相对较低的压力下操作，并且这潜在地使得能够减少机械尺寸限制(在重量、材料、冷却时间和成本方面有所节省)。
[0051]
因此，不再需要为第一储罐2配备常压加热器，或者后者的尺寸可以大大减小。
[0052]
液体输送泵7的电力消耗明显低于可在连接两个气体顶部空间的管道4上使用的气体压缩机的电力消耗，尤其是因为该方法在压缩机的入口处的条件(特别是温度)比在泵的入口处的条件更多变。
[0053]
在[图4]所示的实施例中，装置1包括将第一管道4连接到第一储罐2的下部部分的第三管道9。此第三管道9可以是输送回路的一部分和/或可以属于第一储罐2。
[0054]
如图所展示，此第三管道9优选设有阀19，比如隔离阀，从而允许在打开位置中将第二储罐3的气态气体减压到第一储罐2的液相。也就是说，此第三管道9可以允许来自第二储罐3的蒸气(经由第一管线4)被回收到第一储罐2的液相中(并使蒸气冷凝)。
[0055]
在这种压力平衡之后，液体可以经由第二管线6(和泵7)从第一储罐2抽出。
[0056]
这可能导致加热第一储罐2中的液相，但是在一些应用中，这可能是预期的且有利的(例如在5巴的压力下)。