УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ АЗОТА, В ЧАСТНОСТИ, ДЛЯ СУДНА, ПЕРЕВОЗЯЩЕГО СЖИЖЕННЫЙ ГАЗ
DEVICE FOR PRODUCTION AND DISTRIBUTION OF NITROGEN, IN PARTICULAR, FOR VESSEL CARRYING LIQUEFIED GAS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к устройству и способу производства и распределения азота, в частности, для судна, перевозящего сжиженный газ.
ИЗВЕСТНЫЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Транспортное судно для сжиженного газа, такого как жидкий природный газ, обычно оснащено устройством для производства и распределения азота, при этом этот азот может использоваться группой потребителей.
В настоящей заявке «потребитель», в частности азота, означает систему, которая использует азот для работы, или систему, которая предназначена для снабжения азотом.
Транспортное судно, например, оснащено тремя типами потребителей азота.
Первый тип (тип I) потребителя азота содержит средства для снабжения азотом уплотнений, например, подшипников компрессоров судна. Компрессоры судна, например, для перекачки испарительного газа, оснащены подшипниками скольжения для направления вращающихся частей. Эти подшипники размещены в корпусах, уплотнения которых, лабиринтного типа, снабжаются азотом, чтобы предотвращать загрязнение корпуса наружным воздухом и нарушение работы подшипников.
Второй тип (тип II) потребителя азота содержит средства для продувки линий циркуляции текучей среды, таких как линия циркуляции сжиженного газа судна. Известно, что для очищения линии такого типа и предотвращения оставления в ней сжиженного газа, линию продувают азотом.
Третий тип (тип III) потребителя азота содержит средства для снабжения азотом изолирующих пространств, например, резервуаров для хранения сжиженного газа судна. Резервуары этого типа на самом деле оснащены двойной стенкой, определяющей изолирующее пространство, которое снабжается азотом.
3
Потребность в азоте различается в зависимости от типа потребителя. Потребитель типа I непрерывно снабжается азотом со скоростью потока, которая обычно составляет от 25 до 70 Нм/ч, и с относительно высоким давлением, составляющим приблизительно 5 бар. Непрерывное снабжение происходит из-за того, что уплотнения должны непрерывно снабжаться азотом.
Потребитель типа II снабжается азотом со скоростью потока, которая может быть значительной, но, в общем является прерывистой, при относительно высоком давлении приблизительно 5 бар.
3
Потребитель типа III снабжается азотом со значительной скоростью потока, которая в общем составляет от 100 до 200 Нм/ч, а при относительно низком давлении, составляющем приблизительно несколько мбар. Снабжение происходит во время коротких и редких периодов, в частности, во время операций охлаждения резервуаров, предшествующих их заполнению жидким газом.
В известном уровне техники устройство для производства и генерирования азота содержит два генератора азота, каждый из которых содержит входное отверстие и выходное отверстия для воздуха, буферный резервуар для хранения азота и средства распределения азота, которые предназначены для снабжения потребителей азотом.
Генераторы расположены параллельно и выполнены с возможностью работать в режиме «все или ничего» (также называемом «запуск или остановка»). Существует два из них, то есть основной генератор и релейный генератор, для обеспечения избыточности, и гарантируют заполнение буферного резервуара азотом при высоких потребностях в азоте потребителем. Генераторы имеют слишком большой размер, то есть каждый из них выполнен с возможностью устанавливать поток азота, достаточный для снабжения наибольшего потребителя азота с точки зрения выработки, то есть потребителя типа III.
Буферный резервуар предназначен для хранения произведенного азота и для снабжения им потребителей согласно требованиям. Генераторами обычно управляют так, что давление азота в буферном резервуаре достигает максимального значения. Когда потребляется азот, а давление азота в буферном резервуаре снижается, по меньшей мере один из генераторов получает команду производить азот и повышать давление в буферном резервуаре до максимального значения давления.
Однако эта технология имеет недостатки.
Профиль потребления потребителя типа I является стабильным и постоянным, как указывалось ранее, и не подходит для циклической работы буферного резервуара и генераторов азота.
Эта операция накладывает очень большое количество циклов запуска и остановки на генераторах (приблизительно 2000 в год для судна), что сокращает срок службы генераторов и требует частых операций по обслуживанию.
Настоящее изобретение предлагает усовершенствование известного уровня техники, которое является простым, эффективным и экономичным.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно первому аспекту изобретение предлагает устройство для производства и распределения азота, в частности, для судна, перевозящего сжиженный газ, содержащее:
- генераторы азота, каждый из которых содержит входное отверстие для воздуха и выходное отверстия для воздуха;
- буферный резервуар для хранения азота; и
- средства распределения азота, которые предназначены для снабжения азотом по меньшей мере двух отдельных потребителей,
отличающееся тем, что оно содержит:
- первые средства распределения азота, выходящие из указанного буферного резервуара для снабжения по меньшей мере одного из указанных потребителей; и
- вторые средства распределения азота, выходящие из по меньшей мере одного из указанных генераторов без прохождения через указанный буферный резервуар для снабжения по меньшей мере одного другого из указанных потребителей.
Таким образом, изобретение предлагает, чтобы азот, произведенный одним или несколькими генераторами, достигал вторых средств распределения непосредственно, без прохождения через резервуар. Первые средства распределения, со своей стороны, снабжаются азотом из резервуара. Следовательно, существует два пути снабжения средств распределения, с буферным резервуаром или без него. Таким образом, этот резервуар используется по-другому по сравнению с известным уровнем техники. Напротив, генераторы не обязательно имеют слишком большой размер и могут быть менее востребованы, что сокращает количество циклов запуска и остановки и увеличивает срок их службы.
В настоящей заявке «азот» означает воздух, обогащенный азотом. На уровне моря атмосферный воздух содержит почти 78% (по объему) азота, 21% (по объему) кислорода и следы других газов. Таким образом, в настоящей заявке «азот» означает воздух, содержащий более 78% по объему азота и, например, более 80 или 90% по объему. Этот уровень предпочтительно составляет по меньшей мере 97%.
В настоящей заявке «некоторые» генераторы содержат по меньшей мере два и, например, три генератора. По меньшей мере определенные из генераторов могут иметь общие элементы, такие как сепаратор и/или нагреватель.
Устройство согласно изобретению может содержать одну или группу следующих характеристик, взятых отдельно друг от друга или в совокупности друг с другом:
указанные вторые средства распределения азота соединены непосредственно с указанными выходными отверстиями по меньшей мере одного из указанных генераторов; в настоящей заявке «непосредственное» соединение означает соединение только посредством канала, возможно оснащенного клапаном;
- указанные выходные отверстия указанных генераторов соединены вместе коллектором, содержащим первое выходное отверстие, которое соединено с входным отверстием указанного буферного резервуара, и второе выходное отверстие, которое соединено с указанными вторыми средствами распределения;
- указанное выходное отверстие по меньшей мере одного из указанных генераторов соединено с входным отверстием указанного буферного резервуара, а указанное выходное отверстие по меньшей мере одного другого из указанных генераторов соединено с указанными вторыми средствами распределения; в этом случае нет сообщения по текучей среде между выходными отверстиями всех генераторов;
- указанные первые средства распределения соединены с указанными вторыми средствами распределения, так что азот, хранящийся в указанном буферном резервуаре, может снабжать по меньшей мере одного другого указанного потребителя;
- указанное выходное отверстие по меньшей мере одного из указанных генераторов соединено с входным отверстием указанного буферного резервуара клапаном;
- указанный клапан выполнен с возможностью всегда быть сквозным клапаном и иметь переменную скорость потока, которая управляется в соответствии с давлением P1 внутри указанного буферного резервуара и/или в соответствии с давлением P2 на выходном отверстии по меньшей мере одного из указанных генераторов и/или в соответствии с давлением Р3 для снабжения первых и/или вторых средств распределения;
- по меньшей мере определенные из указанных входных отверстий указанных генераторов соединены вместе и с одним портом снабжения воздухом, и/или по меньшей мере определенные из указанных выходных отверстий указанных генераторов соединены вместе и с одним выходным портом для азота;
- указанные потребители содержат средства для снабжения азотом уплотнений, в частности компрессоров указанного судна, средства для снабжения изолирующих пространств, в частности резервуары указанного судна, и средства для продувки, в частности линий снабжения указанного судна;
- указанные генераторы выполнены с возможностью работать в режиме «все или ничего»; и
- указанные генераторы идентичны и имеют такие размеры, что каждый из них может снабжать одного из указанных потребителей, потребление которых с точки зрения скорости потока рассчитано на стабильность и непрерывность.
Настоящее изобретение также относится к способу производства и распределения азота с помощью устройства, описанного выше, содержащему:
a) этап, на котором производят азот указанными генераторами; и
b) этап, на котором распределяют азот одному из потребителей, без прохождения через буферный резервуар.
Способ согласно изобретению может содержать одну или группу следующих характеристик или этапов, взятых отдельно друг от друга или в совокупности друг с другом:
- этап, на котором буферный резервуар снабжают азот на этапах а) и б);
- этап, на котором буферный резервуар снабжают азотом через клапан, скорость потока которого управляется в соответствии с давлением P1 внутри указанного буферного резервуара и/или в соответствии с давлением P2 на выходном отверстии из по меньшей мере одного из указанных генераторов и/или в соответствии с давлением P3 для снабжения первых и/или вторых средств распределения;
- этап, на котором давление в указанном буферном резервуаре уменьшают на этапах а) и б).
Согласно второму аспекту изобретение предлагает устройство для производства и распределения азота, в частности, для судна, перевозящего сжиженный газ, содержащего:
- генераторы азота, каждый из которых содержит входное отверстие для воздуха и выходное отверстие для азота;
- буферный резервуар для хранения азота; и
- средства распределения азота, которые предназначены для снабжения азотом по меньшей мере двух отдельных потребителей,
отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере одну линию рециркуляции азота, входное отверстие которой соединено с выходным отверстием для азота указанного буферного резервуара, и выходное отверстие которого соединено с указанным входным отверстием по меньшей мере одного из указанных генераторов.
Рециркуляция азота имеет группу преимуществ. Во-первых, это позволяет не тратить избыточный произведенный азот, который, таким образом, используется повторно. Это также позволяет оптимизировать производительность производства азота увеличением уровня обогащения азотом произведенного газа. Фактически, в дополнение к окружающему воздуху, входные отверстия генераторов получают воздух, уже наполненный азотом. Рециркуляция также позволяет не останавливать генератор и, следовательно, ограничивать количество циклов запуска и остановки, если скорость потока азота, производимого этим генератором, не слишком избыточна. Другими словами, можно способствовать генератору работать для производства азота и удовлетворять потребности потребителя, в то же время производя избыток азота тем же генератором, при этом азот будет рециркулироваться и, следовательно, перерабатываться, а не останавливать этот генератор и снабжение потребителя азотом, хранящимся в резервуаре, например.
Устройство согласно изобретению может содержать одну или группу следующих характеристик, взятых отдельно друг от друга или в совокупности друг с другом:
- устройство выполнено с возможностью рециркулировать азот, хранящийся в буферном резервуаре, когда давление в нем превышает определенный порог;
- указанная линия рециркуляции содержит по меньшей мере один первый клапан, выполненный с возможностью иметь переменную скорость потока, которая управляется в соответствии с давлением P1 внутри указанного буферного резервуара;
- указанная линия рециркуляции содержит по меньшей мере один обратный клапан;
- указанная линия рециркуляции содержит по меньшей мере один расходомер;
- устройство содержит систему управления, которая выполнена с возможностью принимать информацию от указанного расходомера и от датчика давления указанного буферного резервуара и, соответственно, управлять указанным первым клапаном, а также указанными генераторами;
- указанное выходное отверстие по меньшей мере одного из указанных генераторов соединено с входным отверстием указанного буферного резервуара через клапан;
- указанный второй клапан выполнен с возможностью всегда быть сквозным клапаном и иметь переменную скорость потока, которая управляется в соответствии с давлением P1 внутри указанного буферного резервуара и/или в соответствии с давлением P2 на выходе по меньшей мере одного из указанных генераторов и/или в соответствии с давлением P3 снабжения указанных средств распределения;
- указанная система управления также выполнена с возможностью управлять вторым клапаном;
- по меньшей мере определенные из указанных входных отверстий указанных генераторов соединены вместе и с одним портом снабжения воздухом, который соединен с указанным выходным отверстием указанной линии циркуляции; и/или по меньшей мере определенные из указанных выходных отверстий указанных генераторов соединены вместе и с одним выходным портом для азота;
- указанные потребители содержат средства для снабжения азотом уплотнений, в частности компрессоров указанного судна, средства для снабжения изолирующих пространств, в частности резервуары указанного судна, и средства для вентиляции, в частности линий снабжения указанного судна;
- указанные генераторы выполнены с возможностью работать в режиме «все или ничего»;
- указанные генераторы идентичны и имеют такие размеры, что каждый из них может снабжать одного из указанных потребителей, потребление которого с точки зрения скорости потока рассчитано на стабильность и непрерывность.
Настоящее изобретение также относится к способу производства и распределения азота с помощью устройства, описанного выше, содержащего:
a) этап, на котором производят азот указанными генераторами; и
b) этап, на котором рециркулируют азот через указанную линию рециркуляции.
Способ согласно изобретению может содержать одну или группу следующих характеристик или этапов, взятых отдельно друг от друга или в совокупности друг с другом:
- этап, на котором указанные средства распределения снабжают азотом на этапах а) и б);
- этап, на котором скорость потока рециркуляции азота через указанную линию рециркуляции контролируют, и по меньшей мере один из указанных генераторов останавливают, когда значение этой скорости потока превышает заданный порог.
Согласно третьему аспекту изобретение предлагает устройство для производства и распределения азота, в частности, для судна, перевозящего сжиженный газ, содержащее:
- генераторы азота, каждый из которых содержит входное отверстие для воздуха и выходное отверстие для азота, при этом по меньшей мере один из этих генераторов содержит компрессор, содержащий ротор для сжатия воздуха;
- буферный резервуар для хранения азота; и
- средства распределения азота, которые предназначены для обеспечения азотом по меньшей мере двух отдельных потребителей,
отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере одну систему для изменения частоты или скорости ротора.
Производство азота генератором зависит, в частности, от частоты или скорости ротора компрессора этого генератора, и поэтому он может управляться в соответствии с потребностями потребителей. Чтобы ограничить количество циклов запуска и остановки, частота ротора генератора может быть уменьшена, например, если потребность в азоте незначительна, вместо того, чтобы прибегать к полной остановке генератора.
Устройство согласно изобретению может содержать одну или группу следующих характеристик, взятых отдельно друг от друга или в совокупности друг с другом:
- указанная система выполнена с возможностью управлять в соответствии с давлением P1 внутри указанного буферного резервуара;
- по меньшей мере определенные из указанных генераторов содержат от задней по ходу части до передней по ходу части, от входного отверстия до выходного отверстия для азота указанный компрессор, сепаратор воздуха от текучей среды (текучих сред), такой как вода и/или масло, воздухонагреватель и фильтрующую мембрану, которая выполнена с возможностью отделять азот от остальной части воздуха; на практике технологии мембранного разделения работают, удерживая азот и позволяя проникать остальным компонентам воздуха;
- указанное выходное отверстие по меньшей мере одного из указанных генераторов соединено с входным отверстием указанного буферного резервуара;
- по меньшей мере определенные из указанных входных отверстий указанных генераторов соединены вместе и с одним портом снабжения воздухом, и/или по меньшей мере определенные из указанных выходных отверстий указанных генераторов соединены вместе и с одним выходным портом для азота;
- устройство содержит первые средства для распределения азота, выходящего из указанного буферного резервуара, для снабжения по меньшей мере одного из указанных потребителей, и вторые средства для распределения азота, выходящего из по меньшей мере одного из указанных генераторов, без прохождения через указанный буферный резервуар, для снабжения по меньшей мере одного из указанных потребителей;
- указанная система изменения выполнена с возможностью изменять частоту или скорость ротора указанного по меньшей мере одного генератора, который предназначен для снабжения указанных вторых средств распределения;
- указанные потребители содержат средства для снабжения азотом уплотнений, в частности компрессоров указанного судна, средства для снабжения изолирующих пространств, в частности резервуары указанного судна, и средства для продувки, в частности линий снабжения указанного судна;
- указанные генераторы выполнены с возможностью работы в режиме «все или ничего»; и
- указанные генераторы идентичны и имеют такие размеры, что каждый из них может снабжать одного из указанных потребителей, потребление которых с точки зрения скорости потока рассчитано на стабильность и непрерывность.
Настоящее изобретение также относится к способу производства и распределения азота с помощью устройства, описанного выше, содержащему:
a) этап, на котором производят азот указанными генераторами; и
b) этап, на котором изменяют частоту или скорость ротора по меньшей мере одного из указанных генераторов.
Способ согласно изобретению может содержать одну или группу следующих характеристик или этапов, взятых отдельно друг от друга или в совокупности друг с другом:
- этап, на котором указанный буферный резервуар и указанные средства для распределения одновременно снабжают азотом на этапах а) и б);
- этап, на котором азот берут из указанного буферного резервуара и используют для снабжения указанных средств распределения всех потребителей.
Согласно четвертому аспекту изобретение предлагает устройство для производства и распределения азота, в частности, для судна, перевозящего сжиженный газ, содержащее:
- генераторы азота, каждый из которых содержит входное отверстие для воздуха и выходное отверстие для азота, при этом по меньшей мере один из этих генераторов содержит компрессор, содержащий ротор для сжатия воздуха; и
- буферный резервуар для хранения азота,
отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере одну систему для изменения частоты или скорости ротора по меньшей мере одного генератора с компрессором, и тем, что оно также содержит основные средства для распределения азота, выходящего из по меньшей мере одного указанного генератора с компрессором, без прохождения через указанный буферный резервуар для снабжения азотом по меньшей мере двух отдельных потребителей.
Авторы изобретения обнаружили, что при заданном давлении снабжаемого азота чистота диоксида азота увеличивается при уменьшении скорости потока. Таким образом, для чистоты, определенной на уровне 97% молекулярного азота при номинальной скорости потока, снижение скорости потока приводит к производству избыточного качества азота с избыточным снабжением воздуха в задней по ходу части. Изменение частоты или скорости ротора компрессора генератора азота позволяет гарантировать достаточное производство азота с достаточной чистотой, оптимизируя при этом потребление воздуха генераторами.
В этом случае буферный резервуар используется в качестве дополнительного источника азота, при этом генераторы соединяются непосредственно с потребителями и, таким образом, выполняются с возможностью непосредственно снабжать потребителей.
В настоящей заявке «основные» средства для распределения азота обозначают средства, которые предназначены для передачи большей части или всего потока азота, производимого генератором (генераторами), который(которые) работает. С другой стороны, «вторичные» средства для распределения азота предназначены для передачи лишь незначительной части потока производимого азота.
Устройство согласно изобретению может содержать одну или группу следующих характеристик, взятых отдельно друг от друга или в совокупности друг с другом:
- указанный по меньшей мере один генератор с компрессором содержит от начала до конца, от входного отверстия до выходного отверстия для азота, указанный компрессор, сепаратор воздуха от жидкости (жидкостей), такой как вода и/или масло, нагреватель и фильтрующую мембрану, выполненную с возможностью отделять азот от остального воздуха; на практике технологии мембранного разделения работают удержанием азота и позволяя проникать остальным компонентам воздуха;
- по меньшей мере определенные из указанных входных отверстий указанных генераторов соединены вместе и с одним портом снабжения воздухом, и/или по меньшей мере определенные из указанных выходных отверстий указанных генераторов соединены вместе и с одним выходным портом для азота;
- указанный один выходной порт для азота соединен, предпочтительно посредством клапана, с входным отверстием указанного буферного резервуара и с указанными основными средствами для распределения азота;
- устройство содержит вторичные средства для распределения азота, выходящего из указанного буферного резервуара для снабжения по меньшей мере определенных из указанных потребителей;
- основные средства для распределения соединены с вторичными средствами для распределения с помощью клапана;
- указанные потребители содержат средства для снабжения азотом уплотнений, в частности компрессоров указанного судна, средства для снабжения изолирующих пространств, в частности резервуары указанного судна, и средства для продувки, в частности линий снабжения указанного судна;
- указанные основные средства для распределения азота снабжают непосредственно по меньшей мере указанные средства для снабжения азотом уплотнений и указанные средства для снабжения изолирующих пространств;
- указанные основные средства для распределения азота содержат по меньшей мере один датчик давления и/или скорости потока, при этом этот датчик соединен с системой управления указанной системы для изменения частоты или скорости;
- указанные генераторы идентичны и имеют слишком большой размер, так что каждый из них может обеспечивать по меньшей мере одного из указанных потребителей, потребление которого с точки зрения скорости потока рассчитано на стабильность и непрерывность, когда этот генератор регулируется до уровня заряда ниже чем 100% с помощью указанной системы изменения.
Настоящее изобретение также относится к способу производства и распределения азота с помощью устройства согласно одному из предыдущих пунктов, включающего:
a) этап, на котором производят азот указанными генераторами;
b) этап, на котором изменяют частоту или скорость ротора указанного по меньшей мере одного генератора с компрессором; и
c) этап, на котором снабжают по меньшей мере определенных из указанных потребителей, не пропуская через указанный буферный резервуар.
Способ согласно изобретению может содержать одну или группу следующих характеристик или этапов, взятых отдельно друг от друга или в совокупности друг с другом:
- этап, на котором частотой или скоростью ротора указанного по меньшей мере одного генератора с компрессором управляют таким образом, чтобы давление или скорость потока были больше или равны пороговому значению в указанных основных средствах для распределения азота;
- пороговое значение давления в указанных основных средствах для распределения азота составляет 5 бар; и
- этап, на котором указанный буферный резервуар снабжают азотом, если и только если давление, измеренное в указанных основных средствах распределения, превышает указанное пороговое значение давления, и если давление, измеренное в указанном буферном резервуаре, ниже нижнего предельного значения.
Один из генераторов может использоваться для производства азота, когда скорость потока азота, требуемая указанными потребителями, ниже максимальной скорости потока азота, которую этот генератор может производить самостоятельно.
По меньшей мере два из генераторов или все генераторы могут использоваться для производства азота, когда скорость потока азота, требуемая указанными потребителями, выше максимальной скорости потока азота, которую может производить каждый из этих генераторов, но эта скорость потока требуемого азота ниже максимальных совокупных скоростей потока азота, которые эти генераторы могут производить при одновременной работе.
По меньшей мере два из генераторов или все генераторы могут использоваться для производства азота, когда скорость потока азота, требуемая указанными потребителями, превышает максимальную совокупную скорость потока азота, которую эти генераторы могут производить, когда они работают одновременно. Буферный резервуар может использоваться для обеспечения дополнительной скорости потока азота, достаточной для удовлетворения требований потребителей, в частности во время охлаждения резервуара, с которым соединены эти потребители.
Предпочтительно, максимальная скорость потока азота требуется указанными потребителями, и, в частности, одним из указанных потребителей, для охлаждения резервуара для хранения сжиженного газа.
Указанный потребитель (потребители) может потребовать скорость потока азота для охлаждения резервуара без предварительного инертирования резервуара, так как резервуар может быть доведен до температуры выше -40°C благодаря его снабжению азотом.
Указанный потребитель (потребители) может потребовать скорость потока азота для охлаждения резервуара после того, как резервуар был подвергнут инертированию, при этом резервуар может быть доведен до температуры выше -10°C или 0°C благодаря его снабжению азотом. Характеристики различных аспектов изобретения могут объединяться друг с другом, даже если эти объединения не обязательно подробно описаны в вариантах выполнения, описанных ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение будет лучше понято, и другие подробности, характеристики и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными при чтении следующего описания, предоставленного в качестве неограничительного примера, и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
- фигура 1 представляет собой схематичный вид устройства для производства и распределения азота;
- фигура 2 представляет собой схематичный вид варианта выполнения устройства для производства и распределения азота согласно изобретению;
- фигуры 3-5 представляют собой схематические виды, соответствующие фигуре 1, и иллюстрирующие этапы способа согласно изобретению;
- фигура 6 представляет собой схематичный вид варианта выполнения устройства для производства и распределения азота согласно изобретению;
- фигура 7 представляет собой схематичный вид другого варианта выполнения устройства для производства и распределения азота согласно изобретению;
- фигура 8 представляет собой схематичный вид другого варианта выполнения устройства для производства и распределения азота согласно изобретению;
- фигуры 9-14 представляют собой схематические виды, соответствующие фигуре 8, и иллюстрирующие этапы способа согласно изобретению;
- фигура 15 представляет собой схему, на которой очень схематично показано производство азота генераторами устройства согласно известному уровню техники, относительно потребности в азоте основного потребителя азота;
- фигура 16 представляет собой схему, на которой очень схематично показано производство азота генераторами другого устройства относительно потребности в азоте основного потребителя азота, при этом генераторы в этом случае имеют фиксированную скорость потока;
- фигура 17 представляет собой схему, на которой очень схематично показано производство азота генераторами устройства согласно изобретению относительно потребности в азоте для основного потребителя азота, при этом генераторы в этом случае имеют переменную скорость потока; и
- фигура 18 представляет собой схему, суммирующую и сравнивающую устройства на фигурах с 15 по 17.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
В последующем описании термины «задний по ходу» и «передний по ходу» относятся к потоку текучей среды, такой как газ или жидкость, в канале или контуре.
На Фигуре 1 показано устройство 10 для производства и распределения азота, в частности, для судна, перевозящего сжиженный газ.
Устройство 10 по существу содержит генераторы 12 азота, каждый из которых содержит входное отверстие 12а для воздуха и выходное отверстие 12b для азота, буферный резервуар 14 для хранения азота и средства 16 для распределения азота, которые предназначены для снабжения потребителей 18, 20 и 22 азотом.
Существуют два генератора 12, которые установлены параллельно, при этом их входные отверстия 12а соединены вместе и соединены с одним портом 24 для снабжения воздухом генераторов. Их выходные отверстия 12b соединены вместе коллектором и соединены с входным отверстием 14а буферного резервуара 14.
От задней по ходу части до передней по ходу части, то есть от входного отверстия 12а до выходного отверстия 12b, каждый генератор 12 содержит воздушный компрессор 26, сепаратор 28 воздуха от текучей среды (текучих сред), такой как вода и/или масло, воздухонагреватель 30 и фильтрующую мембрану 32, которая выполнена с возможностью отделять азот от остального воздуха. Компрессор 26 каждого генератора, представляет собой, например, тип с ротором сжатия. Ротор имеет, например, поршень, винт или лопасти.
Буферный резервуар 14 оснащен клапаном 34 избыточного давления, который выполнен с возможностью обеспечивать выпуск азота, содержащегося в резервуаре 14, во внешнюю среду, когда давление внутри резервуара 14 превышает предварительно определенное пороговое значение, например, 11 бар.
Буферный резервуар 14 также оснащен датчиком 36 давления, который выполнен с возможностью измерять давление азота, известного как P1, во внутреннем пространстве резервуара 14.
Буферный резервуар 14 также содержит выходное отверстие 14b для азота, которое соединено средствами 16 распределения с потребителями 18, 20 и 22. В этом случае средства 16 распределения содержат редукционные клапаны 38, 38’ давления, входное отверстие которых соединено с выходным отверстием 14b, и выходное отверстие которого соединено с потребителем 18, 20, 22. Каждый редукционный клапан давления выполнен с возможностью снабжаться азотом в задней по ходу части при любом давлении (через резервуар 14) и устанавливать постоянное давление в передней по ходу части соответствующему потребителю. Клапаны 38, которые соединены с потребителями 20, 22, выполнены с возможностью устанавливать азот при известном давлении Pc1 потребления, которое составляет, например, 5 бар. Клапан 38', который соединен с потребителем 18, выполнен с возможностью устанавливать азот при известном давлении Pc2 потребления, которое составляет, например, 0,5 бар.
В представленном примере потребитель 18 относится к типу III и содержит, например, средства для снабжения азотом изолирующих пространств, например, резервуаров для хранения сжиженного газа судна. Потребитель 20 относится к типу II и содержит, например, средства для продувки линий циркуляции жидкости судна. Потребитель 22 относится к типу I и содержит средства для снабжения азотом уплотнений подшипников компрессоров судна. Типы I, II и III были ранее представлены.
Устройство 10 также содержит систему 40 для управления генераторами 14 и, в частности, компрессорами 26 генераторов, в зависимости, в частности, от сигналов, излеченных датчиком 36 давления.
Один из генераторов 12 считается основным генератором, а другой из генераторов считается релейным генератором. Каждый генератор выполнен с возможностью работать в режиме «все или ничего» и управляется системой 40.
3
Основной генератор выполнен с возможностью производить азот, когда давление в резервуаре 14, измеренное датчиком 36, находится между 6 и 9 бар. Релейный генератор выполнен с возможностью производить азот, когда давление в резервуаре 14, измеренное датчиком 36, находится между 5 и 8 бар. Система 40 управляет генераторами 14 в соответствии с требованиями к азоту потребителей, так что давление P1 в буферном резервуаре находится на максимальном значении приблизительно 10 бар. Таким образом, когда потребление азота таково, что давление P1 снижается ниже 9 бар, система 40 приводит в действие основной генератор, чтобы производить азот и заполнять буферный резервуар 14. Когда потребление азота таково, что давление P1 снижается ниже 8 бар, система 40 приводит в действие основной и релейный генераторы, чтобы производить азот и заполнять буферный резервуар 14. Эта операция запуска и остановки позволяет гарантировать максимальное количество азота, доступного в буферном резервуаре 14, но приводит к ускоренному износу генераторов и, следовательно, к сокращению их срока службы. Эти генераторы также являются дорогостоящими, поскольку они имеют слишком большой размер (и идентичны), так что их может быть достаточно для обеспечения наибольшего потребителя азота с точки зрения скорости потока, то есть потребителя 18 типа III. Каждый из них имеет, например, производственную мощность азота 150 Нм/ч при 10 бар.
На Фигурах 2-5 показан первый вариант выполнения устройства 110 согласно изобретению, которое по существу содержит те же элементы, что и элементы устройства 10. Предшествующее описание, установленное в отношении устройства 10, таким образом, относится к устройству 110 при условии, что оно не противоречит описанию, которое следует ниже.
В последующем описании элементы, уже описанные ранее, обозначены теми же ссылочными позициями, увеличенными на сто.
В этом случае устройство 110 содержит три генератора 112, но оно может содержать больше генераторов. Генераторы 112 установлены параллельно, при этом их входные отверстия 112а соединены вместе и соединены с одним портом 124, а их выходные отверстия 112b соединены вместе и соединены с входным отверстием 114а буферного резервуара 114.
3
В отличие от известного уровня техники, в этом случае генераторы 112 не имеют слишком большой размер. Они идентичны и выполнены с возможностью самостоятельно снабжать потребителя 22 типа I, который имеет стабильное потребление. На практике каждый генератор предпочтительно имеет такие размеры, чтобы производить скорость потока азота, которая немного больше, чем скорость потока постоянного потребления азота потребителем типа I. Например, каждый из них имеет производственную мощность азота 50 Нм/ч при 6 бар.
Каждый генератор 112 содержит от задней по ходу части до передней по ходу части, то есть от входного отверстия 112а до выходного отверстия 112b, воздушный компрессор 126, сепаратор 128 воздуха от текучей среды (текучих сред), такой как вода и/или масло, воздухонагреватель 130 и фильтрующую мембрану 132, которая выполнена с возможностью отделять азот от остального воздуха.
Определенные элементы генераторов 112 могут быть объединены. Это имеет место, например, для сепараторов 128 и нагревателей 130 генераторов, которые схематически представлены прямоугольниками в пунктирных линиях на фигуре 2. Таким образом, устройство 110 может содержать разделитель 128, который является общим для трех генераторов 112 или только для двух из них. Таким же образом устройство 110 может содержать нагреватель 130, который является общим для трех генераторов 112 или только для двух из них.
Выходные отверстия 112b генераторов 112 соединены клапаном 142 с входным отверстием 14а буферного резервуара 114. Датчик 114 давления установлен по ходу перед клапаном 142 и позволяет измерять давление азота, известное как P2, на выходном отверстии генераторов 112. Буферный резервуар 114 также оснащен двумя датчиками 136 и 146 давления, которые выполнены с возможностью измерять давление P1 во внутреннем пространстве резервуара. Датчики 136, 146 могут быть заменены одним датчиком. Сигналы, которые излучаются датчиками 144 и 136, предназначены для приема системой 140, которая управляет работой средств 148 для управления клапаном 142. Таким же образом сигналы, которые излучаются датчиком 146, предназначены для приема системой 140, которая управляет работой средств 150 для управления клапаном 152 рециркуляции азота.
Устройство 110 содержит линию 154 рециркуляции азота, задний по ходу конец которой соединен с выходным отверстием 114b для азота резервуара 114, или противоположный передний по ходу конец которого соединен с входными отверстиями 112а генераторов 112.
Линия 154 оснащена клапаном 152, а также обратным клапаном 156. Она также может быть оснащена расходомером 158, сигналы которого предназначены для передачи в систему 140. Расходомер 158 позволяет определять количество азота, произведенного в избытке. В случае, когда скорость потока азота, образующегося в избытке и циркулирующего в линии 154, слишком велика, система 140 может давать команду остановки одного из генераторов 112, когда работают два генератора.
Средства 150 выполнены с возможностью приводить в действие клапан 152, когда давление в резервуаре 114, измеренное датчиком 146, превышает определенный порог, например, приблизительно 10 бар.
В случае избыточного производства азота линия 154 позволяет повторно использовать произведенный в избытке азот, чтобы избежать остановки генераторов и, таким образом, ограничивать количество циклов запуска и остановки.
Буферный резервуар 114 оснащен клапаном 134 избыточного давления, и его выходное отверстие 114b соединено первыми средствами 116а распределения с потребителями типа II и III, то есть с потребителями 118 и 120.
В этом случае средства 116а распределения содержат редукционные клапаны 138, 138’ давления, входное отверстие которых соединено с выходным отверстием 114b, и выходное отверстие которого соединено с потребителем 118, 120.
Устройство 110 также содержит вторые средства 116b для непосредственного распределения азота потребителю типа I, то есть потребителю 122. В этом случае эти средства 116b распределения содержат редукционный клапан 138 давления, входное отверстие которого соединено с выходными отверстиями 112b генераторов 112, и выходное отверстие которого соединено с потребителем 122.
Выходные отверстия 112b генераторов 112, таким образом, соединены вместе, чтобы образовывать первую ветвь соединения в форме буквы «Y», вторая ветвь которой соединена клапаном 142 с входным отверстием 114а резервуара, и третья ветвь которого соединена с клапаном 138 и с потребителем 122. Прямое снабжение потребителя 122, которое требует постоянной скорости потока азота в течение относительно длительного периода, позволяет избегать многочисленных циклов запуска и остановки работы генераторов и, таким образом, ограничивать их износ. Кроме того, резервуар 114 может принимать функцию хранения азота и иметь давление хранения, которое изменяется от минимального значения до максимального значения, а не просто буферную функцию, для которой рабочее давление должно поддерживаться постоянным.
В соответствии с вариантом, который не представлен, потребителем, который снабжается непосредственно генераторами 112, может быть потребитель 120 типа II.
На Фигурах 3-5 показаны этапы работы устройства 110 и, в частности, способ производства и распределения азота.
Этап, представленный на фигуре 3, представляет собой прямое снабжение азотом потребителя 122, а также рециркуляцию азота, если это необходимо.
Один из генераторов 112 приводится в действие системой 140 и производит азот со скоростью потока и давлением, достаточными для удовлетворения потребностей потребителя 122 типа I. Давление азота равно 5 бар на дальней по ходу части клапана 138 средств 116b и выше 5 бар на ближней по ходу части этого клапана. Избыточный азот, производимый генератором, передается в буферный резервуар 114 через клапан 142, который остается постоянно открытым.
В случае, когда давление азота во внутренней части резервуара 114, измеренное датчиком 146, превышает определенный порог, например, 10 бар, клапан 152 открывается, и азот выпускается из резервуара для снижения его давления и возвращения азота в выходные отверстия 112a генераторов. Следовательно, этот азот будет повторно обрабатываться генераторами, чтобы увеличивать выходную мощность производства азота устройства, то есть обогащение азотом газа на выходном отверстии генераторов.
Этап, представленный на фигуре 4, также представляет собой прямое снабжение азотом потребителя 122, а также рециркуляцию азота, если это необходимо.
Два из генераторов 112 приводятся в действие системой 140 и производят азот со скоростью потока и давлением, которые достаточны для удовлетворения потребностей потребителя 122 типа I или других потребителей. Давление азота равно 5 бар спереди по ходу от клапана 138 средства 116а и выше 5 бар сзади по ходу этого клапана. Избыточный азот, произведенный генератором, передается в буферный резервуар 114 через клапан 142, который открыт.
В случае, когда давление азота во внутренней части резервуара 114, измеренное датчиком 146, превышает вышеупомянутый порог, клапан 152 открывается, и азот выпускается из резервуара, чтобы понижать его давление и возвращать азот к входным отверстиям 112а генераторов.
Когда потребителям не требуется азот или требуется скорость потока азота, которая ниже, чем скорость потока произведенного азота, давление азота в резервуаре 114 увеличивается. За пределами порога давления средства 150 управляют открытием клапана 152 и, таким образом, рециркуляцией части азота, содержащейся в резервуаре, например, для поддержания его внутреннего давления на уровне 10 бар. В случае, когда скорость потока рециркулирующего азота ниже порогового значения, генераторы продолжают работать. В случае, когда эта скорость потока превышает это пороговое значение, один из генераторов может быть остановлен системой 140.
Когда потребителям требуется скорость потока азота, превышающая скорость потока произведенного азота, давление азота в резервуаре 114 уменьшается. Затем система может дать команду на активацию третьего генератора 112, чтобы предотвращать достижение минимального значения давления в резервуаре, например, 1 бар. Устройство, однако, выполнено с такой возможностью, чтобы давление в резервуаре могло падать до такого низкого уровня, какого не было в известном уровне техники.
Перед активацией генератора, такого как третий, система 140 может давать команду на активацию нагревателя этого генератора. Это позволяет предварительно нагревать генератор с целью его намеченной работы.
Этап, представленный на фигуре 5, представляет снабжение азотом потребителей 118 и 122. Потребитель 118 требует относительно высокой скорости потока азота. Это имеет место, в частности, во время охлаждения и заполнения резервуара с жидким газом, поскольку изолирующее пространство этого резервуара должно быть снабжено азотом с высокой скоростью потока и низким давлением.
Два из генераторов 112 приводятся в действие системой 140 и производят азот, часть которого непосредственно снабжает потребителя 122, а другая часть которого снабжает буферный резервуар 114. В средствах 116b распределения давление азота равно 5 бар спереди по ходу клапана 138 и выше или равно 5 бар сзади по ходу этого клапана. В средствах 116a распределения давление азота равно 0,5 бар спереди по ходу клапана 138’ и выше 0,5 бар сзади по ходу этого клапана.
Клапан 142 управляется так, чтобы гарантировать, что давление сзади по ходу клапана 138 средств 116b распределения всегда выше 5 бар. Для этой цели клапан 138 может быть практически закрыт, так что весь или почти весь азот, произведенный генераторами, снабжает потребителя 122.
В общем, независимо от условий работы устройства 110, клапан 142 предпочтительно остается открытым. Это позволяет в любой момент снабжать буферный резервуар 114 азотом и восстанавливать баланс давлений сзади по ходу и спереди по ходу клапана 142, то есть в выходном коллекторе азота генераторов 112 и в резервуаре 114. Если скорость потока потребляемого азота высокая и превышает скорость потока азота, производимого генераторами 112, давление в резервуаре будет снижаться. Если потребление азота прекращается или потребляемая скорость потока ниже, чем скорость потока снабжения, то давление в резервуаре будет увеличиваться, пока не достигнет максимального значения.
В частности, клапан 142 выполнен с возможностью полностью открываться, когда давление во внутренней части резервуара выше 5 бар, и частичного открываться, когда давление во внутренней части резервуара ниже 5 бар, так что давление сзади по ходу клапана выше или равно 5 бар.
Как вариант, клапан 142 может быть заменен клапаном с двумя состояниями, то есть все или ничего. В этом случае потребуется дополнительный канал для соединения выходных отверстий генераторов с входным отверстием буферного резервуара параллельно с клапаном, чтобы обеспечивать соединение по текучей среде между выходными отверстиями генераторов и входным отверстием буферного резервуара, даже когда клапан закрыт.
На Фигуре 6 показан второй вариант выполнения устройства 210 согласно изобретению, которое по существу содержит те же элементы, что и элементы устройства 110. Предшествующее описание, обеспеченное в отношении устройства 110, следовательно, относится к устройству 210 при условии, что оно не противоречит описанию, которое следует ниже.
В последующем описании элементы, уже описанные ранее, обозначены теми же ссылочными позициями, увеличенными по меньшей мере на сто.
Вариант выполнения на фигуре 6 отличается от варианта выполнения на фигурах 2-5, в частности, тем, что первые средства 216а распределения соединены со вторыми средствами 216b распределения обводной линией 260, которая оснащена клапаном 262 и/или обратным клапаном.
Обводная линия 260 выполнена с возможностью допускать прохождение азота из средств 216а распределения и, таким образом, из буферного резервуара 114 до потребителя 122. Линия 260 может иметь задний по ходу конец, соединенный со средствами 216а распределения, чуть более задний по ходу клапанов 138, 138', и передний по ходу конец, соединенный со средствами 216b распределения, чуть более передний по ходу клапана 138.
Выходные отверстия 212b двух генераторов 212 в этом случае соединены с входным отверстием 214а буферного резервуара 214 каналом, который не имеет клапана, чтобы упрощать устройство 210. Устройство 210 также не имеет линии рециркуляции, хотя оно может содержать ее.
Кроме того, устройство 210 содержит по меньшей мере одну систему 264 для изменения частоты или скорости ротора компрессора 226 по меньшей мере одного из генераторов 212'. Система 264 может управляться системой 240. Как вариант, она может управляться вручную, при этом частота или скорость ротора настраиваются вручную.
В представленном примере система 264 связана с одним из компрессоров, выходное отверстие 212b’ которых подсоединено непосредственно к средствам 216b распределения, и не связано с выходными отверстиями 212b других генераторов. Выходные отверстия 212b двух других генераторов соединены с входным отверстием 214а резервуара, как описано ранее.
На Фигуре 7 показан третий вариант выполнения устройства 310 согласно изобретению, которое по существу содержит те же элементы, что и элементы устройства 210. Предшествующее описание, установленное в отношении устройства 210, следовательно, относится к устройству 310 при условии, что оно не противоречит описанию, которое следует ниже.
В последующем описании элементы, уже описанные ранее, обозначены теми же ссылочными позициями, увеличенными по меньшей мере на сто.
Вариант выполнения на фигуре 7 отличается от варианта на фигуре 6, в частности, тем, что устройство 310 содержит только первые средства 316а распределения и, таким образом, не содержит вторые средства для непосредственного распределения азота из выходных отверстий 312а генераторов 312. Средства 316а распределения, таким образом, соединены с выходным отверстием 314b буферного резервуара 314 и со всеми потребителями 318, 320 и 322 редукционными клапанами 338, 338’ давления. Все выходные отверстия 312b генераторов соединены вместе и с входным отверстием 314а буферного резервуара.
Кроме того, устройство 310 содержит средства 366 для управления системой 364, в частности, в соответствии с давлением в буферном резервуаре 314, измеренным датчиком 346 давления.
В варианте выполнения, показанном на фигуре 7, генератор, с которым связана система 364, может иметь меньший размер по сравнению с другими генераторами. Этот генератор, например, аналогичен ранее описанным 112, 212, 212, в то время как другие генераторы могут быть того типа, который использовался в известном уровне техники (которые в целом имеют слишком большой размер).
В общем, изобретение предлагает решения для решения технической проблемы ускоренного износа азотных генераторов в результате их работы в режиме «все или ничего» или режима запуска и остановки.
На Фигурах 8-14 показан другой вариант выполнения устройства 410 согласно изобретению, которое по существу содержит те же элементы, что и элементы устройства 10. Предшествующее описание, установленное в отношении устройства 10, следовательно, относится к устройству 110 при условии, что оно не противоречит описанию, которое следует ниже.
В последующем описании элементы, уже описанные ранее со ссылкой на фигуру 1, обозначены теми же ссылочными позициями, увеличенными на четыреста.
В этом случае устройство 410 содержит два генератора 412, но может содержать больше из них. Генераторы 412 установлены параллельно, при этом их входные отверстия 412а соединены вместе и соединены с одним портом 424, и их выходные отверстия 412b соединены вместе.
От задней по ходу части до передней по ходу части, то есть от входного отверстия 412а до выходного отверстия 412b, каждый генератор 412 содержит воздушный компрессор 426, сепаратор 428 воздуха от текучей среды (текучих сред), такой как вода и/или масло, воздухонагреватель 430 и фильтрующую мембрану 432, которая выполнена с возможностью отделения азота от остальной части воздуха. На практике технологии мембранного разделения работают удержанием азота и позволяя проникать остальным компонентам воздуха.
Определенные элементы генераторов 412 могут быть объединены, как описано ранее.
Выходные отверстия 412b генераторов 412 соединены клапаном 442 с входным отверстием 414а буферного резервуара 414. Выходные отверстия 421b также соединены с основными средствами 416b для распределения азота потребителям 418 и 422.
Прямое снабжение потребителей позволяет избежать многочисленных циклов запуска и остановки генераторов и, таким образом, ограничить их износ. Кроме того, резервуар 414 может принимать функцию хранения азота и иметь давление хранения, которое изменяется от минимального значения до максимального значения, а не просто буферную функцию, для которой рабочее давление должно поддерживаться постоянным.
Выходное отверстие 414b буферного резервуара 414 также соединено вторичными средствами 416a для распределения азота по меньшей мере одному из потребителей, в данном случае потребителю 418 типа III. Буферный резервуар 414 может содержать другое выходное отверстие 414с, которое соединено с потребителем 420 типа II.
Основные средства 416b для распределения оснащены датчиками 444а, 444b давления и датчиками 445 скорости потока. Датчик 444a давления и датчик 445 скорости потока расположены непосредственно на выходном отверстии генераторов 412, а другой датчик 444b давления расположен дополнительно спереди по ходу. Датчики 444a, 444b выполнены с возможностью измерять давление P1 и P2 азота в средстве 416b.
Буферный резервуар 414 также оснащен датчиком 446a давления, который выполнен с возможностью измерения давления P4 во внутреннем пространстве резервуара. Вторичные средства 416а распределения оснащены датчиком 446b давления, который выполнен с возможностью измерения давления Р3.
На переднем по ходу конце от каждого потребителя 418, 420, 422 средства распределения 416а, 416b содержат редукционный клапан 438, 438', 438” давления.
В представленном примере основные средства 416b распределения содержат две соответствующие линии снабжения потребителей 418, 420, 422. Первая линия 416b1 продолжается от выходных отверстий 412b генераторов 412 до потребителя 422 и оснащена датчиками 444a, 444b и 445, а также клапаном 438. Вторая линия 416b2 продолжается между первой линией 416b1 и потребителем 418 и оснащена клапаном 438', а также другим клапаном 462, который расположен спереди по ходу клапана 438'. Вторая линия 416b2 соединена с первой линией 416b1 спереди по ходу датчиков 444a, 444b, 445 и сзади по ходу клапана 438. Третья линия 416b3 продолжается между первой линией 416b1 и потребителем 420 и оснащена клапаном 438''. Линия 416b3 соединена только с выходным отверстием 414c буферного резервуара 414. Вторичные средства 416а распределения соединены со второй линией 416b2 и спереди по ходу клапана 462 и сзади по ходу клапана 438'. Эти средства 416а распределения оснащены клапаном 443.
Сигналы, излученные датчиками 446a, 444b, предназначены для приема средствами управления 448a, 448b, которые управляют клапанами 442 и 462 соответственно. Таким же образом сигналы, которые излучаются датчиком 446b, предназначены для приема средствами 448c управления, которые соответствующим образом управляют клапаном 443.
Сигналы, которые излучены датчиками 444a, 445, предназначены для приема системой 440 управления системы 464 для изменения частоты или скорости ротора компрессора 426 каждого генератора 412.
Таким образом, будет понятно, что скорость или частота каждого ротора компрессора регулируется в соответствии с давлением и/или скоростью потока азота, циркулирующего в основном средстве 416b распределения.
В отличие от устройства 110, где каждый (все или ничего) генератор имеет мощность, немного большую, чем у обычного потребителя 422, в этом случае генераторы 412 устройства 410 имеют большие мощности, так что система 464 изменения может заставлять работать генератор с пониженным зарядом (с «низким» функционированием) и выполнять требование постоянного потребителя 422. Когда потребность возрастает, например, в результате дополнительной потребности потребителя 418, система 464 позволяет увеличивать производство генератора.
3
«Низкое» функционирование соответствует, например, рабочей точке 50 Нм/ч при 6 бар, что соответствует приблизительно от 30 до 50% номинальной мощности генератора. Это «низкое» функционирование соответствует стабильному регулярному потреблению, то есть потребностям потребителя 422.
Максимальная мощность генераторов больше не связана с максимальным требованием, которое остается прерывистым.
На Фигурах 9-14 показаны этапы работы устройства 410 и, в частности, способа производства и распределения азота.
Этап, представленный на фигуре 9, представляет прямое снабжение азотом потребителя 422 или, необязательно, потребителя 418.
Один из генераторов 412 приводят в действие системой 440 и он производит азот со скоростью потока и давлением, достаточными для удовлетворения потребностей потребителя 422 типа I. Давление азота равно 5 бар спереди по ходу клапана 438 средства 416b и выше 5 бар сзади по ходу этого клапана. В отличие от устройства 110, больше нет избыточного производства азота, поскольку генератором управляют так, чтобы производить все, что требуется. В случае рабочей скорости на фигуре 9, по существу, есть только потребитель 422, который потребляет. Потребитель 418 может потенциально потреблять низкую скорость потока или не использовать ее вообще, при этом эта скорость потока затем проходит через клапаны 462, 438’, которые открыты.
Работающий компрессор генератора 412 может иметь нагрузку от 30 до 50% его номинальной мощности. Этой нагрузкой управляют системой 440 в соответствии с потребляемой скоростью потока, измеренной датчиком 444а. Датчик 445 позволяет гарантировать рабочую скорость, и что на клапан 438 фактически подается давление по меньшей мере равное 5 бар. Клапаны 442 и 443 закрыты. Клапан 462 полностью открыт для небольших потребностей азота потребителя 418. Клапан 438', таким образом, открыт. Поэтому Фигура 9 представляет стабильное нормальное состояние потребления устройства.
Этап на фигуре 10 представляет увеличение требований к азоту потребителей 422 и 418. Давление или скорость потока азота выше, чем на предыдущем этапе.
Увеличение потребляемой скорости потока, измеренное датчиком 444а, а также давление, измеренное датчиком 445, в этом случае показывают увеличение скорости потока. Система 440 увеличивает нагрузку на компрессор, чтобы соответствовать требованию. Клапаны 442 и 443 закрыты. Клапан 462 полностью открыт для небольших потребностей азота потребителя 418. Клапан 438', таким образом, открыт.
Единственный генератор 412 работает на этапе 10 по сравнению с двумя на следующем этапе, проиллюстрированном на фигуре 11, который показывает состояние устройства, соответствующее высокому потреблению.
Два генератора 412 приводят в действие системой 440 и производят азот со скоростью потока и давлением, которые достаточны для удовлетворения требований потребителей 422 и 418. В этом случае потребителю 418 требуется относительно высокая скорость потока азота. В частности, это имеет место во время охлаждения и заполнения резервуара с жидким газом, когда изолирующее пространство этого резервуара необходимо снабжать азотом с высокой скоростью потока и низким давлением.
После этого увеличения потребления, которое приводит к тому, что компрессор запускается первым до приблизительно 80% его заряда, компрессор второго генератора, таким образом, запускается. Для обеспечения сбалансированного выходного давления общий заряд распределяется на оба компрессора. Например, два компрессора могут регулироваться до уровня заряда приблизительно 40%. В случаях «высокого потребления» считается, что требуемая скорость потока ниже или равна общей производительности двух компрессоров (2×100%). Клапаны 442 и 443 закрыты. Клапан 462 полностью открыт для небольших потребностей азота потребителя 418. Клапан 438', таким образом, открыт.
Пик потребления соответствует случаю, когда требуемая скорость потока превышает общую производительность двух компрессоров (2×100%). Когда это потребление превышает мощность, снабжаемое давление будет падать. Когда давление приближается к 5 бар, буферный резервуар 414 используется для завершения производства азота и поддержания необходимого давления, требуемого потребителями (фигура 12). Затем давление азота в резервуаре 414 уменьшается. Клапан 443 открывается и распределяет накопленный азот, чтобы поддерживать достаточное давление сзади по ходу клапана 438'. Клапан 462 постепенно закрывается, чтобы поддерживать достаточное давление сзади по ходу клапана 438. Клапан 442 остается закрытым. Считается, что пик потребления пройден, когда давление P2, измеренное датчиком 444b, снова возрастает до достаточного значения.
Случай снижения скорости потока или давления азота, требуемый потребителями (фигура 13), аналогичен случаю увеличения этой скорости потока или этого давления, как показано на фигуре 11.
Этап, представленный на фигуре 14, представляет снабжение азотом потребителей и буферного резервуара 414. Два из генераторов 412 приводятся в действие системой 440 и производят азот, одна часть которого непосредственно снабжает потребителя 422, а другая часть которого снабжает буферный резервуар 414. В средствах 416b распределения давление азота равно 5 бар спереди по ходу этого клапана 438 и выше или равно 5 бар сзади по ходу этого клапана. В средствах 416a распределения давление азота равно 0,5 бар спереди по ходу клапана 438’ и выше 0,5 бар сзади по ходу этого клапана.
Когда потребителям не требуется азот или требуется скорость потока азота ниже, чем скорость потока произведенного азота, давление азота в резервуаре 414 увеличивается. За порогом давления средства 448с управляют открытием клапана 443.
При нормальной рабочей скорости, когда пика нет, резервуар 414 должен оставаться заполненным, предпочтительно при самом высоком давлении, которое может быть создано генераторами 412, например между 10 и 12 бар. Если и только если давление P2, измеренное датчиком 444b, больше 5 бар, и давление P4, измеренное датчиком 446a, ниже 8 бар (например), то клапан 442 начинает открываться, чтобы позволить снабжение резервуара азотом, и таким образом увеличить его давление. Два компрессора могут использоваться при 100% для достижения этого максимального давления наполнения от 10 до 12 бар.
Клапан 442 в любом случае управляется таким образом, чтобы гарантировать, что давление сзади по ходу клапана 438 средств 416b распределения всегда выше 5 бар. Для этой цели клапан 438 может быть почти закрыт, так что весь или почти весь азот, произведенный генераторами, снабжает потребителя 122.
Фигура 15 иллюстрирует уровень техники, предшествующий настоящему изобретению, и тот факт, что генераторы идентичны и имеют слишком большой размер, чтобы быть подходящими для установления скорости потока азота, достаточной для снабжения наибольшего потребителя, с точки зрения скорости потока, азотом, т.е. потребитель типа III. N1 и N2 представляют собой соответственно низкие и высокие уровни требований к азоту потребителей. Уровни L1 и L2 представляют собой соответственно производственные мощности азота двух генераторов G1 и G2. Мощность L1 первого генератора позволяет охватить уровень N1, но не уровень N2. Чтобы покрывать уровень N2, необходимо заставить два генератора работать одновременно, которые затем производят скорость потока азота, превышающую N2, и которая соответствует скорости потока азота (MAX) наибольшего потребителя азота типа III.
На фигуре 16 показан аналогичный случай с тремя генераторами (G1, G2 и G3) вместо двух, а также с буферным резервуаром (RT). N1 и N2 представляют собой соответственно низкие и высокие уровни требований к азоту потребителей. Уровни L1, L2 и L3 представляют собой соответственно производственные мощности азота трех генераторов. Мощность L1 первого генератора позволяет покрывать уровень N1. Совокупные мощности L1, L2 и L3 позволяют покрывать уровень N2. Помимо этого уровня, в дополнение к трем генераторам, буферный резервуар используется для снабжения большего количества азота и для завершения скорости потока, снабжаемой до скорости потока азота (MAX) наибольшего потребителя азота типа III.
Фигура 17 иллюстрирует один из аспектов изобретения и тот факт, что устройство содержит генераторы с переменной скоростью потока. В соответствии с требованиями один или группа генераторов снабжают азот. Если потребность в азоте низкая, запускается один из генераторов, и скорость или частота его ротора регулируется для обеспечения требуемой скорости потока. Если требуемая скорость потока превышает максимальную скорость потока, которую может производить один генератор, два генератора вводятся в эксплуатацию. Совокупные мощности L1 и L2 генераторов равны N2. Буферный резервуар используется для прерывистого снабжения избыточной скорости потока, необходимой для удовлетворения требований, и, следовательно, дополнительной скорости потока, необходимой для перехода от уровня N2 к уровню MAX.
Согласно варианту выполнения изобретения уровень N2 соответствует скорости потока, требуемой потребителем типа III во время охлаждения резервуара. Резервуар можно опорожнять и доводить до температуры выше -40°C. В случае, когда он не подвергается этапу инертирования, состоящему из впрыскивания инертного газа в резервуар с целью выпуска воздуха, резервуар может быть снова заполнен жидким газом. Перед этим, однако, необходимо охладить резервуар благодаря потребителю типа III. Таким образом, скорость потока N2 соответствует скорости потока, необходимой для снабжения этого потребителя.
Уровень MAX соответствует скорости потока, необходимой тому же потребителю во время охлаждения резервуара, который был предварительно инертирован. Резервуар можно опорожнять и доводить до температуры выше -10°C или 0°C. Он может быть подвергнут одному или нескольким этапам инертирования, состоящим из впрыскивания инертного газа в резервуар с целью выпуска воздуха, находящегося в нем, в результате операции технического обслуживания, например, выполняемой в резервуаре. Резервуар может быть снова заполнен жидким газом. Перед этим, однако, необходимо охлаждать резервуар благодаря потребителю типа III. Таким образом, скорость потока NMAX соответствует скорости потока, необходимой для снабжения этого потребителя.
Уровень N1 может соответствовать скорости потока, требуемой непрерывно одним или другим из других потребителей, например, типа I.