МЕМБРАННАЯ ГАЗОРАЗДЕЛИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА (ВАРИАНТЫ) И ПОДОГРЕВАТЕЛЬ СЖАТОГО ВОЗДУХА И ОТСЕКА ГАЗОРАЗДЕЛИТЕЛЬНОГО БЛОКА (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области компрессоростроения и к области мембранных газоразделительных систем, а именно - к системам охлаждения масла в контурах принудительного маслоснабжения и обогрева газоразделительных блоков.
Газокомпрессорные установки, в которых охлаждение масла в контуре принудительного маслоснабжения осуществляют в газо-масляном теплообменнике сжимаемым газом, известны.
Известна компрессорная станция транспортного газопровода природного газа, включающая соединенный с газопроводом газоперекачивающий аппарат и установку принудительного маслоснабжения, имеющую маслоохладитель с разделенными теплопередающей поверхностью простанствами для охлаждающего газа и охлаждаемого масла, в котором патрубки маслоохладителя подключены к всасывающему трубопроводу параллельно с конфузором и диффузором, установленными внутри нагнетательной линии таким образом, что обеспечивается непрерывный поток газа в маслоохладителе (патент РФ на изобретение №2140016). Теплообмен между маслом и сжатым газом обеспечивает охлаждение масла в контуре принудительного маслоснабжения. Маслоохладитель компрессорной станции применяется исключительно с целью охлаждения и может использовать в качестве охлаждающего агента только природный газ, поскольку площадь теплообмена рассчитывается с учетом постоянной температуры природного газа, не меняющейся в зависимости от времени года и климатических условий. Однако известная установка не содержит систему маслоохлаждения, обеспечивающую не только утилизацию избытков тепла, но и подогрев сжатого воздуха и отсека газоразделительного блока с целью поддержания оптимальной температуры селективно-проницаемых мембран в газоразделительных блоках.
Известно также устройство и способ получения инертной газовой смеси на основе азота (патент РФ №2229070), выбранный в качестве ближайшего аналога для подогревателя сжатого воздуха, где инертную газовую смесь при очищении от примесей охлаждают или нагревают в подогревателе газа (или в вихревой трубе). При этом подогреватель газа выполнен в виде вихревой трубы. Однако данное устройство не может быть использовано при колебаниях температур разделяемого газа.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в создании устройства, обеспечивающего охлаждение масла в контуре принудительного маслоснабжения воздушного компрессора, подогрев сжатого воздуха на входе в газоразделительный блок и подогрев отсека мембранного газоразделительного блока для поддержания рабочей температуры.
Технический результат, достигающийся при использовании заявляемых полезной модели и ее вариантов, состоит в повышении энергоэффективности поддержания заданной температуры сжатого газа, подаваемого в мембранные газоразделительные модули. Это позволяет осуществлять газоразделение при оптимальной для выбранного типа газоразделительных мембран температуре при колебаниях температуры разделяемого газа.
Это обусловлено тем, что отпадает необходимость применять электрический подогреватель воздуха на входе в газоразделительный блок (далее - ГРБ), а при снижении температуры масла в масляных системах воздушного компрессора уменьшается унос масла, уменьшается также трение движущихся частей устройства, повышается коэффициент полезного действия (далее - КПД) компрессора.
Вышеупомянутая задача в предлагаемой полезной модели решена благодаря тому, что мембранная газоразделительная установка, содержащая компрессор с многоконтурной системой принудительного маслоснабжения, газоразделительный блок с мембранными модулями, подогреватель, содержащий воздушно-масляный теплообменник с воздушным и масляным трактами, разделенными поверхностью теплообмена, снабжена маслораспределительным узлом и датчиком температуры сжатого воздуха, при этом входы и выходы масляного тракта воздушно-масляного теплообменника параллельно подключены к первому контуру многоконтурной системы принудительного маслоснабжения, образуя второй контур многоконтурной системой принудительного маслоснабжения, маслораспределительный узел выполнен с возможностью регулирования потока масла во втором контуре многоконтурной системой принудительного маслоснабжения, газоразделительный блок соединен с компрессором через воздушный тракт воздушно-масляного теплообменника, датчик температуры сжатого воздуха установлен на выходе воздушного тракта воздушно-масляного теплообменника, а мембранная газоразделительная установка снабжена средствами управления, выполненными с возможностью контроля температуры сжатого воздуха посредством датчика температуры сжатого воздуха и с возможностью регулирования потока масла в зависимости от температуры сжатого воздуха на выходе из воздушно-масляного теплообменника во втором контуре многоконтурной системы принудительного маслоснабжения посредством маслораспределительного узла.
Мембранная газоразделительная установка может быть выполнена так, что маслораспределительный узел в ней выполнен на основе первого и второго электромагнитных клапанов, установленных, соответственно, в первом и втором контуре многоконтурной системы принудительного маслоснабжения, или на основе управляемого трехходового шарового крана.
Мембранная газоразделительная установка может дополнительно содержать датчик температуры масла, воздухораспределительный узел, выполненный с возможностью подачи сжатого воздуха с выхода воздушного тракта воздушно-масляного теплообменника на вход газоразделительного блока или на сброс, а средства управления при этом выполняются с возможностью контроля температуры масла посредством датчика температуры масла и управления воздухораспределительным узлом таким образом, что в зависимости от температуры масла сжатый воздух подается на вход воздушно-масляного теплообменника или на сброс.
Воздухораспределительный узел мембранной газоразделительной установки может содержать сбросной клапан.
Мембранная газоразделительная установка преимущественно выполняется так, что выход воздухораспределительного узла на сброс сообщен с входом компрессора.
По другому варианту мембранная газоразделительная установка, содержащая компрессор с многоконтурной системой принудительного маслоснабжения, газоразделительный блок с мембранными модулями, подогреватель, содержащий воздушно-масляный теплообменник с воздушным и масляным трактами, разделенными поверхностью теплообмена, снабжена контуром воздушного отопления отсека газоразделительного блока, воздухораспределительным узлом, выполненным с возможностью подачи воздуха из контура воздушного отопления отсека газоразделительного блока на сброс, воздушно-масляным теплообменником с воздушным и масляным трактами, разделенными поверхностью теплообмена, датчиком температуры воздуха, при этом масляный тракт воздушно-масляного теплообменника подключен к первому контуру многоконтурной системы принудительного маслоснабжения, воздушный тракт воздушно-масляного теплообменника подключен к контуру воздушного отопления отсека газоразделительного блока, датчик температуры воздуха установлен в отсеке газоразделительного блока, а средства управления выполнены с возможностью контроля температуры воздуха посредством датчика температуры воздуха и управления воздухораспределительным узлом таким образом, что в зависимости от его температуры воздух из контура воздушного отопления подается на сброс.
Воздухораспределительный узел в мембранной газоразделительной установке преимущественно выполняется на основе управляемых заслонок.
Мембранная газоразделительная установка может быть выполнена так, что воздушно-масляный теплообменник дополнительно снабжен вентилятором.
Подогреватель сжатого воздуха и отсека газораспределительного блока мембранной газоразделительной установки, содержащий воздушный тракт, для предварительного подогрева сжатого воздуха перед подачей в газоразделительный блок с мембранными модулями из компрессора с многоконтурной системой принудительного маслоснабжения, снабжен воздушно-масляным теплообменником с воздушным и масляным трактами, разделенными поверхностью теплообмена, маслораспределительным узлом, датчиком температуры сжатого воздуха, в котором входы и выходы масляного тракта теплообменника параллельно подключены к первому контуру многоконтурной системой принудительного маслоснабжения, образуя второй контур многоконтурной системы принудительного маслоснабжения, при этом маслораспределительный узел выполнен с возможностью регулирования потока масла во втором контуре многоконтурной системы принудительного маслоснабжения, газоразделительный блок соединен с компрессором через воздушный тракт воздушно-масляного теплообменника, датчик температуры сжатого воздуха установлен на выходе воздушного тракта воздушно-масляного теплообменника, а средства управления выполнены с возможностью контроля температуры сжатого воздуха посредством датчик температуры сжатого воздуха и с возможностью регулирования потока масла во втором контуре многоконтурной системы принудительного маслоснабжения посредством маслораспределительного узла для поддержания предварительно заданной температуры сжатого воздуха на выходе из воздушно-масляного теплообменника.
Подогреватель сжатого воздуха и отсека газораспределительного блока преимущественно выполняется так, что маслораспределительный узел подогревателя сжатого воздуха выполнен на основе электромагнитных клапанов, установленных в контурах многоконтурной системы принудительного маслоснабжения.
По другому варианту подогреватель сжатого воздуха и отсека газораспределительного блока мембранной газоразделительной установки, содержащий воздушный тракт, для предварительного подогрева сжатого воздуха перед подачей в газоразделительный блок с мембранными модулями из компрессора с многоконтурной системой принудительного маслоснабжения, снабжен воздушно-масляным теплообменником с воздушным и масляным трактами, разделенными поверхностью теплообмена, датчиком температуры масла, воздухораспределительным узлом, выполненным с возможностью перераспределения сжатого воздуха с выхода воздушного тракта воздушно-масляного теплообменника на вход газоразделительного блока или на сброс, а средства управления выполнены с возможностью контроля температуры масла посредством датчика температуры масла и перераспределения потока сжатого воздуха на вход газоразделительного блока, когда температура масла достигает предварительно заданного значения.
Воздухораспределительный узел подогревателя сжатого воздуха мембранной газоразделительной установки дополнительно содержит сбросной клапан.
Подогреватель сжатого воздуха и отсека газораспределительного блока мембранной газоразделительной установки, преимущественно выполняется так, что выход воздухораспределительного узла на сброс сообщен с входом компрессора.
По третьему варианту подогреватель сжатого воздуха и отсека газораспределительного блока мембранной газоразделительной установки, содержащий воздушный тракт, для предварительного подогрева сжатого воздуха перед подачей в газоразделительный блок с мембранными модулями из компрессора с многоконтурной системой принудительного маслоснабжения, снабжен контуром воздушного отопления отсека газоразделительного блока, воздухораспределительным узлом, выполненным с возможностью перераспределения потока воздуха из контура воздушного отопления отсека газоразделительного блока на сброс, воздушно-масляным теплообменником с воздушным и масляным трактами, разделенными поверхностью теплообмена, датчиком температуры воздуха, при этом масляный тракт теплообменника подключен к первому контуру многоконтурной системы принудительного маслоснабжения, воздушный тракт теплообменника подключен к контуру воздушного отопления отсека газоразделительного блока, датчик температуры воздуха установлен в отсеке газоразделительного блока, а средства управления выполнены с возможностью контроля температуры воздуха посредством датчика температуры воздуха и управления воздухораспределительным узлом таким образом, что в зависимости от температуры воздуха, поток этого воздуха из контура воздушного отопления отсека газоразделительного блока подают на сброс.
Подогреватель сжатого воздуха мембранной газоразделительной установки преимущественно выполняется так, что
воздухораспределительный узел выполнен на основе управляемых заслонок.
Воздушно-масляный теплообменник подогревателя сжатого воздуха мембранной газоразделительной установки может быть дополнительно снабжен вентилятором.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема одного из вариантов газораспределительной установки, а на фиг.2 - схема другого варианта газораспределительной установки.
Как показано на фиг.1 и 2, мембранная газоразделительная установка содержит компрессор 1 с многоконтурной системой принудительного маслоснабжения, газоразделительный блок с мембранными модулями 2, подогреватель, содержащий воздушно-масляный теплообменник 3 с воздушным и масляным трактами, разделенными поверхностью теплообмена. Мембранная газоразделительная установка снабжена вторым воздушно-масляным теплообменником 4, маслораспределительным узлом и датчиком 5 температуры сжатого воздуха, при этом входы и выходы масляного тракта первого воздушно-масляного теплообменника 3 параллельно подключены к первому контуру 6 многоконтурной системой принудительного маслоснабжения, образуя второй контур многоконтурной системой принудительного маслоснабжения, маслораспределительный узел выполнен с возможностью регулирования потока масла во втором контуре многоконтурной системой принудительного маслоснабжения, газоразделительный блок соединен с компрессором 1 через воздушный тракт второго воздушно-масляного теплообменника 4, датчик 5 температуры сжатого воздуха установлен на выходе воздушного тракта второго воздушно-масляного теплообменника 4. Мембранная газоразделительная установка содержит также средства 7 управления, выполненные с возможностью контроля температуры сжатого воздуха посредством датчика 5 температуры сжатого воздуха и с возможностью регулирования потока масла в зависимости от температуры сжатого воздуха на выходе из второго воздушно-масляного теплообменника 4 во втором контуре многоконтурной системы принудительного маслоснабжения посредством
маслораспределительного узла.
В одной из частных форм выполнения маслораспределительный узел в предлагаемой установке выполнен на основе первого 8 и второго 9 электромагнитных клапанов, установленных, соответственно, в первом 6 и втором контуре многоконтурной системы принудительного маслоснабжения, или на основе управляемого трехходового шарового крана.
Мембранная газоразделительная установка в одном из частных случаев выполнения может дополнительно содержать датчик 10 температуры масла, воздухораспределительный узел, выполненный с возможностью подачи сжатого воздуха с выхода воздушного тракта первого 3 или второго 4 воздушно-масляного теплообменника на вход газоразделительного блока или на сброс, а средства 7 управления выполнены с возможностью контроля температуры масла посредством датчика 10 температуры масла и управления воздухораспределительным узлом таким образом, что в зависимости от температуры масла сжатый воздух подается на вход первого воздушно-масляного теплообменника или на сброс.
Воздухораспределительный узел мембранной газоразделительной установки может быть снабжен сбросным клапаном 11. Мембранная газоразделительная установка может быть выполнена так, что выход воздухораспределительного узла на сброс был сообщен с входом компрессора 1.
По другому варианту выполнения предлагаемая мембранная газоразделительная установка содержит компрессор 1 с многоконтурной системой принудительного маслоснабжения, газоразделительный блок с мембранными модулями 2, подогреватель, содержащий воздушно-масляный теплообменник 3 с воздушным и масляным трактами, разделенными поверхностью теплообмена. Во втором варианте выполнения установка снабжена контуром воздушного отопления отсека газоразделительного блока, воздухораспределительным узлом, выполненным с возможностью подачи воздуха из контура воздушного отопления отсека газоразделительного блока на сброс, вторым воздушно-масляным теплообменником 4 с воздушным и масляным трактами, разделенными поверхностью теплообмена, датчиком 12 температуры воздуха, при этом масляный тракт первого воздушно-масляного теплообменника 3 подключен к первому контуру многоконтурной системы принудительного маслоснабжения, а воздушный тракт первого воздушно-масляного теплообменника 3 подключен к контуру воздушного отопления отсека газоразделительного блока.
Датчик 12 температуры воздуха устанавливается в отсеке газоразделительного блока.
Средства 7 управления выполнены с возможностью контроля температуры воздуха посредством датчика 12 температуры воздуха и управления воздухораспределительным узлом таким образом, что в зависимости от его температуры воздух из контура воздушного отопления подается на сброс.
Воздухораспределительный узел может быть выполнен на основе управляемых заслонок 13 и 14.
Воздушно-масляный теплообменник 4 может быть дополнительно снабжен вентилятором.
Подогреватель сжатого воздуха мембранной газоразделительной установки для предварительного подогрева сжатого воздуха перед подачей в газоразделительный блок с мембранными модулями 2 из компрессора 1 с многоконтурной системой принудительного маслоснабжения, содержащий воздушный тракт, снабжен воздушно-масляным теплообменником 3 с воздушным и масляным трактами, разделенными поверхностью теплообмена, маслораспределительным узлом, датчиком 5 температуры сжатого воздуха, в котором входы и выходы масляного тракта теплообменника параллельно подключены к первому контуру 6 многоконтурной системой принудительного маслоснабжения, образуя второй контур многоконтурной системы принудительного маслоснабжения.
При этом маслораспределительный узел установки выполнен с возможностью регулирования потока масла во втором контуре многоконтурной системы принудительного маслоснабжения. Газоразделительный блок установки соединен с компрессором 1 через воздушный тракт воздушно-масляного теплообменника 3, датчик температуры сжатого воздуха установлен на выходе воздушного тракта воздушно-масляного теплообменника 4, а средства 7 управления выполнены с возможностью контроля температуры сжатого воздуха посредством датчика 5 температуры сжатого воздуха и с возможностью регулирования потока масла во втором контуре многоконтурной системы принудительного маслоснабжения посредством маслораспределительного узла для поддержания предварительно заданной температуры сжатого воздуха на выходе из воздушно-масляного теплообменника.
Маслораспределительный узел подогревателя сжатого воздуха мембранной газоразделительной установки может быть выполнен на основе электромагнитных клапанов 8 и 9, установленных в контурах многоконтурной системы принудительного маслоснабжения или на основе управляемого трехходового шарового крана.
Во втором варианте выполнения подогреватель сжатого воздуха мембранной газоразделительной установки, содержащий воздушный тракт, для предварительного подогрева сжатого воздуха перед подачей в газоразделительный блок с мембранными модулями 2 из компрессора 1 с многоконтурной системой принудительного маслоснабжения снабжен воздушно-масляным теплообменником 3 с воздушным и масляным трактами, разделенными поверхностью теплообмена, датчиком 10 температуры масла. Также подогреватель сжатого воздуха содержит воздухораспределительный узел, выполненный с возможностью перераспределения сжатого воздуха с выхода воздушного тракта воздушно-масляного теплообменника 3 на вход газоразделительного блока или на сброс. При этом средства 7 управления выполнены с возможностью контроля температуры масла посредством датчика 10 температуры масла и перераспределения потока сжатого воздуха на вход газоразделительного блока, когда температура масла достигает предварительно заданного значения.
Воздухораспределительный узел подогревателя сжатого воздуха мембранной газоразделительной установки может быть снабжен сбросным клапаном 11. В подогревателе сжатого воздуха мембранной газоразделительной установки выход воздухораспределительного узла на сброс преимущественно сообщен с входом компрессора.
В третьем варианте исполнения подогреватель сжатого воздуха мембранной газоразделительной установки, содержащий воздушный тракт, снабжен контуром воздушного отопления отсека газоразделительного блока, воздухораспределительным узлом, выполненным с возможностью перераспределения потока воздуха из контура воздушного отопления отсека газоразделительного блока на сброс, воздушно-масляным теплообменником 3 с воздушным и масляным трактами, разделенными поверхностью теплообмена, датчиком 12 температуры воздуха, при этом масляный тракт теплообменника подключен к первому контуру многоконтурной системы принудительного маслоснабжения, воздушный тракт теплообменника подключен к контуру воздушного отопления отсека газоразделительного блока.
Датчик 12 температуры воздуха установлен в отсеке газоразделительного блока, а средства 7 управления выполнены с возможностью контроля температуры воздуха посредством датчика 12 температуры воздуха и управления воздухораспределительным узлом таким образом, что в зависимости от температуры воздуха, поток этого воздуха из контура воздушного отопления отсека газоразделительного блока подают на сброс.
Воздухораспределительный узел подогревателя сжатого воздуха мембранной газоразделительной установки может быть выполнен на основе управляемых заслонок 13 и 14, а воздушно-масляный теплообменник дополнительно может быть снабжен вентилятором.
В период пуска газоразделительной установки вначале запускают воздушный компрессор 1, при этом сжимаемый воздух сбрасывают в атмосферу через сбросной клапан 11 до тех пор, пока температура масла, подаваемого в масляный теплообменник 3 через маслораспределительный узел не достигнет требуемой величины. Воздух, циркулирующий в контуре воздушного обогрева через теплообменник «масло/сжатый воздух» обеспечивает прогрев отсека газоразделительного блока до необходимой температуры. После этого средства 7 управления посредством маслораспределительного узла перенаправляет поток нагретого масла в теплообменник «масло/сжатый воздух». Как только сжатый воздух нагреется до необходимой температуры его направляют в предварительно подогретый газоразделительный блок. Посредством датчика температуры сжатого воздуха, установленного на выходе в/из воздушно-масляного теплообменника 4, средства 7 управления непрерывно отслеживают температуру сжатого воздуха на выходе из воздушно-масляного теплообменника 4. В случае перегрева сжатого воздуха средства 7 управления посредством маслораспределительного узла перенаправляют поток масла в масляный теплообменник 3. В теплое время года излишки тепла в воздушном контуре выводят в атмосферу посредством воздухораспределительного узла.
Для исключения резких перепадов температуры масла контур принудительного маслоснабжения компрессора 1 может быть дополнительно снабжен байпасной линией, для постепенного перераспределения масла в контуры теплообменников по мере прогрева теплообменников.
Вышеописанная полезная модель и ее варианты могут применяться для охлаждения масла и отопления отсеков мембранных газоразделительных блоков в мембранных газоразделительных установках.