СПОСОБ ПЕРИОДИЧЕСКОГО КОМПРИМИРОВАНИЯ ГАЗА
METHOD OF PERIODIC GAS COMPRESSION

Предлагаемое изобретение относится к области компрессоростроения и может быть использовано в различных отраслях промышленности.
Для перекачки газа известно устройство, включающее поршневой насос с рабочей и компрессионной камерами, снабженными всасывающим и нагнетательным клапанами и патрубками для подвода жидкости и газа и отвода газа, а также для расслоения смеси жидкости и газа (патент RU 17342 U1. Устройство для перекачки газа. Заявл. 04.12.2000. Опубл. 27.03.2001. БИ №9). Сепаратор снабжен поплавковым клапаном и сообщен с емкостью-накопителем, а патрубок для подвода жидкости размещен в компрессионной камере. Нагнетание газа из компрессионной камеры в напорную линию осуществляется жидкостью, подаваемой в компрессионную камеру поршневым насосом. В сепарационной емкости происходит разделение газожидкостной смеси, после которой жидкость поступает в накопитель, а газ - в напорную линию.
Устройство имеет сложное исполнение из-за необходимости применения дополнительно сепаратора газожидкостной смеси. Такая необходимость обусловлена циклическим характером работы поршневого насоса и образованием смеси жидкости и газа в зоне их контакта.
Известен насос для перекачивания газожидкостной смеси (А.с. СССР, №1590687. Заявл. 04.10.88. Опубл. 07.09.90. БИ №33), включающий две емкости для попеременного перекачивания из них рабочей жидкости насосом и создания таким образом «жидкого» поршня в них. При снижении уровня «жидкого» поршня в одной из емкостей происходит всасывание в освободившийся объем газожидкостной смеси. В этот же период рабочая жидкость заполняет другую емкость и вытесняет собой ранее заполнившую газожидкостную смесь в напорную линию. По достижению определенного уровня рабочей жидкости в емкости происходит переключение потоков и перекачка рабочей жидкости в другую емкость, из которой начинается цикл вытеснения газожидкостной смеси в напорную линию. Сам перекачивающий насос работает, т.о., в непрерывном режиме, постоянно перекачивая жидкость, не содержащую газовую фазу. Недостатками устройства являются сложный и ненадежный способ переключения насоса с одной емкости на другую, а также необходимость установки двух компрессионных камер.
Известен способ перекачивания газоводонефтяной смеси насосом объемного вытеснения (А.с. SU 1079825 А. Способ перекачивания газоводонефтяной смеси насосом объемного вытеснения. Заявл. 21.04.1982. Опубл. 15.03.1984. БИ №10). Способ основан на вытеснении перекачиваемой смеси из камеры рабочей жидкостью, подаваемой центробежным насосом из второй камеры. В этот период во вторую камеру всасывается перекачиваемая смесь. Затем процесс повторяется в обратном направлении.
Недостаток способа заключается в необходимости применения химических реагентов, препятствующих образованию эмульсий на границе раздела рабочей жидкости с перекачиваемой. Такие эмульсии образуются в тех случаях, когда в качестве рабочей жидкости используется пластовая вода, а в качестве перекачиваемой среды - газоводонефтяная смесь.
Наиболее близкой к предложенному решению является установка для водогазового воздействия на нефтяной пласт (патент RU №2500883 С2. Заявл. 22.08.2011. Опубл. 10.12.2013), содержащая центробежный насос для перекачки рабочей жидкости без газа, приемные линии для газа и жидкости, две емкости со всасывающими и нагнетательными клапанами, линии отбора и нагнетания жидкости, сообщенные с выкидом и приемом насоса. На входной линии для воды параллельно размещен дополнительный насос, сообщенный с рабочим соплом жидкостно-газового эжектора, приемная камера которого соединена с газовой линией, а выкид - с верхними частями емкостей. Кроме того на входе эжектора расположены регулирующий клапан и дроссель, причем запорный орган регулирующего клапана гидравлически сообщен с выкидом эжектора и входом в дроссель.
После того как уровень воды в одной из емкостей снизится до минимальной величины, датчик уровня передает сигнал на переключение подачи жидкости в обратном направлении. Переключение потоков производится с помощью управляемых трехходовых кранов.
Аналог, выбранный в качестве прототипа, обладает недостатком, состоящим в снижении надежности работы насоса из-за присутствия в воде твердых взвешенных частиц (ТВЧ) и частично нефти. В подтоварной воде, относящейся к агрессивным средам, используемой в качестве рабочей жидкости и перекачиваемой центробежным насосом, может содержаться до 300 мг/л и более ТВЧ, которые вызывают повышенный износ и коррозию рабочих колес насосов. В результате износа ухудшается напорная характеристика насоса, и в конечном итоге происходит выход его из строя.
Кроме того, применение двух компрессионных камер значительно осложняет конструкцию и автоматизацию управления установкой, увеличивает металлоемкость и снижает надежность ее работы.
Технической задачей предложенного способа является упрощение способа и повышение надежности работы компрессора.
Новизна технического решения состоит в том, что в известном способе, включающем цикл подачи насосом рабочей жидкости под давлением от питающей емкости в компрессионную камеру с одновременным вытеснением из ее верхней части газа в напорную линию через нагнетательный клапан и, по мере достижения уровнем рабочей жидкости в компрессионной камере максимального положения, переключение компрессионной камеры на слив, цикл опорожнения этой камеры от рабочей жидкости с одновременным поступлением в нее компримируемого газа через всасывающий клапан и, по мере достижения уровнем рабочей жидкости минимального положения, повторение циклов, согласно изобретению цикл опорожнения компрессионной камеры от рабочей жидкости производят без прекращения ее подачи насосом в компрессионную камеру, причем опорожнение этой камеры от рабочей жидкости производят с расходом, превышающим подачу перекачивающего рабочую жидкость насоса.
На рисунке представлена принципиальная схема реализации способа.
Схема включает компрессионную камеру 1 с запорными клапанами верхнего 2 и нижнего 3 положений уровня рабочей жидкости. Верхняя часть компрессионной камеры 1 соединена с обратными клапанами 4 и 5, установленными соответственно на всасывающей 6 и напорной 7 газовых линиях установки. Нижняя часть компрессионной камеры 1 линией 8 соединена с питающей емкостью 9 через электромагнитный клапан 10 с датчиками максимального и минимального давления (на рис. не показаны) и кран 11. В питающую емкость введена приемная линия 12 насоса 13 с фильтром 14. Напорная линия 15 насоса 13 соединена с компрессионной камерой 1, а также через предохранительный клапан 16 с питающей емкостью 9. Перед входом жидкости в проходное сечение электромагнитного клапана 10 и на нагнетательной линии 15 насоса 13 установлены контрольные манометры 17 и 18.
Запорные клапаны уровня жидкости 2 и 3 в камере 1 представляют собой сферические плавающие поплавки, перекрывающие собой отверстия в камере 1 соответственно в ее верхней и нижней частях. Для перекачки рабочей жидкости применяется насос объемного вытеснения, например шестеренчатый, а в качестве рабочей жидкости может быть использовано, например, масло синтетическое.
Клапан электромагнитный 10 открывает свое проходное сечение при достижении в нем максимально допустимого значения давления и перекрывает проходное сечение при достижении минимально допустимого значения
Способ осуществляется следующим образом.
Циклическое заполнение камеры 1 рабочей жидкостью и ее опорожнение позволяет изменять давление и объем газа в нем над уровнем жидкости. При снижении давления ниже давления во всасывающей линии 6 в камеру 1 входит газ, а при достижении в ней давления выше давления в напорной линии 7 газ вытесняется из камеры 1.
В цикле всасывания (холостого периода работы насоса 13) газ поступает в камеру 1 через обратный клапан 4. Обратный клапан 5 остается при этом перекрытым ввиду превышения давления в напорной линии 7 над давлением в камере 1.
В цикле нагнетания газа уровень жидкости в камере 1 и давление в нем повышаются благодаря подаче насосом 13 рабочей жидкости и газ вытесняется в напорную линию 7 через обратный клапан 5. В этом цикле рабочая жидкость из питающей емкости 9 через приемную линию 12 и фильтр 14 поступает в насос 13, который закачивает рабочую жидкость в камеру 1 по напорной линии 15. В этот период проходное сечение электромагнитного клапана 10 остается перекрытым. При достижении уровнем жидкости в камере 1 крайнего верхнего положения поплавок запорного клапана 2 всплывет и перекроет отверстие для выхода газа в верхней части камеры 1. Давление в камере 1 резко возрастет из-за продолжающейся работы насоса 13. При достижении максимального значения давления сработает датчик максимального давления и электромагнитный клапан 10 откроет проходное сечение для слива жидкости. Слив жидкости из камеры 1 по линии 8 через кран 11 в питающую емкость 9, находящуюся под атмосферным давлением, будет происходить под давлением газа, примерно равного давлению во всасывающей линии 6 установки. При достижении уровнем жидкости в камере 1 крайнего нижнего положения поплавок клапана 3 опустится и перекроет отверстие слива жидкости в камере 1. Давление на входе в электромагнитный клапан 10 резко снизится и при достижении допустимой величины перекроет его проходное сечение.
Слив жидкости из камеры 1 будет происходить при непрекращающейся работе насоса 13, т.е. его холостом периоде работы. Для минимизации периода холостой работы насоса 13 расход сливаемой жидкости устанавливают значительно превышающим его подачу. Такой расход достигается соответствующим подбором диаметров проходных сечений электромагнитного клапана 10 и линии 8. Кроме того, этот расход достигается также установлением минимально допустимого значения давления во всасывающей линии 6. Небольшое допустимое значение избыточного давления во всасывающей линии 6 (к примеру, 0,2…0,25 МПа) позволяет получать расходы слива рабочей жидкости из камеры 1, кратно превышающие подачу насоса 13. Расход слива жидкости из камеры 1 в питающую емкость 9 регулируется краном 11.
После перекрытия проходного сечения электромагнитного клапана 10 благодаря безостановочному режиму работы наоса 13 уровень жидкости в камере 1 будет подниматься и цикл повторяться вновь и т.д. Для предупреждения аварийных ситуаций при резком подъеме давления в камере 1 после перекрытия отверстия для выхода газа поплавком клапана 2 предусмотрен предохранительный клапан 16. При превышении давления выше допустимого значения предохранительный клапан 16 откроется и жидкость из насоса 13 поступит непосредственно в питающую емкость 9.
Регулированием подачи насоса 13 можно изменять объемы компримирования газа.
Постоянный режим работы насоса 13 существенно увеличивает надежность его эксплуатации и наработку на отказ благодаря снижению частоты запусков и остановок, а также нагрузок на электродвигатель привода.
Технико-экономическими преимуществами способа являются простота, малая металлоемкость и высокая надежность эксплуатации применяемого оборудования.