液压助力液体压力交换装置及其液体压力交换方法与流程

本发明涉及一种液压助力液体压力交换装置及其液体压力交换方法。

背景技术：

在化工生产等行业的高压洗涤和吸收工艺中，主要使用大功率柱塞泵和大功率多级离心泵进行高压液体输送，而从洗涤装置中回流的高压液体却被简单地排放掉了，为了使洗涤装置回流的高压液体的势能得以再利用，目前采用的方法是为多级离心泵并配备水力透平装置，水利透平装置是一种可部分回收液体压力势能并转化成动能的节能装置，其原理是，除完成高压液体输送外，同时使带有较高压力的回流液体回收进入水力透平装置后，与电机的动力共同驱动多级离心泵旋转作功，从而减小电机的功率输出，达到节能目的，这种装置的优点是结构简单，但不足之处是，因水利透平装置是先将液体压力势能转化为机械能再加以利用，能量的回收利用方式不合理，这也决定了其能量的回收效率太低，实际应用中回收率最高只有30％，节能效果并不明显，目前还未见有更为合理和适应广泛的液体压力回收利用装置，以及更为直接有效的液体压力交换方法。为克服上述不足，本发明人此前公开了一种专利公开号为CN203098431U的“压力交换泵”和专利公开号为CN104019065A的“压力交换泵的压力交换方法”，可实现高压液体能量的直接转换和得以高效回收利用，但是，这一技术方案因需使用小功率电机作配套动力来带动曲轴连杆，再通过曲轴连杆与活塞杆连接，从而驱动交换泵中的活塞运动，故成本投入较高；曲轴连杆结构从体积到制造成本都很难实现活塞的大行程运动，限制了高压液体能量的单位回收量；交换泵的卧式设计会加速相对运动部件的机械磨损；有些工序中可回收的多级液压能(如二级液的闪蒸液压力能)尚没有得到充分回收利用。

技术实现要素：

本发明的目的是针对背景技术的不足，提供一种更为优化的液压助力液体压力交换装置和液体压力交换方法，使回流的高压液体能量得到更为充分、高效、合理的回收利用。

本发明的技术方案是，通过液压助力液体压力交换装置完成高压液体与被加压液体的压力交换，所述液压助力液体压力交换装置包括单缸体和复式缸体两种：

单缸体液压助力液体压力交换装置包括液压油缸、活塞、缸体、下进液阀、下排液阀、上进液阀、上排液阀，活塞置于缸体内，缸体的上端固定有上进液阀、上排液阀和液压油缸，液压油缸的油缸轴连接活塞，缸体的下端接有下进液阀和下排液阀；

复式缸体液压助力液体压力交换装置包括液压油缸、一级活塞、二级活塞、缸体、隔板、下进液阀、下排液阀、上进液阀、上排液阀、二级液进液阀和二级液排液阀，隔板横置于缸体中部将缸体分为上、下两个缸室，一级活塞置于下缸室，二级活塞置于上缸室，缸体的上端固定有液压油缸和放气阀，液压油缸的油缸轴连接一级活塞和二级活塞，一级活塞和二级活塞在油缸轴的带动下同步运动，下缸室的外侧分别接有上进液阀、上排液阀、下进液阀和下排液阀，上缸室的外侧下部接有二级液进液阀和二级液排液阀；

所述下进液阀和下排液阀是分别用于被加压液体进、排的单向阀，所述上进液阀和上排液阀分别用于回收高压液体势能和泄压排液。

所述单缸体液压助力液体压力交换装置，缸体内以活塞为界可视为A、B两室，两室的容积会随着活塞的前后移动而改变。A室中是需要加压输送的液体，它从下进液阀吸入，从下排阀排出，B室是带有较高压力的需要回收能量的回流液体，它从上进液阀进入，从上排液阀排出，根据液体压力的特性，知道B室中有较高压力的液体会通过活塞施压在A室的液体上，从而可实现压力的高效转移即压力交换，由于活塞两端的A、B室压力基本平衡，所以用较小的动能就可以使活塞向前运动，达到了能量的高效回收并节能的目的。因此，活塞的动力既有液压缸的直接驱动，又有回流高压液体压力的推动。

本装置可根据回收利用多级液压能的实际需要而采用复式缸体，以实现多级液压能(如二级液的闪蒸压力能)全部高效回收利用，尤其适用于需采用两次或多次压力交换才能彻底回收能量的工况，所述复式缸体以隔板为界分为上、下两个缸室，以两个活塞为界下缸室可视为A、B两室、上缸室可视为C、D两室，A、B两室的工况与单缸体工况相同，所不同的是，在某一工况下二级液进液阀开启，二级液也同时进入C室对二级活塞产生推力，又在某一工况下二级液排液阀打开，C室的二级液排出，同时放气阀开启，D室内的压缩气体排出。

本装置无论是单缸体或复式缸体的运行，均采用多组(三缸以上)顺序并联的方式按时序运行，缸体的大小和个数不限，所以能科学合理的满足回收能力从大到小的各种行业工况。

由于本发明不同于背景技术中将势能先转化成机械能再加以利用，不需另配加压泵加压输送，而是借助液压缸的辅助推力助推活塞，使携带能量的液体直接将能量转移到需要升压的液体上，也能满足携带能量的液体进行压力交换并加压排出的要求，理论上能量回收率为99％，实践中去除其它能耗，回收率可达到95％左右，可广泛应用于化工工艺中的高压洗涤或吸收等工艺的能量回收领域，以及有带压液体排出又有需要加压的液体的工况。

本发明若应用于高压洗涤吸收装置的富液与贫液间的压力交换时，其配套的液压缸功耗很小，液压缸径和工作行程可根据回收量及活塞行程的大小来选择。由此可见，本发明不仅可实现高效的能量回收和能量转移，能量转换方式更为合理，而且使多级液压能(如二级液的闪蒸液压力能)也得以充分回收利用；又由于采用液压缸做配套动力，一则可进一步减小动力损耗，节能效果更为明显；二则可根据工况要求设置大行程缸体，以满足大回收量的需要；缸体的立式设计可减轻相对运动部件的机械磨损，延长设备使用寿命。

附图说明

图1是单缸体液压助力液体压力交换装置与相关设备连接示意图；

图2是单缸体液压助力液体压力交换装置工作过程示意图；

图3是复式缸体液压助力液体压力交换装置与相关设备连接示意图；

图4是复式缸体液压助力液体压力交换装置工作过程示意图。

图中：一级活塞1、缸体2、下进液阀3、下排液阀4、上进液阀5、上排液阀6、洗涤塔7、进液总管8、排液总管9、进液口10、出液管11、出液口12、液压油缸13、隔板14、二级活塞15、二级液进液阀16、二级液出液阀17、放气阀18

具体实施方式

下面通过实施例结合附图对本发明作详细说明。

实施例一：如图1所示，所述单缸体液压助力液体压力交换装置，缸体2通过阀门与生产线上的相应管线相连接，以连接高压洗涤塔7的管线为例，前进液阀3接进液总管8，前排液阀4接排液总管9，排液总管9的另一端与洗涤塔7的进液口10相连；后进液阀5接出液管11，出液管11与洗涤塔7的出液口12相连；后排液阀5与排液管线相连，为泄压排液通道。

压力交换方法包括下列步骤：

1、如图2(a)所示，当活塞1在液压油缸13的驱动下，从下端开始向上端运行时，待输送的液体(贫液)从进液总管8通过下进液阀3被吸入A室，随着活塞1上移，液体被不断地吸入A室；

2、如图2(b)所示，当活塞1运行至上端时A室容积最大，此时B室的上排液阀6处于关闭状态，上进液阀5按时开启，回流的高压液体通过洗涤塔7的出液口12和出液管11进入B室；

3、如图2(c)所示，回流的高压液体进入B室推动活塞1向下端运行的同时将A室中的液体加压，直到下排液阀4开启，被加压的液体通过下排液阀4排出，并通过排液总管9从进液口10进入洗涤塔7；

4、如图2(d)所示，当活塞1运行至下端时，B室的上进液阀5按时关闭、上排液阀6按时开启并瞬间泄压开始排液，到此完成一个压力交换工作循环。

实施例二：如图4(a)所示，所述复式缸体液压助力液体压力交换装置，包括液压油缸13、一级活塞1、二级活塞15、缸体2、隔板14、下进液阀3、下排液阀4、上进液阀5、上排液阀6，隔板14横置于缸体2中部将缸体2分为上、下两个缸室，一级活塞1置于下缸室，二级活塞15置于上缸室，缸体2的上端固定有液压油缸13和放气阀18，液压油缸13的油缸轴连接一级活塞1和二级活塞15，一级活塞1和二级活塞15在油缸轴的带动下同步运动，下缸室的外侧分别接有上进液阀5、上排液阀6、下进液阀3和下排液阀4，上缸室的外侧下部接有二级液进液阀16和二级液排液阀17。

如图3所示，缸体2通过阀门与生产线上的相应管线相连接，仍以连接高压洗涤塔7的管线为例，下进液阀3接进液总管8，下排液阀4接排液总管9，排液总管9的另一端与洗涤塔7的进液口10相连；上进液阀5接出液管11，出液管11与洗涤塔7的出液口12相连；上排液阀6与排液管线相连，为泄压排液通道；二级液进液阀16接闪蒸来液管，二级液排液阀17接闪蒸出液管。

所述复式缸体液压助力液体压力交换装置，尤其适用于需采用两次或多次压力交换才能彻底回收能量的工况，如碳酸丙烯脂脱碳工序和合成氨变换气脱硫工序均设闪蒸器，富液不能一次全部减压，而是减压到闪蒸压力经闪蒸流出再次减压的二级液。以在碳酸丙烯脂工艺中为例，图4给出了复式缸体液压助力液体压力交换装置工作过程示意图，具体压力交换方法包括下列步骤：

1、如图4(a)所示，当一级活塞1和二级活塞15在液压油缸13的驱动下，从各自缸室的下端开始同步向上运行时，待输送的液体(贫液)从进液总管8通过前进液阀3被吸入A室，上缸室的二级液进液阀16开启，闪蒸后的二级液进入C室，对二级活塞15产生向上的推力，随着活塞1和活塞15上移，液体被不断地吸入A室和冲入C室；

2、如图4(b)所示，当活塞1和活塞15运行至上端时A室和C室容积最大，此时B室的上排液阀6处于关闭状态，上进液阀5按时开启，C室的二级液进液阀16关闭、二级液出液阀17同步开启，同时上缸室上的放气阀18开启，放掉D室内的压缩气体，回流的高压液体通过洗涤塔7的出液口12和出液管11进入B室，C室的二级液开始从二级液出液阀17减压排出；

3、如图4(c)所示，回流的高压液体进入B室推动一级活塞1向下端运行的同时将A室中的液体加压，直到下排液阀4开启，被加压的液体通过下排液阀4排出，并通过排液总管9从进液口10进入洗涤塔7，C室中减压后的二级液在二级活塞15的推动下排出到下个设备；

4、如图4(d)所示，当一级活塞1和二级活塞15同时运行至下端时，B室的上进液阀5按时关闭、上排液阀6按时开启并瞬间泄压排液，C室的二级液出液阀17关闭，二级液进液阀16开启，二级液进入C室加压，到此完成一个压力交换工作循环。

为提高能量回收率，油缸轴的截面积应小于活塞截面积的5％。

在本发明中，因活塞在静止时两端等压，此时势能利用率最大，回收率最高，当活塞运行速度超过一定值时回收率会相应有所下降，故不宜盲目提高活塞的运行速度。同时，确定活塞的运行速度还应考虑到缸体2上所有阀门及各管线口径与缸体2直径的比例。

所述上进液阀5和上排液阀6、复式缸体上的二级液进液阀16和二级液出液阀17采用电磁阀或液压程控阀，可根据缸体2组合数量及不同工况来设置动作控制点，比如可在阀端安装相应的传感器件来达到控制阀门同步开、关的目的，根据回收量和实际工况来设计缸体个数和缸体大小以及是否采用复式缸体。

本发明根据工艺要求和场地要求设置缸体直径和缸体长度、缸体个数及摆放位置。从经济性考虑，本发明特别适应于大装置的能量回收。对输送液体均量要求过高的工况可设压力缓冲槽和调节阀来满足需要。考虑到液体的清洁度，可在总管处设过滤器以延长设备使用周期。

本发明未考虑两种液体的完全不可互混性，可能造成微量混合，但在一般类似的工况下并不存在此问题，如两种液体会发生强烈化学反应则不适用本发明。