CN111712619A - 包含流体的热力学系统以及用于降低其中的压力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种包含工作流体的热力学系统。该热力学系统至少包括工作流体收集容器(11)，该工作流体收集容器适于包含处于热力学平衡的该工作流体的液相和气相。冷却装置在(51)功能上联接到该流体收集容器(11)，并且适于从收集在该工作流体收集容器(11)中的该工作流体中移除热量，从而降低所述热力学系统中的压力。本发明还公开了用于对包含处于液体/气体平衡的工作流体的热力学系统减压的方法。

Description

包含流体的热力学系统以及用于降低其中的压力的方法

说明书

技术领域

本公开涉及热力学系统和方法。本文所公开的实施方案具体地涉及热力学系统，该热力学系统包括闭合回路，其中工作流体被处理并且经历循环热力学转变，包括压缩、冷却、冷凝、膨胀和蒸发。本文还公开了用于在增压装置诸如压缩机关闭后降低热力学系统中闭合回路的停机稳定压力(SOP)以促进系统的启动的方法。

背景技术

在热力学系统中，其中工作流体在闭合回路中处理并且经历包括液态和气态之间的相变的热力学转变，关闭压缩机或其他升压设施导致闭合回路中的压力均衡，直到实现所谓的停机稳定压力。除其他因素外，停机稳定压力取决于回路的温度。

停机稳定压力可显著增加并达到远高于设计条件的值，从而不利地影响压缩机驱动器的启动能力。这在热力学系统包括制冷回路并被布置在热环境中的情况下尤其如此。当热力学系统关闭并且在高环境温度下保持不工作相对较长的时间时，热力学系统开始升温。积聚在闭合压缩环路中的液体开始蒸发并给闭合回路加压，直到在环境温度下或在限定闭合回路的金属结构的温度下实现平衡压力。由于例如太阳辐照，该温度可高达50℃或更高。所得的停机稳定压力可能远高于设计点，并且可能使得压缩机驱动器不能再次启动压缩机。

为了重新启动热力学系统中的循环，有时使用回收压缩机，该回收压缩机在冷凝器中传递气体，并且所得冷凝和液化的工作流体在液体收集容器中传递，从而降低闭合回路中的压力，直到达到足够低的压力以使压缩机驱动器再次启动压缩机。

在当前技术的其他实施方案中，需要对回路进行排气以从其中移除气体并降低压力。排放的气体在火炬中燃烧。

这两种方法均对系统的运行成本产生负面影响，并且可具有不利的环境影响。

一般来讲，在热力学系统中可出现类似的问题，该热力学系统包括适于包含工作流体的加压回路并且包括适于包含工作流体的至少两种相(具体地讲，在热力学平衡条件下的液相和气相)的至少一个工作流体收集容器。由于双相系统中的平衡压力取决于流体的温度，因此当温度增加时，系统中的平衡压力也增加并且可变得高于阈值压力。这可损害或不利地影响系统的一个或多个功能或者完全阻止其操作。如果发生这种情况，则需要对热力学系统进行排气或需要专用压缩机以使流体在冷凝器中循环，以降低其中的压力。排气可能导致有价值的产品的损失，导致环境污染或引起其他缺点。

因此，用于启动热力学系统以解决当前技术的系统的复杂性和流体浪费问题的改进系统和方法将是有益的，并且在该技术中将是受欢迎的。更一般来讲，期望提供适于更有效地解决热力学系统中由增加的温度和平衡压力引起的问题的方法和系统，该热力学系统包括流体收集容器，该流体收集容器包含在液体-气体平衡条件下的工作流体。

发明内容

在一个方面，本文所公开的主题涉及热力学系统，该热力学系统包含工作流体并且至少包括流体收集容器，该流体收集容器适于包含处于热力学平衡的工作流体的液相和气相。如本文所理解的，术语气相可包括工作流体的蒸气相。冷却装置在功能上联接到流体收集容器，并且适于从包含在流体收集容器中的工作流体中移除热量，从而降低热力学系统中的压力。因此，热力学系统的内部流体压力可在不排出工作流体或不采取其他复杂措施的情况下下降。

在另一个方面，本文所公开的主题涉及用于降低热力学系统中的流体压力的方法，该热力学系统包含工作流体并且至少包括流体收集容器，该流体收集容器适于包含处于热力学平衡的液化工作流体和气态工作流体。在本文所公开的实施方案中，该方法包括从包含在流体收集容器中的流体移除热量的步骤。该方法还包括将气态工作流体冷凝成液化工作流体，从而降低热力学系统中的所述流体压力。这些步骤可以是至少部分同时的，因为冷凝气态工作流体可涉及同时热量移除。

在另一个方面，本文公开了用于降低热力学系统中的流体压力的方法，该热力学系统包括闭合回路，该闭合回路在其中包含工作流体并且具有至少高压区段、低压区段、以及它们之间的增压装置，该闭合回路包括适于包含处于热力学平衡的液化工作流体和气态工作流体的至少一个流体收集容器。该方法包括以下步骤：

在增压装置处于非操作条件下时，从包含在流体收集容器中的工

作流体中移除热量；

在所述流体收集容器中将工作流体的一部分从气相冷凝成液相，从而降低闭合回路中的压力；以及

在闭合回路的至少一部分中达到启动压力阈值时，开始增压装置的操作。

本公开的另外方面涉及热力学系统，该热力学系统包括适于使其中的工作流体循环的闭合回路，并且包括至少高压区段和低压区段。回路还包括在高压区段与低压区段之间的增压装置，以及适于接收经压缩的工作流体并且通过从其移除热量来至少部分地冷凝所述经压缩的工作流体的热量移除和流体冷凝装置。闭合回路还包括至少一个工作流体收集容器，该工作流体收集容器适于包含处于热力学平衡的液化工作流体和气态工作流体。冷却装置在功能上联接到工作流体收集容器，并且适于从包含在其中或旨在收集在其中的工作流体中移除热量，从而降低所述热力学系统中的压力。

此外，本文公开了用于降低热力学系统中的流体压力的方法，该热力学系统包括闭合回路，该闭合回路在其中包含工作流体并且具有：高压区段；低压区段；在高压区段和低压区段之间的增压装置；至少一个工作流体收集容器，该工作流体收集容器适于包含处于热力学平衡的液化工作流体和气态工作流体；该方法包括以下步骤：

在增压装置处于非操作条件下时，从工作流体中移除热量；

将工作流体的一部分从气相冷凝成液相，从而降低闭合回路中的压力；以及

在闭合回路的至少一部分中达到启动压力阈值时，开始增压装置的操作。

根据一些实施方案，将工作流体从气相冷凝成液相的步骤包括从工作流体收集容器中抽取气相的工作流体的步骤。

本文所公开的主题还涉及热力学系统，该热力学系统包括：

闭合制冷回路，该闭合制冷回路适于在其中循环工作流体，由热交换装置构成，该热交换装置适于使与工艺流体处于热交换关系的冷膨胀工作流体循环并从其中移除热量；

加压工作流体收集容器，该加压工作流体收集容器直接或间接地流体联接到制冷回路并且适于收集所述工作流体；和

液化工艺流体储存单元，该液化工艺流体储存单元适于在其中收集液化工艺流体；

其中冷却装置在功能上联接到所述工作流体收集容器并且适于通过与来自液化工艺流体储存单元的工艺流体进行热交换而从其中收集的工作流体中移除热量。

可通过使来自工作流体收集容器的工作流体循环通过冷却装置并返回到工作流体收集容器来移除热量。在其他实施方案中，可在将工作流体收集在收集容器中之前从工作流体中移除热量。

在一些实施方案中，工艺流体可为天然气，并且闭合制冷回路可为天然气液化设备或系统的制冷回路，其可包括一个或多个制冷回路。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参考以下具体实施方式，将容易地获得对本发明所公开的实施方案及其许多伴随的优点的更全面的理解，这同样变得更好理解，其中：

图1示出了包括闭合回路和压缩设施的热力学系统的示意图；

图2示出了根据第一实施方案的工作流体积聚容器和与其结合的冷却装置；

图3示出了根据第二实施方案的工作流体积聚容器和与其结合的冷却装置；

图4示出了根据第三实施方案的工作流体积聚容器和与其结合的冷却装置；

图5示出了根据第四实施方案的工作流体积聚容器和与其结合的冷却装置；

图6示出了根据第五实施方案的工作流体积聚容器和与其结合的冷却装置；

图7示出了根据第六实施方案的工作流体积聚容器和与其结合的冷却装置；

图8示出了根据第七实施方案的工作流体积聚容器和与其结合的冷却装置；

图9示出了根据第八实施方案的工作流体积聚容器和与其结合的冷却装置；

图10示出了根据第九实施方案的工作流体积聚容器和与其结合的冷却装置；

图11和图12示出了根据本公开的用于重新启动热力学系统的方法的流程图；

图13示出了与天然气液化系统结合的热力学系统的示意图；

图14示出了在一个实施方案中与工作流体收集容器和相关冷却装置结合的图13的装置的液化气储罐的实施方案；

图15示出了与工作流体收集容器和相关冷却装置结合的图13的装置的液化气储罐的另外实施方案；

图16示出了与工作流体收集容器和相关冷却装置结合的图13的装置的液化气储罐的另外实施方案；

图17示出了与工作流体收集容器和相关冷却装置结合的图13的装置的液化气储罐的另外实施方案；

图18示出了与工作流体收集容器和相关冷却装置结合的图13的装置的液化气储罐的另外实施方案；

图19示出了与工作流体收集容器和相关冷却装置结合的图13的装置的液化气储罐的另外实施方案；

图20和图21示出了图19的冷却装置的修改构型；

图22和图23示出了与工作流体收集容器和相关冷却装置结合的图13的装置的液化气储罐的另外实施方案；并且

图24示出了冷却装置的修改实施方案。

具体实施方式

根据一个方面，本主题涉及用于在压缩机或其他增压装置的跳闸之后(因此热力学系统内的停机稳定压力(SOP)已增加)促进热力学系统启动的系统和方法。具体地讲，在本文所公开的若干实施方案中，提供了热力学系统，该热力学系统包括适于使工作流体循环的闭合回路，该工作流体经历循环热力学转变。在操作中，压缩机或者设置在闭合回路中或沿着闭合回路设置的任何其他增压装置增加工作流体的压力，并且使工作流体在闭合回路中循环。闭合回路包括若干区段，诸如低压区段和高压区段。增压装置从低压区段抽吸工作流体并在高压区段中泵送工作流体。热力学系统还可包括至少一个热量移除和流体冷凝装置，其中经压缩的工作流体被冷却并至少部分地冷凝。热力学系统还包括至少一个流体收集容器，该流体收集容器适于收集处于液体/气体平衡条件的工作流体，即包含处于双相状态、部分处于液态和部分处于气态或蒸气态的工作流体。

当增压装置关闭(例如，在闭合回路的高压区段中递送工作流体的压缩机跳闸)时，整个闭合回路由于环境温度而开始加热。由于回路在其至少一部分中包含两相工作流体，因此液相将开始蒸发，从而增加整个闭合回路内的压力，直至达到停机稳定压力，这取决于闭合回路内的实际温度。

为了便于在不借助于流体排放和燃烧的情况下重新启动热力学系统，冷却包含在上述至少一个流体收集容器中的工作流体，从而降低闭合回路内的温度并且至少部分地将存在于回路中的气态工作流体冷凝成液化工作流体。因此，闭合回路中的压力逐渐降低，直到实现适于启动热力学系统的压力值。该压力值是流体收集容器中的液体-气体双相系统在由其中的工作流体实现的温度下的平衡压力。

因此，可执行增压装置的启动，而不需要用于增压装置的超尺寸驱动器，并且不浪费闭合回路中所包含的高价值工作流体。

根据更一般的方面，本文所公开的主题涉及用于降低双相系统中的平衡压力的系统和方法，该双相系统包含工作流体的液相和气相，例如在形成热力学系统的一部分的流体收集容器中。平衡压力可在加热双相系统之后增加；可能出于多种原因而需要降低平衡压力，例如重新启动工作流体在闭合回路中的循环，或避免系统的破坏。本文所公开的实施方案提供了冷却装置，该冷却装置从双相系统移除热量，从而降低了双相系统的平衡压力。

现在将详细参考本公开的实施方案，其一个或多个示例在附图中示出。通过解释本公开而非限制本公开来提供每个示例。事实上，对于本领域的技术人员将显而易见的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可对本公开进行各种修改和变型。本说明书通篇对“一个实施方案”或“实施方案”或“一些实施方案”的提及意指结合实施方案描述的特定特征、结构或特性包括在所公开的主题的至少一个实施方案中。因此，在整篇说明书的多处出现的短语“在一个实施方案中”或“在实施方案中”或“在一些实施方案中”不一定是指相同的实施方案。此外，在一个或多个实施方案中，特定特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合。

当介绍各种实施方案的要素时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”旨在表示存在要素中的一个或多个要素。术语“包含”、“包括”和“具有”旨在是包括性的，并且意指除列出要素外还可以存在附加要素。

现在参见附图，图1示出了示例性热力学系统1的示意图。热力学系统1可由闭合回路3构成，其中工作流体适于循环并经历循环热力学转变，包括压缩、冷凝、冷却和膨胀。工作流体在闭合回路3中的循环通过增压装置5来执行。如本文所用，术语“增压装置”被明确地定义为包括任何机器或系统，在该机器或系统中工作流体以第一抽吸压力递送并且工作流体以第二递送压力从该该机器或系统递送，该递送压力高于该抽吸压力。在图1所示的示例性实施方案中，增压装置5包括具有抽吸侧7S和递送侧7D的压缩机7。

在增压装置5的下游，相对于由箭头FF示意性地表示的工作流体流的方向，提供了热量移除和流体冷凝装置9。如本文所用，术语“热量移除和流体冷凝装置”明确地定义为能够从在其中循环的工作流体中移除热量并至少部分地将工作流体从气态冷凝成液态的任何设施、系统或装置。因此，热量移除和流体冷凝装置9可包括热交换器，例如液体/空气或液体/液体热交换器。在其他实施方案中，热量移除和流体冷凝装置9可包括任何其他种类的热量移除装置或设备。热量移除和流体冷凝装置9也可为多流热交换器的一部分，诸如翅片板或绕线盘管热交换器。

冷凝物收集容器11布置在热量移除和流体冷凝装置9的下游。闭合回路3的介于压缩机7的递送侧7D和冷凝物收集容器11之间的部分形成闭合回路3的第一高压区段。闭合回路3的在膨胀阀17或27或52下游，或稍后将公开的蒸发器下游，直至压缩机7的抽吸侧7S的一部分形成闭合回路3的第二低压区段。

在一些实施方案中，闭合回路3的第二低压区段可包括蒸发区段13。在一些实施方案中，蒸发区段13可包括一个或多个蒸发器15，该一个或多个蒸发器流体联接到冷凝物收集容器11并且例如利用压缩机7的抽吸侧7D进一步流体联接到增压装置5。在一些实施方案中，如图1所示，蒸发器15可并联布置。在其他实施方案中，蒸发器可为多流热交换器的一部分，诸如翅片板或绕线盘管热交换器。

在一些实施方案中，在每个蒸发器15和冷凝物收集容器11之间布置有相应的减压阀17。闭合回路的第一高压区段延伸直至减压阀17。

每个减压阀17可由相应的液位控制装置19控制，该液位控制装置选择性地打开和关闭减压阀17以在相应的蒸发器15内保持期望液位的液化工作流体。因此，来自冷凝物收集容器11的工作流体在液位控制装置19的请求下通过打开相应的减压阀17以较低的压力递送到每个蒸发器15中。

蒸发区段13可用于冷却在具有流体入口21A和流体出口21B的工艺流体回路21中循环的工艺流体的流。热工艺流体在第一温度下在流体入口21A处进入蒸发区段13，并且在低于第一温度的第二温度下在流体出口21B处离开蒸发区段13。通过由蒸发器15中的工作流体吸收的潜热来冷却工艺流体。蒸发器15中的工作流体因此逐渐蒸发，并且由此产生的气态工作流体被递送至增压装置5。通过在液位控制装置19的控制下选择性地打开减压阀17，在蒸发器中保持在沸腾条件下的足够量的液化工作流体。

在一些实施方案中，抽吸滚筒23可被布置在闭合回路3的第二低压区段中，介于蒸发区段13与增压装置5的抽吸侧之间。抽吸滚筒23可包含储存在其中的工作流体，该工作流体在两相条件下处于热力学平衡条件，其中工作流体部分地处于气态并且部分地处于液化状态。在一些实施方案中，可提供液位控制装置25，以将抽吸滚筒23中的液位保持在期望值。液位控制装置25可在功能上联接到沿着连接管线29布置的液位控制阀27，该液位控制阀将抽吸滚筒23流体联接到冷凝物收集容器11。气相中的工作流体被增压装置5抽吸，被压缩并递送至热量移除和流体冷凝装置9。如果抽吸滚筒23中的液位下降到低于最小阈值，则液位控制装置25打开液位控制阀27，使得抽吸滚筒23中的液位被来自冷凝物收集容器11的液化工作流体恢复。

在一些实施方案中，抽吸滚筒23可通过液体递送管线23A和蒸气回流管线23B流体联接到低压蒸发器(未示出)。在一些实施方案中，例如，如果沿着再循环防喘振流动路径没有可用的热交换器，则防喘振管线33可在抽吸滚筒23内的液位之下终止。

虽然在到目前为止所述的图1的示意图中，闭合回路3包括增压装置5，该增压装置包括简单的压缩机7，但在其他实施方案中，可提供更复杂的热力学系统1，其中闭合回路3的低压区段包括更多数量的设备和更复杂的机械聚集体，工作流体通过该设备和机械聚集体处理，并且经历任何种类的单相或多相过程。为了理解本公开的目的，重要的是，在热力学系统的低压区段和高压区段之间，工作流体的压力通过递送到其的能量(例如，呈用于驱动压缩机的机械能的形式)增加。

在图1的示意图中，示出了驱动器31，其通过提供所需的机械功率来驱动压缩机7旋转。驱动器31可为电动马达。在其他实施方案中，驱动器31可以是机械发电涡轮机，诸如气体涡轮引擎或蒸汽涡轮。在又另外的实施方案中，驱动器31可包括往复式内燃机。

此外，在图1中，蒸发区段13插入热力学系统1的闭合回路3的低压区段中，应当理解，这仅作为示例性实施方案提供。事实上，热力学系统1可包括装置和机器的不同布置。

在一些实施方案中，压缩机7可以是轴流式压缩机或离心式压缩机，诸如单级或多级轴流式或离心式压缩机、整体齿轮式压缩机或压缩机组。

在一些实施方案中，压缩机7的递送侧7D通过防喘振管线33流体联接到其抽吸侧7S。防喘振阀35可以沿着防喘振管线33布置。选择性地打开防喘振阀35以防止压缩机7中的喘振现象。例如，当在一段时间不操作之后启动热力学系统1时，可打开防喘振阀35。如果压缩机的操作点接近喘振限制线，则也可在压缩机7的操作期间打开防喘振阀35。

可提供冷却装置，以在压缩机7的抽吸侧处抽吸之前冷却在压缩机7的递送侧处递送的工作流体，从而防止在防喘振管线33打开时工作流体的过热。

为了冷却再循环工作流体的目的，根据一些实施方案，可在压缩机7的递送侧7D和抽吸滚筒23之间，优选地在递送侧7D和防喘振阀35之间设置冷却器37。在进入抽吸滚筒23之前，在防喘振管线33中循环的气体可在冷却器37中冷却，并且优选地在防喘振阀35的上游冷却。

与冷却器37结合或代替该冷却器，可沿着管线54设置骤冷阀52或另一个喷洒装置，并且该骤冷阀或另一个喷洒装置流体联接到冷凝物收集容器11并流体联接到防喘振管线33。管线54可在防喘振阀37和抽吸滚筒23之间连接到防喘振管线33。因此，在骤冷阀52中膨胀的冷凝的工作流体可以从冷凝物收集容器11递送到防喘振管线33，以降低在防喘振管线33中循环的气体的温度。

在又另外的实施方案中，防喘振管线33的自由端可位于抽吸滚筒23中的液位之下，以便通过与积聚的液体进行热交换来冷却热的再循环的气态工作流体。在这种情况下，可省去沿着防喘振管线33的冷却装置。

在增压装置5与热量移除和流体冷凝装置9之间，可设置止回阀39。根据一些实施方案，还可在增压装置5与热量移除和流体冷凝装置9之间设置隔离阀41。另外的隔离阀42可布置在蒸发区段13和抽吸滚筒23之间。隔离阀41和42的关闭将增压装置5与回路3隔离。

在一些实施方案中，第一压缩机隔离阀48和第二压缩机隔离阀50可布置在压缩机7的抽吸侧7S处和递送侧7D处，以将压缩机7与剩余回路3隔离并且如果需要的话对压缩机7减压。

热力学系统1如下操作。使用由驱动器31产生的机械功率，通过增压装置5使工作流体在闭合回路3中连续循环。气态的经压缩的工作流体被递送到热量移除和流体冷凝装置9。如本文所用，术语“气态”明确地定义为也涵盖蒸气状态的流体。从流经其中的气态工作流体中移除热量，并且因此工作流体至少部分地冷凝并收集在冷凝物收集容器11中。

然后将冷凝的工作流体通过减压阀17递送至蒸发器15。蒸发器15中的低压工作流体在相对低的温度下沸腾，从而从在工艺流体回路21中循环的工艺流体中吸收潜在蒸发热，该工艺流体回路由此被冷却。气态的工作流体通过抽吸滚筒23被递送至增压装置5，被压缩并再次被递送至热量移除和流体冷凝装置。

因此，在正常操作条件下，液态的工作流体和气态的工作流体以热力学平衡的条件存在于热力学回路的若干区段中，并且具体地至少存在于冷凝物收集容器11中，并且可能存在于抽吸滚筒23中。

当热力学系统1关闭时，闭合回路3中的工作流体开始蒸发并对闭合回路3加压，直到达到停机稳定压力。该压力取决于由热力学系统实现的温度，该温度可高达50℃，例如60℃或甚至更高，例如如果闭合回路3暴露于太阳辐射。所得的停机稳定压力可如此高以至于增压装置5可能不能够重新启动系统。

根据本公开，为了避免借助于对闭合回路3排气或借助于其他复杂而低效的措施，通过从闭合回路3移除热量H来降低工作流体压力，从而导致其中包含的汽化的工作流体冷凝。在图1中，这由箭头H示意性地表示，该箭头以绘图方式表示从包含在冷凝物收集容器11中的工作流体的热量移除。

一般来讲，可从热力学系统1的任何部分、部件、元件或区段移除热量，其中液态和气态的工作流体在热力学平衡的条件下均存在。代替从冷凝物收集容器11移除热量，可例如从抽吸滚筒23移除热量。一般来讲，可从设置在闭合回路中或与其流体联接的任何流体收集容器中移除热量，并且其中收集双相工作流体。

如本文所用，流体收集容器可因此被理解为适于包含处于热力学平衡的两相(即液相和气相)的工作流体的任何容器、贮器或设备。

一般来讲，用于移除热量并冷凝闭合回路3中的气体的至少一个冷却装置可在功能上联接到至少一个流体收集容器，以用于移除热量，冷凝工作流体并因此将闭合回路3中的压力从停机稳定压力降低至较低的压力水平，在该压力水平下热力学系统1可再次启动。

如本文所用，术语“冷却装置”明确地定义为适于从流体收集容器中移除热量以冷凝气态工作流体并降低闭合回路3的内部压力的任何装置、系统、机械或聚集体。

下面将参考以下图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9和图10来描述可能的冷却装置的若干实施方案。这些冷却装置中的一些冷却装置被描述为与冷凝物收集容器11处于功能关系。所述冷却装置中的至少一些冷却装置可在功能上很好地联接到热力学系统的另一个流体收集容器，例如抽吸滚筒23。更一般地来讲，虽然在图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9和图10中将参考被识别为图1的冷凝物收集容器11的“流体收集容器”，但应当理解，这样的流体收集容器可以是热力学系统1的另一个部分或部件，适于在热力学平衡的条件下收集液体和气态工作流体。

在一些实施方案中，冷却装置需要冷却流体源。该冷却流体源可由更复杂设备的另一种工艺提供，热力学系统1由此形成部件。在其他实施方案中，可提供专用制冷循环，其专用于通过在需要时降低闭合回路3内的压力来启动热力学系统1。

继续参考图1，图2示出了用于从热力学系统1的闭合回路3中包含的工作流体移除热量的冷却装置51的实施方案。在图2的实施方案中，冷却装置51包括第一热量移除装置，该第一热量移除装置适于从包含在流体收集容器11中的液化工作流体中移除热量。第一热量移除装置可包括热交换器53，该热交换器布置在形成闭合回路3的一部分的流体收集容器中或流体联接到该流体收集容器。在一些实施方案中，流体收集容器可以是图1的热力学系统1的冷凝物收集容器11。因此，在图2和下图中，流体收集容器将被标记为11。然而，应当指出的是，在一些实施方案中，热力学系统可包括冷凝物收集容器和单独的流体收集容器，它们可彼此流体联接。稍后将参考一些示例性实施方案来描述此类构型。

使制冷剂在热交换器53中循环。例如，制冷剂可包括选自包含以下各项的组的流体：甲烷、氮气、混合制冷剂、乙烷、乙烯、丙烯、氨、丁烷、或它们的混合物。虽然上述流体以举例的方式指出，但应当理解，根据热力学系统1的操作条件，可使用其他制冷剂。制冷剂可由临时制冷回路递送，或者可由其中布置了热力学系统1的设备中存在的另一种工艺提供。

在热交换器53中循环的制冷剂的温度低于包含在流体收集容器中的液化工作流体的温度。热交换器53可包括例如管束、一个或多个盘管、一个或多个翅片板、或它们的组合，其可部分或完全浸没在包含在流体收集容器11中的液化工作流体中。

冷却装置51还可包括适于循环液化工作流体的第一循环泵55。循环泵55可平行于闭合回路3的一部分布置在旁路管线上。例如，循环泵55可在第一控制或隔离阀59与第二控制或隔离阀61之间布置在旁路管线57中。止回阀63可平行于循环泵55布置在闭合回路3上。另外的止回阀62可在循环泵55与第二控制或隔离阀61之间布置在旁路管线57上。

在一些实施方案中，循环泵55流体联接到布置在流体收集容器11的上部部分中的至少一个骤冷阀或喷雾嘴65或另一个喷洒装置。循环泵55可通过管线66流体联接到骤冷阀65，控制或隔离阀67可沿着该管线布置。平行于控制或隔离阀67布置旁路管线68，该旁路管线适于将循环泵55的递送侧选择性地连接到流体递送管道3A，该流体递送管道形成闭合回路3的一部分，并且将流体收集容器11流体地联接到闭合回路3的上游部分，例如联接到流体冷凝装置9。流体递送管道3A的开口端可以在包含在流体收集容器11中的液化工作流体的液位之下。在一些实施方案中，截止阀69、71沿着旁路管线68布置。在阀69、71之间，旁路管线68流体连接到不可冷凝流体移除装置73，该不可冷凝流体移除装置适于从流体收集容器11中移除不可冷凝流体。

骤冷阀65或其他喷洒装置可被构造成将液化工作流体的小液滴喷洒在包含在流体收集容器11中的气态工作流体中。因此，冷却是通过显热传递和潜热传递获得的，因为使液滴蒸发，从而吸收来自气态工作流体的潜热。

在热力学系统1的正常操作期间，截止阀69打开，而截止阀71关闭。在冷却阶段期间，当通过冷却装置51从流体收集容器11移除热量时，阀69关闭，而阀71打开。

在一些实施方案(未示出)中，可提供专用的排气阀，而不是不可冷凝流体移除装置73。

在一些实施方案中，具体地讲，如果流体递送管道3A的开口端在流体收集容器11中的液化流体的液位之下，则冷却装置51还可设置有虹吸截断器75，该虹吸截断器适于防止液化工作流体进入管道3A，或从流体递送管道3A排放液化工作流体，使得流体递送管道3A中的液位与流体收集容器11中的液位相同。

在一些实施方案中，冷却装置51还可包括适于检测包含在流体收集容器11中的液化工作流体的温度的温度控制系统77。在一些实施方案中，如图2中示意性地示出，温度控制系统77包括多个温度传感器，例如在流体收集容器11底部处的第一温度传感器和液化工作流体的上液位附近的第二温度传感器，使得可检测到沿着液化工作流体的深度的温度分布。该信息在流体冷却和减压期间可为特别有用的。

根据一些实施方案，可提供备用连接管线78以将泵55的递送侧连接到流体递送管道3A。隔离阀76可以沿着备用连接管线78设置，以选择性地关闭或打开备用管线78。还可提供骤冷阀或喷雾嘴80，当隔离阀76打开时，可通过泵55经由备用管线78向该骤冷阀或喷雾嘴递送液化工作流体，并且可通过该骤冷阀或喷雾嘴将冷却的液化工作流体喷洒在流体递送管道3A中。

沿着备用管线78的骤冷阀80可用作阀68的替代形式或与阀68结合使用。以这种方式，可在递送管道3A中喷洒液体。

一般来讲，根据本文所公开的各种实施方案，如上所述使用骤冷阀或喷雾嘴80的布局也可单独使用或与其他冷却装置结合使用。

例如，在骤冷阀65发生故障的情况下，备用连接管线78和相关骤冷阀80可特别用作备用冷却设施。在激活备用管线78之前，液化工作流体将例如通过打开虹吸截断器75从流体递送管道3A排放。

利用图2的冷却装置51，一旦闭合回路3内部的压力已达到停机稳定压力，就可执行以下步骤以在关闭之后启动热力学系统之前降低热力学系统1中的压力。

作为第一步骤，制冷剂可开始流过热交换器53。一旦包含在流体收集容器11中的液化工作流体的温度已降低，即液化工作流体已过冷，就可接通循环泵55。例如当增压装置5已被关闭时，沿着循环泵55下游和控制阀61下游的闭合回路3布置的隔离控制阀79先前已被关闭。因此，当泵55启动时，没有流体朝向闭合回路3的低压区段泵送。控制阀59、61、67可打开，使得加压的液化工作流体朝向骤冷阀65泵送并在低压下喷洒到流体收集容器11中。由此喷洒在流体收集容器11中的低压工作流体使包含在流体收集容器11中的气态工作流体冷却并促进冷凝，从而降低流体收集容器11中的压力。

如果提供不可冷凝流体移除装置73，则可打开阀71并且可关闭阀69，使得来自流体收集容器11的冷却液化工作流体也由泵55泵送通过装置73。

在上述过程继续的同时，流体收集容器11中液化工作流体的量增加，并且闭合回路3中气态工作流体的总量下降，从而导致闭合回路3中的压力总体降低。当在闭合回路3中实现较低的压力阈值时，可中断冷却过程，在该压力阈值下可启动增压装置5。

继续参考图1和图2，图3中示出了冷却装置51的另外实施方案。相同的参考标号指示已经在图2中示出和上文中描述的相同或对应部分、元件或部件，并且将不再描述这些部分、元件或部件。图3的冷却装置51与图2的冷却装置的不同之处主要在于浸没在包含在流体收集容器11中的液化工作流体中的热交换器53由外部热交换器81代替。热交换器81形成热量移除装置的一部分，该热量移除装置适于从液化工作流体中移除热量，该液化工作流体从流体收集容器11中移除并在热交换器81的热侧中循环，与在热交换器81的冷侧中循环的制冷剂处于热交换关系。制冷剂在启动热力学系统1之前的减压过程期间从由循环泵55泵送的液化工作流体中移除热量。

循环通过热交换器81的热侧的液化工作流体可通过递送管线83递送到浸没喷嘴85，该浸没喷嘴可布置在包含在流体收集容器11中的液化工作流体中的不同液位处。浸没喷嘴85形成第一热量移除装置的一部分，该第一热量移除装置适于从包含在流体收集容器11中的液化工作流体中移除热量。

阀87可选择性地打开或关闭递送管线83。通过作用于控制阀67、69、71、87，由循环泵55泵送的工作流体可选择性地递送到浸没喷嘴85，递送到骤冷阀65，递送到不可冷凝流体移除装置73和/或递送到流体递送管道3A。

图3的冷却装置51可如下操作。当需要减小闭合回路3中的停机稳定压力来重新启动热力学系统1时，阀69可关闭(阀79、71、67已在增压装置5跳闸时或在正常操作期间关闭)；阀87和71可打开并且循环泵55开始操作。液化工作流体由泵55从流体收集容器11的底部抽吸并递送通过热交换器81。热量可通过热交换器81中的制冷剂移除，并且冷却的液化工作流体可通过流体收集容器11中的管线83返回。一旦流体收集容器11中的液化工作流体的温度已降低，即液化工作流体已过冷，由循环泵55循环的液化工作流体的至少一部分就可通过管线66和阀67递送到骤冷阀65，该骤冷阀打开。在流体收集容器11中以低压喷洒通过骤冷阀65的液化工作流体促进气态工作流体的冷凝。

阀71可在流体收集容器11中的液化工作流体的过冷期间或优选地在过冷之后打开。

因此，闭合回路3中的压力减小，并且一旦达到合适的低压阈值，就可重新启动热力学系统1。

如结合图2所述，同样在图3中，在热交换器81中循环的制冷剂可由布置了热力学系统1的设备的不同工艺提供，或者可由专用制冷回路提供。

继续参考图1、图2和图3，图4示出了与流体收集容器11组合的冷却装置51的另外实施方案。图2和图3中使用的相同参考标号在图4中用于指示相同或对应的部分、部件或元件，将不再描述这些部分、部件或元件。图4的实施方案与图3的实施方案的不同之处主要在于未提供浸没喷嘴和用于向其递送液化工作流体的管线83。

与图3的实施方案相反，在图4中，由循环泵55递送到管线66的液化工作流体的流可被选择性地递送到浸没在包含在流体收集容器11中的液化工作流体中的骤冷阀65或鼓泡器91。在图4的实施方案中，鼓泡器91形成第一热量移除装置的一部分，该第一热量移除装置适于从包含在流体收集容器11中的液化工作流体中移除热量。鼓泡器91可布置在液化工作流体中的不同高度处。

为了将液化工作流体选择性地递送到浸没式鼓泡器91和/或递送到骤冷阀65，在一些实施方案中，控制阀95布置在管线66和骤冷阀65之间。另外，控制阀93可布置在管线66和浸没式鼓泡器91之间。

在一些实施方案中，控制阀93被构造为膨胀阀，例如焦耳-汤姆逊阀，使得由循环泵55加压的液化工作流体在流经膨胀阀93的同时将被部分地汽化和冷却。离开浸没式鼓泡器95的流体可冷却液化工作流体以使其达到过冷条件。

如结合图2和图3的实施方案所述，同样在图4的实施方案中，可控制冷却装置51，使得执行第一过冷步骤，以使包含在流体收集容器11中的液化工作流体处于过冷条件下，然后通过骤冷阀65喷洒工作流体。这可通过及时控制阀93和95的打开和关闭来实现。

参见图5，继续参考图1、图2、图3和图4，公开了冷却装置51的另外实施方案。图5的冷却装置51与图4的冷却装置51的不同之处主要在于焦耳-汤姆逊阀93被简单的打开和关闭控制阀94代替，而焦耳-汤姆逊阀70沿着管线66而不是控制阀67布置。骤冷阀65可由简单的双相流体分配喷嘴64代替。

通过控制循环泵55的操作以使液化工作流体从流体收集容器11的底部循环通过热交换器81，图5的冷却装置51可执行与上述相同的减压过程，其中液化工作流体通过与在热交换器81中循环的制冷剂进行热交换而冷却。冷却的液化工作流体在焦耳-汤姆逊阀70中膨胀并部分汽化，并且可通过选择性地打开和关闭控制阀94、95而选择性地递送到浸没式鼓泡器91和/或递送到双相流体分配喷嘴64。

如结合图2、图3和图4所述，还可控制图5的冷却装置51，以首先执行使流体收集容器11中的液化工作流体过冷的步骤，并且随后开始冷凝其中包含的气态工作流体的实际过程。

继续参考图1、图2、图3、图4和图5，在图6中，示出了冷却装置51的另外实施方案。图6的冷却装置51与图3的冷却装置51基本上相同，不同的是焦耳-汤姆逊阀96被布置在喷嘴64的上游。递送到焦耳-汤姆逊阀96的液化工作流体通过所述阀部分汽化，然后通过流体收集容器11中的喷嘴64喷洒。此处，包含在喷洒流中的冷液滴蒸发，从而从包含在流体收集容器11的上部部分中的气态工作流体中提取潜热。

继续参考图1、图2、图3、图4、图5和图6，图7示出了冷却装置51的另外实施方案。图7的装置与图3中的装置相同，其中添加了另外的热交换器101，其中制冷剂与来自不可冷凝流体移除装置73或来自专用排气管线和相关排气阀的气体混合物以热交换关系循环，该排气管线和排气阀可直接连接到流体收集容器11。

包含在气体混合物中的气态工作流体被冷凝，在液体/气体分离器103中与不可冷凝流体分离，并且由第二泵105朝向流体收集容器11泵送或泵送到闭合回路3。隔离阀115和117可布置在泵105的抽吸侧上和递送侧上。止回阀116可进一步设置在泵105的递送侧上。

排气阀72可布置在装置73和液体/气体分离器103之间。排气阀72在工作流体冷却阶段打开，以减小流体收集容器11中的压力。

分离器103中与液化工作流体分离的不可冷凝流体和/或未冷凝的工作流体可被排出。

在一些实施方案中，液体/气体分离器103可以是抽吸滚筒，诸如图1的抽吸滚筒23。在此类情况下，不可冷凝流体连同可能的气态工作流体将不被排出，而是被递送到压缩机7的抽吸侧7D。

热交换器101中的制冷剂可以是在热交换器81中循环的相同制冷剂或不同的制冷剂。热交换器可包括例如一个或一系列管束。在一些实施方案中，热交换器可包括一个或多个空气冷却器、多流热交换器，诸如翅片板或绕线盘管热交换器等。热交换器101和81的冷侧可例如串联或并联布置。

液体/气体分离器103可以是热力学系统1中提供的任何装置，诸如抽吸滚筒，或者是专用的气体/液体分离器。

继续参考图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7，在图8中，示出了冷却装置51的又另外实施方案。已经在图2-图7中示出的相同元件、部分或部件用相同的参考标号标记。在图8中，流体收集容器11设置有虹吸截断器75和温度控制系统77，如上所述。浸没喷嘴85布置在流体收集容器11的下部部分中，在其中包含的液化工作流体的液位之下。如在前述实施方案中，可在流体收集容器11内的不同高度处设置多个浸没喷嘴85。

还提供不可冷凝流体移除装置73或排气阀，其可直接连接到流体收集容器11，其中气态工作流体和不可冷凝流体的混合流从流体收集容器11中移除并使其流过热交换器107，其中该流与在热交换器107的冷侧中循环的制冷剂以热交换关系冷却。离开热交换器107的部分冷凝流被递送到液体/气体分离器109。不可冷凝流体和气态工作流体可通过管线110移除，而冷凝的工作流体通过泵111从液体/气体分离器109的底部收集并通过管线113递送回到流体收集容器11。管线113适于将冷凝的工作流体递送到浸没喷嘴85。如在前述实施方案中，同样在这种情况下，液体/气体分离器109可以是热力学系统1的部件，例如抽吸滚筒23。在这种情况下，从液体/气体分离器109排放的不可冷凝流体和/或气态工作流体可以被递送到热力学系统1的压缩机7或另一个压缩机的抽吸侧。

在泵111的上游和下游，控制阀115可设置在泵111的抽吸侧上，并且另外的控制阀117可设置在泵111的递送侧上。止回阀116可设置在泵111的递送侧上。旁路管线119还可平行于泵111布置。隔离阀121可沿着旁路管线119布置。可沿着管线113设置另外的控制阀122。

在一些实施方案中，可沿着管线113设置另外的任选热交换器123。与管线113中的冷凝的工作流体以热交换关系流动的制冷剂可从其中移除热量，以进一步降低冷凝的工作流体的温度。热交换器123和107可由相同的制冷剂冷却，并且可串联或并联布置。热交换器123和107可为例如管束热交换器、空气冷却器、多流热交换器(例如翅片板或绕线盘管热交换器、或它们的组合)。若干热交换器元件可串联或并联布置。

当热力学系统1正在操作时，关闭阀122并且通过管线3A将液化工作流体从流体收集容器11递送到工艺设施。冷却装置51可为不工作的。

当热力学系统1必须在一段时间不活动之后再次启动时，激活冷却装置51以便将闭合回路3内的压力从停机稳定压力降低到较低压力阈值，在该压力阈值下可重新启动增压装置5。打开阀122并关闭阀79。

激活泵111以使管线117中的流体循环，并且从液体/气体分离器109中移除冷凝的工作流体。气态工作流体和不可冷凝气体开始从流体收集容器11朝向热交换器107流动，其中工作流体被冷凝并收集在液体/气体分离器109的底部中。流体收集容器11中的压力下降，并且工作流体因此通过阀69和/或其他附加管道和阀(诸如虹吸截断器75)从上游回路3中被调用。

来自液体/气体分离器109的冷凝液化工作流体由泵111泵送通过管线113回到流体收集容器11中，从而降低其中包含的工作流体的温度并促进气态工作流体的冷凝，从而降低闭合回路3的压力。如果存在附加的热交换器123，则可加速冷却过程。

一旦在闭合回路3中达到较低的压力阈值，增压装置5就可启动。

继续参考图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8，在图9中，示出了冷却装置51的另外实施方案。与图8中所用相同的参考标号指示相同的部分、部件或元件，这些部分、部件或元件不再描述。图9的冷却装置51与图8的冷却装置51的不同之处在于，一个或多个骤冷阀131布置在流体收集容器11的上部部分中，在其中包含的液化工作流体的液位之上。骤冷阀131可设置成通过控制阀133和分支管线135与管线113流体连通。

图9的冷却装置51基本上以与图8的冷却装置51相同的方式操作。然而，管线113中流动的冷却液化工作流体可被选择性地或另选地递送到浸没喷嘴85，递送到骤冷阀131或两者。图9的布置可提供通过不可冷凝流体移除装置73排放的减小流量的气态工作流体。

继续参考图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9，在图10中，示出了冷却装置51的另外实施方案。图8和图9的相同参考标号用于指示图8和图9所示的相同或对应的元件、部分或部件，将不再描述这些元件、部分或部件。在图10的实施方案中，来自泵111的冷却液化工作流体通过管线113和控制阀133递送到骤冷阀131，该骤冷阀布置在流体收集容器11的上部部分中，在其中包含的液化工作流体的液位之上。在该实施方案中不提供浸没喷嘴。

为了使包含在流体收集容器11的底部部分中的液化工作流体过冷，在图10的实施方案中，可提供热交换器137。热交换器137形成第一热量移除装置的一部分，该第一热量移除装置适于从包含在流体收集容器11中的液化工作流体中移除热量。

热交换器137可包括浸没在液化工作流体中的管束和/或盘管，以通过在热交换器137中循环的制冷剂从其中移除热量。所述制冷剂可以是在热交换器107中和/或在热交换器123中(如果存在的话)循环的相同制冷剂。热交换器137、107和/或123可并联或串联布置。在图10所示的实施方案中，相同的制冷剂顺序流过热交换器137、107和123，这些热交换器因此被串联布置。在其他实施方案中，两个或全部三个热交换器137、107、123可并联布置，而不是沿着制冷剂管线串联布置。热交换器107和123可为例如管束热交换器、空气冷却器、多流热交换器诸如翅片板或绕线盘管热交换器、或它们的组合。

图10的冷却装置51的操作与图9的冷却装置51的操作基本上相同。然而，用以降低包含在流体收集容器11中的液化工作流体的温度的初步过冷步骤可通过使制冷剂在热交换器137中循环来执行，同时暂时关闭阀133。仅在流体收集容器11中的液化工作流体过冷后，液化工作流体才开始被递送到骤冷阀131。

图2至图10中示出的各种装置可彼此不同地组合。例如，也可在图9的实施方案中与热交换器137组合地提供浸没喷嘴85。

在上述一些实施方案中，在开始冷凝流体收集容器11中的气态工作流体之前执行过冷步骤。这防止了闪蒸现象。在其他次优选的实施方案中，气态工作流体的冷凝和液化工作流体的冷却可同时开始。

图11和图12示出了概述本文所公开的用于在启动之前降低闭合回路中的压力的方法的流程图。

虽然在上文公开的实施方案中已描述了工作流体减压装置，该工作流体减压装置的目的在于降低停机稳定压力以便允许或有利于在待机周期之后启动增压装置，但本领域的技术人员将会理解，冷却装置51可用于不同的热力学系统中，其中可能需要降低内部流体压力。

图13示出了本文所公开的主题的另外实施方案的示意图。图13的热力学系统包括天然气液化装置，该天然气液化装置由用于产生液化天然气的两个组合制冷回路构成。在图13的示例中，制冷回路包括丙烷/混合制冷剂系统，其中丙烷制冷剂回路包括用于降低丙烷回路中的压力的装置，例如在丙烷压缩机不活动一段时间之后，这可导致增加的停机稳定压力(SOP)。图13的热力学系统还包括储存单元或储罐以储存液化工艺流体，即液化天然气。在一些实施方案中，液化天然气用于在需要时降低丙烷回路中的压力。在一些实施方案中，天然气液化系统可包括使用在不同温度下操作的不同制冷剂流体的两个或更多个制冷剂回路。一个所述回路的制冷剂可用于降低所述回路中的另一者中的压力。例如，天然气液化系统可包括具有其中储存液化氮的氮储存设施的低温氮回路。液化氮可用于降低较高温制冷回路(例如丙烷或混合制冷剂回路)中的压力。

在一些实施方案中，天然气液化系统(LNG系统)可包括在制冷循环中未被处理的液化氮的储存。在此类情况下，储存的液化氮可再次用作制冷剂以降低制冷循环中的压力，例如在压缩机的跳闸之后。

气体液化领域的技术人员将理解，本文所公开的方法和系统的新型特征可用于降低混合制冷剂回路的内部压力，而不是降低丙烷回路中的压力或除了降低丙烷回路中的压力之外。

还应当理解，可使用不同制冷回路和制冷剂流体(诸如

循环、单混合制冷剂(SMR)或双混合制冷剂(DMR)回路、

液化系统、

液化系统等)在其他天然气液化设备或系统中体现类似的减压装置。

本文所公开的特征还可用于被设计用于产生除天然气之外的液化气体(诸如乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、丙烯、氨、氮、氢等)的液化设施中。一般来讲，液化气体可储存在储存单元或储罐中，例如在蒸气/液体平衡(即，气体/液体平衡)的条件下。液化气体可用于冷却热力学回路中的工作流体，例如以降低包含制冷剂工作流体的制冷剂回路中的压力。

图13的热力学系统整体被标记为1并且包括第一闭合制冷剂回路3，其中制冷剂工作流体适于循环并经历循环热力学转变，包括压缩、冷凝、冷却和膨胀。如上所述，以举例的方式，在图13中，第一闭合制冷剂回路3是丙烷/混合制冷剂LNG系统的闭合丙烷回路。

工作流体通过增压装置5在闭合制冷剂回路3中循环。在图13的示意图中，增压装置5包括具有抽吸侧7S和递送侧7D的压缩机7。在其他示例(未示出)中，增压装置5可包括多于一个压缩机，在任何构型中，例如串联和/或并联布置的多个压缩机。

在增压装置5的下游，相对于由箭头FF示意性地表示的工作流体流的方向，提供了热量移除和流体冷凝装置9。热量移除和流体冷凝装置9可包括热交换器，例如液体/空气或液体/液体热交换器。在其他实施方案中，热量移除和流体冷凝装置9可包括任何其他种类的热量移除装置或设备。

冷凝物收集容器或流体收集容器11布置在热量移除和流体冷凝装置9的下游。液体/气体平衡的双相条件下的工作流体可包含在流体收集容器11中。

进一步沿着闭合制冷回路3设置膨胀区段217和热交换装置215。膨胀区段可包括一个或多个膨胀器，诸如涡轮膨胀器或膨胀阀，诸如焦耳-汤姆逊阀。热交换装置215可包括一个或多个蒸发器，其中来自膨胀区段217的冷凝和膨胀的工作流体通过与待冷却的工艺流体流进行热交换来加热，如稍后将描述的。

在图13的示意图中，增压装置5还包括驱动器31，该驱动器产生驱动压缩机7旋转所需的机械功率。驱动器31可为电动马达。在其他实施方案中，如图13中示意性地示出，驱动器31可以是机械发电涡轮机，诸如气体涡轮引擎、涡轮膨胀器或蒸汽涡轮。在又另外的实施方案中，驱动器31可包括往复式内燃机。

在图13的示例中，闭合制冷回路3包括多侧流压缩机7。膨胀区段217和热交换装置215被构造成在与制冷剂工作流体的降低温度相对应的不同、降低的压力水平下使制冷剂工作流体膨胀。制冷剂工作流体用于预冷在天然气递送管线221中流动的天然气流，并且进一步用于冷却在第二闭合制冷回路4中循环的混合制冷剂流，这将在稍后描述。

在图13的示例性实施方案中，膨胀区段217包括在217A处示出的第一组膨胀阀，例如焦耳-汤姆逊阀或一组膨胀器。膨胀区段217还包括在217B处示出的第二组膨胀阀或膨胀器。每组217A和217B的膨胀阀串联(即，顺序地)布置，以使制冷剂工作流体在逐渐降低的压力下膨胀，并且在所述逐渐降低的压力下产生制冷剂工作流体的部分流。由膨胀阀217A获得的不同压力水平下的膨胀制冷剂工作流体的部分流与在天然气递送管线221中流动的天然气流在可变温度下在热交换器215A中交换热量。来自膨胀阀217B的膨胀制冷剂工作流体的部分流与在第二闭合制冷回路4中循环的第二制冷剂工作流体在可变温度下在热交换器215B中交换热量。部分流由压缩机7作为侧流进行处理。

膨胀区段217和增压装置5将制冷回路3分成低压区段和高压区段。低压区段从膨胀区段217的出口延伸到增压装置5的入口，而高压区段从增压装置5的出口延伸到膨胀区段217的入口。

在闭合制冷回路3中循环的制冷剂工作流体在增压装置5中被顺序地压缩，在热量移除和流体冷凝装置9中被冷却和冷凝，在膨胀区段217中膨胀并且在热交换装置215中被加热，以防待冷却和液化的天然气的流动。

在图13的示例性热力学系统1中，第二闭合制冷回路4使与第一闭合制冷回路3中的制冷剂处于热交换关系并且与待液化的工艺流体(天然气)处于热交换关系的第二制冷剂工作流体(例如，混合制冷剂)循环。以举例的方式，第二闭合制冷回路4包括压缩机区段231，该压缩机区段由串联的一个或多个压缩机构成，该压缩机由一个或多个驱动器233(例如，电动马达、气体涡轮引擎、蒸汽涡轮或其他机械发电机)驱动。

回路4的经压缩的制冷剂工作流体(混合的制冷剂)在冷却器235中被冷却，并且在热交换器215B中被冷却并至少部分地冷凝。部分液化的混合制冷剂被递送到液体-蒸气分离器236，并且来自分离器236的单独的液体流和蒸气流在主低温热交换器237(MCHE)中循环。膨胀的第二制冷剂工作流体通过在主低温热交换器237中与天然气进行热交换来进一步冷却和液化天然气。然后将加热的第二制冷剂工作流体递送到压缩机231以再次压缩，并且在上述环路中再次循环。

来自主低温热交换器237的液化天然气被收集并储存在储存单元或储罐227中，液化天然气可以从该储存单元或储罐朝向一个或多个用户或设施(诸如运输设施)递送，例如递送到LNG载体。参考标号224指示流体联接到低温进料泵226的LNG递送管道。

如上文结合图1所述，在一些情况下，例如如果制冷剂工作流体的循环由于任何原因中断，则闭合制冷回路3内的压力可增加。温度升高将导致闭合回路3中的压力增加，这需要采取行动以便重新启动闭合制冷回路3中的工作流体循环。

如本文将结合以下附图所述，工作流体的冷却以及因此闭合制冷回路3中的压力降低可通过冷却装置251来实现，该冷却装置使用包含在工艺流体储存单元227中的液化工艺流体。

继续参考图13，图14示出了用于降低闭合制冷回路3中的压力的冷却装置251的第一示例。相同的参考标号指示图13所示且上文已描述的部件和元件。更具体地讲，在图14中，示出了与工作流体收集容器11以及热量移除和流体冷凝装置9结合的储存单元或储罐227。冷却装置251包括热交换器253，该热交换器适于使来自其冷侧上的储存单元227的工艺流体流和来自热交换器253的热侧上的闭合制冷回路3的工作流体流循环。来自储存单元227的液化工艺流体被加热并且可蒸发，从而从来自闭合制冷回路3的工作流体流中移除热量，使得如果需要，可降低后者中的压力。

热交换器253的冷侧可流体联接到储存单元227的底部，其中可布置浸没式低温泵255，该低温泵将液化工艺流体递送到热交换器253。返回路径257将可部分或完全蒸发的工艺流体返回到储存单元227。

热交换器253的热侧是其中布置了循环泵261的环路259的一部分。循环泵261适于从加压流体收集容器11中移除液体工作流体并使工作流体在环路259中循环。可提供作用于流量控制阀258上的流量控制器256以控制工作流体通过环路259的流量。

由泵261在环路259中循环的工作流体通过与热交换器253中的液化工艺流体进行热交换而冷却。在一些实施方案中，递送到热交换器253的冷侧的液化工艺流体的流动可由合适的控制装置控制。例如，如果使用釜式热交换器，则在功能上联接到流量控制阀的液位控制器(未示出)可将热交换器253中的液化工艺流体的液位保持在预设液位处或附近。在其他实施方案中，流量控制器262可用于控制通过受控流量阀263的工艺流体流量，如图14所示。

热交换器253可为例如竖直或水平的壳管式热交换器、釜、板翅式热交换器、冷箱或它们的组合。在图14的示意图中，作为非限制性示例，热交换器253是水平的壳管式热交换器。

旁路管线265可平行于热交换器253设置在环路259中。可提供合适的装置以调节通过旁路管线265和通过热交换器253的工作流体流量，例如以便将环路259的返回分支中、旁路接头下游的工作流体温度保持在设定温度值处或附近。在一些实施方案中，可提供阀267、269和温度控制器271，以用于控制从热交换器253返回到工作流体收集容器11的工作流体的温度。温度控制器271调节通过阀267和269的流量，使得保持工作流体到工作流体收集容器11的期望递送温度。在其他实施方案(未示出)中，可提供仅一个阀(例如阀269)和温度控制器271。其他控制系统可用于控制目的，适于操纵工作流体和流量、工艺流体流量或其压力。

在热交换器253中已被冷却的工作流体可通过浸没喷嘴85或通过骤冷阀或它们的组合返回到流体收集容器11，使得从回路259返回的冷工作流体流与包含在流体收集容器11中的较温热工作流体混合。可以设想到用于相同目的的不同装置，例如上文结合图2至图12中的一个或多个图所公开的那些。

控制阀67和87可用于调节和控制冷却工作流体分别到骤冷阀67和/或浸没喷嘴85的流量。

在一些实施方案中，旁路273将循环泵261的递送侧联接到流体收集容器11的入口。流量控制器275可在功能上联接到旁路273上的阀277，以调节通过旁路273的流量，从而控制最小泵流量。利用这种布置，即使不需要工作流体在热交换器253中循环，泵261也可连续保持在操作中。

阀279和280被布置成将流体收集容器11选择性地流体联接到循环泵261的抽吸侧并流体联接到闭合制冷回路3。并联的两个阀281和283(还可参见图13)布置在压缩机7的递送侧(图14中未示出)和流体收集容器11之间。参考标号285指示可布置在流体收集容器11和膨胀区段217之间的过冷器(还可参见图13)。

到目前为止所公开的装置的操作如下。

当闭合制冷回路3内的压力增加时，例如在压缩机跳闸或关闭以及加热包含在闭合回路3中的工作流体之后，可能期望在重新启动压缩机7之前降低回路中的压力。这可通过从流体收集容器11中的制冷剂工作流体中移除热量来实现。

阀279、281、283初始关闭，阀280、87和/或67打开，并且通过循环泵261使来自流体收集容器11底部的液化工作流体在环路259中循环。来自储存单元227的液化工艺流体(LNG)由低温泵255进料到热交换器253的冷侧，并且从在环路259中循环的热工作流体中移除热量。冷却的工作流体返回到流体收集容器11，从而促进其中的流体的冷凝并降低流体收集容器11内的压力。

一旦已实现期望压力，就可打开阀283，使得来自闭合制冷回路3的上游区段的气态工作流体流入流体收集容器11中。

当已实现闭合制冷回路3中的期望压力时，泵261和255可关闭，阀280、87和67可关闭，并且可启动压缩机7(图13)。随后阀279可打开。

根据所使用的热交换器的种类，来自热交换器253的冷侧的天然气作为两相(液体/蒸气)混合物或作为蒸气相返回到储存单元227。汽化的天然气可通过蒸发气体管线228递送到蒸发气体压缩机(未示出)。如果来自热交换器253的天然气处于两相条件，则分离器(未示出)也可以设置在热交换器253的下游，以将返回到储存单元227的液相与可被递送到蒸发气体系统或以任何其他方式回收的气相分离。另选地，气体/液体分离可直接在储存单元227中发生。

可提供类似的冷却装置251以降低第二制冷剂工作流体回路4中的压力，例如在热力学系统1关闭时产生的SOP。可提供在功能上等同于热交换器253的单独的热交换器，其冷侧与储存单元227流体连通，并且其热侧与在功能上等同于容器11并且与第二闭合制冷回路4流体联接的单独的流体收集容器流体连通。在一些实施方案中，第二制冷剂回路4的流体收集容器可以是布置在热交换器215B和主低温热交换器237之间的分离器236(图13)。

在一些实施方案中，第二制冷剂回路4中的温度和压力降低可能需要比闭合制冷回路3中的压力降低目的所需的温度更低的温度。例如在图13的实施方案中尤其如此，其中丙烷和混合制冷剂可分别用于回路3和回路4中。在一些实施方案中，通过使用两种不同冷却介质(例如，LNG和液化氮)的组合，可在回路4中出于SOP降低目的在冷却期间实现较低的温度值。两种冷却介质可在单独且顺序布置的热交换器中与闭合制冷回路4的制冷剂流体以热交换关系循环。

在一些实施方案中，可提供更紧凑的布置。例如，如果(如在图13的示例中)热力学系统1包括丙烷/混合制冷剂LNG设备，则不需要在两个闭合制冷回路之间的完全分离。事实上，除了其他组分以外，混合的制冷剂通常还包含丙烷。因此可以使用冷却装置251的相同热交换器253顺序地降低第一闭合制冷回路3(包含丙烷)和第二闭合制冷回路4(包含混合制冷剂，包括丙烷)中的流体压力。例如，可以首先使丙烷从第一闭合制冷回路3循环通过冷却装置251。一旦实现了第一闭合制冷回路3中所需的压力，热交换器253的热侧就可与第一闭合制冷回路3断开连接并连接到第二闭合制冷回路4。相反的顺序虽然原则上是可能的，但可能导致丙烷回路被形成混合制冷剂的其他组分污染，这是不期望的。

如果要重复回路3的减压，则丙烷吹扫步骤可能是有益的，以从丙烷回路中移除混合的制冷剂残余物。

虽然使用液化天然气来冷却包含在第一闭合制冷回路3和第二闭合制冷回路4中的制冷剂工作流体可以是特别有利的，但不排除其他选项。

在一些实施方案(未示出)中，热交换器253的冷侧可流体联接到不同液化气体(例如液化氮)的罐。来自热交换器253的蒸发的氮气可在大气中排出，或者另选地在制冷循环中回收。如果在热交换器253的出口侧处可获得双相(液体/蒸气)混合物，则液相和气相可在分离器中分离，并且液相可被回收，同时气相可被排出，或另选地在制冷循环中回收。

虽然在图14的实施方案中，储存单元227是收集来自主低温热交换器237的液化天然气的相同储罐，但这不是唯一可用的选项。在一些实施方案(未示出)中，可以与主LNG储存单元分开地提供附加的单独LNG储罐，其中包含用于冷却目的的LNG。单独的LNG储罐可以具有双重功能，即LNG储存和液体/蒸气分离。该单独的LNG储罐可以用于在热力学系统1的冷却期间执行两相(液体/蒸气)分离。这在若干情况下可为尤其有益的。例如，主LNG储存单元可以远离LNG生产系统定位。与主LNG储存设施分开的附加LNG储罐可被设置并定位在容器11附近。LNG储罐227可以例如是包装件的一部分，包括例如冷却装置251和附加小型启动积聚器。该包装件可以容易地用于升级现有的LNG生产设备。如果提供与主LNG储存设施分开的单独的附加工艺流体储存单元227，则使包装件与现有LNG生产设备的交接更容易。

上述替代形式和修改形式也可应用于下文所述的其他实施方案。

图15示出了冷却装置251的另外实施方案。与图14中相同的参考标号指示相同或对应的部分、元件或部件，将不再描述这些部分、元件或部件。在图15中，温度控制器271在功能上联接到压力控制器291，该温度控制器调节旁路管线265中的旁路流以将返回到流体收集容器11的工作流体的温度保持在设定点温度值。该压力控制器在功能上联接到热交换器253的冷侧的出口上的阀293，以控制LNG蒸发压力的设定点。可以使用温度控制器271根据通过旁路管线265的旁路流量来控制热交换器253的热侧的温度。在一些实施方案中，热交换器253可以是釜的形式，其中在液体/蒸气平衡的条件下包含来自LNG储存单元227的流体，使得蒸发潜热被来自在热交换器253的热侧中循环的工作流体的LNG吸收。

在其他实施方案中，温度控制器271和压力控制器291可彼此独立，即，彼此不联接，并且可仅提供由温度控制器271操作的旁路阀269。

在一些实施方案中，可控制热交换器253的入口处的冷侧与热侧之间的温差，以防止由于来自流体收集容器11的热流体与来自储存单元227的冷流体之间的过度的温度梯度而造成的损坏。

图16示出了冷却装置251的布局，其包括用于该目的的温度梯度控制措施。相同的参考标号指示已经结合前述附图描述的部分、元件和部件，并且将不再描述这些部分、元件和部件。在图16的布局中，来自流体收集容器11的流体可通过两个泵261和260在热交换器253的热侧中循环。泵261的抽吸侧通过阀280连接到流体收集容器11，而泵260的抽吸侧通过阀301连接到流体收集容器11。泵261的递送侧联接到泵260的抽吸侧并联接到浸没喷嘴85和/或骤冷阀65。环路259从热交换器253的返回部通过阀305与泵260的抽吸侧选择性地联接。温度控制器311在功能上联接到温度传感器307和309，该温度传感器适于分别在热侧上和在冷侧上检测热交换器253的入口处的温度。

图16的装置的操作可如下。当阀279和280关闭并且阀301和303打开时，可操作泵260以确保环路259填充有来自流体收集容器11的热工作流体。一旦环路259已被填充，阀301就关闭并且在受控流量下操作泵260，使得环路259中的少量液体的温度以预设速率(例如，1℃/分钟)降低，直到实现给定温度，例如，使得在热交换器253的热入口侧和冷入口侧之间实现几摄氏度(比方说10-30℃)的差值。在该阶段期间，泵261可为不工作的。另选地，泵261可为工作的，前提条件是控制器275保持通过旁路273的最小流量。控制器313作用于泵260和热交换器253之间的控制阀314。

当在热交换器入口侧处达到期望的温差时，泵261可被激活并且阀280可打开。环路259中的流量受到控制，使得一方面温度逐渐降低，并且因此流体收集容器11内的压力逐渐降低，另一方面热交换器253的入口处的热侧与冷侧之间的温差保持在控制之下并且在预设阈值之下。通过阀317和305的流量可例如借助于温度控制器315来控制，诸如以在流体收集容器11中的环路259的返回侧上实现期望的温度设定点。

在上述实施方案中，使用循环泵使来自流体收集容器11的流体以液态循环通过热交换器253。在其他实施方案中，流体收集容器11内的压力可用于在不借助于泵的情况下促进热交换器253中的循环，例如使工作流体以气态循环。图17示出了示例性实施方案，其中环路259的入口区段259A将流体收集容器11的顶部连接到热交换器253的热入口侧。环路259的返回区段259B将热交换器253的热出口侧直接或间接地联接到闭合制冷回路3。当需要对闭合制冷回路3减压时，阀279、283和281关闭并且阀351打开，以使流体收集容器11与环路259流体连通。压力控制阀353或孔口可控制环路259内部的压力，使得在环路259中实现逐渐的压力增加。热交换器253的热出口侧流体联接到容器355，该容器继而经由阀357与闭合制冷回路3联接。

容器355内部的压力可经由作用于温度控制器361的压力控制器359来控制。可以基于容器355中的压力来修改温度控制器361的温度设定点，以将后者保持在所需的设定值。温度控制器361可控制经由环路259递送到作用于阀267和269的容器355的冷却流体的温度，从而调节绕过热交换器253的流量。

代替调节温度控制器361的温度设定点，来自压力控制器359的压力信号可以用于调节来自流体收集容器11的流体流量和/或来自储存单元227的LNG流量。后一种选项在图18的实施方案中示出。图17中使用的相同参考标号指示相同或相似的元件、部分和部件，将不再描述这些元件、部分和部件。在图18中，压力控制器359联接到温度控制器361并且联接到LNG流量控制器365，该LNG流量控制器控制通过作用于阀263的热交换器253的LNG流量。

在一些现有的LNG设备中，制冷剂收集容器可以非常大，例如可以被设计成包含例如多达60吨-70吨的制冷剂工作流体。在一些情况下，利用热交换器253将此类大容器放置在环路装置259中可能是不方便的。如果大型LNG设施要用如本文所述的冷却装置251进行升级，则尤其如此。在一些情况下，可更方便地将用于冷却和减压目的的附加的较小流体收集容器11添加到系统的较大制冷剂工作流体收集容器中。这种装置在图19中示出。与图14中所用相同的参考标号指示相同或对应的元件、部分或部件，将不再描述这些元件、部分或部件。

在图19的实施方案中，流体收集容器11流体联接到较大的制冷剂工作流体容器381，例如该制冷剂工作流体容器包含比流体收集容器11多3至10倍的流体。在这种情况下，冷却装置251作用于包含在流体收集容器11中的较少量的流体。流体收集容器11用作启动积聚器。

流体收集容器11可利用入口管道401流体联接到闭合制冷回路3，该入口管道具有在压缩机7的递送侧7D和流体冷凝装置9之间的入口端，并且终止于流体收集容器11。阀403可选择性地打开和关闭入口管道401。

流体收集容器11还可通过蒸气管线405和液体管线407流体联接到制冷剂工作流体容器381，该蒸气管线和液体管线可各自包括相应的阀406和408。循环泵261的递送侧可选择性地流体联接到冷却装置251的热交换器253(如结合图14所述)，或联接到压缩机7。为此，回流管线411将泵261的递送侧流体连接到例如压缩机7的侧流中的一个侧流。阀414可设置在回流管线411上，并且阀413可设置在环路259中。循环泵261的递送侧可通过管线412进一步流体联接到工作流体容器381。阀414可设置在管线412上，以用于选择性地打开和关闭从循环泵261的递送侧到工作流体容器381的流体路径。

流体收集容器11可进一步通过管线514和阀515流体联接到压缩机7的低压(LP)或超低压(LLP)主集管，以将容器11保持在与压缩机7的对应侧流(LP或LLP)的压力相同的压力下。此外，流体收集容器11可进一步通过管线517、阀518和液位控制阀520在液体出口侧上流体联接到压缩机7的低压(LP)或中压(MP)冷却器215A、215B。利用这种布置，流体收集容器11内的一定量的液体将被保持在热交换器253中用于冷却，以开始冷却操作。上述连接确保流体收集容器11保持在相应LLP或LP冷却器215A、215B的相同压力和温度(例如1.1barA和-40℃)下。

图19的系统的操作可如下。当闭合制冷回路3正在操作时，阀281、515和518，阀403和413和/或414关闭，并且阀517被激活以控制流体收集容器11中的液位。来自流体冷凝装置9的冷凝制冷剂工作流体被收集在制冷剂工作流体容器381中，并且通过过冷器285从该制冷剂工作流体容器递送到膨胀区段217。可提供布置在容器381与过冷器285之间的阀410，并且该阀在该操作阶段期间保持处于打开条件。此外，循环泵261可处于操作中，并且流量可由流量控制器保持在设定的低值，以将热交换器253保持在低温下。

在压缩机7跳闸后，阀281、283、515和518关闭，液位控制器521被切换为手动并且阀520关闭。闭合制冷回路3内的压力可增加，并且在整个回路中变得相同。在重新启动压缩机7之前，闭合制冷回路3内的压力将减小。为此，流体收集容器11用作启动积聚器，而较大的制冷剂工作流体容器381暂时不工作。闭合制冷回路3的减压可通过打开阀403开始，同时阀413保持关闭。当阀403打开时，流体收集容器11内的压力可增加，因为执行了与压缩机7的压力平衡。接通低温泵255，并且分别将流量控制器256和262的流量设定点缓慢斜升至特定值。类似地，温度控制器271的设定点斜升至作用于阀267和269的较低值(例如-155℃)。

流体收集容器11内的压力可通过使其中包含的制冷剂工作流体循环通过热交换器253而逐渐降低。一旦达到流体收集容器11内的特定压力，温度控制器271的设定点就基于要在流体收集容器11中实现的最终压力而斜升至较高值(例如-40℃)。通过经过热交换器253移除热量，通过管线401进入流体收集容器11的气态工作流体流被冷凝。因此，闭合制冷回路3内的压力逐渐下降，直到其中实现启动压力，例如约1barA-1.2barA。一旦实现启动压力，阀403就保持打开，低温泵255关闭，流量控制器256和262被切换到手动模式，并且阀258、263、67和87关闭。泵261将通过最小流量管线273工作(参见图16)。压缩机7可被启动。在启动瞬态期间或在装载阶段期间，可通过打开阀413使来自流体收集容器11的液化制冷剂工作流体由泵261朝向压缩机7的抽吸侧循环。如图13所示，如果制冷剂工作流体在几个压力水平下膨胀，则在本文所述的启动阶段期间，流过管线411和阀413的制冷剂工作流体可朝向压缩机7的最低压力侧流递送。因此，在减压阶段期间已冷凝并收集在流体收集容器11中的制冷剂工作流体可逐渐重新引入到闭合制冷回路3中。压缩机7的递送侧处的压力逐渐增加，并且在达到额定递送压力时，阀401和413可关闭，而阀281、283和410可打开。闭合制冷回路3现在再次完全可操作。

另选地，在启动瞬态期间和/或在装载阶段期间，可通过打开阀414将来自流体收集容器11的液化制冷剂工作流体逐渐重新引入到较大的制冷剂工作流体容器381中。

如果闭合制冷回路3在较长时间段内保持不工作，则制冷剂工作流体容器381内的压力可增加至高于阈值。如果是这种情况，则可使用冷却装置251来逐渐降低其中的压力，并保持制冷剂工作流体容器381通过管线405和阀406流体联接，使得蒸气相的制冷剂工作流体可从流体收集容器11中的制冷剂工作流体容器381流出。

上述特征中的一些也可体现在根据图19的系统中。以举例的方式，图19示出了管线78、骤冷阀或喷雾嘴80和隔离阀76，它们可具有与上文结合一些前述实施方案所述类似的功能。

类似地，在其他实施方案中，诸如图19所示的实施方案中，也可提供如上所述的旁路管线68和关闭阀71。

图20示出了冷却装置251的另外实施方案。在图20中，仅示出了LNG储存单元227和热交换器253。根据上述布置中的任一种布置，热交换器253的热侧可流体联接到回路的剩余部分。

在图20中，基于连通容器原理，通过自然循环而不是通过使用低温泵来实现流体在热交换器253的冷侧中的循环。在热交换器253中保持正确液位的液化天然气，以冷却在其热侧中循环的流体。

图21中示出了结合根据连通容器原理的装置，使用低温泵进行强制循环的组合实施方案。相同的参考标号表示与结合先前实施方案所述相同或对应的部分。在图21中，提供液位控制器262以控制热交换器253的冷侧中的液化天然气的液位。控制器262可作用于阀264以选择性地打开和关闭阀，从而通过激活低温泵255来恢复正确的液位。

图22和图23示出了类似于图17和图18的实施方案，其中省略了流体收集容器11。相同的参考标号指示如图17和图18中已经示出以及上文所述的相同或等同部分、元件或部件。图22和图23中的冷却装置251可流体联接到闭合制冷回路3的压缩机7的递送侧。当需要对闭合制冷回路3减压时，打开阀283以及随后阀281，使得加压的热制冷剂工作流体流过环路259，并且更具体地流过入口区段259A，并且通过与来自储存单元227的液化天然气交换热量而在热交换器253中被冷却。冷却并且液化的制冷剂工作流体收集于容器355中。由此，冷却和液化的制冷剂工作流体返回到闭合制冷回路3中。如结合图17所述，压力控制器359调节温度控制器361的温度设定点，使得在容器355中保持双相工作流体(液体/气体，即液体/蒸气工作流体)的所需压力。温度控制器调节通过热交换器253和通过旁路管线265的流量。

图23的实施方案类似于图22的实施方案，压力控制器359与流量控制器365以及与温度控制器361共同作用。

在图22和图23的实施方案中，冷却装置因此在功能上联接到流体收集容器355，并且在工作流体流过由环路259形成的递送管道的同时，在该工作流体被收集在流体收集容器355中时从工作流体中移除热量，而不是从先前收集在流体收集容器中的液体中移除热量。然而，操作原理与前述实施方案中相同：当需要时，通过从其中包含的工作流体中移除热量来对流体收集容器形成其一部分的热力学系统减压，使得气态工作流体冷凝成液态工作流体。

图24示出了冷却装置251的另外实施方案。在图24中，与环路259的一部分结合仅示出了热交换器253和储存单元227，该环路使工作流体通过热交换器253循环。在功能上联接到流量控制阀258的流量控制器256被布置在环路259中。根据图24的实施方案，热交换器253直接布置在储罐或单元227中，并且可浸没在其中包含的液化工艺流体(例如，液化天然气)中。

虽然已经根据各种具体实施方案描述了本发明，但是对于本领域的普通技术人员而言将显而易见的是，在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，许多修改、改变和省略是可能的。此外，除非本文另外指明，否则任何过程或方法步骤的顺序或序列可根据另选的实施方案改变或重新排序。

Claims (20)

1.一种热力学系统，所述热力学系统包含工作流体并且至少包括工作流体收集容器(11；23；355)，所述工作流体收集容器适于包含处于热力学平衡的所述工作流体的液相和气相；其中冷却装置(51；251)在功能上联接到所述工作流体收集容器并且适于从收集在所述工作流体收集容器中的所述工作流体中移除热量，从而在没有流体在所述热力学系统中循环时降低所述热力学系统中的停机稳定压力。

2.根据权利要求1所述的热力学系统，还包括适于在其中循环所述工作流体的闭合回路(3；4)，所述闭合回路包括所述工作流体收集容器(11；23；355)或与其流体联接。

3.根据权利要求2所述的热力学系统，其中所述闭合回路(3；4)包括高压区段和低压区段；并且其中增压装置(7；231)设置在所述闭合回路中，适于在其中循环所述工作流体。

4.根据前述权利要求中一项或多项所述的热力学系统，还包括：热量移除和流体冷凝装置(9)，所述热量移除和流体冷凝装置适于接收气相的工作流体并且将所述工作流体至少部分地冷凝成液化工作流体；以及冷凝流体收集容器(11)，所述冷凝流体收集容器适于从所述热量移除和流体冷凝装置(9)接收冷凝流体。

5.根据前述权利要求中一项或多项所述的热力学系统，还包括布置在至少一个压缩机(7)上游的抽吸滚筒(23)，所述抽吸滚筒适于包含双相工作流体并将气态工作流体递送到所述压缩机。

6.根据权利要求4或5所述的热力学系统，其中所述工作流体收集容器(11；53；355)包括所述冷凝流体收集容器(11)和所述抽吸滚筒(53)中的至少一者。

7.根据前述权利要求中一项或多项所述的热力学系统，其中所述冷却装置(51；251)包括由热交换器(81；253)构成的第一热量移除装置，其中制冷剂以与所述液化工作流体的热交换关系流动。

8.根据权利要求7所述的热力学系统，其中所述第一热量移除装置包括以下各项中的至少一者：浸没在包含在所述工作流体收集容器(11)中的所述液化工作流体中的喷嘴或鼓泡器(85)；布置在所述工作流体收集容器(11)中的喷洒装置(65)，所述喷洒装置适于喷洒其中冷却的工作流体。

9.根据前述权利要求中一项或多项所述的热力学系统，其中所述冷却装置(51；251)包括至少一个循环泵(55；261)，所述循环泵适于循环从所述工作流体收集容器(11)抽取并返回至其的工作流体。

10.根据权利要求9所述的热力学系统，其中所述循环泵(51；251)适于从所述工作流体收集容器(11)抽取液化工作流体，并且使所述液化工作流体与制冷剂处于热交换关系循环通过热交换器(81；253)。

11.根据权利要求9或10所述的热力学系统，其中所述循环泵(51；251)适于将加压的液化工作流体递送到以下各项中的一者：浸没在包含在所述工作流体收集容器(11)中的所述液化工作流体中的喷嘴或鼓泡器(85)；布置在液化收集容器(11)中高于液化工作流体液位的骤冷阀(65)；被构造成将工作流体递送到所述流体收集容器的流体递送管道；它们的组合。

12.根据权利要求9至11中一项或多项所述的热力学系统，其中所述循环泵(51；251)适于从流体联接到所述工作流体收集容器(11)的液体/气体分离器抽取液化工作流体，并且使所述液化工作流体与制冷剂处于热交换关系循环通过热交换器(81；253)，并且进一步将冷却的液化工作流体递送回所述工作流体收集容器。

13.根据权利要求1至9中一项或多项所述的热力学系统，包括循环泵(55；261)，所述循环泵适于使来自所述工作流体收集容器(11)的工作流体循环通过所述流体冷却装置的热交换器(81；253)并返回到所述工作流体收集容器(11)，以从包含在所述工作流体收集容器(11)中的工作流体中移除热量。

14.根据前述权利要求中一项或多项所述的热力学系统，还包括：

闭合制冷回路(3)，所述闭合制冷回路适于使其中的所述工作流体循环，并且包括：

-高压区段；

-低压区段；

-在所述低压区段和所述高压区段之间的压缩机系统(7)；

-膨胀区段(217)，所述膨胀区段适于使所述工作流体从所述高压区段朝向所述低压区段膨胀；

-在所述膨胀区段(217)和所述压缩机系统(7)之间的热交换装置，所述热交换装置适于使与工艺流体处于热交换关系的所述膨胀的工作流体循环并从其中移除热量；

液化工艺流体储存单元(227)，所述液化工艺流体储存单元适于在其中收集液化工艺流体；

其中所述工作流体收集容器(11；355)适于与所述闭合制冷回路(3)流体联接；并且其中所述冷却装置(251)在功能上联接到所述工作流体收集容器(11；355)并且适于通过热交换器(253)从所述工作流体中移除热量。

15.根据权利要求14所述的热力学系统，其中所述冷却装置(251)的所述热交换器(253)的热侧适于使与以下各项中的一者处于热交换关系的所述工作流体循环：所述热交换器(253)的冷侧中的制冷剂；所述热交换器(253)的冷侧中的液化工艺流体。

16.一种用于降低热力学系统中的流体停机稳定压力的方法，所述热力学系统包含工作流体并且至少包括工作流体收集容器，所述工作流体收集容器适于包含处于热力学平衡的液化工作流体和气态工作流体；所述方法包括以下步骤：

从所述工作流体中移除热量；以及

将气态工作流体冷凝成液化工作流体，从而降低所述热力学系统中的所述流体停机稳定压力。

17.根据权利要求16所述的方法，其中从所述工作流体移除热量的所述步骤包括以下步骤：

使与液化工作流体处于热交换关系的制冷剂循环，并且由此移除热量；以及

从所述工作流体收集容器抽取液化工作流体，并且使冷却的液化工作流体返回到所述工作流体收集容器。

18.根据权利要求16或17中一项或多项所述的方法，还包括以下步骤：

从所述工作流体收集容器抽取气态工作流体；

通过与制冷剂的热交换来冷却并且至少部分地冷凝所述气态工作流体；以及

使冷凝的气态工作流体返回到所述工作流体收集容器。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述热力学系统包括闭合制冷回路，所述闭合制冷回路适于使其中的所述工作流体循环，并且包括：高压区段；低压区段；在所述低压区段和所述高压区段之间的压缩机系统；膨胀区段，所述膨胀区段适于使所述工作流体从所述高压区段朝向所述低压区段膨胀；所述方法还包括以下步骤：

通过在所述膨胀区段和所述压缩机系统之间的热交换装置中与所述工作流体热交换来冷却工艺流体，其中膨胀的工作流体以与所述工艺流体的热交换关系循环并从其中移除热量；

在液化工艺流体储存单元中收集液化工艺流体。

20.根据权利要求19所述的方法，其中从所述工作流体移除热量的所述步骤包括以下步骤：使与所述液化工艺流体处于热交换关系的所述工作流体循环。

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