專利名稱：低溫泵系統的制作方法
技術領域：
本發明一般地涉及低溫泵，更準確地說涉及低溫泵抽吸操作的起動。
在許多工業應用場合，象氧、氮、氬和氫這樣的工業用燃氣都是通過輸送管道或從位于使用地點的現場的生產工廠以連續的方式向該使用地點供應。在這種連續使用的情況下，一個備用系統是必不可少的，以便當通向該使用地點的工業燃氣氣流發生中斷時，由該系統向該使用地點提供燃氣直到該主燃氣供應系統重新與輸送管接通為止。
一個工業燃氣備用系統通常包括一個裝有大量低溫液體的高壓貯液罐和一個使該低溫液體氣化的汽化器。然后把所產生的工業燃氣輸送到該使用地點。該高壓貯液罐只裝有少量液體。如果該主燃氣由于工作時間延長而供應中斷，該高壓貯液罐就需要補充。在這種情況下，使用一個低溫泵把低溫液體從一個大型低壓貯液器輸送到該高壓貯液罐中。
在該低溫泵把低溫液體從該大型低壓貯液器輸送到該高壓貯液罐中去之前，必須先把該泵冷卻到一個適當的低溫溫度，以保證該液體在到達該泵以前不會發生汽化。低溫泵在含有氣體或液體或蒸氣的混合物時將不能工作。
為抽吸低溫液體，在工業燃氣生產中使用了兩種方法來把低溫泵冷卻到適當溫度。最廣泛使用的方法是時基法，其中在該泵起動以前，先將泵冷卻一段固定的時間。這種方法比較簡單但可能是不經濟的，因為對于每個特定情況來說正確的冷卻時間將是不同的，因而該冷卻時間必須設定為有一定裕度以保證在所有情況下都能完全冷卻到該適當溫度。此外，該方法的另一個缺點是使該泵受冷卻的時間太長。如果該液體在該泵中保持時間太長，它將通過周圍的熱滲透而開始汽化，因而阻止了泵的運轉。另一種方法是蒸氣壓辦法，其中在通向該泵的抽吸管上安裝了一個該低溫液體的增壓泡，當抽吸該液體的適當條件達到后，該泡即產生顯示。這種地已被證明是不可靠的，因為該增壓泡隨著時間的加長易于產生泄漏，此外這種方法具有一個固有的響應滯后時間，因為該相應的輸出壓力信號需要在該泡中的液體靠著外部溫度發生冷凝后才能產生。
因此本發明的目的是提供一種經過改進的低溫泵系統，該系統能夠有效地進行冷卻從而使泵的起動十分可靠。
本發明能夠達到上述和其它目的，本領域技術人員在閱讀了本說明書之后將對此一清二楚，本發明的一個方面的內容是一種用于低溫泵系統的起動操作的方法，該低溫泵系統包括一個裝有低溫液體的低壓貯液器，一根從該低壓貯液器通向低溫泵的抽吸管，該抽吸管具有一根其上裝有一個旁通閥的旁通管，一根與該低溫泵相連通并且其上裝有一個冷卻管閥的冷卻管，一個高壓貯液罐以及一根從該低溫泵通向該高壓貯液罐并且其上裝有一個輸出閥的輸出管，該方法包括(A)使低溫液體從該低壓貯液器通過該抽吸管和該旁通閥，并且對該抽吸管的溫度進行監測；(B)當該的抽吸管的溫度達到所要求的低溫后，關閉該旁通閥，使低溫液體從該低壓貯液器通過該抽吸管和該低溫泵，并且對該低溫泵的溫度進行監測；(C)當該低溫泵的溫度達到所要求的低溫后，打開該旁通閥，使低溫液體充滿該抽吸管、低溫泵和冷卻管，然后關閉該旁通閥和該冷卻管閥并且起動該低溫泵；以及
(D)把低溫液體從該低溫泵通過該輸出管和輸出閥抽送到該高壓貯液罐中去。
本發明的另一個方面的內容是一種低溫泵系統，包括(A)一個低壓貯液器，一個低溫泵和一個高壓貯液罐；(B)一根與該低壓貯液器和該低溫泵相連通的抽吸管，該抽吸管具有一根其上裝有一個用來使液體流出該系統的旁通閥和用來監測該抽吸管的溫度的裝置的旁通管；(C)一根與該低溫泵相連通閥且其上裝有一個用來使液體流出該系統的冷卻管閥的冷卻管；(D)用來監測該低溫泵的溫度的裝置；以及(E)一根與該低溫泵和該高壓貯液罐相連通并且其上裝有一個輸出閥的輸出管。
此處所用的術語“低溫液體”是指一種在溫度通常約小于150°K和環境壓力的條件下能以液體形式存在的液體。
此處所用的術語“低溫泵”是指一種能增加低溫液體的壓力并且能使該液體通過管道輸送出去的機械裝置。
該唯一的附圖
是本發明低溫泵系統的一個最佳實施例的一個簡化的示意圖。
本發明包括一個新型的溫度基低溫泵冷卻系統，其中通向低溫泵的該抽吸管或輸入管和該低溫泵本身在開始抽吸以前被順序地冷卻。這種溫度基的順序冷卻可以使該泵以比常規冷卻方法更快的速度有效地冷卻到適當的低溫溫度，并且與局部的初始條件無關和沒有低溫液體的大量浪費。
本發明將參照附圖進行詳細說明，該附圖中示出了用來實施本發明的一個備用的工業燃氣供應系統。下面請參看附圖，管1通向工業用燃氣的一個使用地點。例如，氧氣可以用于煉鋼、玻璃制造、造紙等設備中，氮氣可以用于熱處理、鈍化處理、二次采油和采氣和半導體生產中，氬氣可以用于煉鋼和覆蓋工藝中以及氫氣可以用于氫化或燃燒的用途。該工業燃氣通過一個主供應裝置(例如與該使用地點處于同一現場的專用工廠)供應給使用地點，或者從一個集中的大型工業燃氣生產工廠或工廠組合通過輸送管道供應。在通向使用地點的工業燃氣的主氣流發生中斷的情況下，閥2被打開，加壓的低溫液體從加壓的貯液罐3通過管4進入汽化器5中。該加壓的低溫液體在汽化器5中汽化，所產生的高壓工業燃氣從汽化器5中流出通過管6和閥2，再經過管1輸送到該使用地點。該氣流一直連續供應直到該工業燃氣的主氣流恢復對該使用地點的供應為止。
該低溫液體處于高壓狀態下，在貯液罐3中的低溫液體的絕對壓力范圍通常為50～500磅/平方英寸(絕對壓)。因此，高壓貯液罐3的容量不大，因為保持大量的加壓低溫液體處于備用狀態是很昂貴的。一般高壓貯液罐3的尺寸大小大約可向該使用地點供應30分鐘的工業燃氣流。如果該工業燃氣的主氣流對使用地點的中斷供應時間不是短時間的話，就必須對罐3中的該加壓低溫液體進行補充。本發明可以快速、有效和經濟地補充該加壓低溫液體。
本發明的低溫泵系統包括低壓貯液器7和低溫泵8。低壓貯液器7中裝有諸如液氧、液氮、液氬或液氫這類的低溫液體。貯液器7中的低溫液體處于低壓狀態下，通常其壓力范圍為15～20磅/平方英寸(絕對壓)。低壓貯液器7的容量一般為高壓貯液罐3的容量的10～100倍。
當處于備用狀態時，泵8處于環境溫度下而裝在從貯液器7通向泵8的抽吸管10上的閥9慢處于關閉狀態。旁通閥11、冷卻管閥12、輸出閥13和回流閥15此時也處于關閉狀態。當貯液罐3中的低溫液體供應需要補充時，閥9被打開，低溫液體從低壓貯液器7通過抽吸管10。由于貯液器7的液面高度(一般為30～50英尺)和該貯液器的液面壓力(一般為15～20磅/平方英寸(絕對壓))的共同作用，該液體產生了流動。
旁通閥11裝在抽吸管10的旁通管14上并且隨著閥9的打開而打開。此時冷卻管19上的冷卻管閥12也被打開。低溫度體從低壓貯液器7通過抽吸管10和旁通閥11，同時用熱電偶16在最靠近該低溫泵處監測抽吸管10的溫度。當低溫液體冷卻抽吸管10時，它自已就被汽化，所產生的蒸汽和剩余的液體通過排出氣容器17和汽化器18排出該系統之外。某些蒸汽也許還有某些液體將通過低溫泵8和閥12流出系統之外，但是如果該流體是蒸汽，由于通過該低溫泵的流動阻力較大，在初始階段來自貯液器7的絕大部分流體仍將從旁通管14而不是泵8中通過。
當該抽吸管的監測溫度達到所要求的低溫給定值(通常在該低溫液體沸騰溫度的30°K以內)時，表明此時該抽吸管已經達到該冷卻溫度，旁通閥11就被關閉，使來自貯液器7的低溫液體直接從抽吸管10通過泵8，因而冷卻了低溫泵8。此后，該液體又流過在泵8下游并與該泵連通的冷卻管19。如前所述，所產生的帶有某些液體的蒸汽通過排出氣容器17和汽化器18排出該系統之外。熱電偶27監測冷卻管19的溫度并且據此調整閥12的打開程度，以便為冷卻泵8提供高效的液體利用。如果沒有熱電偶27和閥12的溫度控制作用，液體就可能過快地通過該泵而沒有汽化，從而導致低效的工作。
當低溫液體通過低溫泵8時，泵8的溫度可以通過象熱電偶20這樣的器件來監測。當該低溫泵的監測溫度達到所要求的低溫給定值(通常為該液體沸騰溫度的40～50°K以內)即冷卻溫度時，旁通閥11重新打開，閥12同通過熱電偶27進行的溫度控制相脫離而被完全打開。這樣可使液體充滿抽吸管、該低溫泵和冷卻管，即蒸汽被沖清，該系統充滿液體以便形成理想的泵起動條件。在起動該泵以前，將閥12關閉并且把回流閥15打開。最好起動該泵時使該閥11再打開一個短時間(通常為2～10秒)然后再把旁通閥11關閉。該泵的輸出通過閥15和管21而回流到貯液器7中。在排出達到某個高壓值以前，這種情況提供了泵的穩定性。在向低壓貯液器7回流一段時間以后(通常該時間范圍為30秒至2分，大約在1分鐘左右)，該泵的輸出就逐漸轉移到高壓貯液罐3中。該轉移通過打開輸出閥13和緩慢地關閉回流閥15來實現，從而使低溫泵8的輸出通過輸出管22、輸出閥13和輸出止回閥23進入管24和貯液罐3中。罐3中的壓力由升壓回路25獨立控制。把該泵的輸出直接排入該高壓貯液罐中避免了對該泵輸出的壓力控制的任何需要，例如無需通過一個該輸出管上的壓力控制閥來控制壓力。此外，罐3的容積也為該泵的輸出提供了一個比較恒定的壓力。當回流閥15完全關閉后，來自泵8的所有輸出都流入罐3中，這種運行情況將連續進行直到罐3被充滿為止。在對該使用地點的主燃氣供應仍未進行的情況下，低溫泵8將繼續工作并將過剩的流量通過管26回流到低壓貯液器7內。這樣就避免了對該低溫泵的重復起動和停止，從而節省了電力和低溫液體。
通過使用本發明的溫度基控制方法，人們可以以一種與該特定的泵的現有具體條件所要求的冷卻時間相適合的方式起動一個低溫泵系統，并且只需要用最少量的低溫液體就能達到該必要的冷卻條件。首先冷卻該抽吸管，然后再冷卻低溫泵的該順序冷卻方法與常規方法相比，減少了把整個系統冷到低溫溫度所需要的總的時間。通過使用旁通管14和旁通閥11，由抽吸管冷卻所產生的大部分蒸汽不從該低溫泵通過。因此該低溫泵具有特定的內部幾何形狀，通過該泵的蒸汽流動將受到限制，從而將增加達到系統冷卻所需要的總的時間。閥11可使蒸汽在初始冷卻步驟中繞過該泵，以實現該抽吸管的快速冷卻，接著再通過旁路液體通向該泵以把該泵快速冷卻。
雖然本發明的已經參照一個實施例作了詳細的說明，本領域技術人員應當認識到在本發明的權利要求書所規定的精神和范圍內還有其他的實施方案。例如，本領域技術人員將認識到，在工業環境中可以并聯使用兩臺低溫泵的便在其中的一臺泵出故障時仍能保證安全和成功的運行。此外，每個溫度控制的閥都可以有一個故障后計時開關(timedefault switch)，該開關可以在該熱電偶驅動系統出故障后的一個規定時間把該閥打開。
權利要求
1.一種用于低溫泵系統的起動操作的方法，該低溫泵系統包括一個裝有低溫液體的低壓貯液器，一根從該低壓貯液器通向低溫泵的抽吸管，該抽吸管具有一根其上裝有一個旁通閥的旁通管，一根與該低溫泵相連通并且其上裝有一個冷卻管閥的冷卻管，一個高壓貯液罐以及一根從該低溫泵通向該高壓貯液罐并且其上裝有一個輸出閥的輸出管，該方法包括(A)使低溫液體從該低壓貯液器通過該抽吸管和該旁通閥，并且對該抽吸管的溫度進行監測；(B)當該的抽吸管的溫度達到所要求的低溫后，關閉該旁通閥，使低溫液體從該低壓貯液器通過該抽吸管和該低溫泵，并且對該低溫泵的溫度進行監測；(C)當該低溫泵的溫度達到所要求的低溫后，打開該旁通閥，使低溫液體充滿該抽吸管、低溫泵和冷卻管，然后關閉該旁通閥和該冷卻管閥并且起動該低溫泵；以及(D)把低溫液體從該低溫泵通過該輸出管和輸出閥抽送到該高壓貯液罐中去。
2.如權利要求1中所述的方法，其特征在于該低溫液體可從液氧、液氮、液氬和液氫中選取。
3.如權利要求1中所述的方法，其特征在于該抽吸管的溫度是在該抽吸管的旁通管處監測的。
4.如權利要求1中所述的方法，其特征在于該抽吸管所要求的低溫在該低溫液體的沸騰溫度的30°K范圍以內。
5.如權利要求1中所述的方法，其特征在于該低溫泵所要求的低溫在該低溫液體的沸騰溫度的40°K范圍以內。
6.如權利要求1中所述的方法，其特征在于該方法還包括使某些低溫液體從高壓貯液罐通到該低壓貯液器中。
7.如權利要求1中所述的方法，其特征在于該方法還包括把低溫液體從低溫泵抽送到該高壓貯液罐中去而不需要使用任何用來控制該低溫泵的輸出壓力的控制裝置。
8.一種低溫泵系統，包括(A)一個低壓貯液器，一個低溫泵和一個高壓貯液罐；(B)一根與該低壓貯液器和該低溫泵相連通的抽吸管，該抽吸管具有一根其上裝有一個用來使液體流出該系統的旁通閥和用來監測該抽吸管的溫度的裝置的旁通管；(C)一根與該低溫泵相連通閥且其上裝有一個用來使液體流出該系統的冷卻管閥的冷卻管；(D)用來監測該低溫泵的溫度的裝置；以及(E)一根與該低溫泵和該高壓貯液罐相連通并且其上裝有一個輸出閥的輸出管。
9.如權利要求8中所述的低溫泵系統，其特征在于該低壓貯液器的容積是該高壓貯液罐的容積的10～100倍。
10.如權利要求8中所述的低溫泵系統，其特征在于該系統還包括用來使液體從該高壓貯液罐通向該低壓貯液器的裝置。
全文摘要
一種用來起動低溫泵工作的系統，其中與該低溫泵相連通的抽吸管和該低溫泵本身通過使用單獨的基于溫度的操縱系統而被順序地帶入到適當的冷卻溫度。
文檔編號F17C7/02GK1140801SQ9610716
公開日1997年1月22日 申請日期1996年6月21日 優先權日1995年7月6日
發明者J·P·波庫希, F·W·迪馬科, N·H·懷特 申請人:普拉塞爾技術有限公司