专利名称：冷却设备和方法
技术领域：
当偏远的地区具有可用的自然资源时，常常需要在不具备常规的基础建设和公共设施的情况下建立工业工厂以利用该自然资源。尤其是，当该地区位于荒凉区并靠近海时，有利地，现场将海水用于冷却目的并将软水的消耗减到最小。
本发明允许将不纯净的水源用于工业工厂内的冷却目的。
背景技术：
工业工厂常常具有一空气分离设备。这种工厂通常通过与来自空气分离装置的废气直接接触来降低用于冷却的水的温度，然后通过与被降温的水直接接触来冷却压缩空气流。该后面的、被降温的水与压缩空气流之间的直接热交换所需的水质要求是不纯净的水例如海水所不能满足的。
解决该问题的方法是利用空气分离工厂的废气通过不纯净的水与废气之间的直接接触来降低不纯净的水(例如海水)的温度，然后在被降温的不纯净的水和软水的闭合回路之间进行热交换。制得的被降温的软水随后可以通过直接接触来冷却空气流。
发明内容
本发明的目的是提供一冷却设备，该冷却设备包括一冷却装置，该冷却装置用于通过与具有第一纯度的水进行热交换来冷却压缩气体，以形成被冷却的压缩气体，由此形成被冷却的压缩气体流以及升温的具有第一纯度的水流；一第一热交换器，该第一热交换器用于通过与具有第一纯度的水流间接进行热交换来加热具有低于第一纯度的第二纯度的水流；以及一用于将被冷却的具有第一纯度的水送到冷却装置的管路。
具有第一纯度的水中给定杂质(诸如盐)的摩尔百分数小于具有第二纯度的水。特别是，具有第一纯度的水可以是软水，具有第二纯度的水可以是不纯净的水，如海水。
本发明的另一目的是提供一种冷却方法，该冷却方法包括通过与具有第一纯度的水进行热交换来冷却压缩气体以形成被冷却的压缩气体；通过在第一热交换器中与具有第一纯度的水流间接进行热交换来加热具有低于第一纯度的第二纯度的水流，并形成被冷却的具有第一纯度的水；将被冷却的具有第一纯度的水的至少一部分送到冷却装置。
为了进一步理解本发明的本质和目的，结合附图参考以下详细说明。在附图中，相似的部件具有相同或相似的参考标记，其中图1示出根据本发明的一体式冷却设备的示例。
具体实施例方式
本发明提供一冷却设备，该冷却设备包括一冷却装置，该冷却装置用于通过与具有第一纯度的水进行热交换来冷却压缩气体以形成被冷却的压缩气体，由此形成被冷却的压缩气体流以及升温的具有第一纯度的水流；一第一热交换器，该第一热交换器用于通过与具有第一纯度的水流间接进行热交换来加热具有低于第一纯度的第二纯度的水流；以及一用于将被冷却的具有第一纯度的水送到冷却装置的管路。
具有第一纯度的水中给定杂质(例如盐)的摩尔百分数小于具有第二纯度的水。尤其是，具有第一纯度的水可以是软水，具有第二纯度的水可以是不纯净的水，诸如海水。
该设备可包括一第二热交换器，该第二热交换器是直接接触式热交换器；一用于将具有第二纯度的水流送到第二热交换器的管路；一用于将来自低温蒸馏装置的至少一股流的至少一部分送到第二热交换器以冷却具有第二纯度的水流的管路；以及一用于将被冷却的具有第二纯度的水流送到第一热交换器的管路。
所述冷却装置可以是间接接触式或直接接触式热交换器。
来自低温蒸馏装置的流优选选自富氮气体、富氩气体和富氧气体。
如果所述压缩气体是空气，则所述设备包括用于将压缩气体作为原料送到低温蒸馏装置的管路。
所述压缩气体可以是低温蒸馏装置的产物。
此外，本发明提供一种冷却方法，该方法包括通过与具有第一纯度的水进行热交换来冷却压缩气体以形成被冷却的压缩气体；通过在第一热交换器中与具有第一纯度的水流间接进行热交换来加热具有低于第一纯度的第二纯度的水流，并形成被冷却的具有第一纯度的水；以及将被冷却的具有第一纯度的水的至少一部分送到冷却装置。
该方法可包括将具有第二纯度的水流送到第二热交换器；将来自低温蒸馏装置的至少一股流的至少一部分送到第二热交换器以冷却具有第二纯度的水流；以及将被冷却的具有第二纯度的水流送到第一热交换器。
所述压缩气体可以是空气，且该方法可包括将所述压缩气体送到前端净化装置然后作为原料送到低温蒸馏装置。
所述压缩气体可以是低温蒸馏装置的产物。
参考图1，低温空气分离装置17位于不纯净的水源3如湖或海附近。用泵从湿式主冷却塔6(第一冷却塔)的水槽4抽取不纯净的水1，所述水的一部分9送到直接接触式塔5的顶部，在该顶部不纯净的水流通过与干燥的废气7直接接触而被降温。干燥的废气优选是来自低温空气分离装置17的富氮气体7。该富氮气体7温度为5-40℃并被完全干燥，并因此通过蒸发潜热的产生来对不纯净的水9降温以形成被降温的不纯净的水。富氮气体所要求的温度典型是这样一温度，即气体在该温度下从空气分离装置17的主热交换器的高温端排出。不纯净的水9的流动由阀V1来控制，该阀受用于检测塔5底部液位的LIC控制。不纯净的水9被泵送到热交换器11，并在该热交换器中与纯水流13进行热交换，从而形成被降温的纯水。
纯水流13被送到另一直接接触式冷却塔15(第二冷却塔)的顶部，该冷却塔用于冷却来自空气分离装置17或另一个空气分离装置的主空气压缩机20的空气流19。纯水(流)13被送到除雾器14下方的一位置，并由阀V2控制其流动。从该第二冷却塔15的顶部出来的被冷却的空气21被送到净化装置(未示出)进行冷却并随后送到低温空气分离装置17的塔体。空气分离装置17制造氧气18以及也可能是氩气以备例如在气-液转化装置或其它消耗很大量氧气的类似工艺中现场使用。
不纯净的水的另一部分23被送到热交换器25，并在该热交换器中冷却来自第二冷却塔15的纯水流27。
在热交换器11下游，不纯净的水9与在热交换器25中升温的不纯净的水23混合以形成流26。流26然后被送回到湿式冷却塔6并在其中通过与引入的环境空气流的直接接触或风机强制作用下的蒸发而被冷却。落入水槽4的被冷却的不纯净的水随后在系统中再循环。
纯水27通过泵29被抽取并分成三股流。流13被送到热交换器11，流31经由阀V4在温度高于流13以被冷却的水进入冷却塔15的温度下被送到第二冷却塔15的中间高度，流33被送到其它消耗纯水的装置，例如现场的冷却回路(例如，压缩机内部冷却器)。升温的流33然后与冷却塔15底部的水的剩余部分混合以形成流27。
应注意，为直接接触式热交换器的冷却塔15可以由间接接触式热交换器代替。
应理解，在第二冷却塔15中被冷却的气体19可以是任何需要冷却的气体。
由于压缩空气流19中的湿气在冷却塔15中凝结，回路中纯水的体积增加。该纯水不包含溶解的矿物质，且由于空气中的二氧化碳产生的碳酸而略显酸性。通常没有必要对该纯水进行中和以避免腐蚀。但是，注入苏打以调节其PH值是非常有用的。通过容积与塔中凝结水的体积相当的排液器35对第二冷却塔15中的水位进行控制。必须至少时不时地除去来自空气凝结水的额外的水。该被排除的水35可以注入不纯净的水的回路(虚线)，或者可以用作用于另一用途的相对较纯的水源。被排除的水的流动由阀V3控制，所述阀V3由监测塔15底部液位的LIC控制。
排污器37用于将不纯净的水的浓度保持在可接受的范围内，使得盐浓度不会过分增加。
通过经由LIC根据水槽4中的水位进行控制的阀V5至少时不时地补充不纯净的水40以补偿经由排污器37以及蒸发和流动损失造成的水量损失。
空气分离装置17的压缩机20通常由蒸汽透平43驱动。蒸汽透平冷凝器45可以通过使用部分不纯净的水47来冷却，升温的不纯净的水47然后被送回到湿式冷却塔6。应理解，由于压缩机20可以由其它装置驱动，所以不必存在所述蒸汽透平。
可以看到，所述设备不消耗任何除不纯净的水40之外的水。由于唯一与待冷却的气体接触的水是纯净的，所以不存在污染气体的危险。
纯水回路的体积减小，并因此不存在这样的危险，即冷却塔溢流或者水流向下游敏感仪器例如空气分离装置17的前端净化装置。
应理解，尽管上面只示出并说明本发明的一个实施例，本领域的技术人员可以在不偏离本发明的精神和范围的情况下做出许多变型。
权利要求
1.一种一体式冷却设备，包括a)压缩气体的源；b)一冷却装置，该冷却装置用于通过与具有第一纯度的水进行热交换来冷却压缩气体以形成被冷却的压缩气体，由此形成被冷却的压缩气体流以及升温的具有第一纯度的水流；c)一第一热交换器，该第一热交换器用于通过与具有第一纯度的水流间接进行热交换来加热具有低于第一纯度的第二纯度的水流；以及d)一用于将被冷却的具有第一纯度的水送到冷却装置的管路。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括e)一为直接接触式热交换器的第二热交换器；f)一用于将具有第二纯度的水流送到第二热交换器的管路；g)一用于将来自低温蒸馏装置的至少一股流的至少一部分送到第二热交换器以冷却具有第二纯度的水流的管路；以及h)一用于将被冷却的具有第二纯度的水流送到第一热交换器的管路。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述来自低温蒸馏装置的流选自下列气体构成的组a)富氮气体；b)富氩气体；以及c)富氧气体。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述冷却装置是直接接触式热交换器。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述冷却装置是间接接触式热交换器。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述压缩气体是空气，并且所述设备还包括用于将压缩气体作为原料送到低温蒸馏装置的管路。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述压缩气体是低温蒸馏装置的产物。
8.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述设备还包括一第三热交换器；一用于将升温的具有第一纯度的水从冷却装置送到第三热交换器的管路；以及一用于将具有第二纯度的不纯净的水送到第三热交换器的管路。
9.一种冷却方法，包括a)通过与具有第一纯度的水进行热交换来冷却压缩气体以形成被冷却的压缩气体；b)通过在第一热交换器中与具有第一纯度的水流间接进行热交换来加热具有低于第一纯度的第二纯度的水流，并形成被冷却的具有第一纯度的水；以及c)将被冷却的具有第一纯度的水的至少一部分送到冷却装置。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括d)将具有第二纯度的水流送到第二热交换器；e)将来自低温蒸馏装置的至少一股流的至少一部分送到第二热交换器以冷却具有第二纯度的水流；以及f)将被冷却的具有第二纯度的水流送到第一热交换器。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述压缩气体是空气，并且所述方法还包括将压缩气体作为原料送到低温蒸馏装置。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述压缩气体是低温蒸馏装置的产物。
全文摘要
本发明涉及一种冷却设备和方法。一种一体式冷却设备和方法包括压缩气体的源(20)；一冷却装置(15)，该冷却装置用于通过与具有第一纯度的水进行热交换来冷却压缩气体以形成被冷却的压缩气体(21)，并由此形成被冷却的压缩气体流以及升温的具有第一纯度的水流；一第一热交换器(11)，该第一热交换器用于通过与具有第一纯度的水流(13)间接进行热交换来加热具有低于第一纯度的第二纯度的水流(9)；以及一用于将被冷却的具有第一纯度的水送到冷却装置(15)的管路。
文档编号F28C1/00GK101076699SQ200580042737
公开日2007年11月21日 申请日期2005年12月1日 优先权日2004年12月13日
发明者P·费尔 申请人:乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司