阅读说明：本技术 用于灌装抑燃剂容器的方法和系统 (Method and system for filling a container with a flame retardant ) 是由 T·布劳顿 A·埃尔德 J·沃尔斯 于 2017-10-04 设计创作，主要内容包括：用于使用液态抑燃剂和氮气对容器进行灌装和增压的系统和方法。最初以转变压力提供氮气的增压接收容器,并随后将液态抑燃剂添加到增压接收容器中。转变气体压力提供足够的氮气量以使所添加的液态抑燃剂饱和,并且在接收容器内提供可操作顶部空间压力、而不需要对氮气和液态抑燃剂溶液进行机械化混合。(Systems and methods for filling and pressurizing a container with a liquid flame suppressant and nitrogen. A pressurized receiving vessel that is initially supplied with nitrogen at a transition pressure and then a liquid flame suppressant is added to the pressurized receiving vessel. The transition gas pressure provides a sufficient amount of nitrogen to saturate the added liquid flame suppressant and provides an operable headspace pressure within the receiving vessel without the need for mechanized mixing of the nitrogen and liquid flame suppressant solutions.)

用于灌装抑燃剂容器的方法和系统

优先权数据以及通过援引并入

本申请要求于2016年10月5日提交的美国临时申请号62/404,424的优先权的权益，该申请的全部内容通过援引并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及火灾抑燃系统及其抑燃剂供应系统。更具体地，本发明涉及用于为消防用抑燃系统提供处于可操作压力下的液态抑燃剂的容器的方法和系统。

背景技术

已知的消防用抑燃系统采用液态试剂或抑燃剂，该液态试剂或抑燃剂被气化以灭火。这些已知的抑燃系统中使用的一种抑燃剂是3M^TM公司的3M^TMNovec^TM1230防火液(“Novec1230”)。Novec 1230在室温下为液态，这样便于操作、储存和输送。为了在这些已知的消防用抑燃系统中使用Novec 1230，使用氮气在21摄氏度下将Novec 1230作为25巴(360psi)的超高增压抑燃剂储存在一个或多个容器组件中。在使用中，将容器连接到系统管道以用于通过一个或多个喷嘴以蒸气形式分配抑燃剂。通过对抑燃剂进行超高增压，在系统对火灾的致动响应中以气体形式排放试剂。气化的抑燃剂主要通过吸热来灭火。因此，为了使这类系统正常运行，将试剂维持在超高增压状态是至关重要的。这些已知系统的容器的大小可以在从约5升(5L)至180升(180L)或更大的范围内变化。例如，容器可以是4.5L、34L、80L、120L、140L或180L中的任何一者。因此，对于完全充装的180L容器，最终重量接近337千克(743lbs.)，其中容积包括液面上方提供的适当量的顶部空间。

有一种已知的对圆筒形容器进行灌装和超高增压(即充装)的传统方法。首先将比如Novec 1230等液态抑燃剂按重量添加到容器中，然后随后利用添加氮气将抑燃剂超高增压至25巴的可操作顶部空间压力。最初可以使用氮气对接收容器进行增压以对容器进行干燥，但是氮气刚好在灌装液态抑燃剂之前被排放到大气中。因此，最初是将液态抑燃剂添加到基本上处于大气压的容器中。随后将氮气送入容器中以使液态抑燃剂过饱和，并在圆筒形容器内建立目标可操作顶部空间压力。如果液态抑燃剂没有充分饱和、即没有过饱和，则容器内的氮气将随着时间的推移继续溶解在抑燃剂中，并且容器内的顶部压力将会下降到可操作范围以下。

对溶液进行混合可以提高氮气在抑燃剂中溶解的速率。因此，在传统的充装过程中，抑燃剂溶液以机械化过程混合以使氮气溶解的速率最大化，以确保氮气在抑燃剂中过饱和，这样也最大限度地减少了对容器进行完全充装的时间。180L的圆筒形容器的传统充装过程是在从十五分钟至三十分钟的范围内。考虑到圆筒的大小和重量，机械化混合过程使用机械式混合器来使容器转动、摇动以及翻转或倒置。如本文所使用的，机械式混合器是专用于操控容器而为了对其中的内容物进行混合而不仅仅对容器进行支撑或定位的动力机器。已知的方法包括在机械化过程中重复或反复地添加氮气并对溶液进行混合，直至达到所期望的顶部空间压力并变得稳定。当顶部压力在机械化混合之后没有下降时，压力已经稳定下来。一种已知的机械式混合器是具有其自身的支撑框架的大型和重型机械式混合倒置器，其需要足够的气动和电力供应源以及能在其中对最重的容器进行安全定位、操作、固定和操控的空间。因此，用于新的安装或用于对翻新容器进行重新充装的容器充装通常在例如灌装厂等固定地点进行，在此处可以对混合倒置器进行适当安装、设定和防护以避免人员受伤或财产损失。增加当前充装系统和方法的复杂性的是需要非常准确的计重秤来按重量测量用于使抑燃剂饱和并增压的氮气的量。在没有充分防护和隔离以免于冲击或振动的情况下，能够具有这种准确度的秤很容易损坏。而且，灌装过程期间的气体压力会致使液态抑燃剂在容器内运动，这样可能会在产生不期望的计重秤读出数的过度波动。

圆筒形容器需要定期维护和检查以检测泄漏并对容器进行周期性水压试验。在泄漏或水压试验的情况下，容器必须停止使用，并用完全充装的超高增压抑燃剂容器来替换或翻新。因此，需要断开容器并将部分或完全灌装的容器从系统场地运输到灌装地点以用于灌装。为了使系统重新投入使用，必须将完全充装的容器输送、重新定位并重新连接至系统。抑燃系统可以安装于数据处理中心、磁带存储设施、海上平台、例如液体天然气(LNG)运输船等船舶以及许多其他设施。由于容器的大小和重量，可能难以断开或安装抑燃剂容器以及将其移入和移出系统场地。然而，由于容器经常位于的狭小的空间中，在海上应用中维修容器尤其困难。而且，对于LNG运输船和其他大多数海上船只而言，法规条例要求根据卸压的增压容器或系统、在检测到容器泄漏的情况下，船只必须前往港口、码头并维修其抑燃系统。不允许船只离开港口，直到系统恢复到符合海洋法规条例的条件。对于LNG运输船来说，在计划外的港口停靠和系统维修中损失的时间可能非常昂贵。

需要用于可靠地充装抑燃剂容器而无需机械化混合过程以避免需要将容器运输进出灌装厂的方法和系统。而且，仍然需要和期望在系统安装场地实行充装过程(现场灌装)或其一部分(尤其用于海上应用)以减少容器的移动并避免与运输抑燃剂容器相关的危险和危害。通过提供可以在商用上可接受的时间内完成的现场充装过程，可以减少防火系统停机时间，并且可以使得业务运营中断最小化。

发明内容

优选的方法和系统提供了用于消防用抑燃系统的、处于可操作压力下的饱和液态抑燃剂(例如Novec 1230)的容器。优选的方法和系统提供了将容器充装至优选的可操作顶部空间压力而无需机械化混合。通过从充装过程中排除机械化混合，优选的系统和方法可以提供在与传统方法相当或更好的时间内的液态抑燃剂的现场灌装和增压。另外，优选的系统使用已校准的压力计而不再需要灌装或接收容器处的计重秤。

使用消防用液态抑燃剂对容器进行灌装和增压的一种优选方法包括提供增压接收容器，该增压接收容器包含处于转变压力的氮气以用于使灌装量的液态抑燃剂饱和并在容器中建立可操作顶部压力；并且随后将灌装量的液态抑燃剂添加到接收容器中。灌装方法的优选实施例包括首先使用氮气对接收容器进行灌装、最后将液态抑燃剂从增压液态抑燃剂源添加到容器中。

在另一优选方面，提供了一种用于使用消防用液态抑燃剂对容器进行灌装和增压的系统。优选的系统包括：接收容器，该接收容器限定了内部容积；氮气供应源，该氮气供应源联接至该接收容器以用于将该容器的内部容积正压增压至内部压力；液态抑燃剂增压供应源；以及输送泵，该输送泵联接至该接收容器和该液态抑燃剂供应源，用于克服该内部压力将该液态抑燃剂输送到该接收容器以优选地限定标称顶部空间压力。通过对容器中的顶部空间压力进行监测，不再需要接收容器的机械混合。

附图说明

这些被并入本文并构成本说明书的一部分的附图展示了本发明的示例性实施例、并且与上文给出的总体说明和下文给出的详细说明一起用于解释本发明的特征。

图1是使用液态抑燃剂和氮气对容器进行灌装和增压的优选方法的第一实施例的流程图。

图2是用液态抑燃剂和氮气对容器进行灌装和增压的优选方法的第二实施例的流程图。

图3是用液态抑燃剂和氮气对容器进行灌装和增压的优选方法的第三实施例的流程图。

图4是用于进行图1-3的方法的优选系统的示意图。

具体实施方式

图1中所示的是使用消防用液态抑燃剂、优选地是3M公司的Novec 1230灭火剂(美国采暖、制冷和空调工程师学会(American Society of Heating，Refrigerating andAir-Conditioning Engineers，ASHRAE)命名FK-5-1-12)对接收容器进行灌装和增压(即“充装”)以用于储存或安装在消防用抑燃剂系统(未示出)中的优选方法10。可以使用替代性防火液，例如其他卤烃剂或其他卤烃哈龙替代品。优选方法包括在一定灌装量的液态抑燃剂的转变压力下提供使用氮气进行增压的增压接收容器的第一步骤12。如本文所使用的，“转变压力”是至少足以使灌装量的液态抑燃剂饱和并另外将灌装量的液态抑燃剂增压至容器内的可操作顶部空间压力的压力。如本文所使用的，“操作顶部空间压力”、“操作性顶部空间压力”或“可操作顶部空间压力”被定义为优选地处于足以储存增压液体并在消防用抑燃剂系统中进行操作的周围温度下、容器内的在灌装量的液态抑燃剂上方的最终稳定的压力。优选地，操作顶部空间压力直接随周围温度变化，并且优选地是可以在限定范围内变化的标称压力。如本文所使用的，周围温度优选地在从20摄氏度至25摄氏度的范围内，并且可以在从21摄氏度至23摄氏度的范围内，并且更优选地为21摄氏度。优选地，操作顶部空间压力至少为25巴(363psi)、优选地小于45巴(653psi)并且更优选地范围在22psi与28psi之间，以在21摄氏度的优选周围温度下限定25巴的标称操作顶部空间压力。周围温度可以更高或更低，取决于操作或储存条件，并且标称操作顶部空间压力可以相应地变化。例如，在周围温度在25摄氏度以上的情况下，对于范围可以从30摄氏度至55摄氏度的温度，标称操作顶部空间压力可以在从26巴至30巴的范围内。在周围温度在20摄氏度以下的情况下，对于范围可以从-20摄氏度至小于20摄氏度的温度，标称操作顶部空间压力可以在从20巴至25巴的范围内。

优选方法的后续的第二步骤14包括将灌装量的液体抑燃剂灌装、添加或输送到增压接收容器，以优选地限定容器所期望的、更优选地是所需的灌装密度。灌装密度优选地使用足以操作消防用抑燃剂系统来有效地灭火的一定量的液态抑燃剂来对容器进行灌装。用于灌装接收容器的液态抑燃剂的优选灌装密度优选为每升0.5千克至约每升1千克(kg/L)。该范围之外的其他灌装密度也是可能的。通过最初使用给定灌装量的抑燃剂的氮气转变压力对接收容器增压，通过氮气14a使抑燃剂饱和，并且在容器内建立所期望的操作顶部空间压力14a。因为使用氮气将容器增压至优选转变压力，所以液态抑燃剂优选地在足以抵抗内部气体压力并有助于使氮气饱和到进入液态抑燃剂的压力下输送到容器中。如本文所述，优选的充装过程的实施例可以单独通过输送泵或与液态抑燃剂增压源结合而对所运送的液态抑燃剂进行增压。随着第一12和第二步骤14完成，增压容器可以被储存起来以备将来使用，或者以其他方式在优选方法的优选的结束步骤16中安装以用于消防用抑燃系统。

发明人已经确定，通过最初使用足够量的氮气对接收容器进行灌装、然后随后使用液态抑燃剂对增压容器进行灌装，该接收容器可以被灌装至操作性灌装密度和顶部空间压力而无需机械化混合过程，从而克服了先前已知的需要机械化混合的充装过程的缺点。发明人已经确定，本文所述的优选方法在两天或更多天以上提供稳定的可操作顶部空间压力。另外，通过不再需要机械化混合，可以免除将容器运输和定位到比如先前所述的机械倒置器等机械式混合器所需的时间以及实际混合时间。

图2所示的是充装方法的优选实施例100。提供增压容器优选地包括将氮气压力确定为用于传送到接收容器的氮气量，该氮气压力优选地足以使后续地送到容器中的液态抑燃剂饱和、并在添加液态抑燃剂的第二步骤14完成之后在容器内建立操作顶部空间压力。更具体地，优选方法100包括在使用氮气112对接收容器进行增压之前预先确定氮气105的转变压力。预先确定氮气压力的优选步骤105包括：基于接收容器的内部容积、目标操作性顶部空间压力、操作或储存中的容器的预期周围温度、以及在第二步骤114中要供应到容器从而满足期望灌装密度的液态抑燃剂的总重量来计算要供应到接收容器的氮气的重量。预定步骤105优选地包括将所计算的氮气重量转换成将要运送到接收容器以提供步骤112中的增压容器的优选的转变压力105a。

优选的灌装方法114包括在使用液态抑燃剂对容器进行灌装的整个过程步骤中对顶部空间压力进行监测的步骤114a。更具体地，优选的过程包括在使用液态抑燃剂进行灌装直至操作顶部空间压力的步骤中连续或间歇地确定中间顶部空间压力。在使用液态抑燃剂对容器进行灌装的过程中，容器内的中间顶部空间压力可以随着氮气在液态抑燃剂中混合和溶解而变化。如果测得的顶部空间压力在操作顶部空间压力值以下、例如在25巴以下，则重复或继续灌装步骤114以使用液态抑燃剂对接收容器进行灌装。如果顶部空间压力处于操作顶部空间压力或在其可接受范围内，则灌装步骤114完成，并且接收容器可以被储存或投入使用116以使灌装过程100结束。再者，在不对溶液进行机械化混合的情况下执行和完成优选的灌装方法100。在优选的灌装方法100中，顶部空间压力优选地不超过45巴或更高的阈值压力；并且最后，标称操作顶部空间压力在21摄氏度下优选地至少为25巴。

在图3所示的灌装方法200的替代性优选实施例中，在完成使用液态抑燃剂将接收容器灌装至所期望的灌装密度之前，如果顶部空间压力超过阈值，则手动翻转接收容器以促进气体和液体的混合。如本文所使用的，“手动翻转”容器是使容器倾斜和/或旋转，使得内部混合物运动、并且氮气溶解在液态抑燃剂中的速率提高。此外，“手动翻转”容器是不需要对容器进行倒置和摇动的过程。因此，“手动翻转”不需要并排除在机械化混合过程中使用机械化混合器。

灌装过程200优选地包括先前所述的步骤：预先确定氮气压力205、205a，向增压接收容器212提供氮气，然后随后使用液态抑燃剂214对接收容器进行灌装、同时连续或间歇地测量顶部空间压力214aa。另外，如果顶部空间压力没有处于操作值，优选方法包括在达到灌装密度之前确定顶部空间压力是否超过阈值214ab，例如45巴。如果顶部空间压力在阈值以上，灌装步骤214优选地停止，并且接收器容器优选在步骤214ac中手动翻转，以进一步将氮气溶解在液态抑燃剂中并降低顶部空间压力。随着顶部空间压力降低，灌装步骤214继续，直至达到灌装密度和操作顶部空间压力为止。一旦达到，过程200通过储存接收容器或者将容器投入使用216来完成。

输送液态抑燃剂以对接收容器14、114、214进行灌装的优选的第二步骤优选地从已知初始重量的液态抑燃剂供应源输送液态抑燃剂。灌装步骤14、114、214可以包括对液体供应源的重量损耗进行监测直至达到预定重量值，并且指示已经将期望量的液态抑燃剂从供应源输送到接收容器。对于本文所述的优选实施例，优选地对液态抑燃剂供应源进行增压，例如增压至25巴或更大的目标标称操作顶部压力。替代性地，可以将抑燃剂的液体供应源增压至低于25，以限定较低的操作顶部压力。

图4中示出的是优选系统300，该系统用于实行先前所述的用于使用消防用液态抑燃剂对容器进行灌装和增压的过程10、100、200。优选系统300包括接收容器302，该接收容器限定了以本文所述的方式使用氮气和液态抑燃剂进行灌装和增压的内部容积。容器302优选地被配置用于储存和连接至采用增压液态抑燃剂的消防系统。因此，优选系统被配置成在消防系统或抑燃剂储存装置的场所进行充装。

优选系统300还包括氮气供应源304，该氮气供应源联接至接收容器302以用于将容器302的内部容积正压增压至优选的预定内部压力。系统300还包括液态抑燃剂供应源306、以及联接至接收容器302和液态抑燃剂供应源306中的每一个的输送泵308，该输送泵用于克服内部压力将液态抑燃剂输送到接收容器302，以在接收容器302内的液体上方的空间302a中限定顶部空间压力，并且更优选地建立优选的操作顶部空间压力。在输送泵308的优选实施例中，克服超过25巴的顶部空间压力、更优选地克服在25-45巴的范围内的顶部空间压力将液态抑燃剂输送到接收容器302，并且可以更优选地克服大于45巴的顶部空间压力进行输送。为了测量接收容器302中的顶部空间压力和/或顶部空间302a中的压力变化，系统300优选地包括压力计305，该压力计优选地被校准并设置在接收容器302与输送泵308之间的管道或软管连接部中。

在本文所述的系统和方法的优选实施例中，所采用的优选液态抑燃剂可以包括但不限于3M公司的Novec 1230灭火剂。液态抑燃剂可以是新供应的材料，或者可以例如从被确认为符合液态抑燃剂的原始规格的消防系统中回收。而且，优选的液态抑燃剂供应源306是具有固定容积的液态抑燃剂的供应容器。例如，液态抑燃剂的供应源306实现为五十五加仑的抑燃剂圆桶。而且，液态抑燃剂供应源306优选地使用氮气源进行增压。因此，在系统300的一个优选实施例中，氮气供应源304是用于对接收容器302进行增压的第一氮气源。优选系统300包括第二氮气源或氮气供应源310，其联接至液态抑燃剂供应源306以对液态抑燃剂供应源306进行增压。因此，输送泵308从供应容器306中吸出或抽吸液态抑燃剂，其中液态抑燃剂处于氮气压力下。如前所述，优选的灌装方法的实施例包括对在液态抑燃剂供应源中的重量损耗进行测量以确定输送到接收容器的液态抑燃剂的量。优选系统300包括计重秤312，以在将液态抑燃剂输送到接收容器302期间对液态抑燃剂供应容器306的重量损耗进行测量。

系统300包括多个装配件，这些装配件用于隔离互连的接收容器302、液态抑燃剂供应源306、输送泵308中的任一者或第一氮气供应源304或第二氮气供应源310中的任一者。例如，接收容器302优选地实现为已知的储存容器组件，其具有可以手动、电动或气动操作的阀302b(比如流体控制阀)。为了控制或维持流体流入接收容器302的方向，单向阀或止回阀303位于接收容器302b附近。进出输送泵308的流体控制优选地由截止阀、例如输送泵308的入口侧上的第一球阀314a和输送泵308出口侧上的第二球阀314b进行控制。在一个优选的操作方法中，关闭第二球阀314b，并且对输送泵308进行操作以在接收容器302之前或上方的泵308的出口侧上的输送管道307中形成55巴的排放压力。当排放压力达到期望水平时，第二球阀314b打开以用于对容器302进行灌装。

液态抑燃剂源306优选地包括入口蒸气控制阀306a以控制到抑燃剂源容器306的氮气流量。液态抑燃剂源306还优选地包括出口控制阀306b以用于控制液态抑燃剂流出容器306。第一氮气源304和第二氮气源310中的每一个包括截止阀304a和调节器310a以分别控制第一氮气源304和第二氮气源310的气体的流量和压力。系统部件之间的互连可以使用适当的管道或软管连接来进行。更优选地，使用快速连接装配件进行管道或软管互连。在优选系统进行操作的一个优选方面，在对输送泵进行操作之前，通过第二氮气源310对液态抑燃剂源306进行增压。在操作中，关闭第一球阀314a，将液态抑燃剂源306增压至高达25巴的优选压力。一旦液态抑燃剂源306处于所期望的压力，打开球形第一阀314a，并且允许从液体源306通过泵308到容器302的压力均衡。根据管道均衡，输送泵308开始向容器302添加液态抑燃剂。

优选的系统300可以用于先前所述的优选灌装方法。在优选方法200的一个示例性灌装操作中，基于接收容器302的大小、液态抑燃剂的目标灌装重量以及使液态抑燃剂饱和并建立操作性顶部压力的周围温度来确定氮气压力。第一氮气源304连接至接收容器302，并且接收容器被增压至预定氮气压力。然后断开氮气源304。

在出口控制阀306b关闭而蒸气阀306a打开的情况下，随后优选地通过第二氮气源310将液态抑燃剂源容器306增压至范围从14巴至高达25巴的优选压力。然后关闭第二氮气源阀310a和液态抑燃剂入口蒸气阀306a、并且打开抑燃剂出口阀，以允许液态抑燃剂流向输送泵308。第一球阀314a和第二球阀314b中的每一个都被置于打开位置，以允许液态抑燃剂流向接收容器302。然后，启动输送泵308以将液态抑燃剂输送到接收容器302。使用计重秤312来测量或监测液态抑燃剂源306的重量变化。在液态抑燃剂输送期间，对压力计305进行监测以确定接收器容器302中的顶部空间压力。继续进行抑燃剂输送，直到在接收器容器302中达到目标灌装重量，并且顶部空间压力测量值在25巴至小于45巴的范围内、并且更优选地为25巴。然后关闭流体控制阀302b，并且容器投入使用或以其他方式储存。接收容器中的顶部空间压力可以高达45巴，然而，在几天的时间内，液态抑燃剂将会吸收氮气，并且顶部空间压力将在21C下降至25巴(减0％、加10％)。在监控所监测的顶部空间压力保持在45巴的优选阈值以下的情况下，在没有接收容器302的机械化混合的情况下完成充装过程。

除了对流体的流动进行控制以对容器302进行充装之外，系统管道可以被配置成便于容器的现场充装，例如在诸如LNG运输船等船只上充装。如图4中示意性示出的，出口管排放侧上的系统管道307可以是到达位于系统安装场地或其附近的容器302的任何长度。假如管道307和输送泵被适当在液压下设定尺寸，则容器302可以定位在系统安装处或其附近以用于充装。在一个优选方面，可以远离系统场地和容器302对输送泵308和液态抑燃剂供应源306进行定位和操作。因此，这样的系统构造可以用于以所描述的任何优选方式对船只或船中的容器进行充装，这样不再需要机械化混合过程。就容器需要手动翻转的程度而言，容器优选地位于现场的允许容器倾斜和/或旋转的地点。这些系统和方法可以减少与接收容器的运输和充装相关的危险和停工期。

发明人已经确定，通过使用优选的系统和方法，在Novec 1230的高达1kg/L的充装密度的情况下，对于高达180L的容器范围，无需机械化混合过程或手动翻转就可以对接收容器进行充装。对于较大的充装密度，优选的方法仍然避免机械化混合，但是可以包括用于对氮气和液态抑燃剂溶液进行混合并建立可操作顶部空间压力的手动翻转过程。

虽然已经参考某些实施例披露了本发明，但是在不背离如所附权利要求中限定的本发明的领域和范围的情况下，对于所描述的实施例的许多修改、更改和改变是可能的。因此，意图是本发明并不限于所描述的实施例，而是本发明具有由以下权利要求的语言定义的全部范围及其等效物。