КОМПРЕССОРНАЯ УСТАНОВКА С УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ ОСУШКИ СЖАТОГО ГАЗА И СПОСОБ ОСУШКИ СЖАТОГО ГАЗА
COMPRESSOR INSTALLATION WITH DEVICE FOR DRYING COMPRESSED GAS AND METHOD FOR DRYING COMPRESSED GAS

Настоящее изобретение относится к компрессорной установке с устройством для осушки сжатого газа, при этом указанная компрессорная установка содержит компрессор с выходом для сжатого газа, к которому присоединен первый конец нагнетательной линии; указанное устройство для осушки содержит корпус с находящейся внутри него зоной осушки с первым входом для подлежащего осушке сжатого газа, к которому подсоединен второй конец указанной нагнетательной линии, причем таким образом, что весь расход сжатого газа, выходящего из компрессора, поступает в зону осушки; указанная зона осушки дополнительно содержит первый выход для осушенного сжатого газа, к которому подсоединена отводящая линия; в указанном корпусе также находится зона регенерации со вторым входом для подачи газа регенерации и вторым выходом для выпуска использованного газа регенерации; внутри корпуса устройства для осушки установлен с возможностью вращения барабан, содержащий сушильный агент, причем барабан соединен со средством привода таким образом, что сушильный агент может последовательно перемещаться через указанные зоны осушки и регенерации; при этом на нагнетательной линии расположен теплообменник для охлаждения сжатого газа перед его поступлением в зону осушки.
Недостаток известных компрессорных установок, оборудованных устройством осушки, заключается в том, что для обеспечения температуры газа, достаточно низкой для эффективной осушки в барабане, необходима значительная охлаждающая способность.
Сушилки для сжатого газа с вращающимся осушающим барабаном, содержащим сушильный агент, уже известны и описаны, например, в патентных документах WO 01/87463, WO 02/38251, WO 2007/079553, US 5385603 и US 8349054.
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы обеспечить более совершенную и/или альтернативную компрессорную установку.
В связи с этим настоящее изобретение относится к компрессорной установке с устройством для осушки сжатого газа, при этом указанная компрессорная установка оборудована компрессором, имеющим выход для сжатого газа, к которому присоединен первый конец нагнетательной линии; указанное устройство для осушки содержит корпус с расположенной внутри него зоной осушки с первым входом для осушаемого сжатого газа, к которому подсоединен второй конец указанной нагнетательной линии, причем таким образом, что весь расход сжатого газа, выходящего из компрессора, поступает в зону осушки; указанная зона осушки дополнительно содержит первый выход для осушенного сжатого газа, к которому подсоединена отводящая линия; внутри корпуса также находится зона регенерации со вторым входом для подачи газа регенерации и вторым выходом для выпуска использованного газа регенерации; внутри корпуса устройства для осушки установлен с возможностью вращения барабан, содержащий сушильный агент, причем барабан соединен со средством привода таким образом, что сушильный агент может последовательно перемещаться через указанные зоны осушки и регенерации; на нагнетательной линии расположен теплообменник для охлаждения сжатого газа перед его поступлением в зону осушки; при этом в соответствии с изобретением указанная отводящая линия соединена с первым ответвлением, которое соединено с входом охлаждения теплообменника, и в указанном теплообменнике дополнительно имеется выход охлаждения, который посредством второй регенерационной линии соединен с указанным вторым входом зоны регенерации, в то же время второй выход зоны регенерации с помощью возвратной линии соединен с указанной нагнетательной линией в точке, расположенной ниже по потоку от указанного теплообменника.
Важное преимущество компрессорной установки в соответствии с изобретением заключается в том, что для регенерации сушильного агента в барабане используется часть уже осушенного газа, который для этой цели отбирается через ответвление ниже по потоку относительно зоны осушки; указанную часть газа затем нагревают энергоэкономичным способом, используя теплоту сжатия, благодаря чему относительная влажность регенерационного газа становится крайне низкой, при этом компрессорная установка работает экономично за счет полезного использования отведенной в теплообменнике теплоты сжатия. В результате, действительно, достигается экономия необходимой охлаждающей способности и отсутствует необходимость использования охлаждающего устройства для получения достаточно низкой относительной влажности регенерационного газа, позволяющей обеспечить весьма хорошую регенерацию сушильного агента.
Настоящее изобретение относится также к способу осушки сжатого газа, отведенного из компрессора, при этом используется устройство для осушки, содержащее корпус, внутри которого расположена зона осушки, через которую транспортируют весь расход подлежащего осушению газа; в указанном корпусе имеется также зона регенерации, через которую одновременно транспортируют регенерационный газ; сушильный агент последовательно перемещают через зону осушки и зону регенерации; подлежащий осушению сжатый газ охлаждается в первичной части теплообменника перед поступлением в указанную зону осушки; при этом в соответствии с изобретением часть осушенного сжатого газа отбирают на выходе зоны осушки и затем, перед поступлением на вход зоны регенерации для использования в ней в качестве регенерационного газа, направляют через вторичную часть указанного теплообменника для нагревания с использованием теплоты сжатия осушаемого газа.
В соответствии с частным вариантом способа, соответствующего изобретению, отобранный осушенный газ параллельно направляют через вторичную часть ряда теплообменников, при этом каждый из этого ряда теплообменников содержит упомянутую первичную часть, которая соединена с выходом одного соответствующего компрессора из по меньшей мере из двух последовательно соединенных компрессоров. Изобретение по существу не ограничено, поскольку могут быть использованы все типы теплообменников, например теплообменники, не содержащие первичную часть, соединенную с выходом компрессора. Возможно также использование комбинации теплообменников, при этом один или большее их число содержит первичную часть, соединенную с выходом компрессора, в то же время используются теплообменники, которые не имеют такого соединения.
С целью лучшей иллюстрации характерных особенностей настоящего изобретения в качестве примера, без какого-либо намерения ограничить изобретение, ниже раскрыты некоторые предпочтительные варианты выполнения компрессорной установки в соответствии с изобретением, а также способ осушки сжатого газа в соответствии с изобретением, со ссылками на сопровождающие чертежи.
На фиг. 1-3 показано схематическое изображение различных вариантов выполнения компрессорной установки в соответствии с изобретением;
на фиг. 4 - схематическое изображение в большем масштабе промежуточного охладителя, показанного на фиг. 2.
На фиг. 1 представлен первый вариант выполнения компрессорной установки 1 в соответствии с изобретением, которая в этом случае содержит два компрессора 2а и 2b. Изобретение по существу не ограничено, и поэтому компрессорная установка 1 в соответствии с изобретением может также содержать один компрессор или более двух компрессоров 2а и 2b.
Компрессоры 2а и 2b соединены со средствами привода (на фигуре не показаны), представляющими собой, например, один или большее количество электродвигателей, турбин, зубчатых колес и тому подобных средств.
В данном случае компрессоры 2а и 2b образуют первую ступень 2а низкого давления и ниже по потоку от неё вторую ступень 2b высокого давления. Предпочтительно на соединительной линии между соответствующими компрессорами 2а и 2b установлен промежуточный охладитель 3.
Компрессор 2b высокого давления содержит выход 4 для сжатого газа, который соединен с первым концом нагнетательной линии 5.
Компрессорная установка 1 в соответствии с изобретением также содержит устройство 6 для осушки сжатого газа, содержащее корпус 7, в котором находится зона 8 осушки с первым входом 9 для сжатого газа, подлежащего осушке, и первым выходом 10 для осушенного сжатого газа, обычно на противоположном конце указанного корпуса 7.
Второй конец указанной нагнетательной линии 5 соединен с первым входом 9 для сжатого осушаемого газа.
На нагнетательной линии 5 установлен теплообменник 11 для охлаждения сжатого газа, который транспортируется от компрессора 2b высокого давления к первому входу 9 зоны 8 осушки. Конструктивное выполнение упомянутого теплообменника 11 обеспечивает охлаждение сжатого газа, который выходит из компрессора 2b высокого давления, прежде чем он поступает в зону 8 осушки.
В рассматриваемом случае на нагнетательной линии 5 также, по усмотрению, установлен доохладитель 12, который предпочтительно расположен ниже по потоку относительно указанного теплообменника 11, т.е. в соответствии с направлением движения потока сжатого газа между теплообменником 11 и первым входом 9 зоны осушки.
В корпусе 7 устройства 6 для осушки известным образом установлен с возможностью вращения барабан 13, соединенный с приводом (на фигуре не показан), обеспечивающим вращение этого барабана 13 внутри корпуса 7 и выполненным, например, в виде электродвигателя. Указанный барабан 13 содержит регенерируемый сушильный агент или так называемый осушитель, например гранулы силикагеля, активированный оксид алюминия или цеолитовый материал, или комбинацию указанных материалов. Очевидно, что сушильный агент может быть также реализован в иных формах.
Помимо указанной зоны 8 осушки внутри корпуса 7 устройства 6 для осушки сжатого газа образована также по меньшей мере зона 14 регенерации.
Барабан 13 выполнен известным образом так, что при вращении сушильный агент может последовательно перемещаться через указанные зону 8 осушки и зону 14 регенерации.
Зона 14 регенерации содержит второй вход 15 для подачи газа регенерации и противоположный ему второй выход 16 для отвода использованного газа регенерации. Следует понимать, что использованный газ регенерации здесь означает газ, который после прохождения через зону 14 регенерации, загрязняется влагой, извлеченной из сушильного агента.
Отводящая линия 17 соединена с первым выходом 10 зоны 8 осушки для удаления осушенного сжатого газа к потребителю (на фигуре не показано), например, в виде сети трубопроводов сжатого воздуха, сосуда под давлением или машины или оборудования, которые используют сжатый газ.
В соответствии с изобретением указанная отводящая линия 17 соединена с первым ответвлением 18, которое соединено с входом 19 охлаждения указанного теплообменника 11, в то же время указанный теплообменник 11 содержит выход 20 охлаждения, соединенный посредством второй регенерационной линии 21 с указанным вторым входом 15 зоны 14 регенерации.
Соответствующие вход 19 охлаждения и выход 20 охлаждения в данном случае образуют часть вторичной части теплообменника 11, первичная часть которого выполнена так, что через неё пропускают сжатый подлежащий осушке газ.
Второй выход 16 зоны 14 регенерации соединен посредством возвратной линии 22 с указанной нагнетательной линией 5 в точке, расположенной ниже по потоку относительно указанного теплообменника 11, и, в данном случае, на участке нагнетательной линии 5, который соединяет доохладитель 12 с первым входом 9 зоны 8 осушки.
В рассматриваемом примере на возвратной линии 22 также установлен дополнительный охладитель 23 и, возможно, сепаратор конденсата, который может расположен в том же корпусе или не в том же корпусе, что и охлаждающая часть охладителя 23, и который на фиг. 1 не показан.
В примере, проиллюстрированном на фиг. 1, соединение возвратной линии 22 с нагнетательной линией 5 реализуется с помощью трубы 24 Вентури, которая расположена на нагнетательной линии 5 и содержит всасывающее отверстие 25, к которому присоединена возвратная линия 22.
Компрессорная установка 1 в соответствии с фиг. 1 работает очень просто, так, как описано ниже.
Ступень 2а низкого давления всасывает сжимаемый газ или смесь газов, например воздух. Затем часть выделяемой теплоты сжатия отводится с помощью промежуточного охладителя 3.
После выхода из промежуточного охладителя 3 сжатый газ поступает в ступень 2b высокого давления, где дополнительно сжимается, и затем направляется в первичную часть теплообменника 11. В соответствующем теплообменнике 11, который по меньшей мере частично функционирует как теплообменник «газ-газ», теплота сжатия передается газу, который поступает в теплообменник 11 через вход 19 охлаждения и выходит из теплообменника через выход 20 охлаждения.
Очевидно, что теплообменник 11 выполнен так, что газ, который проходит через нагнетательную линию 5, не смешивается с газом, который направляют в качестве охладителя через вторичную сторону теплообменника 11. В рассматриваемом случае теплообменник выполнен так, что оба проходящих через него газовых потока, протекают в противоположных направлениях, однако согласно настоящему изобретению это не является необходимым.
Предварительно охлажденный сжатый газ выходит из теплообменника 11 и затем проходит через нагнетательную линию 5, после чего поступает в доохладитель, где происходит дополнительное охлаждение этого потока газа.
Затем холодный сжатый газ проходит через трубу 24 Вентури, первый вход 9 и зону 8 осушки, где влага, присутствующая в газе, абсорбируется в барабане 13 сушильным агентом, который находится в это время в зоне 8 осушки.
Холодный сжатый газ затем выходит из зоны 8 осушки через первый выход 10 и через отводящую линию 17 направляется к потребителю сжатого газа.
В соответствии с изобретением часть потока холодного осушенного сжатого газа ответвляется от отводящей линии 17 и затем направляется через первое ответвление 18 во вторичную часть теплообменника 11 и, более конкретно, к упомянутому входу 19 охлаждения для выполнения функции охлаждающей среды.
Температура газа на выходе 20 охлаждения повышена за счет поглощения теплоты сжатия, выделенной в компрессоре 2b высокого давления. В результате относительная влажность газа, отведенного через ответвление 18, будет дополнительно уменьшена весьма энергетически эффективным способом.
Газ с высокой степенью осушки, который проходит через регенерационную линию 21, в конце концов направляется через второй вход 15 в зону 14 регенерации, где этот газ выполняет функцию газа регенерации, который будет извлекать влагу из сушильного агента, находящегося в это время в зоне 14 регенерации.
После выпуска газа регенерации из зоны 14 регенерации через второй выход 16 он проходит через дополнительный охладитель 23 и используемый по усмотрению сепаратор конденсата, который расположен ниже по потоку и который может быть, но не обязательно, встроен в тот же корпус, что и охладитель 23, и направляется во всасывающее отверстие 25 трубы 24 Вентури.
В соответствии с изобретением использование трубы Вентури не является строго обязательным. Возможно также использование, например, воздуходувки для объединения газа регенерации, выходящего из зоны регенерации 14, с потоком нагретого сжатого газа, который выходит из теплообменника 11 и направляется в зону 8 осушки через нагнетательную линию 5.
На фиг. 2 представлен в соответствии с изобретением вариант компрессорной установки 1 в виде трехступенчатого агрегата, содержащего компрессоры 2а, 2b и 2с, соединенные последовательно. Между первой ступенью 2а низкого давления и второй ступенью 2b имеется первый промежуточный охладитель 103, в то время как между второй ступенью 2b и третьей ступенью 2с высокого давления расположен второй промежуточный охладитель 103'.
Ниже по потоку от третьей ступени 2с высокого давления, как и в варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 1, теплообменник 11 снабжен соединенным с ним последовательно доохладителем 12.
В этом примере промежуточные охладители 103 и 103', как более подробно показано на фиг. 4, содержат две части, а именно: первую рекуперативную часть 103а (для рекуперации теплоты сжатия) и вторую охлаждающую часть 133а.
Каждая соответствующая рекуперативная часть 103а содержит первичную часть и вторичную часть, при этом первичная часть включает в себя проточный канал для сжатого газа, подлежащего осушке, который выходит из компрессора 2а или 2b, расположенного непосредственно выше по потоку от соответствующего промежуточного охладителя 103 или 103', в то время как вторичная часть содержит охлаждающий канал с входом 19а охлаждения и выходом 20а охлаждения.
В этом варианте осуществления изобретения первое ответвление 18 соединено не только с входом 19 охлаждения теплообменника, но также одновременно соединено и с соответствующими входами 19а охлаждения промежуточных охладителей 103 и 103'.
Подобным образом выходы 20а охлаждения промежуточных теплообменников 103 и 103' вместе с выходом 20 охлаждения теплообменника 11 соединены со второй регенерационной линией 21.
Вторые охлаждающие части 133а промежуточных теплообменников 103 и 103' также содержат первичную и вторичную части, при этом первичная часть содержит проточный канал для сжатого осушаемого воздуха, в то время как вторичная часть содержит охлаждающий канал, через который может быть пропущен хладагент, предпочтительно, но не обязательно, в противотоке относительно потока сжатого газа, подлежащего осушке.
Хладагентом может служить жидкость, например вода или масло, или газ, или смесь газов, такая как воздух.
В рассматриваемом случае рекуперативные части 103а и охлаждающие части 133а смонтированы в общем корпусе, однако эти части могут быть также отделены друг от друга и реализованы в виде отдельных компонентов. Кроме того, в соответствии с изобретением оба промежуточных охладителя 103 и 103' не должны быть соединены с ответвлением 18 или регенерационной линией 21, однако возможен вариант выполнения, в котором только один из этих промежуточных охладителей 103 и 103' соединен с соответствующими линиями 18 и 21.
При таком варианте осуществления изобретения вторая охлаждающая часть 133а одного или большего числа промежуточных охладителей 103 и/или 103' может быть исключена.
Функционирование варианта осуществления изобретения, проиллюстрированного на фиг. 2, по существу происходит подобно функционированию компрессорной установки, представленной на фиг. 1, при этом наиболее важное отличие заключается в том, что теплота сжатия от ступеней низкого давления 2а и 2b может быть использована для дополнительного снижения относительной влажности газа, который используют для регенерации, поскольку этот газ регенерации будет действовать в качестве охладителя в рекуперативных частях 103а промежуточных охладителей 103 и 103' соответственно и будет поглощать теплоту сжатия.
Вторые охлаждающие части 133а могут обеспечить отвод какой-либо избыточной теплоты сжатия, которая все же присутствует в сжатом газе после прохождения через первую часть, благодаря чему в следующей расположенной ниже по потоку ступени сжатия может быть достигнута большая степень сжатия.
Остаточная теплота может быть, например, использована для других целей, в частности для нагревания воды бытового потребления.
На фиг. 3 представлен другой вариант выполнения компрессорной установки 1 в соответствие с изобретением, в котором используются три последовательно соединенных компрессора 2а, 2b и 2с. В этом варианте возвратная линия 22 и нагнетательная линия 5 соединены в точке, расположенной ниже по потоку от теплообменника 11 и выше по потоку от доохладителя 12. При таком соединении отсутствует необходимость в использовании в возвратной линии 22 каких-либо дополнительных охладителей, и поэтому затраты могут быть сокращены.
Хотя на фигурах не показано, в корпусе 7 устройства 6 для осушки, помимо указанных зоны 8 осушки и зоны 14 регенерации, может находиться зона охлаждения. В этом случае часть осушенного воздуха может быть известным образом отведена у первого выхода 10 зоны 8 осушки в сторону для прохождения через зону охлаждения и охлаждения сушильного агента, который находится в это время в указанной зоне охлаждения.
Настоящее изобретение никаким образом не ограничено вариантами осуществления, раскрытыми в качестве примеров и проиллюстрированными на чертежах, но компрессорная установка в соответствии с изобретением с сушильным устройством для осушки сжатого газа может быть реализована во всех видах вариантов, без выхода за пределы объема изобретения. Аналогичным образом, способ осушки сжатого газа согласно изобретению не ограничивается описанным выше вариантом осуществления и может быть реализован во всех различных вариантах, без выхода за пределы объема изобретения.