ГАЗОВАЯ КОМПРЕССОРНАЯ СТАНЦИЯ
GAS COMPRESSOR STATION

Область техники
Заявляемое изобретение относится к области машиностроения, а именно к установкам для получения сжатого газа. Заявляемая газовая компрессорная станция используется для получения сжатого газа при производстве работ по освоению и ремонту нефтяных скважин, подачи сжатого газа в качестве источника энергии для технологических процессов, ремонта и испытаний трубопроводов, снабжения сжатым газом пневматического инструмента и других целей в различных отраслях промышленности.
Предшествующий уровень техники
Известен, например, генератор инертной технологической газовой среды (патент РФ №2351386 на изобретение, МПК B01D 53/22, B01J 7/00, B01D 61/00, B01D 63/00, 2009 [1], содержащий входной нагнетательный блок, газоразделительный блок с параллельно расположенными камерами с полупроницаемыми мембранами. Входной нагнетательный блок оснащен собственным дизельным приводом и выполнен с возможностью менять производительность по сжатому атмосферному воздуху и, соответственно, производительность газоразделительного блока по азоту.
Недостатком указанного аналога являются колебания давления в трубопроводах при изменении производительности газоразделительного блока по азоту. Вышеуказанные колебания недопустимы для нормальной работы генератора инертной технологической газовой среды.
Известен также генератор азота для создания инертной технологической газовой среды (патент РФ №41262 на полезную модель, МПК B01D 53/22, B01J 7/00, 2004 [2]), содержащий входной нагнетательный блок, газоразделительный блок, состоящий из параллельно установленных мембранных модулей. При этом входной нагнетательный блок оснащен собственным приводом, что обеспечивает возможность регуляции подпитки воздуха на вход газоразделительного блока. При этом газоразделительный блок выполнен с возможностью подключения двух-трех газоразделительных камер для достижения высокой концентрации азота (до 99,9%) и возможностью подключения одной камеры для достижения низкой концентрации азота (80-90%).
Указанному выше аналогу [2] присущ недостаток аналога [1].
Указанный генератор азота [2] является по совокупности существенных признаков наиболее близкой системой того же назначения к заявляемому изобретению. Поэтому он принят в качестве прототипа заявляемого изобретения.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым изобретением, является упрощение переключения газовой компрессорной станции на рабочие режимы с различной концентрацией азота на выходе. Это приводит к сокращению времени перевода газовой компрессорной станции с одного рабочего режима на другой.
Сущность изобретения состоит в том, что газовая компрессорная станция содержит компрессор и газоразделительный блок. При этом компрессор выполнен с возможностью регулирования производительности по расходу сжатого газа, при этом газоразделительный блок содержит N параллельно соединенных модулей, причем N≥2. При этом выход компрессора соединен с входом газоразделительного блока. При этом:
- выход N параллельно соединенных модулей газоразделительного блока соединен с входом N параллельно соединенных узлов нагрузки, причем N≥2;
- каждый из N узлов нагрузки содержит по меньшей мере один регулирующий вентиль и предварительно настроен на заданные давление и расход газа.
Газоразделительный блок преимущественно содержит N=3 параллельно соединенных модуля, при этом газовая компрессорная станция содержит N=3 параллельно соединенных узла нагрузки.
Выход компрессора предпочтительно соединен с входом газоразделительного блока через установленные последовательно охладитель, систему воздухоподготовки и подогреватель.
Система воздухоподготовки преимущественно соединена с емкостью для сбора конденсата.
На входе газоразделительного блока желательно установлены датчики давления и температуры.
На входах всех модулей газоразделительного блока либо на входах всех таких модулей, кроме одного, преимущественно размещены запирающие устройства.
На выходе каждого из N модулей газоразделительного блока предпочтительно установлен обратный клапан.
На входе N параллельно соединенных узлов нагрузки (желательно) установлен датчик давления.
Каждый из N узлов нагрузки преимущественно содержит первое и второе запирающие устройства, при этом выход первого запирающего устройства соединен с входом регулирующего вентиля, а выход регулирующего вентиля соединен с входом второго запирающего устройства.
На выходе N параллельно соединенных узлов нагрузки (желательно) установлен газоанализатор.
Выход газоанализатора может быть соединен с обратным клапаном.
Между газоанализатором и обратным клапаном (желательно) размещен трубопровод сброса газа.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показана схема газовой компрессорной станции.
Осуществление изобретения
Газовая компрессорная станция содержит компрессор (1), охладитель (2), систему воздухоподготовки (3), подогреватель (4), газоразделительный блок (5) и N параллельно соединенных узлов нагрузки (11).
Компрессор (1) предназначен для сжатия и нагнетания воздуха в газоразделительный блок (5) и выполнен с возможностью регулирования производительности по расходу сжатого газа. Выход компрессора (1) соединен со входом газоразделительного блока (5) через установленные последовательно охладитель (2), систему воздухоподготовки (3) и подогреватель (4).
Охладитель (2) предназначен для охлаждения сжатого нагретого воздуха и конденсации содержащихся в нем водяных паров.
Система воздухоподготовки (3) предназначена для удаления влаги из сжатого воздуха и его очистки от масла и твердых частиц. Система воздухоподготовки (3) соединена с емкостью для сбора конденсата (12).
Подогреватель (4) предназначен для восстановления тепла сжатого воздуха, поступающего в газоразделительный блок (5). Восстановление тепла необходимо для оптимальной работы газоразделительного блока (5) и обеспечивает устойчивость и эффективность газоразделения даже при низких температурах окружающего воздуха.
Газоразделительный блок (5) предназначен для получения азота из воздуха. С целью контроля температуры и давления сжатого газа, поступающего в газоразделительный блок (5), на его входе установлены датчики давления (7) и температуры (8). С целью получения заданной концентрации азота в сжатом газе, соответствующей выбранному режиму работы, газоразделительный блок (5) содержит N параллельно соединенных модулей (6), причем N≥2. Параллельное соединение модулей (6) обеспечивает возможность отключения любого из них без изменения условий работы других модулей (6). При этом количество подключенных модулей (6) пропорционально количеству азота в газовой смеси на выходе из станции. На входах всех модулей (6) газоразделительного блока (5) либо на входах всех таких модулей (6), кроме одного, размещены запирающие устройства (9). Запирающие устройства (9) предназначены для отключения или подключения модулей (6) в соответствии с заданным режимом работы и требуемой концентрацией азота в газовой смеси на выходе из станции. На выходе каждого из N модулей (6) газоразделительного блока (5) установлен обратный клапан (10). Обратные клапаны (10) предназначены для предотвращения обратного движения сжатого газа в газоразделительный блок (5). Выход модулей (6) газоразделительного блока (5) соединен с входом N параллельно соединенных узлов нагрузки (11), причем N≥2.
Узлы нагрузки (11) предназначены для регулирования давления и расхода газа на своих выходах. На входе узлов нагрузки (11) установлен датчик давления (17). При этом каждый из узлов нагрузки (11) предварительно настроен на заданный расход газа, соответствующий каждому из режимов работы станции.
Каждый из N узлов нагрузки (11) содержит первое (14) и второе (15) запирающие устройства, при этом выход первого запирающего устройства (14) соединен с входом регулирующего вентиля (16), а выход регулирующего вентиля (16) соединен с входом второго запирающего устройства (15).
На выходе N параллельно соединенных узлов нагрузки (11) установлен газоанализатор (18), предназначенный для определения качественного и количественного состава азотной смеси.
Примеры конкретного выполнения
Пример 1. Газоразделительный блок (5) содержит три параллельно соединенных модуля (6). Газовая компрессорная станция содержит три параллельно соединенных узла нагрузки (11).
При этом станция работает в трех режимах.
3
В первом режиме концентрация азота в потоке газа на выходе составляет 95%. При этом сжатый воздух поступает только в первый модуль (6) газоразделительного блока (5), содержащий 13 мембранных картриджей. При этом азот поступает в первый узел нагрузки (11), предварительно настроенный на давление и расход газа с концентрацией азота 95%. Остальные узлы нагрузки (11) закрыты. Расход газа при этом составляет 15 нм/мин.
3
Во втором режиме концентрация азота в потоке газа на выходе составляет 97%. При этом сжатый воздух поступает в первый и второй модули (6) газоразделительного блока (5), содержащие 16 мембранных картриджей. При этом азот поступает во второй узел нагрузки (11), предварительно настроенный на давление и расход газа с концентрацией азота 97%. Другие узлы нагрузки (11) закрыты. Расход газа при этом составляет 13 нм/мин.
3
В третьем режиме работы концентрация азота в потоке газа на выходе составляет 99%. Сжатый воздух поступает во все три модуля (6) газоразделительного блока (5), содержащие 21 мембранный картридж. При этом азот поступает в третий узел нагрузки (11), предварительно настроенный на давление и расход газа с концентрацией азота 99%. Другие узлы нагрузки (11) закрыты. Расход газа при этом составляет 9,5 нм/мин.
Пример 2. Выход газоанализатора (18) соединен с обратным клапаном (19).
Пример 3. Между газоанализатором (18) и обратным клапаном (19) размещен трубопровод сброса газа (20).
Реализация конструктивных элементов заявляемого изобретения не ограничивается приведенными выше примерами.
Описание работы
Газовая компрессорная станция работает в N режимах, каждый из которых определяется заданным расходом воздуха в компрессоре (1) и заданными концентрацией и давлением азота в потоке газа на выходе.
Перед включением станции задают один из N режимов работы в зависимости от требуемой концентрации азота на выходе из станции. При этом:
- компрессор (1) настраивают на заданную производительность по расходу сжатого газа;
- с помощью запирающих устройств (9) подключают один или несколько модулей (6) газоразделительного блока (5), соответствующих выбранному режиму работы станции;
- открывают первое (14) и второе (15) запирающие устройства того узла нагрузки (11), который настроен на давление и расход газа в заданном режиме. Запирающие устройства (14, 15) других узлов нагрузки (16) закрывают.
При работе станции в выбранном режиме воздух поступает в компрессор (1) и сжимается в нем до требуемого давления. Затем сжатый воздух охлаждается, очищается от влаги, масла и твердых частиц, нагревается и поступает на вход газоразделительного блока (5). В модулях (6) газоразделительного блока (5) 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 заданной концентрации, поступает через открытый узел нагрузки (11) к потребителю. При этом узлы нагрузки (11) устраняют колебания давления на своем выходе.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что в заявляемой газовой компрессорной станции заявляемый технический результат: «упрощение переключения газовой компрессорной станции на рабочие режимы с различной концентрацией азота на выходе» достигается за счет того, что газовая компрессорная станция содержит компрессор и газоразделительный блок. При этом компрессор выполнен с возможностью регулирования производительности по расходу сжатого газа, при этом газоразделительный блок содержит N параллельно соединенных модулей, причем N≥2. При этом выход компрессора соединен с входом газоразделительного блока. При этом:
- выход N параллельно соединенных модулей газоразделительного блока соединен с входом N параллельно соединенных узлов нагрузки, причем N≥2;
- каждый из N узлов нагрузки содержит по меньшей мере один регулирующий вентиль и предварительно настроен на заданные давление и расход газа.
Промышленная применимость
Автором изобретения изготовлен опытный образец заявленной газовой компрессорной станции, испытания которого подтвердили достижение технического результата.
Заявляемая газовая компрессорная станция реализована с применением промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть изготовлена на машиностроительном предприятии и найдет широкое применение в области химической, угольной и горнодобывающей промышленности, в областях добычи, переработки, транспортировки и сбыта нефтяных и газовых продуктов.