液壓助力液體壓力交換裝置及其液體壓力交換方法與流程

本發明涉及一種液壓助力液體壓力交換裝置及其液體壓力交換方法。

背景技術：

在化工生產等行業的高壓洗滌和吸收工藝中，主要使用大功率柱塞泵和大功率多級離心泵進行高壓液體輸送，而從洗滌裝置中回流的高壓液體卻被簡單地排放掉了，為了使洗滌裝置回流的高壓液體的勢能得以再利用，目前采用的方法是為多級離心泵并配備水力透平裝置，水利透平裝置是一種可部分回收液體壓力勢能并轉化成動能的節能裝置，其原理是，除完成高壓液體輸送外，同時使帶有較高壓力的回流液體回收進入水力透平裝置后，與電機的動力共同驅動多級離心泵旋轉作功，從而減小電機的功率輸出，達到節能目的，這種裝置的優點是結構簡單，但不足之處是，因水利透平裝置是先將液體壓力勢能轉化為機械能再加以利用，能量的回收利用方式不合理，這也決定了其能量的回收效率太低，實際應用中回收率最高只有30％，節能效果并不明顯，目前還未見有更為合理和適應廣泛的液體壓力回收利用裝置，以及更為直接有效的液體壓力交換方法。為克服上述不足，本發明人此前公開了一種專利公開號為CN203098431U的“壓力交換泵”和專利公開號為CN104019065A的“壓力交換泵的壓力交換方法”，可實現高壓液體能量的直接轉換和得以高效回收利用，但是，這一技術方案因需使用小功率電機作配套動力來帶動曲軸連桿，再通過曲軸連桿與活塞桿連接，從而驅動交換泵中的活塞運動，故成本投入較高；曲軸連桿結構從體積到制造成本都很難實現活塞的大行程運動，限制了高壓液體能量的單位回收量；交換泵的臥式設計會加速相對運動部件的機械磨損；有些工序中可回收的多級液壓能(如二級液的閃蒸液壓力能)尚沒有得到充分回收利用。

技術實現要素：

本發明的目的是針對背景技術的不足，提供一種更為優化的液壓助力液體壓力交換裝置和液體壓力交換方法，使回流的高壓液體能量得到更為充分、高效、合理的回收利用。

本發明的技術方案是，通過液壓助力液體壓力交換裝置完成高壓液體與被加壓液體的壓力交換，所述液壓助力液體壓力交換裝置包括單缸體和復式缸體兩種：

單缸體液壓助力液體壓力交換裝置包括液壓油缸、活塞、缸體、下進液閥、下排液閥、上進液閥、上排液閥，活塞置于缸體內，缸體的上端固定有上進液閥、上排液閥和液壓油缸，液壓油缸的油缸軸連接活塞，缸體的下端接有下進液閥和下排液閥；

復式缸體液壓助力液體壓力交換裝置包括液壓油缸、一級活塞、二級活塞、缸體、隔板、下進液閥、下排液閥、上進液閥、上排液閥、二級液進液閥和二級液排液閥，隔板橫置于缸體中部將缸體分為上、下兩個缸室，一級活塞置于下缸室，二級活塞置于上缸室，缸體的上端固定有液壓油缸和放氣閥，液壓油缸的油缸軸連接一級活塞和二級活塞，一級活塞和二級活塞在油缸軸的帶動下同步運動，下缸室的外側分別接有上進液閥、上排液閥、下進液閥和下排液閥，上缸室的外側下部接有二級液進液閥和二級液排液閥；

所述下進液閥和下排液閥是分別用于被加壓液體進、排的單向閥，所述上進液閥和上排液閥分別用于回收高壓液體勢能和泄壓排液。

所述單缸體液壓助力液體壓力交換裝置，缸體內以活塞為界可視為A、B兩室，兩室的容積會隨著活塞的前后移動而改變。A室中是需要加壓輸送的液體，它從下進液閥吸入，從下排閥排出，B室是帶有較高壓力的需要回收能量的回流液體，它從上進液閥進入，從上排液閥排出，根據液體壓力的特性，知道B室中有較高壓力的液體會通過活塞施壓在A室的液體上，從而可實現壓力的高效轉移即壓力交換，由于活塞兩端的A、B室壓力基本平衡，所以用較小的動能就可以使活塞向前運動，達到了能量的高效回收并節能的目的。因此，活塞的動力既有液壓缸的直接驅動，又有回流高壓液體壓力的推動。

本裝置可根據回收利用多級液壓能的實際需要而采用復式缸體，以實現多級液壓能(如二級液的閃蒸壓力能)全部高效回收利用，尤其適用于需采用兩次或多次壓力交換才能徹底回收能量的工況，所述復式缸體以隔板為界分為上、下兩個缸室，以兩個活塞為界下缸室可視為A、B兩室、上缸室可視為C、D兩室，A、B兩室的工況與單缸體工況相同，所不同的是，在某一工況下二級液進液閥開啟，二級液也同時進入C室對二級活塞產生推力，又在某一工況下二級液排液閥打開，C室的二級液排出，同時放氣閥開啟，D室內的壓縮氣體排出。

本裝置無論是單缸體或復式缸體的運行，均采用多組(三缸以上)順序并聯的方式按時序運行，缸體的大小和個數不限，所以能科學合理的滿足回收能力從大到小的各種行業工況。

由于本發明不同于背景技術中將勢能先轉化成機械能再加以利用，不需另配加壓泵加壓輸送，而是借助液壓缸的輔助推力助推活塞，使攜帶能量的液體直接將能量轉移到需要升壓的液體上，也能滿足攜帶能量的液體進行壓力交換并加壓排出的要求，理論上能量回收率為99％，實踐中去除其它能耗，回收率可達到95％左右，可廣泛應用于化工工藝中的高壓洗滌或吸收等工藝的能量回收領域，以及有帶壓液體排出又有需要加壓的液體的工況。

本發明若應用于高壓洗滌吸收裝置的富液與貧液間的壓力交換時，其配套的液壓缸功耗很小，液壓缸徑和工作行程可根據回收量及活塞行程的大小來選擇。由此可見，本發明不僅可實現高效的能量回收和能量轉移，能量轉換方式更為合理，而且使多級液壓能(如二級液的閃蒸液壓力能)也得以充分回收利用；又由于采用液壓缸做配套動力，一則可進一步減小動力損耗，節能效果更為明顯；二則可根據工況要求設置大行程缸體，以滿足大回收量的需要；缸體的立式設計可減輕相對運動部件的機械磨損，延長設備使用壽命。

附圖說明

圖1是單缸體液壓助力液體壓力交換裝置與相關設備連接示意圖；

圖2是單缸體液壓助力液體壓力交換裝置工作過程示意圖；

圖3是復式缸體液壓助力液體壓力交換裝置與相關設備連接示意圖；

圖4是復式缸體液壓助力液體壓力交換裝置工作過程示意圖。

圖中：一級活塞1、缸體2、下進液閥3、下排液閥4、上進液閥5、上排液閥6、洗滌塔7、進液總管8、排液總管9、進液口10、出液管11、出液口12、液壓油缸13、隔板14、二級活塞15、二級液進液閥16、二級液出液閥17、放氣閥18

具體實施方式

下面通過實施例結合附圖對本發明作詳細說明。

實施例一：如圖1所示，所述單缸體液壓助力液體壓力交換裝置，缸體2通過閥門與生產線上的相應管線相連接，以連接高壓洗滌塔7的管線為例，前進液閥3接進液總管8，前排液閥4接排液總管9，排液總管9的另一端與洗滌塔7的進液口10相連；后進液閥5接出液管11，出液管11與洗滌塔7的出液口12相連；后排液閥5與排液管線相連，為泄壓排液通道。

壓力交換方法包括下列步驟：

1、如圖2(a)所示，當活塞1在液壓油缸13的驅動下，從下端開始向上端運行時，待輸送的液體(貧液)從進液總管8通過下進液閥3被吸入A室，隨著活塞1上移，液體被不斷地吸入A室；

2、如圖2(b)所示，當活塞1運行至上端時A室容積最大，此時B室的上排液閥6處于關閉狀態，上進液閥5按時開啟，回流的高壓液體通過洗滌塔7的出液口12和出液管11進入B室；

3、如圖2(c)所示，回流的高壓液體進入B室推動活塞1向下端運行的同時將A室中的液體加壓，直到下排液閥4開啟，被加壓的液體通過下排液閥4排出，并通過排液總管9從進液口10進入洗滌塔7；

4、如圖2(d)所示，當活塞1運行至下端時，B室的上進液閥5按時關閉、上排液閥6按時開啟并瞬間泄壓開始排液，到此完成一個壓力交換工作循環。

實施例二：如圖4(a)所示，所述復式缸體液壓助力液體壓力交換裝置，包括液壓油缸13、一級活塞1、二級活塞15、缸體2、隔板14、下進液閥3、下排液閥4、上進液閥5、上排液閥6，隔板14橫置于缸體2中部將缸體2分為上、下兩個缸室，一級活塞1置于下缸室，二級活塞15置于上缸室，缸體2的上端固定有液壓油缸13和放氣閥18，液壓油缸13的油缸軸連接一級活塞1和二級活塞15，一級活塞1和二級活塞15在油缸軸的帶動下同步運動，下缸室的外側分別接有上進液閥5、上排液閥6、下進液閥3和下排液閥4，上缸室的外側下部接有二級液進液閥16和二級液排液閥17。

如圖3所示，缸體2通過閥門與生產線上的相應管線相連接，仍以連接高壓洗滌塔7的管線為例，下進液閥3接進液總管8，下排液閥4接排液總管9，排液總管9的另一端與洗滌塔7的進液口10相連；上進液閥5接出液管11，出液管11與洗滌塔7的出液口12相連；上排液閥6與排液管線相連，為泄壓排液通道；二級液進液閥16接閃蒸來液管，二級液排液閥17接閃蒸出液管。

所述復式缸體液壓助力液體壓力交換裝置，尤其適用于需采用兩次或多次壓力交換才能徹底回收能量的工況，如碳酸丙烯脂脫碳工序和合成氨變換氣脫硫工序均設閃蒸器，富液不能一次全部減壓，而是減壓到閃蒸壓力經閃蒸流出再次減壓的二級液。以在碳酸丙烯脂工藝中為例，圖4給出了復式缸體液壓助力液體壓力交換裝置工作過程示意圖，具體壓力交換方法包括下列步驟：

1、如圖4(a)所示，當一級活塞1和二級活塞15在液壓油缸13的驅動下，從各自缸室的下端開始同步向上運行時，待輸送的液體(貧液)從進液總管8通過前進液閥3被吸入A室，上缸室的二級液進液閥16開啟，閃蒸后的二級液進入C室，對二級活塞15產生向上的推力，隨著活塞1和活塞15上移，液體被不斷地吸入A室和沖入C室；

2、如圖4(b)所示，當活塞1和活塞15運行至上端時A室和C室容積最大，此時B室的上排液閥6處于關閉狀態，上進液閥5按時開啟，C室的二級液進液閥16關閉、二級液出液閥17同步開啟，同時上缸室上的放氣閥18開啟，放掉D室內的壓縮氣體，回流的高壓液體通過洗滌塔7的出液口12和出液管11進入B室，C室的二級液開始從二級液出液閥17減壓排出；

3、如圖4(c)所示，回流的高壓液體進入B室推動一級活塞1向下端運行的同時將A室中的液體加壓，直到下排液閥4開啟，被加壓的液體通過下排液閥4排出，并通過排液總管9從進液口10進入洗滌塔7，C室中減壓后的二級液在二級活塞15的推動下排出到下個設備；

4、如圖4(d)所示，當一級活塞1和二級活塞15同時運行至下端時，B室的上進液閥5按時關閉、上排液閥6按時開啟并瞬間泄壓排液，C室的二級液出液閥17關閉，二級液進液閥16開啟，二級液進入C室加壓，到此完成一個壓力交換工作循環。

為提高能量回收率，油缸軸的截面積應小于活塞截面積的5％。

在本發明中，因活塞在靜止時兩端等壓，此時勢能利用率最大，回收率最高，當活塞運行速度超過一定值時回收率會相應有所下降，故不宜盲目提高活塞的運行速度。同時，確定活塞的運行速度還應考慮到缸體2上所有閥門及各管線口徑與缸體2直徑的比例。

所述上進液閥5和上排液閥6、復式缸體上的二級液進液閥16和二級液出液閥17采用電磁閥或液壓程控閥，可根據缸體2組合數量及不同工況來設置動作控制點，比如可在閥端安裝相應的傳感器件來達到控制閥門同步開、關的目的，根據回收量和實際工況來設計缸體個數和缸體大小以及是否采用復式缸體。

本發明根據工藝要求和場地要求設置缸體直徑和缸體長度、缸體個數及擺放位置。從經濟性考慮，本發明特別適應于大裝置的能量回收。對輸送液體均量要求過高的工況可設壓力緩沖槽和調節閥來滿足需要。考慮到液體的清潔度，可在總管處設過濾器以延長設備使用周期。

本發明未考慮兩種液體的完全不可互混性，可能造成微量混合，但在一般類似的工況下并不存在此問題，如兩種液體會發生強烈化學反應則不適用本發明。