[實用新型]用于泵送低溫流體的往復泵組件和包括其的系統

有效

• 申請號: 201220588026.9
• 申請日: 2012-11-09
• 公開（公告）號: CN203146301U
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: J.C.斯特里特
• 申請（專利權）人: 氣體產品與化學公司
• 主分類號: F04B53/00
• 分類號: F04B53/00;F04B53/08;F04B53/02;F04B17/05;F01P5/10
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;嚴志軍

技術領域

本實用新型涉及用于泵送低溫流體的往復泵組件和包括其的系統。?

背景技術

為低溫液體設計的容積式往復泵或低溫往復泵通常在用于油田服務和工業應用的便攜式設備上使用，在這些應用中，氮作為低溫液體被輸送、泵送到更高壓力，汽化，且然后被注入到井、管線、容器中或以其它方式輸送以用于最終用途。商業制造的設計中許多由熱端、并聯的多個冷端以及將每個冷端連接到熱端的中間間隔件構成。?

熱端進一步由外殼、曲軸(crankshaft)、連桿和十字頭(crosshead)構成，十字頭將旋轉運動轉變為用于冷端的線性運動。冷端是泵主體，其包括柱塞或活塞、氣缸、氣缸頭、吸入閥和排出閥。中間間隔件將熱端與冷端熱絕緣，同時對齊冷端活塞與熱端十字頭。?

普通的商用冷端設計具有活塞填料密封件，其剛好位于離冷端氣缸活塞沖程長度以外。活塞填料密封件防止低壓低溫氮泄漏到大氣并可能將低溫氮噴到不能忍受低溫的熱端十字頭油封上。?

冷端活塞在水的冰點以下操作，因此，在中間間隔件內暴露于環境空氣的冷端活塞的部分上可形成冰。也稱為刮擦器(wiper)的金屬刮板可以定位成鄰近與冷端氣缸相對的活塞填料密封件，以從活塞清潔污染物，主要是冰。刮擦器旨在保護活塞填料密封件不受源自積冰和其它污染物的物理損壞。當低溫往復泵在其設計包絡的上部中以某一速度操作時，已證明刮擦器是有效的，但當低溫往復泵以低速度操作時，已證明刮擦器是無效的。?

活塞填料密封件常常是塑性材料，通常為聚四氟乙烯(PTFE)和諸如玻璃纖維或碳的結構改性劑的共混物。這些材料適于在低溫下使用，但具有比活塞填料密封件所圍繞的冷端活塞大得多的熱收縮率。熱收縮之差增加了在低溫下活塞填料密封件中的應力，從而導致增加的冷流變形。?

許多商用低溫往復泵的設計是對許多應用的適當折衷，特別是當泵在允許除霜之前操作時間顯著少于10小時時，或者當泵在其設計速度范圍的上半部中旋轉時。然而，當泵在低速度下長時間操作時，它們的設計導致常見的問題。在連續操作中，冷端和中間間隔件上的冰形成物在一段時間內繼續積聚。冰的積聚將冷端和中間間隔件圍繞活塞填料密封件的部分絕緣，并且在開始繼續操作之后幾小時內，活塞填料密封件的溫度繼續降低。在低溫下延長的持續時間有助于活塞填料密封件中的變形，這種變形防止它們在再次變熱時密封。此外，當在足夠的速度下操作時，已經證明普通的刮擦器對于從活塞清除因暴露于環境水蒸氣而產生的所有冷凝物和霜而言是有效的措施，但即使在良好的狀態下，刮擦器也往往不能除去在較低泵速度下形成于活塞上的硬白霜。?

此前的冷端設計已包括用于使活塞填料密封件保持明顯熱于泵送流體的裝置。各種設計的此類特征包括：伸長的維度，用于減少從活塞填料傳導的熱量；圍繞活塞填料的翅片，用于增加從環境空氣到活塞填料的熱傳遞；絕緣段，用于將活塞填料與泵送室內的寒冷溫度熱絕緣；以及活塞填料密封件加熱流體夾套，其一體化到圍繞活塞填料密封件的外殼。這些特征的缺點在于，它們通常增加了低溫往復泵的尺寸，這對于安裝在卡車或拖車上而言是不可取的，并且它們使冷端的更換更加麻煩。?

傳統低溫往復泵設計的一些特征強調在泵送低溫流體時減少傳遞到該低溫流體中的熱量，以便減少必須返回到低溫儲罐的蒸氣。返回到儲罐的蒸氣增加了所儲存的低溫流體的溫度，從而減小了低溫往復泵可用的凈正吸升力(suction?head)。由于低溫儲罐的操作壓力，返回的蒸氣也可直接排到大氣。這些特征限制了從熱端傳遞到冷端中的熱量，并且有時減少了直接從環境空氣通過冷端外殼傳遞到帶有真空絕緣段的泵送室的熱量。?

由制造商(例如，ACD、NOV?HydraRig、CS&P?Technologies)指定用于油田服務應用的許多商用低溫往復泵不使用類似的設計特征來限制到冷端中的熱傳遞，因為包括低溫往復泵的設備通常也包括低溫離心泵以增加低溫往復泵可用的凈正吸升力。此外，當在低溫往復泵內生成的蒸氣被排到大氣時，相比面向油田應用銷售的許多低溫往復泵的相對較高的設計速率，該量是極少的。?