Montajes de compresor y métodos para minimizar la ventilación de un proceso gaseoso durante operaciones de arranque.

Sistema de compresión de fluido para la compresión de un fluido,

comprendiendo el sistema de compresión de fluido (10; 110):

5 (a) un primer intercambiador de calor (82; 182) para proporcionar intercambio de calor entre un primer refrigerante y un disipador de calor externo;

(b) un segundo intercambiador de calor (40; 140) para proporcionar el calentamiento de un fluido de un tanque (12) por intercambio de calor con el primer refrigerante;

(c) un compresor multietapa que comprende:

(c1) una primera etapa de compresión (14; 114) dispuesta operativamente para recibir el fluido del segundo intercambiador de calor (40; 140);

(c2) al menos uno de (i) un tercer intercambiador de calor (48; 148) para proporcionar el enfriamiento de al menos una parte del fluido que sale de la primera etapa de compresión (14; 114) por intercambio de calor con el primer refrigerante y (ii) una primera camisa de refrigeración (196) para proporcionar el enfriamiento del fluido en la primera etapa de compresión (114) por intercambio de calor con el primer refrigerante; y

(c3) una segunda etapa de compresión (16; 116) dispuesta operativamente para recibir al menos una parte del fluido de la primera etapa de compresión (14; 114); y

(d) un primer bucle de refrigerante (80; 180) dispuesto operativamente para hacer circular el primer refrigerante a través del primer intercambiador de calor (82; 182), el segundo intercambiador de calor (40; 140), y el al menos uno del tercer intercambiador de calor (48; 148) y la primera camisa de refrigeración (196).

Montajes de compresor y mïtodos para minimizar la ventilaciïn de un proceso gaseoso durante operaciones de arranque 5

Referencia cruzada a solicitudes relacionadas La presente solicitud de patente reivindica la prioridad del documento de Solicitud Provisional de Estados Unidos con Nïmero de Serie 61/560976, titulado "Montajes de compresor y mïtodos para minimizar la ventilaciïn de un proceso gaseoso durante operaciones de arranque", presentado el 17 de noviembre de 2011, y el documento de Solicitud Provisional de Estados Unidos con Nïmero de Serie 13/418 995, presentado el 13 de marzo de 2012, incorporïndose por referencia los contenidos de cada una de estas solicitudes por la presente.

Antecedentes Los gases comprimidos se usan en numerosas industrias, incluyendo asistencia sanitaria, quïmica, y fabricaciïn. Para proporcionar un gas comprimido en un formato conveniente, se usan compresores para reducir el volumen del gas. Los compresores ïtiles para la compresiïn de un gas incluyen compresores de mïltiples etapas, asï como mïs de un compresor colocado en serie. Por lo tanto, la presiïn de un fluido de proceso se puede aumentar gradualmente desde una presiïn de entrada a una presiïn final de salida.

Los lïquidos criogïnicos proporcionan un beneficio en la distribuciïn debido a su alta densidad a baja presiïn. Estos lïquidos se transportan y almacenan como lïquidos pero se usan a menudo como gases a temperatura ambiente. Se usan habitualmente bombas o compresores criogïnicos, y la presente invenciïn se destina a este fin.

Los compresores para la compresiïn de gases criogïnicos se conocen bien en la tïcnica y se usan a menudo para comprimir gases de evaporaciïn de tanques de almacenamiento criogïnico y en procesos de separaciïn de aire. Tales compresores pueden consistir en una etapa de compresiïn individual o pueden tener mïltiples etapas de compresiïn. Para los compresores de etapa mïltiple, el gas que se va a comprimir ("corriente de proceso") se puede enfriar entre las etapas o se puede hacer pasar a etapas posteriores sin enfriar. En los sistemas que proporcionan enfriamiento entre etapas, se conoce la refrigeraciïn de la corriente del proceso de un compresor multietapa usando un disipador de calor criogïnico. Tambiïn se conoce el uso de intercambiadores de calor entre las etapas de compresiïn en las que la corriente de proceso se enfrïa frente a un fluido criogïnico, tal como gas natural lïquido (GNL) . Todos estos sistemas, sin embargo, se diseïan para enfriar hasta una temperatura de estado estacionario antes de la operaciïn normal y no se diseïan para operar normalmente durante este periodo transitorio.

Durante el perïodo transitorio, el fluido de proceso de un compresor o bomba criogïnica no se comprime y generalmente se retira por ventilaciïn, resultando en una pïrdida de fluido de proceso. Tal ventilaciïn termina cuando las etapas del compresor y los sistemas de fluido asociados se han enfriado hasta una temperatura que permite que la mïquina opere en modo criogïnico. Tal ventilaciïn de la corriente de proceso es indeseable debido a la pïrdida del producto y al coste asociado.

Por lo tanto, existe la necesidad de un sistema mejorado que sea capaz de operar en un perïodo de enfriamiento transitorio sin la ventilaciïn de la corriente de proceso.

Sumario La invenciïn que se divulga en el presente documento satisface las necesidades mencionadas anteriormente proporcionando un sistema de compresor multietapa que tiene un intercambiador de calor interetapa entre cada etapa de compresiïn a travïs del cual fluye el fluido de proceso durante la fase de enfriamiento transitoria.

Existen varios aspectos del sistema y el mïtodo de compresiïn de fluido que se perfilan a continuaciïn.

Aspecto 1. Un sistema de compresiïn de fluido para la compresiïn de un fluido, comprendiendo el sistema de 55 compresiïn de fluido:

(a) un primer intercambiador de calor para proporcionar intercambio de calor entre un primer refrigerante y un disipador de calor externo;

(b) un segundo intercambiador de calor para proporcionar el calentamiento de un fluido de un tanque por intercambio de calor con el primer refrigerante;

(c) un compresor multietapa que comprende:

(c1) una primera etapa de compresiïn dispuesta operativamente para recibir el fluido del segundo intercambiador de calor;

(c2) al menos uno de (i) un tercer intercambiador de calor para proporcionar el enfriamiento de al menos una parte del fluido que sale de la primera etapa de compresiïn por intercambio de calor con el primer refrigerante y (ii) una primera camisa de refrigeraciïn para proporcionar el enfriamiento del fluido en la primera etapa de compresiïn por intercambio de calor con el primer refrigerante; y

(c3) una segunda etapa de compresiïn dispuesta operativamente para recibir al menos una parte del fluido de la primera etapa de compresiïn; y

(d) un primer bucle de refrigerante dispuesto operativamente para hacer circular el primer refrigerante a travïs del primer intercambiador de calor, el segundo intercambiador de calor, y el al menos uno del tercer intercambiador de calor y la primera camisa de refrigeraciïn.

Aspecto 2. El sistema de compresiïn de fluido del aspecto 1 donde el disipador de calor externo es aire ambiente.

Aspecto 3. El sistema de compresiïn de fluido del aspecto 1 o del aspecto 2 que comprende ademïs:

(e) una primera vïlvula para recibir el fluido del tanque;

(f) un primer conducto de derivaciïn para transportar opcionalmente el fluido desde el tanque sin que el fluido pase a travïs del segundo intercambiador de calor; donde la primera vïlvula se dispone operativamente para distribuir el fluido al segundo intercambiador de calor y al primer conducto de derivaciïn;

(g) un primer sensor de temperatura dispuesto operativamente para medir la temperatura del fluido que entra en la primera etapa de compresiïn; y

(h) un controlador en comunicaciïn de seïal con el primer sensor de temperatura, configurado el controlador para hacer que la primera vïlvula distribuya al menos una parte del fluido al segundo intercambiador de calor cuando el primer sensor de temperatura detecta que la temperatura medida por el primer sensor de temperatura es menor que un primer criterio de temperatura, y para hacer que la primera vïlvula distribuya al menos una parte del fluido al primer conducto de derivaciïn cuando el primer sensor de temperatura detecta que la temperatura medida por el primer sensor de temperatura es mayor que el primer criterio de temperatura.

Aspecto 4. El sistema de compresiïn de fluido del aspecto 3, donde el controlador se configura para hacer que la primera vïlvula dirija todo el fluido al segundo intercambiador de calor cuando el primer sensor de temperatura detecta que la temperatura medida por el primer sensor de temperatura es menor que el primer criterio de temperatura, y para hacer que la primera vïlvula distribuya todo el fluido al primer conducto de derivaciïn cuando el primer sensor de temperatura detecta que la temperatura medida por el primer sensor de temperatura es mayor que el primer criterio de temperatura.

Aspecto 5. El sistema de compresiïn de fluido del aspecto 3 o el aspecto 4, donde el primer criterio de temperatura es una primera temperatura de punto de ajuste.

Aspecto 6. El sistema de compresiïn de fluido de cualquiera de los aspectos 1-5 que comprende ademïs:

una segunda vïlvula para recibir el fluido de la primera etapa de compresiïn;

un segundo conducto de derivaciïn para transportar opcionalmente el fluido desde la primera etapa de compresiïn sin que el fluido pase a travïs del tercer intercambiador de calor; y

un segundo sensor de temperatura dispuesto operativamente para medir la temperatura del fluido que sale de la primera etapa de compresiïn;

donde la segunda vïlvula se dispone operativamente para distribuir el fluido al tercer intercambiador de calor y al segundo conducto de derivaciïn; y

donde el controlador estï en comunicaciïn de seïal con el segundo sensor de temperatura y configurado para hacer que la segunda vïlvula distribuya al menos una parte del fluido al tercer intercambiador de calor cuando el segundo sensor de temperatura detecta que la temperatura medida por el segundo sensor de temperatura es mayor que un segundo criterio de temperatura, y para hacer que la segunda vïlvula distribuya al menos una parte del fluido al segundo conducto de derivaciïn cuando el segundo sensor de temperatura detecta que la temperatura medida por el segundo sensor de temperatura es menor que el segundo criterio de temperatura.

Aspecto 7. El sistema... [Seguir leyendo]

1. Sistema de compresiïn de fluido para la compresiïn de un fluido, comprendiendo el sistema de compresiïn de fluido (10; 110) :

(a) un primer intercambiador de calor (82; 182) para proporcionar intercambio de calor entre un primer refrigerante y un disipador de calor externo; (b) un segundo intercambiador de calor (40; 140) para proporcionar el calentamiento de un fluido de un tanque

(12) por intercambio de calor con el primer refrigerante;

(c) un compresor multietapa que comprende:

(c1) una primera etapa de compresiïn (14; 114) dispuesta operativamente para recibir el fluido del segundo intercambiador de calor (40; 140) ; (c2) al menos uno de (i) un tercer intercambiador de calor (48; 148) para proporcionar el enfriamiento de al

menos una parte del fluido que sale de la primera etapa de compresiïn (14; 114) por intercambio de calor con el primer refrigerante y (ii) una primera camisa de refrigeraciïn (196) para proporcionar el enfriamiento del fluido en la primera etapa de compresiïn (114) por intercambio de calor con el primer refrigerante; y (c3) una segunda etapa de compresiïn (16; 116) dispuesta operativamente para recibir al menos una parte del fluido de la primera etapa de compresiïn (14; 114) ; y

(d) un primer bucle de refrigerante (80; 180) dispuesto operativamente para hacer circular el primer refrigerante a travïs del primer intercambiador de calor (82; 182) , el segundo intercambiador de calor (40; 140) , y el al menos uno del tercer intercambiador de calor (48; 148) y la primera camisa de refrigeraciïn (196) .

2. El sistema de compresiïn de fluido de la reivindicaciïn 1 que comprende ademïs:

(e) una primera vïlvula (38; 138) para recibir el fluido desde el tanque (12) ;

(f) un primer conducto de derivaciïn (42; 142) para transportar opcionalmente el fluido desde el tanque (12) sin que el fluido pase a travïs del segundo intercambiador de calor (40; 140) ; donde la primera vïlvula (38; 138) se dispone operativamente para distribuir el fluido al segundo intercambiador de calor y al primer conducto de derivaciïn;

(g) un primer sensor de temperatura (44; 144) dispuesto operativamente para medir la temperatura del fluido que entra en la primera etapa de compresiïn (14; 114) ; y

(h) un controlador (76; 176) en comunicaciïn de seïal con el primer sensor de temperatura (44; 144) ,

configurado el controlador para hacer que la primera vïlvula (38; 138) distribuya al menos una parte del fluido al segundo intercambiador de calor cuando el primer sensor de temperatura detecta que la temperatura medida por el primer sensor de temperatura es menor que un primer criterio de temperatura (320) que puede ser en particular una primera temperatura de punto de ajuste, y para hacer que la primera vïlvula distribuya al menos una parte del fluido al primer conducto de derivaciïn cuando el primer sensor de temperatura detecta que la temperatura medida por el primer sensor de temperatura es mayor que el primer criterio de temperatura (320) .

3. El sistema de compresiïn de fluido de la reivindicaciïn 1 o 2 que comprende ademïs:

una segunda vïlvula (46; 146) para recibir el fluido desde la primera etapa de compresiïn (14; 114) ;

un segundo conducto de derivaciïn (50; 150) para transportar opcionalmente el fluido desde la primera etapa de compresiïn sin que el fluido pase a travïs del tercer intercambiador de calor (48; 148) ; y un segundo sensor de temperatura (47; 147) dispuesto operativamente para medir la temperatura del fluido que sale de la primera etapa de compresiïn; donde la segunda vïlvula se dispone operativamente para distribuir el fluido al tercer intercambiador de calor y al segundo conducto de derivaciïn; y donde el controlador (76; 176) estï en comunicaciïn de seïal con el segundo sensor de temperatura (47; 147) y configurado para hacer que la segunda vïlvula (46; 146) distribuya al menos una parte del fluido al tercer intercambiador de calor cuando el segundo sensor de temperatura detecta que la temperatura medida por el segundo sensor de temperatura es mayor que un segundo criterio de temperatura (360) que puede ser en 55 particular una segunda temperatura de punto de ajuste, y para hacer que la segunda vïlvula distribuya al menos una parte del fluido al segundo conducto de derivaciïn cuando el segundo sensor de temperatura detecta que la temperatura medida por el segundo sensor de temperatura es menor que el segundo criterio de temperatura (360) .

4. El sistema de compresiïn de fluido de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde el compresor multietapa comprende ademïs

una tercera etapa de compresiïn (18; 118) dispuesta operativamente para recibir al menos una parte del fluido desde la segunda etapa de compresiïn (16; 116) ; y 65 al menos uno de (i) un cuarto intercambiador de calor (60; 160) para proporcionar el enfriamiento de al menos una parte del fluido que sale de la segunda etapa de compresiïn por intercambio de calor con el primer

refrigerante, y (ii) una segunda camisa de refrigeraciïn (197) para proporcionar el enfriamiento del fluido en la segunda etapa de compresiïn (16; 116) por intercambio de calor con el primer refrigerante; y

donde el primer bucle de refrigerante (80; 180) se dispone operativamente ademïs para hacer circular el primer 5 refrigerante a travïs de al menos uno del cuarto intercambiador de calor y la segunda camisa de refrigeraciïn.

5. El sistema de compresiïn de fluido de la reivindicaciïn 4, donde el compresor multietapa comprende ademïs

un tercer conducto de derivaciïn (58; 158) para transportar opcionalmente el fluido desde la segunda etapa de compresiïn (16; 116) a la tercera etapa de compresiïn (18; 118) sin que el fluido pase a travïs del cuarto intercambiador de calor (60; 160) ; una tercera vïlvula (56; 156) para recibir el fluido desde la segunda etapa de compresiïn; y un tercer sensor de temperatura (54; 154) dispuesto operativamente para medir la temperatura del fluido que sale de la segunda etapa de compresiïn; y

donde el controlador (76; 176) estï ademïs en comunicaciïn de seïal con el tercer sensor de temperatura (54; 154) , configurado el controlador para hacer que la tercera vïlvula (56; 156) distribuya al menos una parte del fluido al cuarto intercambiador de calor (60; 160) cuando el tercer sensor de temperatura detecta que la temperatura medida por el tercer sensor de temperatura es mayor que un tercer criterio de temperatura que puede ser en particular una tercera temperatura de punto de ajuste, y para hacer que la tercera vïlvula distribuya al menos una parte del fluido al tercer conducto de derivaciïn (58; 158) cuando el tercer sensor de temperatura detecta que la temperatura medida por el tercer sensor de temperatura es menor que el tercer criterio de temperatura.

6. El sistema de compresiïn de fluido de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 que comprende ademïs:

un quinto intercambiador de calor (194) para proporcionar intercambio de calor entre un segundo refrigerante y un segundo disipador de calor externo; donde el compresor multietapa comprende ademïs un sexto intercambiador de calor (191) para proporcionar el

enfriamiento de al menos una parte del fluido que sale de la primera etapa de compresiïn (116) por intercambio de calor con el segundo refrigerante; y un segundo bucle de refrigerante (190) dispuesto operativamente para hacer circular el segundo refrigerante a travïs del quinto intercambiador de calor (194) y el sexto intercambiador de calor (191) .

7. El sistema de compresiïn de fluido de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende ademïs:

una primera derivaciïn de presiïn (64, 70, 74; 164, 170, 174) dispuesta operativamente para permitir que una parte del fluido que ha pasado a travïs de la primera etapa de compresiïn se salte la segunda etapa de compresiïn.

8. El sistema de compresiïn de fluido de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde el disipador de calor externo es aire ambiente.

9. Mïtodo para la compresiïn de un fluido suministrado desde de un recipiente de almacenamiento criogïnico (12) , 45 comprendiendo el mïtodo:

(a) hacer circular un primer refrigerante a travïs de un primer intercambiador de calor (82; 182) , un segundo intercambiador de calor (40; 140) , y al menos uno de un tercer intercambiador de calor (48; 148) y una primera camisa de refrigeraciïn (196) ;

(b) calentar el fluido haciendo pasar al menos una parte del fluido al segundo intercambiador de calor (40; 140) para intercambiar calor con el primer refrigerante enfriando de ese modo el primer refrigerante;

(c) comprimir el fluido de la etapa (b) en una primera etapa de compresiïn (14; 114) de un compresor multietapa; y

(d) comprimir ademïs al menos una parte del fluido de la primera etapa de compresiïn en una segunda etapa de 55 compresiïn (16; 116) del compresor multietapa;

donde el primer refrigerante se hace circular en el primer intercambiador de calor (82; 182) para intercambiar calor con un disipador de calor externo; y donde al menos uno de (i) el fluido se enfrïa por intercambio de calor con el primer refrigerante que fluye a travïs de 60 la primera camisa de refrigeraciïn (196) durante la etapa (c) y (ii) al menos una parte del fluido se hace pasar al tercer intercambiador de calor (48; 148) y se enfrïa por intercambio de calor con el primer refrigerante en el tercer intercambiador de calor despuïs de la etapa (c) y antes de la etapa (d) .

10. El mïtodo de la reivindicaciïn 9 que comprende ademïs:

comprimir ademïs al menos una parte del fluido de la segunda etapa de compresiïn (16; 116) en una tercera etapa de compresiïn (18; 118) del compresor multietapa; y

donde al menos uno de (i) el fluido se enfrïa por intercambio de calor con el primer refrigerante que fluye a travïs de una segunda camisa de refrigeraciïn (197) durante la etapa (d) y (ii) al menos una parte del fluido se hace pasar a un cuarto intercambiador de calor (60; 160) y se enfrïa por intercambio de calor con el primer refrigerante en el cuarto intercambiador de calor despuïs de la etapa (d) donde el primer refrigerante se hace circular a travïs el cuarto intercambiador de calor.

11. El mïtodo de la reivindicaciïn 9 o 10 que comprende ademïs:

medir la temperatura del fluido antes de entrar en la primera etapa de compresiïn (14; 114) ; y ajustar la cantidad de fluido que pasa al segundo intercambiador de calor (40; 140) para calentar mïs fluido cuando la temperatura del fluido medida antes de entrar en la primera etapa de compresiïn es menor que un primer criterio de temperatura (320) , y para calentar menos fluido cuando la temperatura del fluido medida antes de entrar en la primera etapa de compresiïn es mayor que el primer criterio de temperatura (320) .

12. El mïtodo de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11 que comprende ademïs:

medir la temperatura del fluido despuïs de pasar a travïs de la primera etapa de compresiïn (14; 114) ; ajustar la cantidad del fluido que pasa al tercer intercambiador de calor (48; 148) para enfriar mïs fluido cuando la temperatura del fluido medida despuïs de pasar a travïs de la primera etapa de compresiïn es mayor que un segundo criterio de temperatura (360) y para enfriar menos fluido cuando la temperatura del fluido medida despuïs de pasar a travïs de la primera etapa de compresiïn es menor que el segundo criterio de temperatura (360) .

13. El mïtodo de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12 que comprende ademïs:

medir la temperatura del fluido despuïs de pasar a travïs de la segunda etapa de compresiïn (16; 116) ; ajustar la cantidad del fluido que pasa a un cuarto intercambiador de calor (60; 160) para enfriar mïs fluido cuando la temperatura del fluido medida despuïs de pasar a travïs de la segunda etapa de compresiïn es mayor que un tercer criterio de temperatura y para enfriar menos fluido cuando la temperatura del fluido medida despuïs de pasar a travïs de la segunda etapa de compresiïn es menor que el tercer criterio de temperatura;

donde el primer refrigerante tambiïn se hace circular a travïs el cuarto intercambiador de calor (60; 160) .

14. El mïtodo de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13 que comprende ademïs:

hacer circular un segundo refrigerante a travïs de un quinto intercambiador de calor (194) y un sexto intercambiador de calor (191) ; donde el segundo refrigerante se hace circular en el quinto intercambiador de calor para intercambiar calor con un segundo disipador de calor externo; y donde el fluido se hace pasar al sexto intercambiador de calor y se enfrïa por intercambio de calor con el segundo refrigerante en el sexto intercambiador de calor despuïs de la etapa (c) y antes de la etapa (d) .

15. Mïtodo para la compresiïn de un fluido, comprendiendo el mïtodo:

(a) proporcionar el sistema de compresiïn de fluido (10; 110) de la reivindicaciïn 1;

(b) hacer circular el primer refrigerante a travïs del primer intercambiador de calor (82; 182) , el segundo

intercambiador de calor (40; 140) , y al menos uno del tercer intercambiador de calor (48; 148) y la primera camisa de refrigeraciïn (196) ;

(c) calentar el fluido haciendo pasar al menos una parte del fluido al segundo intercambiador de calor (40; 140) para intercambiar calor con el primer refrigerante enfriando de ese modo el primer refrigerante;

(d) comprimir el fluido de la etapa (c) en la primera etapa de compresiïn (14; 114) del compresor multietapa; y

(e) comprimir ademïs al menos una parte del fluido de la primera etapa de compresiïn en la segunda etapa de compresiïn (16; 116) de el compresor multietapa;

donde el primer refrigerante se hace circular en el primer intercambiador de calor (82; 182) para intercambiar calor con el disipador de calor externo; y

donde al menos uno de (i) el fluido se enfrïa por intercambio de calor con el primer refrigerante que fluye a travïs de la primera camisa de refrigeraciïn (196) durante la etapa (d) y (ii) al menos una parte del fluido se hace pasar al tercer intercambiador de calor (48; 148) y se enfrïa por intercambio de calor con el primer refrigerante en el tercer intercambiador de calor despuïs de la etapa (d) y antes de la etapa (e) .