系統(tǒng)、方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于降低氣體減壓系統(tǒng)中氣流壓力的裝置，系統(tǒng)或方法。本發(fā)明還涉及一種用于干燥氣體的裝置，系統(tǒng)或方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]本發(fā)明涉及一種用于降低氣體減壓系統(tǒng)中氣流壓力的系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種用于降低氣體減壓系統(tǒng)中氣流壓力的系統(tǒng)，其包括:膨脹器，由第一壓力下的氣體膨脹至第二壓力從而驅(qū)動該膨脹器；以及壓縮機(jī)，用于將氣體從第二壓力壓縮至第三壓力，從而使第三壓力低于第一壓力，并且第三壓力高于第二壓力。通過先膨脹氣體然后再壓縮氣體，氣體直接膨脹至第三壓力時將具有的溫度低于在第二壓力下氣體的中間溫度。氣體優(yōu)選是天然氣。膨脹器優(yōu)選為渦輪機(jī)。膨脹器和壓縮機(jī)的聯(lián)合也可以稱為壓縮膨脹器。
[0003]優(yōu)選地膨脹器驅(qū)動壓縮機(jī)，優(yōu)選直接驅(qū)動。這可以提供效率。通過直接驅(qū)動優(yōu)選是指沒有轉(zhuǎn)換為另一種能源形式，如電力、壓力或熱能。優(yōu)選地，膨脹器經(jīng)由共用軸來驅(qū)動壓縮機(jī)。任選機(jī)械耦合可以連接膨脹器和壓縮機(jī)。
[0004]優(yōu)選地，系統(tǒng)還包括熱交換器，該換熱器用于在第二壓力下加熱氣體。這可以有效加熱氣體。優(yōu)選地，熱交換器被布置為與環(huán)境空氣進(jìn)行熱交換。熱交換器被布置為與次級回路進(jìn)行熱交換，用于從地面，或水，或其他環(huán)境熱源，或廢熱源吸收熱量。熱交換器用以冷卻制冷負(fù)荷。熱交換器被布置為與地面，或水，或環(huán)境熱源，或廢熱源進(jìn)行熱交換。系統(tǒng)還可以包括多個熱交換器，其中每個熱交換器被布置為由不同的熱源提供熱量。次級回路被布置為將熱量從熱源傳遞至該熱交換器或者任一熱交換器。在膨脹器出口處的冷氣經(jīng)由次級回路或熱管傳遞能量，以冷卻制冷負(fù)荷。
[0005]優(yōu)選地膨脹器還驅(qū)動發(fā)電機(jī)。電力可以用來驅(qū)動其他電氣部件，如風(fēng)扇和/或電動除霜加熱器。電力可以用于輸出到電網(wǎng)。
[0006]優(yōu)選地，系統(tǒng)被布置為將一部分氣體引導(dǎo)至膨脹器的入口，并將另一部分氣體引導(dǎo)至壓縮機(jī)的出口，該另一部分氣體繞過膨脹器和壓縮機(jī)。該另一部分氣體可以驅(qū)動另一膨脹器，任選還驅(qū)動發(fā)電機(jī)。該另一部分氣體可以在閥處膨脹。該系統(tǒng)可以為壓縮膨脹器出口處的氣流提供足夠的余熱，該氣流與來自閥或者與具有電力輸出的膨脹器的另一部分氣流(例如該另一部分氣體)混合，以產(chǎn)生混合氣流，其具有符合下游需求的合適溫度。
[0007]優(yōu)選地該系統(tǒng)被布置為將一部分氣體引導(dǎo)至膨脹器的入口，并且將另一部分氣體引導(dǎo)至壓縮機(jī)，該另一部分氣體繞過膨脹器。該另一部分氣體優(yōu)選驅(qū)動該壓縮機(jī)，優(yōu)選是通過葉尖渦輪機(jī)。該壓縮機(jī)優(yōu)選包括葉尖渦輪機(jī)。這可以輔助驅(qū)動該壓縮機(jī)。
[0008]優(yōu)選地該系統(tǒng)被布置為將一部分氣體引導(dǎo)到膨脹器的入口，并將另一部分氣體引導(dǎo)至另一膨脹器的入口。優(yōu)選地該另一膨脹器和該膨脹器都驅(qū)動該壓縮機(jī)。優(yōu)選地該系統(tǒng)被布置為將該另一部分氣體從該另一膨脹器的出口引導(dǎo)至該壓縮機(jī)的出口。
[0009]優(yōu)選地該系統(tǒng)還包括回流換熱器，該回流換熱器用于將熱量從一部分氣體傳遞至另一部分氣體。優(yōu)選地該回流換熱器被布置為將熱量從膨脹器上游的氣體傳遞至熱交換器下游的氣體。這可以用來將熱交換器處的氣體溫度降低到足夠低的值，從而能夠與環(huán)境氣體(或與次級回路，該次級回路從地面，或水，或其他環(huán)境源，或廢物熱源吸收熱量)進(jìn)行有效的熱交換。如果穿過膨脹器的溫降以及壓降都比較小，這是適當(dāng)?shù)摹?br>[0010]該回流換熱器可被布置為將熱量從壓縮機(jī)下游的氣體傳遞至膨脹器上游的氣體。這可以預(yù)熱進(jìn)入膨脹器的氣體。該回流換熱器可以防止膨脹器下游的氣體過度冷卻，過度冷卻會導(dǎo)致在換熱器處形成固體和結(jié)霜，從而導(dǎo)致性能的劣化并可能損壞該系統(tǒng)。另外，一旦形成固體，離開壓縮機(jī)的氣體能夠具有足夠高的溫度，以對熱交換器進(jìn)行有效除霜。
[0011 ]優(yōu)選地該系統(tǒng)被布置為將壓縮機(jī)出口的一部分氣體引導(dǎo)至熱交換器的入口。這可以提供補(bǔ)充加熱，并防止熱交換器結(jié)霜。不同的部分可以依次在不同的時間進(jìn)行除霜。優(yōu)選地該系統(tǒng)被布置為將壓縮機(jī)出口的一部分氣體引導(dǎo)至壓縮機(jī)的入口。當(dāng)開啟時，通過提高壓縮機(jī)的功率，這能夠調(diào)整系統(tǒng)的職責(zé)地位。
[0012]優(yōu)選地該系統(tǒng)還包括可密封容器，該可密封容器包含系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)部件。優(yōu)選地該系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)部件包含該膨脹器的至少一輸出驅(qū)動軸和該壓縮機(jī)的輸入驅(qū)動軸。優(yōu)選地該系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)部件包含共用軸，膨脹器通過該共用軸驅(qū)動壓縮機(jī)。優(yōu)選地該可密封容器包含發(fā)電機(jī)，膨脹器和壓縮機(jī)?？擅芊馊萜髂軌蚴拐麄€旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)在一個系統(tǒng)氣流壓力環(huán)境中進(jìn)行操作，從而避免在與外部環(huán)境聯(lián)系時需要旋轉(zhuǎn)密封件，因此排除了天然氣泄漏和潛在爆炸的風(fēng)險。
[0013]優(yōu)選地該系統(tǒng)還包括氣浮和/或磁浮軸承支撐的膨脹器輸出驅(qū)動軸和/或壓縮機(jī)輸入驅(qū)動軸。氣浮和/或磁浮軸承支撐能夠使在膨脹器和壓縮機(jī)中的氣體具有特別低的污染，特別是相對于潤滑油而言，因為它們不需要潤滑油。
[0014]優(yōu)選地該系統(tǒng)還包括控制器，當(dāng)環(huán)境氣溫低于一預(yù)定的閾值時該控制器用于啟動該系統(tǒng)。這使得在周圍環(huán)境認(rèn)為其必要時，系統(tǒng)能夠進(jìn)行選擇性地操作，否則假定另一種操作模式，如在常規(guī)的減壓氣體膨脹器中采用的模式。當(dāng)環(huán)境溫度(以及特別是進(jìn)氣溫度，通常是地面溫度)太低以致不能將氣流壓力直接從第一壓力降低至第三壓力時，該系統(tǒng)可以輔助作為常規(guī)的減壓氣體膨脹器。當(dāng)環(huán)境溫度高到足以將氣流壓力由第一壓力降低到第三壓力時，則該系統(tǒng)被停用。該控制器還可以在一年中預(yù)定的期間內(nèi)激活系統(tǒng)，特別是在一年中預(yù)計環(huán)境氣溫低于閥值(例如在冬季)期間?；蛘?，如果當(dāng)環(huán)境氣溫高于預(yù)定的閥值時，操作該系統(tǒng)，則發(fā)電機(jī)能夠產(chǎn)生更多的電力。在這個例子中，該系統(tǒng)還可以包括控制器，當(dāng)環(huán)境氣溫高于預(yù)定的閥值時該控制器用于輸出過剩電力。
[0015]如下所述，優(yōu)選地該系統(tǒng)還包括干燥系統(tǒng)。
[0016]該系統(tǒng)的特征可以包括:
?渦輪機(jī)直接驅(qū)動壓縮機(jī)
?用于壓縮天然氣的天然氣減壓 ?生產(chǎn)氣體被用作熱栗的工作液體
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種干燥系統(tǒng)，該干燥系統(tǒng)用于干燥供給熱量至熱交換器的氣態(tài)流體(優(yōu)選是空氣)，該干燥系統(tǒng)包括液體分離器(用于從該氣態(tài)流體中分離液體);熱交換器(用于從氣態(tài)流體中轉(zhuǎn)移走熱量)，位于液體分離器下游；以及冷卻器，該冷卻器使用熱交換器下游的(冷)氣態(tài)流體，用于從液體分離器上游的(暖)氣態(tài)流體中提取熱量。
[0017]通過從氣態(tài)流體中提取熱量，在分離器入口處氣態(tài)流體的溫度能夠降低，從而導(dǎo)致氣態(tài)流體中的液體冷凝并在分離器中分離(并因此從氣態(tài)流體中去除)。這能夠防止過量的液體進(jìn)入熱交換器，其會導(dǎo)致結(jié)霜并且會導(dǎo)致性能差并會損壞熱交換器。
[0018]優(yōu)選地該冷卻器是回流換熱器，用于將熱量從液體分離器上游的氣態(tài)流體傳遞至熱交換器下游的氣態(tài)流體?；亓鲹Q熱器能夠使熱量有效地傳遞。
[0019]優(yōu)選地該冷卻器是混合器，用于將熱交換器下游的一部分氣態(tài)流體與液體分離器上游的氣態(tài)流體混合?；旌掀魇侨菀讓崿F(xiàn)的冷卻器。
[0020]該系統(tǒng)可以包括控制器，該控制器用于控制由熱交換器下游傳輸來的部分氣態(tài)流體，回流至液體分離器的上游。該控制器可以包括風(fēng)扇，該風(fēng)扇用于確定傳輸部分的流速。該控制器可以響應(yīng)來自檢測器的信號。該檢測器可以檢測氣態(tài)流體結(jié)霜或液體載荷。
[0021]優(yōu)選地該氣態(tài)流體包括組分，它與在熱交換器的入口處與液體平衡，并在熱交換器的出口處與固體平衡。在由于熱交換引起氣態(tài)流體條件變化的地方，使得會形成固體，那么從氣態(tài)流體中冷凝并分離液體是特別有利的。這特別是在熱交換器內(nèi)的溫度改變(降低)ο該液體可以是水并且該固體可以是冰。該液體可以是烴。
[0022]該分離器可以是重力分離器，渦流分離器或板式分離器。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于氣體減壓的裝置，包括驅(qū)動壓縮機(jī)的膨脹器。優(yōu)選地該膨脹器包括渦輪機(jī)。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于干燥為熱交換器提供熱量的濕氣體(優(yōu)選空氣)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:熱交換器上游的液體分離器;導(dǎo)管，用于將熱交換器下游的部分氣體輸送回液體分離器的上游，并再重新導(dǎo)入該部分氣體。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種氣體減壓站，其包括上述用于降低氣流壓力的系統(tǒng)。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種氣體分配網(wǎng)，其包括上述用于降低氣流壓力的系統(tǒng)。
[0027]本發(fā)明擴(kuò)展到實質(zhì)上如本文結(jié)合附圖所描述的方法和/或裝置。
[0028]本文描述的任何裝置特征，也可以采用方法特征，反之亦然。如本文所用，手段和功能特征可以用其相應(yīng)的結(jié)構(gòu)替代表示。
[0029]在本發(fā)明的一個方面，任何特征可以應(yīng)用于本發(fā)明的其它方面，在任何適