СИСТЕМА ОСУШКИ ВОЗДУХА КОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к системам подготовки воздуха на компрессорных станциях промышленных предприятий, в частности к осушке воздуха.
Адсорбционные осушители с горячей регенерацией, чаще всего эксплуатируемые на компрессорных воздушных станциях промышленных предприятий, имеют высокую энергоемкость процесса регенерации адсорбента и потери сжатого очищенного воздуха на регенерацию адсорбента до 18%.
Известны адсорбционные системы осушки с горячей регенерацией адсорбента, имеющие два или несколько адсорберов, линии подвода осушаемого и осушенного воздуха, линии подвода и отвода воздуха для продувки регенерируемого адсорбера, нагреватель воздуха регенерации и запорно-регулирующую арматуру (Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. - М.: Химия, 1984, - 352 с). Недостатком таких систем осушки является потеря энергии давления сжатого воздуха, направляемого на регенерацию адсорбента.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому техническому решению является установка для адсорбционной осушки газа (авт.св. СССР №1679054 МПК F04В 39/16, В01D 53/26, опубл. 23.09.1991), содержащая компрессор, линии всасывания и нагнетания с двумя адсорберами, нагреватель газа, рекуперативный теплообменник, вихревую трубу и другие элементы схемы.
Недостатками данного устройства является несоответствие (запаздывание) процесса регенерации тепла в теплообменнике-утилизаторе
началу горячей продувки, нерациональное использование вихревой трубы и возврат увлажненного продувочного газа на вход в компрессор, что снижает эффективность работы устройства.
В основу предлагаемого технического решения поставлена задача - разработать дешевую, простую в реализации и эксплуатации схему системы адсорбционной осушки воздуха, обеспечивающую снижение энергетических затрат.
Данная задача решается за счет того, что в системе осушки воздуха, содержащей компрессор станции, адсорберы, соединенные с коллектором подачи очищаемого и с коллектором отвода очищенного и осушенного воздуха, линии подвода и отвода продувочного воздуха, нагреватель продувочного воздуха, вихревую трубу и рекуперативный теплообменник, согласно полезной модели теплообменник установлен на выходе из последней ступени компрессора, причем нагреваемая линия продувочного воздуха теплообменника одним концом соединена с коллектором кондиционного осушенного воздуха, а другим концом с входом в вихревую трубу, горячий конец которой соединен через нагреватель с магистралью горячей продувки регенерируемого адсорбера, а холодный конец вихревой трубы соединен с входом в первую ступень компрессора.
Кроме того, данная задача может быть решена за счет того, что в системе осушки воздуха, содержащей компрессор станции, адсорберы, соединенные с коллектором подачи очищаемого и с коллектором отвода очищенного и осушенного воздуха, линии подвода и отвода продувочного воздуха, нагреватель продувочного воздуха, вихревую трубу и рекуперативный теплообменник, согласно полезной модели теплообменник установлен на выходе из последней ступени компрессора, причем нагреваемая линия продувочного воздуха теплообменника одним концом соединена с коллектором кондиционного осушенного воздуха, а другим концом с входом в вихревую трубу, горячий конец которой соединен через
нагреватель с магистралью горячей продувки регенерируемого адсорбера, а холодный конец вихревой трубы через свою нагреваемую линию, проходящую через теплообменник соединен с горячим концом вихревой трубы.
Еще данная задача может быть решена за счет того, что в системе осушки воздуха, содержащей компрессор станции, адсорберы, соединенные с коллектором подачи очищаемого и с коллектором отвода очищенного и осушенного воздуха, линии подвода и отвода продувочного воздуха, нагреватель продувочного воздуха, вихревую трубу и рекуперативный теплообменник, согласно полезной модели один теплообменник установлен на выходе из последней ступени компрессора, причем нагреваемая линия продувочного воздуха теплообменника одним концом соединена с коллектором кондиционного осушенного воздуха, а другим концом с входом в вихревую трубу, горячий конец которой соединен через нагреватель с магистралью горячей продувки регенерируемого адсорбера, а холодный конец вихревой трубы через второй теплообменник, установленный в линии отвода продувочного воздуха, соединен с горячим концом вихревой трубы.
Сущность заявленного технического решения поясняется чертежами, где на фиг.1, 2, 3 изображены схемы вариантов систем.
Вариант системы по схеме фиг.1.
Система осушки воздуха компрессорной станции, основанная на горячей регенерации (нагревной адсорбции), содержит компрессор 1 стации, адсорберы 2 и 3, соединенные с коллектором 4 подачи очищаемого и с коллектором 5 отвода очищенного и осушенного воздуха, линии 6 подвода и линии 7 отвода продувочного воздуха, нагреватель 8 продувочного воздуха, теплообменник 9 и вихревую трубу 10. В этой системе теплообменник 9 установлен на выходе из последней ступени компрессора, причем нагреваемая линия 11 продувочного воздуха теплообменника 9
одним концом соединена с коллектором 5 кондиционного осушенного воздуха, а другим концом с входом в вихревую трубу 10, горячий конец 12 которой соединен через нагреватель 8 с линией 6 горячей продувки регенерируемого адсорбера, а холодный конец 13 вихревой трубы соединен с входом в первую ступень компрессора. Вариант системы по схеме фиг.2.
Система осушки воздуха компрессорной станции, основанная на горячей регенерации (нагревной адсорбции), содержит компрессор 1 стации, адсорберы 2 и 3, соединенные с коллектором 4 подачи очищаемого и с коллектором 5 отвода очищенного и осушенного воздуха, линии 6 подвода и линией 7 отвода продувочного воздуха, нагреватель 8 продувочного воздуха, теплообменник 9 и вихревую трубу 10. В этой системе теплообменник 9 установлен на выходе из последней ступени компрессора, причем нагреваемая линия 11 продувочного воздуха через теплообменник 9 одним концом соединена с коллектором 5 кондиционного осушенного воздуха, а другим концом с входом в вихревую трубу 10, горячий конец 12 которой соединен через нагреватель 8 с линией 6 горячей продувки регенерируемого адсорбера, а холодный конец 13 вихревой трубы через свою нагреваемую линию 14, проходящую через теплообменник 9 соединен с горячим концом 12 вихревой трубы.
Вариант системы по схеме 3.
Система осушки воздуха компрессорной станции, основанная на горячей регенерации (нагревной адсорбции), содержит компрессор 1 станции, адсорберы 2 и 3, соединенные с коллектором 4 подачи очищаемого и с коллектором 5 отвода очищенного и осушенного воздуха, линии 6 подвода и линии 7 отвода продувочного воздуха, нагреватель 8 продувочного воздуха, вихревую трубу 9 и теплообменники 10 и 14. В этой системе один теплообменник 10 установлен на выходе из последней ступени компрессора, причем нагреваемая линия 11 продувочного воздуха
теплообменника 10 одним концом соединена с коллектором 5 кондиционного осушенного воздуха, а другим концом с входом в вихревую трубу 9, горячий конец 12 которой соединен через нагреватель 8 с линией 6 горячей продувки регенерируемого адсорбера, а холодный конец 13 вихревой трубы через второй теплообменник 14, установленный в линии 7 отвода продувочного воздуха, соединен с горячим концом 12 вихревой трубы.
Работа системы осушки по варианту (фиг.1) заключается в следующем.
В то время как адсорбер 2 находится в рабочем режиме осушки влажного воздуха, производится регенерация адсорбента в адсорбере 3. При этом сухой очищенный воздух из коллектора 5 с давлением 0,6...1,0 МПа поступает в теплообменник 9, установленный на выходе из последней ступени компрессора 1, где он нагревается до 50...70°С и направляется на вход вихревой трубы 10. В вихревой трубе 10 при падении давления до 0,05...0,1 МПа сухой очищенный воздух разделяется на холодный и горячий потоки. Горячий поток с температурой 150...180°С направляется к нагревателю 8, где при необходимости он может догреваться до требуемой температуры, соответствующей режиму горячей продувки, а холодный поток из вихревой трубы с температурой +10...20°С направляется на вход в компрессор 1, где после сжатия он, будучи сухим, способствует снижению влажности поступающего на осушку воздуха. После прогрева адсорбента вихревая труба 10 отключается и продувка адсорбера холодным воздухом осуществляется обычным способом путем его отбора из коллектора 5. После восстановления динамической активности адсорбента в адсорбере 2 он вводится в работу, а адсорбер 3 переводится в режим регенерации.
При работе этой схемы на вход вихревой трубы 10 подается воздух с более высокой температурой, что способствует более высокой степени подогрева воздуха в горячем протоке вихревой трубы. Это позволяет
подогреть воздух, идущий на регенерацию адсорбента с меньшими затратами электроэнергии в подогревателе или вообще без затрат.
Работа системы осушки по варианту (фиг.2) заключается в следующем.
В то время как адсорбер 2 находится в рабочем режиме осушки влажного воздуха, производится регенерация адсорбента в адсорбере 3. При этом сухой очищенный воздух из коллектора 5 с давлением 0,6...1,0 МПа поступает в теплообменник 9, установленный на выходе из последней ступени компрессора, где он нагревается до 50...70°С и направляется на вход вихревой трубы 10. В вихревой трубе 10 при падении давления до 0,05...0,1 МПа сухой очищенный воздух разделяется на холодный и горячий потоки. Горячий поток с температурой 150...180°С по пути к нагревателю смешивается с холодным потоком из вихревой трубы, причем до смешения холодный поток из вихревой трубы, проходит через теплообменник 9 и нагревается до температуры 50...60°С. Таким образом, весь воздух из вихревой трубы 10 с температурой 130...160°С поступает к нагревателю 8, где при необходимости он может догреваться до требуемой температуры, соответствующей режиму горячей продувки. После прогрева адсорбента вихревая труба 10 отключается и продувка адсорбера холодным воздухом осуществляется обычным способом путем его отбора из коллектора 5. После восстановления динамической активности адсорбента в адсорбере 3 он вводится в работу, а адсорбер 2 переводится в режим регенерации.
При работе этой схемы вихревая труба работает как тепловой насос, где в качестве первичного источника тепла выступает нагретый после сжатия в компрессоре воздух. Это позволяет подогреть воздух, идущий на регенерацию адсорбента с меньшими затратами электроэнергии в подогревателе или вообще без затрат.
Работа системы осушки по варианту (фиг.3) заключается в следующем.
В то время как адсорбер 2 находится в рабочем режиме осушки влажного воздуха, производится регенерация адсорбента в адсорбере 3. При
этом сухой очищенный воздух из коллектора 5 с давлением 0,6...1,0 МПа поступает в теплообменник 10, установленный на выходе из последней ступени компрессора, где он нагревается до 50...60°С и направляется на вход вихревой трубы 9. В вихревой трубе 9 при падении давления до 0,05...0,1 МПа сухой очищенный воздух разделяется на холодный и горячий потоки. Горячий поток с температурой 150...180°С по пути к нагревателю смешивается с холодным потоком из вихревой трубы. До смешения холодный поток из вихревой трубы 9, пройдя через теплообменник 14, установленный в магистрали 7 сброса продувочного воздуха из адсорберов, нагревается и с температурой 150...180°С смешивается с горячим потоком из вихревой трубы, после чего весь воздух из вихревой трубы с температурой 150...180°С поступает к нагревателю 8, где при необходимости он может догреваться до требуемой температуры, соответствующей режиму горячей продувки. После прогрева адсорбента вихревая труба 9 отключается и продувка адсорбера холодным воздухом осуществляется обычным способом путем его отбора из коллектора 5. После восстановления динамической активности адсорбента в адсорбере 3 он вводится в работу, а адсорбер 2 переводится в режим регенерации.
При работе этой схемы вихревая труба работает как тепловой насос, где в качестве первичного источника тепла выступает нагретый в процессе десорбции адсорбента сбрасываемый в атмосферу воздух. Это позволяет подогреть воздух, идущий на регенерацию адсорбента с меньшими затратами электроэнергии в подогревателе или вообще без затрат.
Сравнение существенных признаков заявленного технического решения (вариантов систем) и известных систем позволяет считать предложенные варианты технического решения, соответствующими критериям: «новизна» и «промышленная применимость» для полезной модели.