[發明專利]防相變低壓損的超臨界二氧化碳低壓儲罐裝置及控制方法

有效

• 申請號: 201810588735.9
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108730752B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 韓萬龍;王月明;姚明宇;李紅智;張一帆;吳帥帥
• 申請（專利權）人: 華能國際電力股份有限公司;西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: F17C1/00
• 分類號: F17C1/00;F17C13/00;F17C13/02;F17C13/04;F17C13/12
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發明公開了防相變低壓損的超臨界二氧化碳低壓儲罐裝置及控制方法，該裝置包括罐體、進口管道、出口管道、過渡管道、收縮段、加熱器、安全閥、檢測段、檢測段截止閥、排空閥、取樣段截止閥、取樣段、單向段、逆止閥、壓力表和溫度表，該裝置通過控制系統實現氣體存儲、氣體取樣、提供單向冷卻氣源、超壓排放、自動快速排空、溫度和壓力檢測、防相變自動加熱功能，該裝置可顯著降低了罐體內氣體的旋渦強度，將穩定流過罐體的流體的氣動損失降至最低，同時當超臨界二氧化碳系統發生透平緊急停車事故時，該裝置可保證在提供冷卻用二氧化碳氣體的全過程中不發生相變。

技術領域

本發明涉及超臨界二氧化碳循環系統的低壓儲罐技術領域，具體一種可降低渦流壓力損失、防止液化的高溫高壓超臨界二氧化碳循環系統的低壓儲罐裝置及方法。

背景技術

超臨界二氧化碳系統中的最低壓力應大于臨界壓力7.39MPa，所以低壓儲罐的工作壓力應該在7.39MPa以上。在高設計參數的超臨界二氧化碳系統中，為了穩定系統關鍵位置氣體的壓力、溫度參數，使超臨界二氧化碳系統的旋轉設備處于最佳工作狀態的作用，必須要使用低壓罐體儲存一定質量的超臨界狀態的二氧化碳。除了穩壓作用以外，儲罐還應具有以下功能：1、為系統發生透緊急停車事故時供必要的冷卻用二氧化碳氣體；2、系統氣體取樣；3、氣體狀態監測。由于上述超臨界二氧化碳罐體需要滿足超臨界二氧化碳系統特有的功能，未有前人根據超臨界二氧化碳系統中的相關功能對罐體進行針對性設計，使之達到滿足超臨界二氧化碳系統中的低壓儲罐的功能要求。例如，罐體內存在以下兩個問題未得到解決：1、超臨界二氧化碳氣流進出罐體時在罐體內形成了三維大尺度旋渦，使罐體內存在附加渦流壓力損失，在一定程度上降低了系統循環效率；2、在超臨界二氧化碳透平緊急事故工況，罐體提供冷氣時會出現相變，使儲罐內的氣體不能按要求供應。如能降低低壓罐體的大尺度三維渦流帶來的附加壓損，可以提高系統的循環效率；如果能防止事故工況罐體內氣體發生相變可以使冷氣氣流穩定流向透平，帶走透平上的多余熱量，保證透平的安全。尚無現有技術可以解決高設計參數的超臨界二氧化碳循環系統的有效降低低壓儲罐內的附加渦流壓力損失和事故工況罐體內發生相變的難題。

發明內容

為了解決上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供防相變低壓損的超臨界二氧化碳低壓儲罐裝置及控制方法，通過在超臨界二氧化碳低壓罐體內設置過渡管道、收縮段、加熱器、安全閥、檢測段、檢測段截止閥、排空閥、取樣段截止閥、取樣段、單向段、逆止閥、壓力表和溫度表，實現降低罐體內渦流效應和附加壓力損失，可提升高設計參數下的超臨界二氧化碳循環系統循環效率，同時通過控制系統實現氣體存儲、氣體取樣、提供單向冷卻氣源、超壓排放、自動快速排空、溫度和壓力檢測、防相變自動加熱功能。

本發明通過以下技術方案來實現上述目的：

一種防相變低壓損的超臨界二氧化碳低壓儲罐裝置，包括罐體1、進口管道2、出口管道3、過渡管道4、收縮段5、加熱器6、安全閥7、檢測段8、檢測段截止閥9、排空閥10、取樣段截止閥11、取樣段12、單向段13、逆止閥14、壓力表15和溫度表16，其中罐體1上下兩側外壁連接上設置主流流體進出的進口管道2和出口管道3，進口管道2和出口管道3之間連接位于罐體1內的過渡管道4，過渡管道4與出口管道3通過位于罐體1內的收縮段5相連，罐體1兩側內壁分別與過渡管道4的進氣端、收縮段5出氣端相連，罐體1內設置加熱器6，罐體1的頂部與檢測段8相連，檢測段8上分別設置檢測段截止閥9和排空閥10，檢測段截止閥9與罐體1之間的檢測段8上設置安全閥7、壓力表15和溫度表16，檢測段截止閥9與排空閥10之間的檢測段8與取樣段12相連，取樣段12上設置有取樣段截止閥11，罐體1與單向段13相連，單向段13設置有逆止閥14，還包括實現氣體存儲、氣體取樣、提供單向冷卻氣源、超壓排放、自動快速排空、溫度和壓力檢測、防相變自動加熱功能的控制系統。

所述過渡管道4為光滑過渡管道，過渡管道4的中心線的延長線或者中心線切線的延長線與罐體1外側的進口管道2和出口管道3的中心線重合，過渡管道4的出氣端位于收縮段5的進氣端的內側，過渡管道4出口的中心線的延長線與收縮段5的中心線重合。