ПЕРЕДВИЖНАЯ АЗОТНАЯ КОМПРЕССОРНАЯ СТАНЦИЯ

Область техники.
Заявляемая полезная модель относится к области машиностроения, а именно к установкам для получения из атмосферного воздуха газовой смеси с высоким содержанием азота. Заявляемая передвижная азотная компрессорная станция используется при производстве работ по освоению и ремонту нефтяных скважин, подачи сжатого газа в качестве источника энергии для технологических процессов, ремонте и испытании трубопроводов, снабжении сжатым газом пневматического инструмента и других целей в различных отраслях промышленности.
Предшествующий уровень техники.
Среди передвижных азотных компрессорных станций, известна, например, передвижная азотная компрессорная станция (патент РФ №50641 на полезную модель, МПК F25J 3/00, 2006 [1]), состоящая из компрессорной установки и газоразделительного блока, размещенных внутри кузова, при этом компрессорная установка содержит поршневой компрессор, а газоразделительный блок содержит фильтр основной очистки и фильтр тонкой очистки.
Недостатком указанного аналога [1] является конфигурация фильтра основной очистки и фильтра тонкой очистки, установленных на входе газоразделительного блока. При эксплуатации фильтров основной и тонкой очистки происходит загрязнение фильтрующих элементов. По мере того, как фильтрующие элементы загрязняются, происходит снижение качества воздуха, поступающего в газоразделительный блок. Таким образом, для поддержания высокой чистоты воздуха перед газоразделением необходима относительно частая замена фильтрующих элементов фильтров основной и тонкой очистки. Снижение качества воздуха, поступающего в газоразделительный блок, также приводит к сокращению его срока службы.
Также известна передвижная азотно-компрессорная станция (патент РФ №2187698 на изобретение, МПК F04B 41/00, F04B 41/06, 2002 [2]), содержащая размещенные на шасси автомобиля воздушный компрессор, соединенный с входом мембранного газоразделительного аппарата, при этом воздушный компрессор выполнен поршневым, многоступенчатым, причем выход второй ступени сжатия воздушного компрессора через холодильник и водомаслоотделитель соединен с входом мембранного газоразделительного аппарата через блок фильтров, а выход газоразделительного аппарата соединен с входом третьей ступени сжатия воздушного компрессора.
Указанному аналогу [2] присущ недостаток аналога [1].
Известна передвижная азотная компрессорная станция (патент РФ №22807 на полезную модель, МПК F04B 41/00, F04B 45/00, 2002 [3]), состоящая из компрессора, смонтированного на шасси грузового автомобиля и защищенного от воздействия атмосферных осадков капотом, дизеля-привода компрессора, блока охлаждения, газораспределительного блока и воздушного фильтра. При этом вторая ступень компрессора соединена трубопроводами через холодильник, водомаслоотделитель и фильтр тонкой очистки с входным штуцером газораспределительного блока, выходной штуцер соединен последовательно трубопроводами с третьей и последующими ступенями компрессора.
Указанному аналогу [3] присущ недостаток аналога [1].
Указанная передвижная азотная компрессорная станция [3] является по совокупности существенных признаков наиболее близким устройством того же назначения к заявляемой полезной модели. Поэтому она принята в качестве прототипа заявляемой полезной модели.
Раскрытие полезной модели.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемой полезной моделью, является увеличение межсервисного периода работы фильтров при одновременном обеспечении высокого качества воздуха, поступающего в газоразделительный блок. Это приводит к увеличению срока службы газоразделительного блока передвижной азотной компрессорной станции.
Сущность полезной модели состоит в том, что передвижная азотная компрессорная станция содержит шасси транспортного средства, силовой привод и капот, под которым размещены поршневой многоступенчатый компрессор, воздушный фильтр, выход которого соединен со входом вышеупомянутого компрессора, охладитель, фильтр грубой очистки, по крайней мере один фильтр тонкой очистки и газоразделительный блок. При этом выход промежуточной ступени поршневого многоступенчатого компрессора соединен со входом охладителя, а выход газоразделительного блока соединен со входом следующей за промежуточной ступенью вышеупомянутого компрессора. При этом передвижная азотная компрессорная станция содержит вихревой сепаратор и угольный фильтр, причем:
- выход охладителя соединен со входом вихревого сепаратора;
- выход вихревого сепаратора соединен со входом фильтра грубой очистки;
- выход фильтра грубой очистки соединен со входом фильтра тонкой очистки;
- выход фильтра тонкой очистки соединен со входом угольного фильтра;
- выход угольного фильтра соединен со входом газоразделительного блока.
Транспортное средство может представлять собой автомобиль, прицеп или полуприцеп.
Силовой привод, поршневой многоступенчатый компрессор, охладитель, вихревой сепаратор, фильтр грубой очистки, фильтр тонкой очистки, угольный фильтр и газоразделительный блок преимущественно смонтированы на раме, которая закреплена к шасси транспортного средства.
Капот предпочтительно выполнен съемным.
Силовой привод может быть выполнен газопоршневым.
Силовой привод может быть выполнен электрическим.
Транспортное средство может представлять собой автомобиль, а силовым приводом являться силовой агрегат автомобиля.
Силовой привод может быть соединен с поршневым многоступенчатым компрессором гидроприводом.
Поршневой многоступенчатый компрессор преимущественно выполнен четырехступенчатым, при этом выход второй ступени поршневого многоступенчатого компрессора соединен со входом охладителя, а выход газоразделительного блока соединен со входом третьей ступени поршневого многоступенчатого компрессора.
Поршневой многоступенчатый компрессор может быть выполнен пятиступенчатым, при этом выход третьей ступени поршневого многоступенчатого компрессора соединен со входом охладителя, а выход газоразделительного блока соединен со входом четвертой ступени поршневого многоступенчатого компрессора.
Поршневой многоступенчатый компрессор может быть выполнен шестиступенчатым или семиступенчатым, при этом выход четвертой ступени поршневого многоступенчатого компрессора соединен со входом охладителя, а выход газоразделительного блока соединен со входом пятой ступени поршневого многоступенчатого компрессора.
Поршневой многоступенчатый компрессор предпочтительно расположен в хвостовой части станции.
Между воздушным фильтром и входом поршневого многоступенчатого компрессора может быть установлен турбонагнетатель или воздуходувка с избыточным давлением до 0,3 МПа.
Турбонагнетатель или воздуходувка могут быть соединены с силовым приводом с помощью гидропривода.
Поршневой многоступенчатый компрессор предпочтительно содержит уравнительные полости.
Передвижная азотная компрессорная станция преимущественно содержит систему охлаждения поршневого многоступенчатого компрессора.
Воздушный фильтр преимущественно выполнен в виде воздушного ячейкового фильтра контактно-масляного типа.
Газоразделительный блок предпочтительно содержит горизонтально установленные мембранные модули и газоанализатор.
Газоразделительный блок может содержать вертикально установленные мембранные модули и газоанализатор.
Выход поршневого многоступенчатого компрессора может быть соединен с водяным насосом.
Выход поршневого многоступенчатого компрессора может быть соединен с водяным насосом через водяной бак.
Выход водяного насоса может быть соединен с сепаратором высокого давления.
Передвижная азотная компрессорная станция преимущественно содержит систему продувки.
Передвижная азотная компрессорная станция предпочтительно содержит систему подогрева станции, содержащую ТЭНы.
Силовой привод преимущественно снабжен блоком охлаждения жидкости и масла.
Краткое описание чертежей.
На фигуре 1 показана схема передвижной азотной компрессорной станции; на фиг.2 - схема станции по примеру 12; фиг.3 - схема станции по примеру 15.
Осуществление полезной модели.
Передвижная азотная компрессорная станция (фиг.1) содержит шасси транспортного средства, капот, силовой привод (1), поршневой многоступенчатый компрессор (3), воздушный фильтр (2), охладитель (4), вихревой сепаратор (5), фильтр грубой очистки (6), фильтр тонкой очистки (7), угольный фильтр (8) и газоразделительный блок (9).
Капот предназначен для защиты подкапотного пространства станции от воздействия атмосферных осадков и повреждений.
Поршневой многоступенчатый компрессор (3) предназначен для сжатия и нагнетания атмосферного воздуха и продукта газоразделения (азот).
Воздушный фильтр (2) предназначен для предварительной очистки воздуха от механических примесей. Выход воздушного фильтра (2) соединен со входом поршневого многоступенчатого компрессора (3). Воздушный фильтр (2) преимущественно выполнен в виде воздушного ячейкового фильтра контактно-масляного типа.
Привод компрессора (3) осуществляется от силового привода (1).
Выход промежуточной ступени поршневого многоступенчатого компрессора (3) соединен со входом охладителя (4).
Охладитель (4) предназначен для охлаждения сжатого нагретого воздуха. Выход охладителя (4) соединен со входом вихревого сепаратора (5).
Вихревой сепаратор (5) предназначен для удаления продуктов трения, механических примесей, капельных жидкости и масла из охлажденного в охладителе (4) воздуха. Выход вихревого сепаратора (5) соединен со входом фильтра грубой очистки (6).
Фильтр грубой очистки (6) предназначен для очистки воздушного потока от неотсепарированных в вихревом сепараторе (5) мелких механических примесей, масляных аэрозолей и капельной жидкости. Выход фильтра грубой очистки соединен со входом фильтра тонкой очистки (7).
Фильтр тонкой очистки (7) предназначен для отделения не задержанных фильтром грубой очистки (6) микрочастиц влаги и масла в виде очень мелкой аэрозоли. Выход фильтра тонкой очистки (7) соединен со входом угольного фильтра (8).
Угольный фильтр (8) предназначен для адсорбции паров масла и жидкости, не сконденсированных в охладителе (4) и не задержанных в вихревом сепараторе (5), фильтрах грубой (6) и тонкой (7) очистки. Выход угольного фильтра соединен со входом газоразделительного блока (9).
Газоразделительный блок (9) предназначен для получения азота из атмосферного воздуха. Выход газоразделительного блока (9) соединен со входом следующей за промежуточной ступенью поршневого многоступенчатого компрессора (3). Газоразделительный блок (9) содержит горизонтально или вертикально установленные мембранные модули и газоанализатор.
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1. Транспортное средство представляет собой автомобиль, прицеп или полуприцеп.
Пример 2. Силовой привод (1), поршневой многоступенчатый компрессор (3), охладитель (4), вихревой сепаратор (5), фильтр грубой очистки (6), фильтр тонкой очистки (7), угольный фильтр (8) и газоразделительный блок (9) смонтированы на раме, которая закреплена к шасси транспортного средства.
Пример 3. Капот выполнен съемным.
Пример 4. Силовой привод (1) выполнен газопоршневым.
Пример 5. Силовой привод (1) выполнен электрическим.
Пример 6. Транспортное средство представляет собой автомобиль. С целью более эффективного использования силового привода (1) и снижения нагрузки на оси автомобиля, силовым приводом является силовой агрегат автомобиля.
Пример 7. Силовой привод (1) соединен с поршневым многоступенчатым компрессором (3) гидроприводом.
Пример 8. Поршневой многоступенчатый компрессор (3) выполнен четырехступенчатым, при этом выход второй ступени поршневого многоступенчатого компрессора (3) соединен со входом охладителя (4), а выход газоразделительного блока (9) соединен со входом третьей ступени поршневого многоступенчатого компрессора (3).
Пример 9. Поршневой многоступенчатый компрессор (3) выполнен пятиступенчатым, при этом выход третьей ступени поршневого многоступенчатого компрессора (3) соединен со входом охладителя (4), а выход газоразделительного блока (9) соединен со входом четвертой ступени поршневого многоступенчатого компрессора (3).
Пример 10. Поршневой многоступенчатый компрессор (3) выполнен шестиступенчатым или семиступенчатым, при этом выход четвертой ступени поршневого многоступенчатого компрессора (3) соединен со входом охладителя (4), а выход газоразделительного блока (9) соединен со входом пятой ступени поршневого многоступенчатого компрессора (3).
Пример 11. Поршневой многоступенчатый компрессор (3) расположен в хвостовой части станции.
Пример 12. С целью снижения затрат энергии и повышения производительности поршневого многоступенчатого компрессора (3), между воздушным фильтром и входом поршневого многоступенчатого компрессора установлен турбонагнетатель или воздуходувка (10) с избыточным давлением до 0,3 Мпа (фиг.2). При этом турбонагнетатель или воздуходувка (10) могут быть соединены с силовым приводом с помощью гидропривода.
Пример 13. С целью уравновешивания поршневых сил, поршневой многоступенчатый компрессор (3) содержит уравнительные полости.
Пример 14. С целью отвода тепла от нагруженных деталей и поддержания оптимального температурного режима работающего поршневого многоступенчатого компрессора (3), передвижная азотная компрессорная станция содержит систему охлаждения поршневого многоступенчатого компрессора (3).
Пример 15. С целью получения на выходе передвижной азотной компрессорной станции высокого давления 69-196 МПа, выход поршневого многоступенчатого компрессора (3) соединен с водяным насосом (12) (фиг.3). При этом с целью накопления воды и поддержания необходимого давления воды, выход поршневого многоступенчатого компрессора (3) может быть соединен с водяным насосом через водяной бак (11). С целью очистки газа от капельной жидкости, выход водяного насоса желательно соединен с сепаратором высокого давления (13).
Пример 16. С целью удаления конденсата, скапливающегося при работе оборудования, передвижная азотная компрессорная станция содержит систему продувки.
Пример 17. С целью предпускового подогрева дизеля и компрессора в холодный период года, передвижная азотная компрессорная станция содержит систему подогрева станции, содержащую ТЭНы.
Пример 18. Дизельный силовой привод снабжен блоком охлаждения жидкости и масла.
Реализация конструктивных элементов заявляемой полезной модели не ограничивается приведенными выше примерами.
Описание работы.
Передвижная азотная компрессорная станция приводится в действие дизельным силовым приводом (1). Атмосферный воздух поступает через воздушный фильтр (2) на вход поршневого компрессора (3) и сжимается в его промежуточных ступенях. После сжатия в промежуточных ступенях, горячий воздух охлаждается в охладителе (4). При этом происходит конденсация содержащихся в воздухе паров жидкости. После охлаждения воздух поступает на вход вихревого сепаратора (5). В вихревом сепараторе (5) создается завихрение воздушного потока, при этом механические примеси, капли воды и масла отбрасываются центробежной силой на стенки сепаратора и стекают в его нижнюю часть, а воздух направляется в фильтр грубой очистки (6). В фильтре грубой очистки (6) происходит очистка воздуха от неотсепарированных в вихревом сепараторе (5) мелких механических примесей, масляных аэрозолей и капельной жидкости. После фильтра грубой очистки (6) поток воздуха поступает в фильтр тонкой очистки (7). В фильтре тонкой очистки (7) происходит дополнительная очистка воздуха от не задержанных в фильтре грубой очистки (6) микрочастиц влаги и масла в виде очень мелкой аэрозоли. С выхода фильтра тонкой очистки (7) воздух поступает в угольный фильтр (8). Угольный наполнитель угольного фильтра (8) адсорбирует пары масла и жидкости, не сконденсированные в охладителе (4) и не задержанные в вихревом сепараторе (5), фильтрах грубой (6) и тонкой (7) очистки. Очищенный в угольном фильтре (8) воздух поступает на вход газоразделительного блока (9). В газоразделительном блоке (9) происходит разделение потока сжатого воздуха на два: поток газов с высоким содержанием кислорода - пермеат, и поток газов, обогащенных азотом. Пермеат отводится в атмосферу, а поток газов, обогащенных азотом поступает в следующую за промежуточной ступенью поршневого многоступенчатого компрессора (3) для дальнейшего сжатия и подачи потребителю.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что в заявляемой передвижной азотной компрессорной станции заявляемый технический результат: «увеличение межсервисного периода работы фильтров при одновременном обеспечении высокого качества воздуха, поступающего в газоразделительный блок» достигается за счет того, что передвижная азотная компрессорная станция содержит шасси транспортного средства, силовой привод и капот, под которым размещены поршневой многоступенчатый компрессор, воздушный фильтр, выход которого соединен со входом вышеупомянутого компрессора, охладитель, фильтр грубой очистки, по крайней мере один фильтр тонкой очистки и газоразделительный блок. При этом выход промежуточной ступени поршневого многоступенчатого компрессора соединен со входом охладителя, а выход газоразделительного блока соединен со входом следующей за промежуточной ступенью вышеупомянутого компрессора. При этом передвижная азотная компрессорная станция содержит вихревой сепаратор и угольный фильтр, причем:
- выход охладителя соединен со входом вихревого сепаратора;
- выход вихревого сепаратора соединен со входом фильтра грубой очистки;
- выход фильтра грубой очистки соединен со входом фильтра тонкой очистки;
- выход фильтра тонкой очистки соединен со входом угольного фильтра;
- выход угольного фильтра соединен со входом газоразделительного блока.
Промышленная применимость.
Автором полезной модели изготовлен опытный образец заявленной передвижной азотной компрессорной станции, испытания которого подтвердили достижение технического результата.
Заявляемая передвижная азотная компрессорная станция реализована с применением промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть собрана на машиностроительном предприятии и найдет широкое применение в химической, угольной и горнодобывающей промышленности, областях добычи, переработки, транспортировки и сбыта нефтяных и газовых продуктов.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.
1. Патент РФ №50641 на полезную модель, МПК F25J 3/00, опубл. 2006 г.
2. Патент РФ №2187698 на изобретение, МПК F04B 41/00, F04B 41/06, опубл. 2002 г.
3. Патент РФ №22807 на полезную модель, МПК F04B 41/00, F04B 45/00, опубл. 2002 г.