一种密闭式热流体转运系统及热流体转运方法
技术领域
本发明涉及一种密闭式热流体转运系统及热流体转运方法。
背景技术
在热能综合利用、核能、化工等领域，需要将高温流体介质从一个容器转运到另一个容器，在高温流体介质转运前后，两个容器的连接处可以方便地安装或拆卸。在高温流体介质转运期间，介质必须保持一定的温度，不得泄漏或与空气接触，整个转运系统应当具有安全性、可靠性，并可多次重复使用。
发明内容
本发明旨在解决的技术问题在于克服现有技术中缺乏安全、可靠且密封性好、方便装卸与多次重复使用的热流体转运系统的缺陷，而提供了一种密闭式热流体转运系统及热流体转运方法。本发明提供的热流体转运系统拆装方便，能够满足热流体转运领域对密闭性和保温性的要求；本发明提供的热流体转运方法操作便捷，不易发生热流体在转运管道中的滞留甚至凝固的现象。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
本发明提供了一种密闭式热流体转运系统，包括依次连接的：一第一热流体容器、一第一高温阀、一中间连接管、一第二高温阀和一第二热流体容器；
所述第一热流体容器与所述第一高温阀之间、所述第二热流体容器与所述第二高温阀之间分别通过一根一端伸入热流体容器中的热流体导管密封连接，所述第一热流体容器与相连的热流体导管之间、所述第二热流体容器与相连的热流体导管之间均设有用于维持气压平衡的气体管路；
所述中间连接管可拆卸地密封连接于所述第一高温阀和所述第二高温阀之间，所述第一高温阀和所述第二高温阀均闭合时可与所述中间连接管围合形成一密闭空间，对应所述密闭空间的位置、在所述第一高温阀和所述第二高温阀的阀体上分别穿设有一气体接口，两个所述气体接口用于置换所述密闭空间的气体；所述中间连接管与所述热流体导管的内径比为0.5-1.5，所述热流体导管的内径为3mm～500mm；
所述第一热流体容器和所述第二热流体容器用于存放热流体，所述第一热流体容器的顶部开设有一进气口，所述第二热流体容器的顶部开设有一出气口，所述进气口与所述出气口配合使用，以实现对所述第一热流体容器的上方空间进行增压处理，或对所述第二热流体容器的上方空间进行减压处理，从而实现所述第一热流体容器下方的热流体经所述热流体导管、所述第一高温阀、所述中间连接管、所述第二高温阀并最后经热流体导管进入所述第二热流体容器的转运。
本发明中，所述中间连接管与所述热流体导管的内径比较佳地为0.8-1.2，例如0.95。如果中间连接管与热流体导管的内径比不在本发明范围(0.5-1.5)内，两者的尺寸相差太大，容易产生阻力、湍流、震动现象。
本发明中，所述中间连接管的形状不限，可以是直管、弯管等本领域常用形状。
本发明中，所述热流体导管的内径较佳地为8mm～50mm。转运热流体的管道的管径需要慎重选择，若不在本发明范围(3mm～500mm)内，管径过小，会限制热流体的流量，且容易形成湍流；管径过大，会增大热流体的散热面积，热量分布不均匀的热流体容易发生冻堵。
本发明中，热流体导管伸入第一热流体容器的长度，首先必须保证在液面以下，否则无法实现热流体转移；其次热流体导管距离容器底部的距离太远，则死体积大，浪费物料，太近则会对热流体流动产生阻力，使热流体无法顺畅地进入热流体导管。因此，较佳地，热流体导管伸至第一热流体容器的底部。热流体导管的底端与第一热流体容器底部之间的距离的优选范围为5mm～10000mm，更优的范围为10mm～100mm，例如20mm。
本发明中，热流体导管伸入第二热流体容器的长度太短则会造成热流体飞溅到第二热流体容器的上部内壁，造成物料的损失；太长则会造成未浸入液面以下的这段管道在气体氛围内受热不均，因而热流体流经这段管道时因温度低于其熔点而发生冻堵。因此，热流体导管伸入第二热流体容器的长度优选为2mm～10000mm，更优范围是50mm～500mm，例如200mm。
本发明中，较佳地，所述第一热流体容器与相连的热流体导管之间的所述气体管路，包括依次连接的所述第一热流体容器顶部设置的一气体接口、一外置的阀门和所述热流体导管上靠近所述第一高温阀的位置处设置的一气体接口形成的管路系统。其中，所述气体管路上的阀门处于常开状态。其中，热流体导管这一端的气体接口靠近第一高温阀，可以更好地避免热流体在非转运工艺阶段进入热流体导管。
本发明中，较佳地，所述第二热流体容器与相连的热流体导管之间的所述气体管路，包括依次连接的所述第二热流体容器顶部设置的一气体接口、一外置的阀门和所述热流体导管上靠近所述第二高温阀的位置处设置的一气体接口形成的管路系统。其中，所述气体管路上的阀门处于常开状态。其中，热流体导管这一端的气体接口靠近第二高温阀，可以更好地避免热流体在非转运工艺阶段进入热流体导管。
本发明中，较佳地，所述第一高温阀和所述第二高温阀均通过垂直设于阀体端部的一密封件与所述中间连接管密封连接。更佳地，所述密封件的中心处开设有与所述中间连接管的尺寸相匹配的内孔，所述中间连接管垂直地内插设于所述内孔中。
本发明中，较佳地，所述密闭式热流体转运系统还包括四组对称设置的定位装置，所述中间连接管的中间段还对应固设有四组挡块，四对所述定位装置与四组挡块的配合，分别用于实现所述中间连接管的中间段与所述第一高温阀、第二高温阀的位置固定。
其中，较佳地，每一所述定位装置包括一对开式法兰、一螺杆和一螺母，所述对开式法兰与所述挡块的结构相配合，所述螺杆的一端水平固设于所述第一高温阀的阀体端部，另一端穿设所述对开式法兰的开孔，并通过所述螺母固定。定位装置与挡块的配合可以使中间连接管在水平方向上密封夹持在第一高温阀和/或第二高温阀的密封件上，起定位作用。
本发明中，较佳地，所述第一热流体容器、所述第一高温阀、所述中间连接管、所述第二高温阀、所述热流体导管和所述第二热流体容器的外部均设有加热器与保温材料。用于防止热流体降温凝固，堵塞管路系统。
本发明中，较佳地，所述第一热流体容器的顶部、所述第二热流体容器的顶部分别开设有一出气口、一进气口，所述第二热流体容器的进气口可与所述第一热流体容器的出气口配合使用，对所述第二热流体容器的上方空间进行增压处理，或者对第一热流体容器进行减压处理，从而实现所述第二热流体容器下方的热流体经所述热流体导管、所述第二高温阀、所述中间连接管、所述第一高温阀并最后经热流体导管进入所述第一热流体容器的反向转运。即，热流体转运的方向既可以由第一热流体容器至第二热流体容器，也可以通过调整热流体导管插入第二热流体容器的深度以及液面高度实现热流体的反向转运。
本发明中，所述第一高温阀和所述第二高温阀可为本领域常规的阀门，例如高温通径阀，其结构为本领域常规结构，一般地，包括阀体、阀杆和密封件。较佳地，阀杆设置在阀体内，并通过密封件与阀体实现连接，从而使阀杆可在阀体内沿竖直方向上下移动。所述的密封件用于保证阀杆与阀体之间的密封性。高温阀处于常闭状态，转运过程中可通过调节开与关的状态实现热流体导管与中间连接管的连通或截断。
本发明还提供了一种热流体转运方法，其采用上述密闭式热流体转运系统进行，其包括如下步骤：
S1：确认所述第一高温阀和所述第二高温阀处于闭合状态，两条所述气体管路处于连通状态，以及热流体流经的容器内壁、管件内壁和阀门内壁的温度均比热流体的熔点高20℃以上；同时确认第一热流体容器与第二热流体容器内部为无水无氧惰性气氛，且热流体导管伸入第一热流体容器中的液面以下；
S2：将所述中间连接管密封连接于所述第一高温阀和所述第二高温阀之间，形成所述密闭空间；
S3：通过所述气体接口抽气置换所述密闭空间的气体至无水无氧惰性气氛；
S4：打开所述第一高温阀和所述第二高温阀，使所述热流体导管与所述中间连接管连通，并使两条所述气体管路处于关闭状态；
S5：开启所述第二热流体容器的出气口，通过进气口向所述第一热流体容器的液面上方空间通惰性气体增压或对第二热流体容器的液面上方空间进行减压操作，使第一热流体容器与第二热流体容器之间的压差为0.005kPa～200kPa，从而使液面以下至热流体导管底端之间的热流体进入热流体导管，经所述第一高温阀、所述中间连接管、所述第二高温阀并最后经热流体导管进入所述第二热流体容器。
本发明中，热流体为本领域常规物质，例如高温熔盐，在本申请一较佳实施方式中，热流体为氟化锂、氟化钠和氟化钾形成的混合熔盐，熔点是454℃。
步骤S1中，容器内壁的温度是指第一热流体容器和第二热流体容器的内壁温度。
其中，第一热流体容器的内壁温度较佳地为比热流体的熔点高20-500℃，更佳地为比热流体的熔点高50-150℃，例如高出96℃。第一热流体容器如果温度过低(例如未与热流体熔点保持20℃以上的温差)，则热流体无法流动；如果温度过高，则容器容易腐蚀和/或老化。
其中，第二热流体容器的内壁温度较佳地为比热流体的熔点高20-500℃，更佳地为比热流体的熔点高50-150℃，例如高出96℃。第二热流体容器如果温度过低(例如未与热流体熔点保持20℃以上的温差)，容易造成热流体导管伸入第二热流体容器内部悬空的这部分热流体冻堵；如果温度过高，则容器容易腐蚀和/或老化。
步骤S1中，管件内壁的温度是指中间连接管和热流体导管的内壁温度。
其中，中间连接管和热流体导管的内壁温度较佳地为比热流体的熔点高20-500℃，更佳地为比热流体的熔点高50-150℃，例如高出96℃。管件内壁如果温度过低(例如未与热流体熔点保持20℃以上的温差)，容易造成热流体冻堵在管道中；如果温度过高，则管道容易腐蚀和/或老化。
步骤S1中，阀门内壁的温度是指第一高温阀和第二高温阀的内壁温度。
其中，第一高温阀和第二高温阀的内壁温度较佳地为比热流体的熔点高20-500℃，更佳地为比热流体的熔点高50-150℃，例如高出96℃。阀门结构复杂，散热面积大，如果温度过低(例如未与热流体熔点保持20℃以上的温差)，容易造成高温流体介质因受热不均匀而发生冻堵。然而，加热温度过高，则会造成阀门材料腐蚀和/或老化。
步骤S1中，需要说明的是，与第二热流体容器连接的热流体导管的底端可以浸入液面以下，也可以不浸入。
当所述密闭式热流体转运系统还包括所述定位装置时，步骤S2中，较佳地还包括对所述中间连接管进行定位固定的操作，更佳地包括如下步骤：将所述对开式法兰的开孔插入所述螺杆内，所述对开式法兰的对开式法兰盘内缘卡在所述中间连接管上的挡块之间，将所述螺母旋入所述螺杆即可。由此螺杆产生对螺母的拉力，通过对开式法兰传递到挡块上，促使中间连接管的端部压紧阀体端部的密封件，达到密封的效果。
步骤S1和S3中，无水无氧惰性气氛为本领域常规概念，可通过对所述第一热流体容器或所述第二热流体容器或所述密闭空间的内部进行惰性气体置换操作实现。
步骤S3中，较佳地包括如下操作：通过所述气体接口吹扫所述中间连接管，然后将中间连接管中的气体抽出，再将惰性气体充入所述中间连接管。此项操作可以进行一次，也可以进行多次，直至达到与惰性气体水氧含量相当的水平。
本发明的一较佳实施方式中，采用的惰性气体为水、氧含量均不高于1ppm的氩气。
步骤S5中，经过所述增压操作后，所述第一热流体容器中的压力较佳地为比大气压高0.005kPa～200kPa，更佳地为比大气压高0.015kPa～70kPa，例如为比大气压高45kPa；所述第二热流体容器中的压力较佳地为常压(即一个大气压)。高温流体介质在气压驱动下，从一个容器流向另一个容器，压差过小则无法流动，压差偏大则会造成流速过大，在管道中形成湍流，引起高温流体撞击管道内壁，产生震动，造成紧固件、密封件松动或移位，影响整体工艺的安全性和可靠性。压力过大，则会超过设备的设计使用压力。因此，第一容器的压力通常选择较低的正压。
步骤S5中，所述减压可通过对第二热流体容器抽真空的操作来实现。较佳地，经过所述抽真空操作后，第一热流体容器与第二热流体容器之间的压差为0.015kPa～70kPa。
步骤S5的热流体转运结束之后，较佳地还包括步骤S6的吹扫操作，具体步骤如下：继续通过第一热流体容器的进气口，将惰性气体通入第一热流体容器，使惰性气体进入热流体导管，流经第一高温阀、中间连接管、第二高温阀，使残余的热流体进入第二热流体容器；完毕后停止向第一热流体容器中通入惰性气体；关闭第二热流体容器的出气口。
步骤S6之后，较佳地还包括如下S7步骤：关闭所述第一高温阀和所述第二高温阀，使热流体导管与中间连接管截断；并恢复所述气体管路上的连通状态。
步骤S7之后，较佳地还包括如下S8步骤：关闭热流体导管、所述中间连接管、所述第一高温阀和所述第二高温阀的阀体外部设置的加热器，使所述密闭式热流体转运系统冷却下来。
步骤S8之后，较佳地还可进行所述中间连接管的拆卸步骤：旋松螺母，取下对开式法兰，将中间连接管从密封件中间的内孔中抽出即可。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：本发明提供的转运系统的密闭性和保温性非常好，而且拆装方便，可多次重复使用；所提供的热流体转运方法操作便捷，不易发生热流体在转运管道中的滞留甚至凝固的现象；死体积小，避免浪费物料。
附图说明
图1为本申请实施例1的密闭式热流体转运系统的结构示意图。
图1中各附图标记说明如下：
中间连接管 1
挡块 2
密封件 3
对开式法兰 4
螺杆 5
第一高温阀 6
密封件 7
第二高温阀 8
热流体导管 9
热流体 10
气体接口 11
气体接口 12
气体接口 13
阀门 14
第一热流体容器 15
进气口 16
出气口 17
第二热流体容器 18
出气口 19
进气口 20
螺母 21
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
实施例1
本实施例的密闭式热流体转运系统的结构示意图如图1所示，包括依次连接的：一第一热流体容器15、一第一高温阀6、一中间连接管1、一第二高温阀8和一第二热流体容器18。
第一热流体容器15与第一高温阀6之间、第二热流体容器18与第二高温阀8之间分别通过一根一端伸入热流体容器中的热流体导管9密封连接，第一热流体容器15与相连的热流体导管9之间、第二热流体容器18与相连的热流体导管9之间均设有用于维持气压平衡的气体管路。
中间连接管1可拆卸地密封连接于第一高温阀6和第二高温阀8之间，第一高温阀6和第二高温阀8均闭合时可与中间连接管1围合形成一密闭空间，对应密闭空间的位置、在第一高温阀6和第二高温阀8的阀体上分别穿设有一气体接口12，两个气体接口12用于置换密闭空间的气体；中间连接管1与热流体导管9的内径比为0.95，热流体导管9的内径为8mm。
第一热流体容器15和第二热流体容器18用于存放热流体10，第一热流体容器的顶部开设有一进气口16，第二热流体容器18的顶部开设有一出气口19，进气口16与出气口19配合使用，以实现对第一热流体容器15的上方空间进行增压处理，或对第二热流体容器18的上方空间进行减压处理，从而实现第一热流体容器15下方的热流体10至热流体导管9、第一高温阀6、中间连接管1、第二高温阀8并最后经热流体导管9进入第二热流体容器18的转运。
本实施例中，中间连接管1为直管。热流体导管9伸入第一热流体容器15的底部。热流体导管9的底端与第一热流体容器15底部之间的距离为20mm。热流体导管9伸入第二热流体容器18的长度为200mm。
其中，第一热流体容器15与相连的热流体导管9之间的气体管路，包括依次连接的第一热流体容器15顶部设置的一气体接口13、一外置的阀门14和热流体导管9上靠近所述第一高温阀6的位置处设置的一气体接口11形成的管路系统。其中，气体管路上的阀门14处于常开状态。
此外，第二热流体容器18与相连的热流体导管9之间的气体管路具有相同结构。
第一高温阀6和第二高温阀8均通过垂直设于阀体端部的一密封件3与中间连接管1密封连接。密封件3的中心处开设有与中间连接管1的尺寸相匹配的内孔，中间连接管1垂直地插设于所述内孔中。
密闭式热流体转运系统还包括四组对称设置的定位装置，中间连接管1的中间段还对应固设有四组挡块2，四对定位装置与四组挡块2的配合，分别用于实现中间连接管1的中间段与第一高温阀6、第二高温阀8的位置固定。
其中，每一定位装置包括一对开式法兰4、一螺杆5和一螺母21，对开式法兰4与挡块2的结构相配合，螺杆5的一端水平固设于第一高温阀6的阀体端部，另一端穿设对开式法兰4的开孔，并通过螺母21固定。定位装置与挡块2的配合可以使中间连接管1在水平方向上密封夹持在第一高温阀6或第二高温阀8的密封件3上，起定位作用。
第一热流体容器15、第二热流体容器18、热流体导管9、中间连接管1、第一高温阀6和第二高温阀8的阀体外部均设有加热器与保温材料。第一热流体容器15的顶部、第二热流体容器18的顶部分别开设有一出气口17、一进气口20，第二热流体容器18的进气口20可与第一热流体容器15的出气口17配合使用，对第二热流体容器18的上方空间进行增压处理，或者对第一热流体容器15进行减压处理，从而实现第二热流体容器18下方的热流体10反向转运至第一热流体容器15。
第一高温阀6和第二高温阀8可为本领域常规的阀门，例如高温通径阀，其结构包括阀体、阀杆和密封件7。阀杆与阀体在水平方向上通过密封件7固定连接，并可使阀杆沿竖直方向上下移动。密封件7用于保证阀杆与阀体之间的密封性。高温通径阀处于常闭状态，转运过程中可通过调节开与关的状态实现热流体导管9与中间连接管1的连通或截断。
采用本实施例的密闭式热流体转运系统将热流体10(600公斤的氟化锂、氟化钠和氟化钾形成的混合熔盐，熔点454℃)从第一热流体容器15转移到第二热流体容器18，具体步骤如下：
1、确认状态：确认第一高温阀6和第二高温阀8的阀杆的位置，保证阀门处于闭合状态；确认两条气体管路上的阀门14处于开启状态；熔盐在第一热流体容器15中加热到550℃，熔盐流经的管道(包括中间连接管1和热流体导管9)、阀门(包括第一高温阀6和第二高温阀8)、第二热流体容器18也都预热到550℃；同时确认第一热流体容器15与第二热流体容器18内部为无水无氧惰性气氛(本实施例中置换采用的惰性气体为水、氧含量均不高于1ppm的氩气)，且热流体导管9伸入第一热流体容器15中的熔盐液面以下；
2、定位：将中间连接管1的两端分别对准与第一高温阀6和第二高温阀8相连的密封件3的内孔；将对开式法兰4的开孔插入螺杆5内，使对开式法兰4的法兰盘内缘卡在中间连接管1上的两圈挡块2之间；
3、连接：将螺母21旋入螺杆5，由此螺杆5产生对螺母21的拉力，通过对开式法兰4传递到挡块2上，促使中间连接管1的端部压紧密封件3，达到密封的效果；从而使熔盐转运过程在一个密封环境中进行、不发生泄漏；
4、抽气置换：通过气体接口12吹扫中间连接管1，将中间连接管1中的气体抽出，再将惰性气体充入中间连接管1。此项操作反复进行3次。用于解决熔盐转运过程中不与空气接触的问题。
5、操作阀门：移动第一高温阀6和第二高温阀8的阀杆，使热流体导管9与中间连接管1连通；关闭两条气体管路上的阀门14；
6、熔盐转运：开启第二热流体容器18的出气口19；通过进气口16，将惰性气体通入第一热流体容器15，使热流体10液面以上的气压上升，至第一热流体容器15的压力(表压)为45kPa，促使热流体10进入热流体导管9，流经密封件3、中间连接管1，完全进入第二热流体容器18；
7、吹扫：继续通过进气口16，将惰性气体通入第一热流体容器15，使气体进入热流体导管9，流经密封件3、中间连接管1，促使残余的热流体10进入第二热流体容器18；停止向第一热流体容器15中通入惰性气体；关闭第二热流体容器18的出气口19；
8、操作阀门：移动第一高温阀6和第二高温阀8的阀杆，使热流体导管9与中间连接管1截断；开启两条气体管路上的阀门14；
9、冷却：关闭中间连接管1、热流体导管9、第一高温阀6、第二高温阀8外部的加热器，任其自然冷却；
10、拆卸：旋松螺母21，取下对开式法兰4，将中间连接管1从密封件3中间的内孔中抽出。拆下的部件只有中间连接管1(挡块2固定设置在中间连接管1上)，还有对开式法兰4。其他零部件可以原封不动地保留在第一热流体容器15、第二热流体容器18的接口处。
本实施例提供的转运系统的密闭性和保温性非常好，而且拆装方便；所提供的热流体转运方法操作便捷，不会发生热流体在转运管道中滞留甚至凝固的现象。
