КОМПРЕССОРНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к устройствам для сжатия газов, в том числе воздуха, а конкретно к многоступенчатым компрессорным установкам, и может применяться в химической, газовой, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.
В многоступенчатых компрессорных установках предусматривается охлаждение компримируемого газа в промежуточных (межступенчатых) и концевых холодильниках. При этом для каждой ступени устанавливается отдельный холодильник (см., например, Рахмилевич З.З., Мыслицкий Е.Н., Хачатурян С.А. Компрессорные установки в химической промышленности. М.: Химия, 1977, с.54 или Промышленная теплоэнергетика и теплотехника. Справочник, кн.4 /Под общ. ред. В.А.Григорьева, В.М.Зорина. - М.: Энергоатомиздат, 1991, с.43 3-434).
Промежуточное охлаждение, как и охлаждение цилиндров, позволяет поддерживать приемлемый температурный режим в ступенях компрессора, а также снижать расход энергии на сжатие. Необходимость концевого охлаждения определяется требованиями технологического регламента к температуре сжатого газа.
В качестве промежуточных и концевых холодильников преимущественно используются кожухотрубчатые теплообменники. Однако эти аппараты громоздки, металлоемки, имеют большое гидравлическое сопротивление и ограниченные возможности для использования, особенно при больших перепадах давлений и температур, а также больших расходах теплообменных сред. Поэтому в компрессорных установках большой производительности необходимо параллельно устанавливать несколько таких аппаратов. Использование других известных типов теплообменников (пластинчатых, змеевиковых, спиральновитых и др.) для охлаждения сжатого газа не имеет перспектив из-за большого гидравлического сопротивления и ограничений для применения при повышенных температурах, давлениях и больших перепадах давлений и температур.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является многоступенчатая компрессорная установка с теплообменным аппаратом радиально-спирального типа для концевого охлаждения компримированного газа (Астановский Д.Л., Астановский Л.З., Бурданов А.В. и др. Использование теплообменных аппаратов конструкции «ФАСТ ИНЖИНИРИНГ» для охлаждения сжатого газа а компрессорных установках // Компрессорная техника и пневматика. 2007. №2. с.6-8). Этот теплообменный аппарат содержит вертикальный цилиндрический корпус с размещенной в нем теплообменной поверхностью, выполненной по радиально-спиральному типу, причем по радиально-спиральным каналам прокачивается сжатый газ, а по вертикальным щелевым каналам - охлаждающая вода. В указанной публикации описано использование такого теплообменного аппарата в качестве концевого охладителя сжатого газа (воздуха) после последней ступени многоступенчатого компрессора, и аналогичные теплообменные аппараты также предлагается устанавливать после каждой ступени компрессора.
Недостаток данного охладителя и компрессорной установки в целом заключается в том, что он обеспечивает охлаждение сжатого газа только в одной ступени компрессора, а поэтому для охлаждения газа в многоступенчатых компрессорах необходимо устанавливать несколько охладителей такого типа, количество которых равно количеству ступеней сжатия в компрессоре, что увеличивает объем обслуживаемого оборудования компрессорной установки, повышает ее металлоемкость, капитальные затраты и занимаемую площадь, а также усложняет систему трубопроводов охлаждающей воды.
Задачей настоящей полезной модели является упрощение технологической схемы многоступенчатой компрессорной установки, снижение капитальных затрат и повышение надежности работы установки.
Поставленная задача решается путем оснащения многоступенчатой компрессорной установки вновь разработанным единым охладителем газа, обеспечивающим последовательное охлаждение компримируемого газа между всеми ступенями компрессора, а также за концевой ступенью, на выходе из установки.
Для решения поставленной задачи разработан многосекционный охладитель радиально-спирального типа, количество секций в котором равно количеству ступеней сжатия компрессора. При этом как по потокам охлаждающей среды, так и по охлаждаемым газовым потокам секции разделены между собой, причем выход сжатого газа из каждой ступени компрессора подключен к входу соответствующей секции охладителя, выход газа из промежуточных секций - к входу следующих ступеней сжатия компрессора, а выход из концевой секции - к линии отвода охлажденного сжатого газа к потребителю.
Конструктивное устройство охладителя следующее.
Промежуточные и концевой холодильники выполнены в виде единого теплообменного аппарата - многосекционного охладителя.
Охладитель содержит вертикальный цилиндрический корпус, в котором размещена теплообменная поверхность, выполненная в виде установленных одна под другой и отделенных друг от друга герметичными перегородками секций, количество которых равно числу ступеней сжатия компрессора и каждая из которых является холодильником для соответствующей ступени компрессора;
Секции установлены в корпусе с образованием для каждой из них торцевых распределительной и сборной камер охлаждающей среды, а также периферийного и центрального коллекторов охлаждаемого газа, отделенных от смежных полостей герметичными заглушками;
каждая секция образована одним или установленными друг под другом несколькими теплообменными блоками и снабжена патрубками подвода и отвода охлаждающей среды, патрубком подвода нагретого газа к периферийному коллектору от соответствующей ступени компрессора, каждая промежуточная секция - патрубком отвода охлажденного газа из периферийного коллектора к следующей ступени компрессора, а концевая секция - патрубком отвода охлажденного сжатого газа из периферийного коллектора к потребителю;
каждый теплообменный блок сформирован из вертикально установленных, примыкающих друг к другу теплопередающих элементов, сваренных между собой вертикальными швами и образующих кольцевой ряд вокруг вертикальной оси корпуса, причем каждый теплопередающий элемент выполнен полым из двух стенок с дистанционирующими выступами, имеющих в поперечном сечении форму спирали, сваренных между собой по двум горизонтальным сторонам и образующих во внутренней полости радиально-спиральный щелевой канал, который сообщается с периферийным и центральным коллекторами для перемещения охлаждаемого газа, а между прилегающими друг к другу теплопередающими элементами образованы вертикальные щелевые каналы спиралеобразного сечения, сообщенные с распределительной и сборной камерами и предназначенные для перемещения охлаждающей среды в аксиальном направлении;
между смежными теплообменными блоками каждой из секций в коллекторах установлены горизонтальные перегородки, разделяющие коллекторы на отдельные изолированные полости и направляющие поток охлаждаемого газа после истечения из внутренних полостей теплопередающих элементов одного теплообменного блока во внутренние полости теплопередающих элементов последующего теплообменного блока.
Кроме того, в предлагаемом охладителе компрессорной установки внутри корпуса под нижней (концевой) секцией целесообразно размещать сепаратор масла и сконденсированной воды.
Ниже сущность предлагаемой полезной модели поясняется конкретным примером ее выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг.1 - изображает схему трехступенчатой компрессорной установки с единым трехсекционным охладителем;
фиг.2 - общий вид охладителя, продольный разрез;
фиг.3 - разрез А-А на фиг.2;
фиг.4 - фрагмент Б на фиг.3;
фиг.5 - разрез В-В на фиг.4.
На фиг.1 в качестве примера показана предлагаемая компрессорная установка, содержащая трехступенчатый компрессор 1 с приводным двигателем 2 и тремя ступенями сжатия - низкого давления 3, среднего давления 4 и высокого давления 5, и трехсекционный охладитель 6 с секциями 7, 8, 9, а также линии 10 и 11 соответственно подвода и отвода охлаждающей воды, линию 12 подвода газа к компрессору 1, линию 13 отвода охлажденного сжатого газа из последней по ходу компримируемого газа секции 9 охладителя 6 к потребителю, линии 14, соединяющие выходы газа из ступеней 3, 4, 5 компрессора 1 с входами секций соответственно 7, 8, 9 охладителя 6 и линии 15, соединяющие выходы газа из секций 7, 8 охладителя 6 с входами ступеней соответственно 4, 5 компрессора 1. В рассматриваемом примере в качестве охлаждающей среды предусмотрена вода.
На фиг.2, 3, 4 и 5 показан трехсекционный охладитель с водяным охлаждением для этой трехступенчатой компрессорной установки, содержащий вертикальный цилиндрический корпус 16 и размещенную в нем тепло-обменную поверхность, состоящую из установленных одна под другой трех секций 7, 8 и 9 охладителя, разделенных герметичными перегородками 17, с образованием в каждой секции торцевых распределительной камеры 18 и сборной камеры 19, снабженных патрубками 20 и 21 подвода и отвода охлаждающей воды, а также периферийного 22 и центрального 23 коллекторов, отделенных от смежных полостей герметичными заглушками 24; каждая секция образована двумя установленными друг под другом теплообменными блоками 25 и 26 и снабжена патрубком 27 подвода нагретого газа от соответствующей ступени компрессора и патрубком 28 отвода охлажденного в ней газа, каждый из теплообменных блоков 25 и 26 сформирован из вертикально установленных, примыкающих друг к другу теплопередающих элементов 29, сваренных между собой вертикальными швами и образующих кольцевой ряд вокруг вертикальной оси корпуса 16, причем каждый теплопередающий элемент 29 выполнен полым из двух стенок 30 с дистанционирующими выступами, имеющих в поперечном сечении форму спирали, сваренных между собой по двум горизонтальным сторонам и образующих во внутренней полости радиально-спиральный щелевой канал 31, который сообщается с периферийным 21 и центральным 22 коллекторами для перемещения охлаждаемого газа, между прилегающими друг к другу теплопередающими элементами 29 образованы вертикальные щелевые каналы 32 спиралеобразного сечения, сообщенные с распределительной 19 и сборной 20 камерами и предназначенные для перемещения в аксиальном направлении охлаждающей воды, между смежными теплообменными блоками 25 и 26 каждой из секций в коллекторах установлены герметичные горизонтальные перегородки 33, разделяющие коллекторы на отдельные изолированные полости и направляющие поток охлаждаемого газа после истечения из внутренних полостей теплопередающих элементов 29 теплообменного блока 25 во внутренние полости теплопередающих элементов 29 теплообменного блока 26.
Компрессорная установка работает следующим образом. Охлаждающая вода подводится к охладителю 6 по линии 10 и через патрубки 20 поступает в распределительные камеры 18, прокачивается через вертикальные щелевые каналы 32, поступает в сборные камеры 19, откуда через патрубок 21 по линии 11 выводится в систему. Газ, подлежащий компримированию, по линии 12 подается в ступень 3 компрессора 1, частично сжимается в ней, нагреваясь в процессе сжатия, после чего по линии 14 через патрубок 27 направляется в первую секцию 7 охладителя 6, проходит по радиально-спиральным щелевым каналам 31 теплообменных блоков 25 и 26 этой секции, где охлаждается, отдавая тепло охлаждающей воде, поднимающейся по вертикальным щелевым каналам 32 этой секции, после чего выводится через патрубок 28 и по линии 15 подается на всасывание ступени сжатия 4. Далее процесс повторяется в ступенях сжатия 4 и 5 и соответственно в секциях 8 и 9, после чего охлажденный компримированный газ через патрубок 34 по линии 13 отводится к потребителю.
Преимуществом предлагаемой полезной модели является возможность осуществления в многоступенчатой компрессорной установке промежуточного и концевого охлаждения компримируемого газа после каждой из ступеней сжатия многоступенчатого компрессора в одном аппарате - многосекционном охладителе, что позволяет, за счет замены нескольких холодильников одним аппаратом, упростить компрессорную установку, снизить ее металлоемкость и капитальные затраты.
Кроме того, в том же корпусе, под нижней (концевой) секцией охладителя может быть установлен сепаратор масла и сконденсированной воды, что дополнительно упростит состав и схему компрессорной установки и снизит капитальные затраты благодаря исключению из состава установки отдельного сепаратора.