CN110869687B - 液化气体用装置和工艺 - Google Patents

Abstract

一种能够在稳定模式下与在最大氧气状态下运行的空气分离设备一起使用的液化器装置。从空气分离设备流向液化器的三种气流为低压氧气流、低压氮气流和高压氮气流。在温度约为37华氏度时，所有气流均汇聚在主换热器侧面。所有气体均以过冷液体的形式流出液化器，以进行储存或回流到空气分离设备中。液化器不包括前端电动压缩机，液化器会运送自产的液氮，将其泵送到420psig可运行压力，并使用涡轮机、冷凝器、闪蒸罐和多通道换热器。液化器将使用空气分离设备制取的计划数量的任何纯气态氧或氮气制取液体。

Description

液化气体用装置和工艺

相关申请交叉引用

本申请要求2017年5月16日提交的第62/506,932号美国临时专利申请的权益，其中，所述美国临时专利申请号62/506,932通过本发明的整体引用，成为本发明的一部分。

技术领域

本发明涉及液化气体，更具体地说，涉及一种将空气分离设备用于氮源和氧源的液化氮气和氧气等气体用装置和工艺，其中，该液化气体用装置和工艺的最高运行压力约为420psig，且无需使用电动压缩机升高压力。这种结构设计能够减少电费。

背景技术

液化氮气和氧气等气体用***和方法已为众人所熟知。生产大量液氮、液氧和液氩的主要过程是通过空气分离设备进行的。空气分离设备吸入大气并通过在低温温度下进行分馏过程，根据其沸点分离出组分气体或馏分。尽管还有其他工艺方法可将空气分离成不同的气体，例如变压吸附、真空变压吸附以及其他方法，但此类工艺方法均不能制取出可运输的液体。如今，大量生产可运输的液态气体需要大量的压缩机和膨胀机以及所有相关的设备，例如冷却塔，而此类设备需要大量的电力才能以较高的成本运行。

如今，液态气体的制取工艺是从主换热器温暖侧的两股流出气流中取气态纯氮，其中一股流量较大的气流为低压氮气流，而另一股氮气流的流量则为流量较大的低压氮气流流量的一半，但其压力更高。这种多用低压流，即流量较大、压力较低的2psig+/-1.5psig氮气和来自于液化器部分的闪蒸罐回流来自于两个换热器温暖侧出口。这种低压气流并未全部使用，有的气流排放回大气中，而其余的气流则送往低压氮气压缩机，在低压氮气压缩机中，压缩机出口压力等于压力更高的多用馈源压力。主换热器出口和低压氮气压缩机出口以及液化器换热器涡轮机回路温暖侧排出的气体一起组成压力较高的气流。所有气体均送往循环压缩机，然后将所有气体分配到两个涡轮增压器。在每个压缩阶段结束后，去除压缩热。分四个步骤对该气流进行冷却。第一步，将气体分流送往温暖的透平式膨胀机，第二步，将气态分流送往寒冷的涡轮机。剩余气流流出液化器，液化器中的气体为Soto液体。第三步，通过针阀降低气流压力，从而产生焦耳-汤普生效应。针阀出口提供两相液体。第四步，冷却液体和气体，将其全部冷却成液体，该步骤将在闪蒸罐中完成。该步骤需要制冷。

专用于制取工业气体市场中销售的液体的现有空气分离设备通常使用液化器。当前的液化器每次循环只制取少量的液体(大约15.2％的循环压缩机流量)。制取液体后，将其闪蒸以使其成为过冷液体，然后将少量液体回流到空气分离设备中进行制冷，同时将大部分液体送往储罐。无液氮回流到液化器中。仍然需要改进液化器装置。

发明内容

本发明涉及一种液化氮气和氧气等气体用***、装置和工艺。本发明所述***为开环制冷***，相比于现有液化***，本发明所述开环制冷***使用更少的电力，且随着通常有一定期限(例如五年)的现有电力合同期满，可逐渐实现本发明所述开环制冷***，以取代现有***。

在一个实施例中，液化器装置为空气分离设备的一部分，而在另一个实施例中，液化器装置为现有设备的改型。相同的工艺方法几乎可将任何气体变成液体。为进行说明，图1中以图解的方式示出了空气分离设备，该空气分离设备进口计量点111处的空气流量为780,000scfh。本发明所述液化器装置利用的氮气(图1中点203和216)和氧气(图1中点321)由空气分离设备的高压塔114和低压塔116(一些设备配备有三个主塔)制取而成。此类氮气和氧气流将从稳定运行的空气分离设备主换热器113温暖侧流出，在图1中点321处为纯氧气，在图1中点203和216处为两股氮气流，此类气流均待液化。在所示实施例中，液化器装置为现有空气分离设备改型的一部分。所有空气分离设备均可使用该液化器。在图1中，在温度为37华氏度，压力为19.928psia时，氧气在点321处流出主换热器113温暖侧，流量为161,521.037842scfh。在压力为14.94psia，温度保持为37.29华氏度时，氮气流流出主换热器113，进入点216，此时流量为371,184.701923scfh。在压力为67psia，温度保持为37华氏度时，氮气流流出换热器113，进入点203，此时流量为211,000scfh。

氧气流321、氮气流203和216供应给液化器装置，液化器装置为开环制冷装置，其以纯气体形式吸入单独的气流，且气流将流出液化器装置，在点537(参见图6)处为可供出售的液氮，在点381(参见图8)处为液氧。相比于传统液化器，本发明所述液化器装置显著降低了电力需求，因此能够以较低的费用制取可供出售的液体。

本发明所述***利用了液氮的许多特性。其中一个特性是，液氮通常是一种不可压缩流体，可在液化器装置中在点528(图6)处升高其压力，相比于可压缩气体，该过程使用更少的力即可达到可运行压力。可通过泵(图6中的液氮泵169或170)提高液氮流的压力，所示实施例中的泵的马力低于100。然后，将液体送入换热器(图4中的热水器145)，在换热器中，将图5中点528处的泵送液体煮沸至蒸发点。蒸汽的压力蒸汽点受到涡轮机154、158、162和166的四个可变导叶抑制(如图5所示)。然后，产生的蒸汽可用于运行四个透平式膨胀机153、157、161和165(也如图5所示)。在温度几乎达到其沸点时，图5中点450处的透平式膨胀机出口产生低压气体，将产生的低压气体引入相分离器151，然后添加到图4的冷凝器146中进行制冷，该过程能够制取出更多液体。透平式膨胀机流出的气体将在图4点500-点149处去除压力更高的氮气流和在图4点332-点305处去除压力更低的氧气流中的汽化潜热。

一些传统空气分离设备可能配备有氧气和/或氮气管道，该氧气和/或氮气管道将此处所述的气体输送到另一台压缩机中以供管道使用。剩余的气体可与管道压缩机不时排出的任何气体一起使用。尽管未示出，但需要了解的是，能够在尽量减少对本发明所述空气分离设备和液化器装置进行修改或更改的条件下进行此类更改。

下文提供的详细描述会突显出本发明的其他应用领域。应了解的是，本发明优选实施例的详细描述和具体示例仅用于说明之目的，此处示出的温度、压力和纯度接近于实际读数，但可能并不精确，且并不旨在限制本发明的范围。其他实施例可用于制取液化天然气。

附图说明

通过详细描述和附图，能够更加充分地了解本发明，其中：

图1为配置用于与本发明所述液化器装置搭配使用的主要车间空气分离设备的示意图。

根据本发明，图2为氩气液化***一般性操作的示意图。

图3a-3c为本发明所述液化器装置用氧气、低压和高压进气管的示意图。

图4为本发明所述液化器装置用换热器的示意图。

图5为本发明所述液化器装置涡轮升压***的示意图。

图6为本发明所述液化器装置液氮泵***的示意图。

图7为本发明所述液化器装置备用气态氮***的示意图。

图8为空气分离设备液氧过滤器室的示意图。

具体实施方式

以下详细描述为当前设想的发明的最佳模式。无需以限制性的观念来理解此类描述，但作为所述发明的非限制性示例，此类描述仅供说明之目的，且通过参考与以下描述和附图有关的描述，所属技术领域的专业人员能够知晓本发明的优点和结构。

以下详细描述将参考空气分离设备车间现场对本发明所述液化器装置进行描述，该空气分离设备车间现场进口计量箱处的进气空气流量为每小时780,000标准立方英尺，每天可制取650吨以上可供出售的液体，与液化器装置一起运行。

基线。发明人将首先说明一种每天可制取超过650吨液体产品的空气分离设备的运行方式。以下说明以所有纯氮气流中4ppm的氧气含量和0ppm的氩气含量以及在一个大气压力条件下在70华氏度下的标准立方英尺气体为依据。车间现场位置海拔高度约为海平面海拔高度，干球温度为80华氏度，湿球温度为70华氏度。此外，本文包括的表格提供了本文参考附图所述的空气分离设备和液化器装置组件内每个参考数字点或步骤的温度、压力和流量读数以及图形位置和其他评论。

空气分离过程。如图1所示，我们周围的空气为空气分离设备用来制取可供出售液体的空气1，最初将在过滤***100中进行过滤。正常情况下，有一个用于将空气压力升高至可运行压力的四级压缩机101和三个在102处去除冷凝水的中间冷却器。第四个压缩阶段后，可能有一个通常处于关闭状态的排气阀103。现在，用风冷式后冷却器104冷却压缩空气，然后用制冷装置105再次冷却。压缩期间水冷凝，并将冷凝水送往水分离装置106，在水分离装置106中，在107处将水去除。空气中仍有大量水分，必须将其干燥至-110华氏度露点，使用分子筛床108进行该操作。烘干操作将少量的筛上物料分解成细小的粉尘，然后用粉尘过滤器110将其去除。此时，可使用空气。

仪表供气总管有一条管线，该管线由常开的开/关阀112控制，以将过滤的空气供应到在点2处的备用气态氮***(参见图7)。所有剩余的空气在111处计量，并通过管线3送往主换热器113。从管线4中主换热器113流出的空气送往高压塔114的第三塔板。冷凝液体将落到高压塔114底部，并在管线5中将其去除。在点6处的这种液体必须先通过过冷器117冷却，然后在管线7中提升到点(8)处并分流进入管线9送往粗氩冷凝器120顶部或分流进入管线10送往低压塔116的第44塔板。如高压塔114所示，进入塔114的剩余气体通过38个塔板提升塔，并在管线200中塔114顶部去除此时为纯氮气的剩余气体。管线200中的氮气分流进入管线201，管线201通入低压塔116底部液体内的再沸器115的管侧。再沸器115将气态氮冷凝为液氮。流出管线220中再沸器的液氮流也将分流，其中大多数液氮回流至高压塔221中，剩余液氮引入管线222，从而进入过冷器117。

除了分流进入管线201外，有一股纯氮气分流在管线200处进入高压塔114，该纯氮气流将在管线202中移至主换热器113，在主换热器113中，加热气态氮流，然后气态氮流在点203处流出主换热器113。然后，气体进入液压器高压氮气进气管线，如图3c所示。如图1所示，在管线220处流出再沸器115的大多数液氮流在管线221处引入高压塔114，但剩余的液氮流在管线222处引入过冷器117。过冷器117去除液体流中更多的热量，以便液体流在管线223处流出过冷器117后，便可在无需显著闪蒸的情况下在低压塔116中使用。液体提升到低压塔116顶部，进入管线224中的控制阀，该控制阀将计量并降低该液体流的压力。在点549处，从点544(图6)处添加补充主操作热损失所需的液氮量，此添加的液氮流为流出新液化器的液氮流。到达点549前，来自于点544的液氮流分流，以便其中一股液氮流引入纯氩气***(图2点545)并将另一股液氮流引入控制阀548，控制阀548将在点549处计量并降低该液氮流的压力，如上文所述，该股液氮流与管线224中的气流汇合，共同组成管线225中的汇合气流。

汇合气流225在塔板65处进入低压塔116。流出管线210的在低压塔116顶部的气体大部分为氮气。来自引入纯氩气***(图2点545)的管线544中液压器装置的液氮以低压氮气(图2点558)的形式回流，并与在管线210处流出低压塔116的低压210氮气汇合，并将管线214中的汇合气流引入过冷器117。在管线215处流出过冷器117的气态氮将进入主换热器113，然后低压氮气流出主换热器113，进入本发明所述液化器装置的低压氮气进气管线，如图3b点216所示。

参见图1中的低压塔116，将其下降至塔板55，这是氮气废气和大量一氧化碳离开该工艺过程的位置。氮气废气流50流出低压塔116，进入过冷器117。在管线51中的过冷器(117)出口处，氮气废气流进入主换热器113，然后在管线52处流出主换热器113，温暖气流进入控制阀，控制阀对该气流进行计量。经过控制阀计量后，将管线53中的温暖氮气废气流用于重新激活离线的分子筛床109。因此，氮气废气流53送往燃气加热器122管侧，然后氮气废气流53在管线54处流出进入离线分子筛床109的顶部。首先加热筛床，然后通过氮气废气对其进行冷却，且气体将在管线55处流出进入大气中。参见低压塔116，将其下降至塔板44，在塔板44处，液体将从高压塔114底部进入管线10中。从高压塔114底部进入管线9中的液体进入粗氩冷凝器120，在粗氩冷凝器120中，该液体用于冷凝再沸器119管侧的粗氩。在管线11处去除从高压塔供给底部进入管线9中的少量液体，且在管线11处，对液体进行计量，然后在管线12处将液体送往低压塔116塔板42。从管线9流出高压塔114底部的剩余液体在再沸器119中冷凝粗氩期间汽化。由该汽化过程产生的气体在管线13处流出高压塔114，并由控制阀进行计量，之后，气体经由管线14进入低压塔116塔板43。将低压塔116降至塔板24，塔板24为低压塔中氩气量最大的位置。该气体经由管线15进入粗氩塔118。粗氩塔118底部的液体在管线16处流出进入计量控制阀。控制阀进行计量后，管线17中的液体重新送回低压塔塔板24中。

从低压塔116进入粗氩塔的管线15中的气体与粗氩塔118一起通过38个塔板提升至再沸器119。气体将在再沸器119的管侧变成液体和气体。液体和气体将流出进入相分离器121，且流出相分离器121的气体将引入氩气液化***(图2点400)。来自于相分离器121的液体引入粗氩塔118塔板38。参见低压塔116，将塔降至略低于塔板1，在此处发现的气体为“纯氧气”。在管线320处，将低压塔116中的气态氧移至主换热器113中，在主换热器113中，加热气体。经换热器加热后，温暖的气体引入液化器装置的氧气进气管线(参见图3a点321)。参见低压塔116，底部液体为“纯液氧”。再沸器115将液态氧变成驱动低压塔16的气态氧。尽管大部分气体会进入到塔中，但去除大量气态氧的过程将会造成压力降低。较低的压力意味着温度较低，这将降低所有返回至主空气压缩机101的方式的运行压力。需要在管线300中去除少量的液氧，以冲洗掉固体污染物。液氧将送往过冷器117，经过过冷器117后，将对管线301中的流量进行计量，但再沸器高度的液位控制将由图8中的阀门336或343或357进行。液氧流在点302处送往图8。图1底部也提及了图7中点40，点40为用于保持隔热冷却箱上压力为正压以阻止进入湿空气的冷却箱氮气吹扫点。另一组点在通往安全泄压阀213和安全隔板212的低压塔166供给装置211周围，该装置为冷装置，需要从图7点39处接收加热的氮气流，以确保在需要时进行工作。

纯氩气子***。如图2所示，示出了两种主要气流，其中一种气流为需要进行冷却的氮气流，另一种气流为需要进行处理的氩气流。氮气流从图1点545流入，为冷却液氮，分流进入两个控制阀，两控制阀均控制其供应的液氮浴。从一个控制阀546流出的气流进入纯氮气再冷凝器储气罐126，纯氮气再冷凝器储气槽126将从底部填充换热器125壳侧。液氮将汽化并在管线555处流出进入压力控制阀，然后进入管线557。来自于图1点545处的气流进入另一控制阀组，以保持纯氩气塔冷凝器131壳侧管线547中的液位。该液氮将汽化并在管线556处流出冷凝器131，进入压力控制阀，之后，液氮进入管线557，并在图1点558处返回主空气分离设备中。

需要进行处理的氩气从图1点400进入。该粗氩流将进入氩气换热器133冷侧并在管线401中加热，然后流出，流向与氢气管线403相连的汇合气流。汇合气流404引入氩气压缩机134，氩气压缩机134为带有一个中间冷却器的两级压缩机。在管线405处流出氩气压缩机134的压缩氩氢气流由后冷却器135冷却，并在管线406处流出后冷却器135，与补充氢气流汇合。补充氢气流来自于管道拖车136，流出进入小管线407，然后进行压力调节，经由供应管道408进入压缩氩气流406，形成组合流409，进入氩气火焰消除装置137。气流在管线410处流出火焰消除装置137后，引入去氧催化剂床138，在去氧催化剂床138中，组合氩气中的氢气和氧气，以制取水蒸气。此时，气流名称变为燃烧氩气。在管线411处流出去氧催化剂床138的燃烧氩气非常热且湿度很大。燃烧氩气流由后冷却器139冷却，之后，燃烧氩气中高湿度气体在管线412处变成水。接下来，使用相分离器140去除水，并使用底部排水控制阀在432处排放到大气中。在管线413处流出相分离器140时，燃烧氩气仍处于100％相对湿度下。燃烧氩气必须干燥至-110华氏度露点，因此气流需送往干燥机床141。在管线414处流出干燥机床141时，有一些含有燃烧氩气的粉尘，使用粉尘过滤器143去除此类粉尘。此时，管线402中的燃烧氩气为干燥无粉尘的可供使用的氩气，此类氩气将引入氩气换热器133。

随着燃烧氩气402进入氩气换热器133，燃烧氩气402受热。在氩气换热器133冷侧，气流415引入氢气分离器127，且其进入氢气分离器127时几乎形成液体。由于再沸器的冷凝作用，在管线416处流出氢气分离器127的气体提升至氩气再沸器128管侧。再沸器128的温度不够低，不足以液化去氧催化剂床138剩余的氢气，因此剩余氢气聚集在再沸器管侧顶部，且由于氢气分离器127底部无塔板，因此所有的氩气和氮气将液化并在417处落到氢气分离器127底部。再沸器顶部的氢气在419处移至流量控制阀，并在管线403处回流，与氩气压缩机的吸入流404汇合。

氢气分离器127底部的液体在418处移至液位控制阀，该液位控制阀在管线420处接入纯氩气塔130。该气流含有氩气和氮气，并含氧气和氢气痕量。该液体并未再冷却，将在减压后闪蒸。液体和气体混合物将分离，气体将通过蒸馏塔板提升，液体将溢出塔板，进入底部塔板，直到其聚集在底部。

纯氩气塔底部的液体将首先聚集在再沸器壳侧128外壳筒节129周围，筒节充满后，液体将填充纯氩气塔130底部。该液体在425处移至液位控制阀，并在427处与管线431中的再冷凝氩气汇合，流向纯氩气罐124。进入纯氩气塔130的气体将通过蒸馏塔板提升，直到其在冷凝器131管侧冷凝。冷凝器131壳侧充满液氮，这使得冷凝器131壳侧温度不够低，能够在管线421处液化氩气中的氮气，但不能液化氢气。液体和气泡在管线422处移至相分离器132。少量气体移至流量控制阀，在423处排放到大气中。该阀门的温度始终非常低，需要温暖的吹扫气流，温暖的吹扫气流接收自备用气态氮***(图7点37)。相分离器132中的液体在管线424处流出，回流至纯氩气塔130顶部塔板中并充当阻止氩气通过的冷盖。

储罐124中的氩气配有放气管线428，且氩气运输拖车123配有类似的放气管线429，两放气管线均通过排气自动压力控制阀排出多余的压力。排出的气体在430处使用同一根管线，进入氩气再冷凝器125管侧，在氩气再冷凝器125管侧，排出的气体液化，在管线431处，液体回流至汇合管线427，之后进入氩气储罐124。

该过程中使用两个氩气干燥机床，分别为图2中的141和142。如图2所示，所示的干燥机床141为正在使用的干燥器，干燥器142处于重新激活状态下。通过从图7点36处流出吹扫集管的氮气进行重新激活。干燥器容器自身配备有加热器，仅需使用干燥气态氮即可将污染物在433处移至出口处。

液化器的进气或排气管。如图3a-3c所示，有三股输入流进入液化器，所有这三股输入流均来自空气分离设备主换热器温暖侧(图1)。这三股输入流分别为气态氧输入流、来自于空气分离设备主换热器温暖侧低压侧的气态氮输入流和来自于高压塔的气态氮输入流。

如图3a所示，示出的气态氧输入流来自于图1点321处主换热器温暖侧。此时，该气态氧流流量由流量计325控制，以防止制取过剩。流量由空气分离设备设置，如果流量计331的读数不等于流量计325的读数，则将排出任何过量流量。通过流量计327观察过量氧气的排出情况，流量计327控制排气阀329。如果压力过高，则泄压阀328将打开。如果流量计327示出流量，则存在问题。阀门326为主流量控制阀。止回阀330供给流量计331。进气过程结束标志为氧气进入图4点332处的液化器。

在图3b中，示出的低压氮气流来自于图1点216处的主换热器温暖侧。此时，该低压氮气流流量由流量计250控制，以防止制取过剩。流量由空气分离设备设置，如果流量计256的读数不等于流量计250的读数，则将排出任何过量流量。通过流量计252观察过量氮气的排出情况，流量计252控制排气阀254。如果压力过高，则泄压阀253将打开。如果流量计252示出流量，则存在问题。阀门251为主流量控制阀。止回阀255供给流量计256。进气过程结束标志为氮气进入图4点257处的液化器。

在图3c中，来自于高压塔的气态氮流来自于图1点203处的主换热器温暖侧。此时，该高压氮气流流量由流量计231控制，以防止制取过剩。流量由空气分离设备设置，如果流量计237的读数不等于流量计231的读数，则将排出任何过量流量。通过流量计233观察过量氮气的排出情况，流量计233控制排气阀235。如果压力过高，则泄压阀234将打开。如果流量计233示出流量，则存在问题。阀门232为主流量控制阀。止回阀236供给流量计237。两英寸分支管线供给开/关阀238，开/关阀238将吹扫氮气供应送入图7点33。进气过程的主要出口为图4点239处的液化器。

液化器。如图4所示，以图解的方式示出了液化器装置的换热器和闪蒸罐。其位于绝热良好的箱盒中，其中，氮气吹扫来自图7点41的备用气态氮。如图3a-3c所示，来自于空气分离设备的三股气流将在在不同的点进入液化器冷却箱。氧气流将从图3a点332处进入液化器装置。氧气流依次通过三个换热器，即氧气冷却器144、热水器145和冷凝器146，然后氧气流进入氧气闪蒸罐147管侧。流出闪蒸罐管侧的气体为过冷液态氧，之后，过冷液态氧引入图8点305所示的液氧过滤器室。吸入氧气的过程将其状态从气体变为液体。该过程需要改变压力，使此处的液氧压力高于低压塔供给压力。根据闪蒸罐147的高度实现压力变化。闪蒸罐147应比流出低压塔流向氧气过滤器室的低压液氧管线高约十五英尺。这意味着，进入闪蒸罐的气态氧流温度不够低，不足以在进入闪蒸罐147前冷凝。

低压氮气流从图3b点257进入液化器装置。该低压氮气流从压力出口控制阀264处汇入下游气流，管线265中的组合气流在图5点265处进入透平式膨胀机。

高压塔气态氮流从图3c点239进入液化器装置。该气流从控制阀455的管线出口汇入压力相等的下游气流，形成组合气流462。该组合氮气流462分流进入两个包括控制阀456和457的管线。控制阀456向换热器152中添加热量，换热器152称为预热器。预热器152的出口和自动控制阀457的出口相连，气流流出后在点458处进入图5中的涡轮机组件。

此外，也有一股气流从涡轮机组件(图5点273)进入自动控制阀274(图4)，自动控制阀274向预热器152中添加热量，并使气流回流至图5点275处的涡轮机内。如图5点288所示，也有一股从热水器145流出进入预热器152的气流，该气流在减压前需进行加热。

来自于涡轮机组件的大量压缩氮气流在图5点500处分流进入三个自动控制阀501、502和503。设置自动控制阀501旨在加热氧气冷却器144。气流501的出口与气流502和503的出口相连。自动控制阀503的出口将加热预热器152。自动控制阀502绕开换热器并将温暖气流送入热水器145。热水器145配备有液态浴，其中，所述液态浴必须沸腾。来自于三个自动控制阀(501、502和503)的气态氮将使热水器145中的液氮沸腾。来自于图5管线500的气体将冷却但不冷凝，但热水器145中的液氮浴将变为气态氮。来自于点500的冷却气态氮将进入下一个换热器146，该换热器146称为冷凝器，在换热器146中气态氮与四个涡轮机的排气进行热交换，使气体变成两相液态气态氮流。

两相气流送往下一个换热器150，该换热器150称为附加冷却换热器。在换热器150中，进一步冷却该两相氮气流，但在流出时，该气流仍为两相气流。然后，该两相气流引入泵闪蒸罐149管侧，在泵闪蒸罐149管侧，氮气流全部变为液体。设置泵闪蒸罐149的排气温度，以在气流流出泵后保持热水器145的沸点。液氮温度足够低，可供使用。流出泵闪蒸罐149的液氮将分流，进入五个位置，即液氮将进入液氮泵(图6点510)，然后进入空气分离设备(图6点511)，然后进入自动控制阀512，从自动控制阀512回流至泵闪蒸罐149，然后进入氮气制取闪蒸罐148管侧，最后进入自动控制阀513，从自动控制阀513进入氧气制取闪蒸罐147壳侧。

图4到图6的过渡。液氮流流出泵闪蒸罐149后进入液氮泵***(图6点510)，该液氮流能够在泵起动期间绕开泵，经过包括阀门522的支路管线。泵运行后，止回阀523阻止气流回流，直到阀门522关闭。流经止回阀523的来自于自动控制阀522的气流可通过管线528(进入图4)供应热水器，并通过管线529供应泵闪蒸罐，然后进入图4中的阀门530。[操作说明：起动泵有时需要充水，阀门522(图6)关闭时，可能需要使用泵闪蒸罐壳侧、图4点529和打开阀530完成充水，以达到低压点。]

两个单独的液氮泵169和170如图6所示，液氮泵169和170均用于将液氮移至热水器。之所以提供两台泵169和170，是因为泵上的碳精密封片会磨损，且提供两台泵将允许在切换泵以更换碳精密封片的情况下保持运行。每次只有一台泵运行。在图6中，泵169的进气阀为自动阀520，出气阀为自动阀524，进气阀和出气阀均将气流送入止回阀526。泵170的进气阀为自动阀521，出气阀为自动阀525，进气阀和出气阀均将气流送入止回阀527。来自于运行泵的气流分流，在图4点529处进入换热器，之后进入止回阀530，通过止回阀530进入闪蒸罐149和图4点528，在图4点528处，气流进入热水器145。泵关闭或慢速改变泵速时，进入热水器145的液体量将由支管液位控制阀523进行调节。在图6管线529和图4之间的气流进入自动控制阀530。气流通过液位控制阀530进入泵闪蒸罐149壳侧液位阀，泵闪蒸罐149壳侧液位阀通常关闭。

接下来，气流分流，流出图4中的泵闪蒸罐149，进入图6点511。排放***将气流从管线511经由自动控制阀542排放到大气中。管线511还通向正常运行的打开阀543，这将关闭止回阀541，且当液体回流至空气分离设备时进入管线544(参见图1)。如果液化器无法将液体送入空气分离设备，则使用来自于液氮储罐171的液体。通过打开阀539和540提供流出氮气储罐171的液体气流。起动液体泵172后，氮气流将进入止回阀541，然后进入关闭的自动阀543，然后进入管线544，通过管线544送入空气分离设备。始终通过纯氩气冷凝器131的液位控制器控制进入空气分离设备的气流，气流流经管线547和纯氩气再冷凝器126的液位控制器，之后气流流经管线546，计量的气流在管线549处进入低压塔。

接下来，气流分流，流出泵闪蒸罐149，进入液位控制器阀512(图4)，液位控制器阀512将液体重新送往泵闪蒸罐壳侧。泵闪蒸罐壳侧通常关闭。接下来，气流分流，流出泵闪蒸罐149，进入液位控制器阀513(图4)，液位控制器阀513将液体送往氧气制取闪蒸罐(147)壳侧。氧气制取闪蒸罐壳侧通常关闭。

最后，气流分流，流出泵闪蒸罐149，进入氮气制取闪蒸罐148(图4)管侧。流出闪蒸罐148支管的液氮进入阀门514和管线515(参见图6)。阀门514为液位控制阀，用于控制氮气制取闪蒸罐148壳侧液位。阀门514通常关闭。分流进入管线515的气流为制取液氮，制取液氮之后进入氮气储存***。如果制取液氮质量不佳，则通过阀门535将液氮送往排放***。认为液氮质量优良时，在进入通常关闭的储罐阀门前，液氮需流经最后一个吹扫阀536。阀门537为制取计量阀，且为氮气储罐171的进口。将对氮气储罐171的工作压力进行监测。储罐排气将通过阀门538进入大气中。在制取闪蒸罐148液位和气体出口压力459(参见图4)处，设置用于控制排气的液体温度。

液氮从图6中的管线528进入图4中的热水器145，之后，液氮流出泵闪蒸罐149，液体温度必须足够低，以保持其在泵送阶段为单相液体，然后该单相液体进入热水器，但该液体的温度也不能过低，以致在其进入热水器时热水器停止沸腾。

流出热水器145的汽化氮气进入预热器152。预热器152可由三股气流加热，即：由阀门503控制的增压器4后冷却器流出气流(称为主气流)、由阀门274控制的增压器1后冷却器流出气流和由阀门456控制的高压塔和涡轮机排气气流。可通过自动打开阀门451对其进行监测。阀门451将排出三个闪蒸罐未使用的由四个涡轮机制取的过量液体。

从预热器152流出的汽化氮气流在点288处进入图5所示的涡轮机组件。该氮气送往四个流量计289、290、291和292。每个流量计均与其透平式膨胀机相连，且每个流量计均为每个透平式膨胀机设置了可变导叶。流量计289为透平式膨胀机153的进口。流量计290为透平式膨胀机157的进口。流量计291为透平式膨胀机161的进口。流量计292为透平式膨胀机165的进口。透平式膨胀机153的导叶154由流量计289设置，透平式膨胀机157的导叶158由流量计290设置，透平式膨胀机161的导叶162由流量计291设置，透平式膨胀机165的导叶166由流量计292设置。所有四个透平式膨胀机均通往带有一个出口(进入图4点450)的通用集管。

在图4的点450处，从四个透平式膨胀机流出的气流进入相分离器151。相分离器151保持涡轮机和四个排气自动控制阀出口温度控制的液位。涡轮机出口温度与热水器145的压力和预热器152的供给温度有关。四个自动控制阀为溢流阀451(填充氧气制取闪蒸罐147壳侧)、阀门452(填充氮气制取闪蒸罐148壳侧)、阀门453(填充泵闪蒸罐149)和阀门454。

由液位控制阀452填充氧气制取闪蒸罐147壳侧，液位控制阀452为闪蒸罐147所需的唯一填充阀。在需要时，设置另一个阀门513，但该阀门在正常操作时关闭。由液位控制阀452供应给闪蒸罐147的液氮并未再冷却，将在减压后闪蒸。剩余液体将在管侧液氧冷却时不断沸腾。排出氧气温度控制取决于氮气壳侧浴液位和管线461中排出氮气的压力。氧气储罐177上的排气阀382(参见图8)是储罐上唯一的压力控制阀，但该阀门不应始终打开。应监测排气阀382是否打开，并应控制氧气制取闪蒸罐147的温度。氧气储罐不得在未进行调节的情况下在工作压力在0.5psig以下或1.5psig以上时运行，且排气阀382将在工作压力为1psig时打开。

如图4中的氮气制取闪蒸罐148所示，自动液位控制阀453为用于填充氮气制取闪蒸罐壳侧的唯一阀门。在需要时，也设置阀门514，但该阀门在正常操作时关闭。该流经控制阀453的液氮将在未再冷却的情况下流入，并在减压后闪蒸。从阀门453进入壳侧的剩余液体将在壳侧液氮冷却时蒸发。氮气储罐171上配备有排气阀538(参见图6)。排出的制取液氮温度控制取决于氮气壳侧浴液位和管线459中排出氮气的压力。氮气储罐171上的排气阀538为唯一压力控制阀，但该阀门不应始终打开。应监测排气阀538是否打开，并应控制氮气制取闪蒸罐148的温度。氮气储罐171不得在未进行调节的情况下在工作压力在0.5psig以下或1.5psig以上时运行，且排气阀538将在工作压力为1psig时打开。

泵闪蒸罐149配备有一个液位控制阀454，液位控制阀454为向壳侧供应液氮的唯一液氮供应阀。其他阀门，包括阀门530和512，均应关闭，并在需要时进行设置。必须对泵闪蒸罐149管侧液氮进行监测，以控制其闪蒸点。流出氮气泵时，液体应为单相液体，但其温度不能过低，不会在其进入时停止热水器。因此必须对管侧液氮进行监测，并对壳侧液氮液位和压力进行控制。

在所有三个闪蒸罐147、148和149从流出涡轮机排气相分离器151的百分之三制取液体中获得所需液体后，应有少量剩余液体。剩余液体流经液位控制阀451，该液体并未再冷却，将在减压后闪蒸。闪蒸液氮进入氮气制取闪蒸罐排出气体使用的低压管线。阀门451打开和关闭时，将显示四个涡轮机的出口温度。如果阀门451稍微关闭，则表明闪蒸罐正使用更多液体，或预热器正在运行以进行加热，或热水器压力正在变得更低。

三个闪蒸罐147、148和149壳侧将流出气态氮。氧气制取闪蒸罐147将在管线461处排出壳侧氮气，排出的壳侧氮气将进入冷凝器146。在冷凝器出口处，气流分流，进入压力控制阀260或止回阀261。止回阀261在起动期间将少量气流送入涡轮机排气集管，但在涡轮机排气压力高于闪蒸罐压力时，自动压力控制阀260将气体移至低压管线。正常操作期间，止回阀261关闭，压力控制阀260进行控制。氮气制取闪蒸罐148壳侧将在管线459处排出壳侧气体，排出的壳侧气体进入附加冷却换热器150，然后与来自于阀门451的排气汇合，汇合气流随后进入冷凝器146。流出冷凝器146的气流将汇集在自动压力控制阀260和262出口处，然后进入热水器145。在管线460处流出泵闪蒸罐壳侧的气体将进入附加冷却换热器150。流出气道后，气体进入冷凝器146，流出后分流，进入止回阀263和自动压力控制阀262。止回阀263在起动期间将少量气流送入涡轮机排气集管，但在涡轮机排气压力高于闪蒸罐压力时，自动压力控制阀262将气体移至低压管线。正常操作期间，止回阀263关闭，压力控制阀262进行控制。此时，流出三个闪蒸罐147、148和149的低压管线气流进入热水器145，然后进入氧气冷凝器144，然后进入自动压力控制阀264。

如下文详述，在图5点450处的四股涡轮机排气气流流经涡轮机排气相分离器151，流出分离器151顶部的气体进入冷凝器146，同时相分离器151的所有液体进入三个闪蒸罐147、148和149以及溢流阀451。流出涡轮机排气相分离器151的气流流出冷凝器146后，在操作的起动模式期间，该气流汇集在两个止回阀261和263的出口处，但在正常操作期间，涡轮机排气压力更高，将关闭止回阀261和263。来自于冷凝器146的气流将进入热水器145，并在热水器145出口处，气体进入氧气冷却器144。流出氧气冷却器144后，气体进入压力控制阀455。

如果来自于低压氮气进气管线(图3b管线257)的所有气流均能够进入液化器，则压力控制阀264应全开运行。来自于阀门264和图3b管线257的气流将汇合并进入涡轮机(图5点265)。该汇合的气态氮流也汇入来自于防喘控制止回阀272(图5)的气流，然后流经流量计270。流量计270用于预测第一增压器155的喘振情况。增压器155将吸入氮气并压缩该气体。压缩气体将吸收压缩热，并流出进入后冷却器156，后冷却器156为双风冷风扇***。在一个实施例中，每个风扇均为25马力传动带驱动风扇，一个风扇为固定螺距风扇，另一个风扇为变距风扇。设置后冷却器156旨在保持压缩氮气出口的温度为90。

从后冷却器156流出的氮气分流，进入三个位置，即一股气流流经控制阀271，汇入防喘控制回流气流，一股气流273用于加热预热器152(图4)，一股气流流经止回阀276汇入下一增压器159。如果接近数学喘振曲线，则气流将流经自动防喘控制阀271，自动防喘控制阀271将打开。如果防喘控制***工作，则阀门271将缓慢打开，且止回阀272将打开，进入增压器155的气流将增加。防喘控制***通常不工作，但在起动时将使用该***。接下来，气流在点273(图4)处进入预热器152。通常，少量气流流经预热器152，以保持管线工作，但如果***因氮气泵169或170故障而倒转，热水器145中的液体将闪蒸成气体，过量的冷却气体进入涡轮机将造成涡轮机153、157、161和165叶片沾染制取的液体，进而使所有涡轮机发生故障。控制阀274(图4)为温度控制器，设置该阀门旨在保持管线288(图5)中的气流温度约为-155°。从自动控制阀274流出流经预热器152进入管线275(图4)的少量气流移至图5中的管线275。

来自于后冷却器156的最后一股气流进入止回阀276，流向下一个增压器159。流出止回阀276的气流与来自于管线275(来自于图4)的少量气流汇合，来自于管线275的少量气流为冷却气体。在正常运行期间，来自于管线275的少量冷却气流不会使增压器159的进口温度增加1°。如果防喘控制***工作，则止回阀276的气体也与来自于防喘控制止回阀276的气流汇合。所有汇合的气流将进入流量计277。来自于流量计277的气流进入增压器159。流出增压器的气流将进入后冷却器160(设计和操作与后冷却器156相同)。流出后冷却器160后，气流将分流，进入自动防喘控制阀278、止回阀279(设计和操作与防喘***271相同)和流量计280的管线。

来自于防喘控制***282止回阀的气流和来自于后冷却器160的气流将进入流量计280。气体将由下一个增压器163压缩，并流出进入后冷却器164。流出后冷却器164后，气流将分流，进入防喘控制阀281和增压器167。防喘控制***通常关闭，但起动时，阀门281缓慢打开止回阀282，这将增加进入增压器163进口的气流。

从后冷却器164流出的剩余气流将汇入防喘控制***出口止回阀285和来自于图4管线458的汇合气流。由用于预测增压器167喘振情况的流量传感器283对所有流量进行计量。气流现在称为主气流。在增压器167中，气体压力和温度均增加。由后冷却器168控制温度，以保持温度约为90°。流出后冷却器168的气流将分配到防喘控制***284。正常操作时，防喘控制***284应关闭，但在起动时，阀门284缓慢打开，气体将流经止回阀285进入增压器167进口。防喘控制***未使用的气流将以大量气流形式流出，在管线500处进入图4。

图7备用气态氮***。如图7所示，图7示出了备用气态氮***，其包括一个液氮储罐174，液氮储罐174自身配备有排气***46。液氮将从储罐174进入蒸发器178管侧，在蒸发器178管侧液氮变为气态氮。在蒸发器178出口处，有一个压力调节器45。如果吹扫氮气集管压力降至低于其正常运行压力，则调节器45将打开，否则调节器45关闭。

来自于图1中空气分离设备的空气供给装置2进入图7中的备用气态氮***，空气供给装置2为仪表气源。在图1中，阀门112为开闭阀，将空气送入自动控制阀，以打开和关闭计算机控制的阀门。该气流的气压高于78psig。空气进给2配备有止回阀19(图7)，以阻止空气回流。流出止回阀19的空气将进入选择器20，选择器20允许空气在正常操作期间经过仪表空气***21。如果仪表气源降至较低压力，则设定点压力调节器30将工作。止回阀31防止回流。

气态供应从图3c进入备用气态氮***，管线33可为整个设备供应所有吹扫氮气和仪表氮气。供应气态氮后，止回阀32(图7)用于保护纯氮气。如果仪表气源点2未达到设定点压力，则止回阀31将打开，压力调节器30将供应所需的仪表氮气，这将打开点21。在图7中以垂向延伸管线形式示出的主吹扫集管卷绕在整个设备车间现场，该集管配备有两英寸管线。吹扫集管配备有多个支管，图7中也示出了此类支管。吹扫集管的主要供应装置为流出图3c管线33的供给装置，如果其达不到压力要求，则流出备用储罐174的调节器45将向吹扫集管供应氮气。

现在，将对主吹扫集管的每个支管的用途进行说明。如图7所示，图8点44处为吹扫集管的一个支管，该支管向氧气过滤器室提供氮气供应。如图8所示，大量气流汇入温暖的氮气流，流经流量计60，打开或关闭自动阀门61，进入止回阀62，在需要时进入过滤器175和176。也有一股支管气流来自于点44，在点47处，向氧气过滤箱提供氮气吹扫气流。

有四个主吹扫集管的单独支管34、35、42和43通往图5所示的涡轮机组件。点34处的支管将管线75中的密封气体供应提供给涡轮机153，将管线76中的密封气体供应提供给涡轮机157。同样，点35处的支管将管线77中的密封气体供应提供给涡轮机161，将管线78中的密封气体供应提供给涡轮机165。点42处的支管供应涡轮机匣吹扫，点43处的支管供应油液蓄压器。

流出吹扫集管的另一股气流进入图4中的点41，然后气流汇入液化器冷却箱吹扫气流。流出图1点40的气流汇入冷却箱吹扫气流。流出图1点39的气流汇入温暖吹扫气流，然后进入低压塔泄压阀213和安全隔板212。流出点38的气流为温暖气体吹扫气流，用于备用储罐排气阀(46)除霜。最后，流出点36和37的气流进入图2。流出点36的气流使氩气干燥机床回热，如图2所示，此股气流正在氩气干燥机床上工作，该气流将进入空气433。流出点37的气流将加热排气阀，使空气流出分离器13，如图2中气流423所示。

氧气过滤器室。一些空气分离设备车间现场具有内置热泵和凝胶捕集过滤器，以去除再沸器液氧中的固体浓度。一些设备在充装站具有运输拖车过滤器。一些设备具有储存***过滤器。虽然设备转换成本发明的新液化器后，本发明的氧气过滤器会减少现有***的损失和人力需求，但这些设备车间现场不一定需要图8所示的液氧过滤器室。

发明人的新液化器将几乎所有空气分离设备中产生的氧气作为气体。这会留有少量的具有一些固体污染物的液氧，必须将这些固体污染物去除，以控制污染物浓度。氧气过滤室***具有两种气体和一种液体，它们来回移动，但不会混合。此处气体是纯氮气和大气，液体是纯液氧。为此，必须保护每个***。保护纯度的最熟知的方式是保持其压力高于大气压力，并使用阻断***，或阻止一股气流进入另一股气流中。由于此处压力高于大气压力，因此使用双关双泄放***。这可以使用出口通往大气的阀门阻止流量。如果用于阻断气流的阀门泄漏，则这股气流仅泄漏到大气而非另一个产品中。所有双关双泄放巢阀门必须具有一个减压阀。

空气分离设备的液氧流在点302处作为过冷液体从图1进入图8的氧气过滤器室。在过滤器室的入口处有一个止回阀335，用于防止液氧回流。如果管线302的液氧因纯度不足而无法储存，或如果两个过滤器均堵塞，则液氧必须通往某处。较差纯度的液氧应通往的地点为排放处。但是，如果过滤器仍然受到影响并无法使用，在过滤器受到影响的短时间内，有一个旁路，它使固体通往储存处。

如果空气分离设备产生的氧气被排放掉，则认为整个***出现故障。必须迅速采取措施，应立即关闭的阀门有313、316、381、61、63、69、64、70、343、357、346、360、377、378、339、372、351、365、352、366、342、355和369。此外，同时应打开的阀门有68、338、345、376、359、315、66、72、341、350、364、354、368、371和380。控制流量的阀门是阀门312、68、336、177。阀门312控制制氧闪蒸罐147管侧的高度(图4)。阀门68控制在100scfh流量的流量计60处看到的温暖的氮气流，但看到仅为零流量时，阀门68达到全开的自动流量控制。阀门336控制再沸器罐116的液体高度(图1)。储罐上的压力排出控制阀382将保持储罐为1psig。这可以将所有捕集的气体和液体排放到总排放处，防止储罐受到污染。

确定纯度后，打开不同子***的***启动。最大流量为储存的液化器氧气(图4，点305)。制氧排放时，从液化器经止回阀310至排放处的流量由阀门312控制。当液化器内的纯度较高时，阀门312继续排放，同时在手动模式下打开自动液面控制阀313。仅打开阀门313的流量从泄放阀315排放。一旦液氧从泄放阀315排放时处于稳流状态，则慢慢打开阀门316，同时关闭阀门315。这股液氧流将从泄放阀380出去。一旦从泄放阀380出去的液体流稳定且纯度较好时，则打开储存处的阀门381。此时，移动至储存处和排放处的液体量会造成从自动液面控制阀312处看到低于设定点的液面，阀门312开始关闭。当阀门312处于自动打开约5％的开度时，使阀门313进入自动液面控制自动模式。将自动液面阀门312调至比阀门313高的液面控制点处，并保持自动控制模式，以防从闪蒸罐147出来的液体流开始倒回，使液氧有通往的地方。此时，刚刚描述的***将来自液化器的液氧放置到储存处。

当空气分离设备的液氧的纯度较高时，在过滤器受到影响的时间段内，带有固体的氧气在短时间内通往储存处。必须慢慢打开过滤器，可以继续将液体排放至或设旁路通往储存处。在图8所示的实施例中，将过滤器175设为过滤器，重新激活过滤器176。如果要排放空气分离设备液氧并储存液化器液氧，需要确定此处过滤***中的所有阀门。制氧设备的液氧从图1点302进入止回阀335，通向连接至排放阀338的壳程再沸器液面控制阀336。开启阀342会造成从泄放阀341出去的液氧回流。一旦看到液氧以稳流状态从泄放阀341排出，则打开阀门339，关闭阀门341和338。此时，设置***，以便制氧设备的液氧绕过过滤器，通往储存处。仍然由液面控制阀336进行流量控制。

设置使用过滤器175。液氧具有较高的纯度，在手动模式下首次打开的再沸器自动液面控制器阀343打开约25％的开度。这会从泄放阀345排放液氧。当检测到液氧处于稳流状态时，则打开阀门346，关闭泄放阀345。这会从泄放阀350排放液氧。管线供应泄放阀350较小，应通过几分钟进行充分冷却，以便液氧在稳流状态下排出。必须注意有源液体控制器，因为它很有可能从再沸器中过度取出液体，如果出现这种情况，自动控制器阀336会关闭。如果从再沸器过度取出液体，在重新建立再沸器高度且自动控制器阀门336重新打开前，应在短时间内关闭阀门350。然后，阀门350重新打开。通过监测温度传感器348，可了解冷却工艺的情况。液氧以稳流状态流出阀门350且纯度较好时，则打开阀门352，液氧从泄放阀354排放，阀门350关闭。看到液氧以稳流状态从泄放阀354排出后，打开阀门355，关闭阀门354。将再沸器自动控制器阀门336调到较高高度，将再沸器自动液面控制器343调到自动模式，并具有正常再沸器高度的设定点。然后通过关闭阀342和339关闭旁路管线，打开阀门338和341。***现在过滤掉空气分离设备中液氧的固体，并将液化器液氧连接至储存处。

接下来，从上述相同的顺序开始重新激活过滤器176。主要关闭的阀门有61、63、64、69、70、345、357、360、377、378、339、350、351、372、365、354、366、342、369、380和315。此时要打开的阀门有338、341、346、352、355、376、371、359、364、368、316和381。自动控制的阀门有68、313、312、343、336和382。

打开泄放阀364，以排放任何液体，但要确保打开阀门61，以开启流量，并通过流量监测器60查看流量。将流量监测器60调至100scfh，目前，阀门68控制流量。然后在手动模式下打开流量控制器阀69至25％开度，使气态氮从阀门72排放。自动流量控制器阀68将开始关闭，因为阀门69正在吸取一些流量。打开阀门70，关闭阀门72。将自动控制阀68调至90scfh，自动流量控制器阀69调至100设定点。如果流量低于90scfh，则命令阀门68打开。如果命令阀门68打开，要通知操作员。过滤器温度362达到-90华氏度前，过滤器去除的固体污染物会返回到气体中。当温度达到-80华氏度时，完成重新激活。现在，关闭阀门69、70和364，打开阀门72。阀门68处于控制状态，如果根据流量监测器60的查看，流量低于90scfh，则将阀门68打开。因此，关闭阀61将阻止氮气进入，在默认情况下，阀门68将自动打开。

如果移动至过滤器176的冷却处，过滤器175的净化出口流量用于冷却阀门176。开启阀351会从泄放阀371排放液氧。一旦看到液氧以稳流状态从泄放阀371排出，关闭阀门371，打开自动流量控制阀门372，并在手动模式下打开25％的开度。这会使液氧流通过止回阀(373)到达流量监测器(375)和出口阀376。一旦看到液氧以稳流状态从泄放阀376排出，打开阀门378和364。在流量计375上会看到冷却流。

使自动流量控制器阀372进入自动控制模式，并调至100scfh，控制在流量计375处看到的流量。在流量计362上会看到冷却过程。冷却过滤器的过程因流量较小而需要耗费几个小时。一旦温度监测器362达到-250，则完成冷却模式，过滤器176置于待机模式。

要将过滤器176设置为待机模式，必须关闭流量阀门：351、372、378、364，打开阀门371和376。待机过程是使冷却的过滤器176处于不使用的状态，同时有关闭的阀门。如果出现气体膨胀，通过减压阀363保护罐。此外，由于仅使用减压阀保护罐可能不足以减少所捕获气体的膨胀，因此每十分钟开关一次阀门364。

液氧过滤器运行的另一模式是减缓过滤器运行，即如何将过滤从一个过滤器移至另一个过滤器。待机模式停止。在过滤器176上运行的唯一阀门是阀门364，每10分钟在计时器上开关一次阀门364，每次开关十分之一秒。开关阀门的动作在打开时停止，阀门357通过手动控制打开至25％的开度。将看到液氧流从泄放阀359出去。打开阀门360，关闭阀门359。液氧将通过阀门364出去。启动过滤器176期间，所用的液氧量会造成自动液面控制阀门343开始关闭。如果阀门343即将关闭，则将处于手动模式的自动液面控制阀门357上的阀门开度减小至10％。液氧从阀门364排出后，打开阀门366，关闭泄放阀364。液氧将通过泄放阀368出去。之后，打开阀门369。此时，过滤器175和176均在进行过滤。

下一步是停止过滤器175。在手动模式下降液面控制器阀343设置至5％开度，使液面控制器阀357进入自动模式，并具有再沸器高度的设定点。这将耗费3到5分钟稳定下来，然后关闭阀门343、346、351、352和355，打开阀门354、350和354。

在液体转换成气体时，随着过滤器175内的液氧通过阀门350排出，过滤器175排尽。此外，打开阀门61，并将自动控制阀门63调至100scfh。这会从阀门66排放氮气。打开阀门64，关闭阀门66。将自动流量控制阀68调至低于90scfh的开度，并将自动控制阀63调至低于100scfh的开度。这会造成阀门68因流量高于设定点而关闭。过滤器175内的液体将通过阀门350排出。

液体从阀门350排出后，使过滤器175进入加热状态。然后保持流量相同。监测器的点是过滤器温度传感器348。当温度达到-80华氏度时，完成加热。

要使过滤器175进入冷却状态，通过关闭阀门61和63停止加热。这会造成自动流量控制阀68因流量损失而打开。阀门68的设定点是低于90scfh的开度。然后关闭阀门64，打开泄放阀66。使用出自过滤器176的干净的液氧时，打开阀门365，关闭泄放阀371。阀门371具有从阀门排出的稳定的液氧流，打开阀门372，关闭阀门371。使阀门372进入手动模式，并打开10％的开度，一旦液氧从阀门376出去，打开阀门377，关闭阀门376。流量计375会显示流量，并应调至100scfh的流速，自动流量控制阀372将用于控制该流量。该液氧流从阀门350排出。一旦从温度传感器348上看到该液氧流使过滤器冷却至-250，则完成冷却。

使过滤器175进入待机状态。停止冷却，关闭阀门365、372、377和350。打开泄放阀371和376。此时，每十分钟开关一次循环阀350，以阻止超压。

使过滤器175进入减缓运行模式。需要时，通过过滤器176使过滤器175进入减缓运行模式。在手动模式下首次打开自动液面控制阀门343至10％的开度。这会从泄放阀345排放液氧。液氧以稳流状态从泄放阀345排出时，打开阀门346，关闭阀门345。该液氧流从阀门350排出。温度监测器348将显示运行的冷却进度。一旦出自阀门350的液氧流表现出液氧的稳流状态，打开阀门352，关闭阀门350。该液氧流从泄放阀354排出。一旦泄放阀354表现出液氧的稳流状态，打开阀门355，关闭阀门354。此时，使自动液面控制器阀343进入自动模式，将自动液面控制器阀357设为手动模式，打开至5％的开度。一旦***运行几分钟并稳定后，使过滤器176进入停止模式。使阀门357进入自动液面控制状态。

使过滤器176进入停止模式。***只需要从管线上的过滤器176切换到管线上的过滤器175。此时，停止过滤器176，关闭阀门357、360、366和369。此时，打开阀门368、364和359。过滤器176内的液体能够通过阀门364排出。然后进行上述加热步骤。

在过滤器运行期间，有差压表显示过滤器堵塞。应进行监测和记录，以便查明过滤器可运行多长时间。过滤器175具有压差表347，过滤器176具有压差表361。在图8上可以找到一系列减压阀。如果在捕获到液氧且液氧状态变成气体时阀门312、313和止回阀310关闭，则从液化器到过滤器室的液氧上是减压阀311，以保护管线。如果在捕获到液氧且液氧状态变成气体时阀门313、315和316关闭，则减压阀314在此处保护管线。如果在捕获到液氧且液氧状态变成气体时阀门339、342和341关闭，则减压阀340在此处保护管线。如果在捕获到液氧且液氧状态变成气体时阀门352、351、350、64、346和377关闭，则减压阀349在此处保护管线。如果在捕获到液氧且液氧状态变成气体时阀门371、351、365和372关闭，则减压阀370在此处保护管线。如果在捕获到液氧且液氧状态变成气体时阀门372、止回阀373、378、376和377关闭，则减压阀374在此处保护管线。如果在捕获到液氧且液氧状态变成气体时阀门343、354和346关闭，则减压阀344在此处保护管线。如果在捕获到液氧且液氧状态变成气体时阀门360、357和359关闭，则减压阀358在此处保护管线。如果在捕获到液氧且状态变成气体时阀门357、343、336和止回阀335关闭，则减压阀356在此处保护管线。如果在捕获到液氧且液氧状态变成气体时阀门69、68、止回阀62和63关闭，则减压阀67在此处保护管线。如果在捕获到液氧且液氧状态变成气体时阀门72、70和69关闭，则减压阀71在此处保护管线。如果在捕获到液氧且液氧状态变成气体时阀门366、365、364、70、360和378关闭，则减压阀363在此处过滤器176。如果在捕获到液氧且液氧状态变成气体时阀门366、368和369关闭，则减压阀367在此处保护管线。如果在捕获到液氧且液氧状态变成气体时阀门381、380、342、355、369和316关闭，则减压阀379在此处保护管线。如果在捕获到液氧且液氧状态变成气体时阀门352、354和355关闭，则减压阀353在此处保护管线。如果在捕获到液氧且液氧状态变成气体时阀门63、64和66关闭，则减压阀65在此处保护管线。如果在捕获到液氧且液氧状态变成气体时阀门336、338和339关闭，则减压阀337在此处保护管线。

表格

本发明的液化器煮沸液氮，从而使涡轮机产生运行气压。液化器设计用于与空气分离设备一起使用，在稳定状态下运行。空气分离设备将从主换热器热端供应稳流的气态氮和气态氧。然后从新液化器将过冷液氮和液氧与少量液氮和液氩一起送至储存处，少量液氮会返回到空气分离设备，从而在低压塔内制成液氧。空气分离设备因低压塔的低压而以减小的压力运行。空气分离设备将以最大氧气移除模式运行。空气分离装置具有如上所述的MAC流量，本发明的液化器将产生液氩和需要的2000scfh液氧，将烃保持在5％以下，去除通常会在低压塔的再沸器中积聚的所有氪和氙固体，并在氧气过滤器中进行清洁。通过将几乎所有氧气作为气体去除，设备可运行低压，然后在本发明中将氧气液化，放置到储存处，作为可销售产品。气体管道用户不需要的低压塔氧气的液化可在本发明的液化器中进行。管道用户不需要的气态氮在本发明的液化器中进行液化。

与现今使用的液体的成本相比，本发明的液化器将生产较低成本的可销售的液体。将气体压缩到制造液体所需的压力需要花费大量资金。储存液体的温度可调至符合储罐正压要求的温度。蒸馏冷箱中的过冷器没有通过原始设计的控制，无法将液氧降低到储存温度。本发明提供此控制。氧气过滤器***可在任何制液氧设备上使用。会产生具有较少污染物的液氧。该液化器可放置在偏远地方液体的较长管道一端。这会减少运输成本，减少主设备周围的货车运输。该液化器还可放置在运输液化天然气的穿上。这可以使液体保持在低温状态，停止排放。

虽然本发明进行了详细描述，并考虑了一些描述的实施例，尤其是特定和主要的预期实施例的特殊性，但不会将本发明限制于此类细节或实施例或任何特定的优选实施例，但应参考特定的所附权利要求来解释，以提供鉴于现有技术对这些权利要求的最广泛的解释，从而有效地涵盖本发明的有效范围和预期范围，本发明涉及用于实施本发明的设备和实施本发明的方法。由于贯穿全文使用，本发明范围作为在该范围内描述每个值的简约表达。本发明范围内的任何值都可以选择为该范围的终点值。

Claims (10)

1.一种与空气分离设备一起使用的液化器装置，包括：

换热器***，设置在绝热外壳中，包括氧气冷却器、预热器、热水器、冷凝器、附加冷却换热器、涡轮机排气相分离器、氧气制取闪蒸罐、氮气制取闪蒸罐、氮气泵闪蒸罐、用于控制氧气制取闪蒸罐、氮气制取闪蒸罐、氮气泵闪蒸罐中氮气浴液位的多个液位控制阀、连接于它们之间的进气和出气管线***，

来自于空气分离设备的氧气流、低压氮气流和高压气态氮流进入液化器装置，

涡轮机组件与换热器***操作相连，包括多个并联的透平式膨胀机和多个串联的涡轮增压器，每个透平式膨胀机和涡轮增压器均装配有相关进气流量计，每个透平式膨胀机均装配有可变导叶，每个涡轮增压器均装配有相关后冷却器和防喘控制阀，和

氮气泵***与换热器***操作相连，用于增加进入热水器的液氮流的压力，

连接的氧气流依次通过氧气冷却器、热水器和冷凝器，进入氧气制取闪蒸罐管侧，并以过冷液态氧输出形式流出，以进行储存，

来自于空气分离设备的低压氮气流汇入来自于氧气冷却器出口的氮气流，组合的气流连接到涡轮机组件的涡轮增压器，

从涡轮增压器流出的压缩氮气流为换热器***提供大量氮气流，气流分流进入第一支管、第二旁路支管和第三支管，第一支管装配有控制阀组，用于加热氧气冷却器，第三支管装配有控制阀组，用于加热预热器，然后支管重新汇合并为热水器提供温暖的气流，以不断沸腾氮气浴，冷却大量气流，然后气流进入冷凝器的热端，在此大量气流与进入冷凝器的冷端的涡轮机排气相分离器顶部的气流进行热交换，并形成两相液态气态氮流，两相液态气态氮流进入附加冷却换热器，以进一步冷却两相液态气态氮流，然后该两相液态气态氮流引入氮气泵闪蒸罐，以制取单相的液氮流，

一个支管将流出氮气泵闪蒸罐的单相的液氮流与氮气泵***相连，在氮气泵***中，气流压力增大，来自于氮气泵***的第一气流进入热水器，液氮流在热水器汽化，来自于氮气泵***的第二气流连接到氮气泵闪蒸罐壳侧，

来自于热水器的被汽化的第一气流进入预热器，然后连接到透平式膨胀机进口，从透平式膨胀机流出的废气流连接到涡轮机排气相分离器，

来自于涡轮机排气相分离器的控制液氮流进入氧气制取闪蒸罐、氮气制取闪蒸罐、氮气泵闪蒸罐，流出涡轮机排气相分离器的气流进入冷凝器、热水器和氧气冷却器，到达压力控制阀，并将高压氮气流汇入最后一个串联的涡轮增压器，

另一个支管将流出氮气泵闪蒸罐的液氮流与氮气制取闪蒸罐管侧相连，这输出的产品为过冷可供出售的氮气产品。

2.根据权利要求1所述的液化器装置，其中，设置后冷却器旨在保持从涡轮机组件流出的压缩氮气温度为90℃。

3.根据权利要求2所述的液化器装置，其中，后冷却器还包括双风冷风扇***，其中，每个风扇均为25马力传动带驱动风扇，一个风扇为固定螺距风扇，另一个风扇为变距风扇。

4.根据权利要求3所述的液化器装置，其中，氮气泵***包括两个单独的氮气泵，每个氮气泵自身均装配有进气阀、出气阀和止回阀，同一时间只有一个氮气泵运转。

5.根据权利要求4所述的液化器装置，其中，氮气泵***还包括泵旁路管线，泵旁路管线装配有液位控制阀，用于在泵不工作或慢速改变泵速时调节进入热水器的液体量。

6.根据权利要求5所述的液化器装置，还包括用于连接自动控制阀的气流管线，其中，所述气流管线接入自动控制阀通常处于关闭状态的氮气泵闪蒸罐壳侧。

7.根据权利要求1所述的液化器装置，还包括备用气态氮***。

8.根据权利要求1所述的液化器装置，还包括氧气过滤器室，其中，所述氧气过滤器室包括连接氧气制取闪蒸罐出口的进口，包括止回阀和自动控制阀，用于根据所确定的液氧的测定纯度引导液氧排放或储存。

9.根据权利要求1所述的液化器装置，其中，从预热器到多个透平式膨胀机的汽化氮气出口流温度不得过低，以免导致多个透平式膨胀机出口废气流超过百分之三的液体废气。

10.一种使用空气分离设备制取液氮和液氧的工艺，包括：

以纯气体形式将单独的氧气流和高压氮气流以及低压氮气流送入液化器装置；

氧气流依次通过氧气冷却器、热水器、冷凝器和氧气制取闪蒸罐侧，以提供液氧流，从而通过将状态从气体变为液体，将氧气流吸入氧气制取闪蒸罐侧，

将来自于空气分离设备的另一股液氧流送入氧气过滤器室，测量液氧纯度，将来自于氧气过滤器室的纯化液氧与来自于液化器装置的液氧流汇合，然后移动合并的液氧流以进行储存，

将来自于氧气制取闪蒸罐、氮气制取闪蒸罐、氮气泵闪蒸罐的低压氮气流依次供应给冷凝器、热水器和氧气冷却器，并将来自于氧气制取闪蒸罐、氮气制取闪蒸罐、氮气泵闪蒸罐的低压氮气流与来自于空气分离设备的低压氮气流汇合，

将汇合的低压氮气流送入多个串联的涡轮增压器和后冷却器，涡轮增压器增加压力，后冷却器冷却汇合的低压氮气流，在最后一个涡轮增压器的入口处，增压的氮气流汇入合并的高压流，提供大量氮气流，

将分支管线中的大量气流送入氧气冷却器、预热器和支路，然后重新汇合大量气流，

将重新汇合的大量气流送入热水器，然后将来自于热水器的气体送入冷凝器，之后将来自于冷凝器的两相液态气态氮流送入附加冷却换热器，以降低温度，之后将两相液态气态氮流送入在低压下由氮气浴冷却的氮气泵闪蒸罐，并以单相可使用的液氮形式流出氮气泵闪蒸罐，

将流出氮气泵闪蒸罐的部分可使用的液氮送入氮气泵***，

从氮气泵***流出后，将可使用液氮的第一调节气流送入热水器并煮至压力蒸汽点，其中，气流受到多个透平式膨胀机导叶的抑制，流出热水器后，将汽化的氮气流送入预热器，然后运行多个并联的透平式膨胀机以制取压力更低的氮气流，流出的气体接近于液体温度低压气体且几乎达到沸点，从冷凝器中的大量气流和氧气流中去除汽化潜热，

将来自于透平式膨胀机的压力更低氮气流送入经过调节的涡轮机排气相分离器，以使流出涡轮机排气相分离器的液体不超过百分之三的，以保持根据透平式膨胀机和排气自动控制阀出口温度控制的液位，其中，透平式膨胀机和排气自动控制阀出口温度取决于热水器压力和预热器供给温度，然后将液体送入冷凝器，添加到冷凝器中进行制冷，

将流出涡轮机排气相分离器的气流送入冷凝器，然后送入热水器，之后送入氧气冷却器，流出氧气冷却器后，将液体送入包括压力控制阀的管线，形成用于加热预热器并绕开预热器，并连接到最后一个涡轮增压器入口的组合的高压流，汇入增压的氮气流以制取大量氮气流，

将流出涡轮机排气相分离器的液体送入氧气制取闪蒸罐壳侧、氮气制取闪蒸罐壳侧和由单独的自动液位控制阀进行调节的氮气泵闪蒸罐壳侧，并将流出涡轮机排气相分离器的任何剩余液体送入自动液位控制阀，上述自动液位控制阀离开低压管线以闪蒸液体，然后将闪蒸液体与来自于氮气制取闪蒸罐壳侧的氮气出口流汇合，

将来自氮气泵闪蒸罐的液氮分支气流送入空气分离设备，添加到低压塔和氩气***中进行制冷，以及

将来自于氮气泵闪蒸罐的另一液氮分支气流送入氮气制取闪蒸罐，然后进行储存。

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