УСТАНОВКА ОСУШКИ ГАЗОВ

Полезная модель относится к устройствам для подготовки импульсного газа и может быть использована в составе перекачивающих газокомпрессорных станций, газораспределительных станций на объектах нефте- и газодобывающей, химической и других отраслей промышленности для адсорбции газов и паров.
Известно устройство регенерации в составе установки подготовки импульсного газа, включающее заполненные адсорбентом регенерируемые адсорберы, оснащенные наружным электрообогревом, запорной арматурой и подключенными к блоку управления датчиком замера влажности, датчиком давления импульсного газа и электроуправляемыми кранами, которое  состоит из двух взаимосвязанных линий: рабочей и резервной, каждая из которых содержит по два заполненных цеолитовым поглотителем регенерируемых адсорбера, наружный электрообогрев которых представляет собой намотку греющих кабелей, снабженных датчиком температуры, при этом каждый адсорбер связан с вакуумным насосом и дополнительно оборудован сепаратором и фланцевыми заглушками, установленными в его верхней и нижней частях, причем в верхней фланцевой заглушке размещен датчик для измерения температуры адсорбента (патент РФ № 156432, МПК F17D 1/00, публ. 2015 г.).
Недостатком известного устройства является использование дополнительных приборов и устройств, значительно усложняющих алгоритм работы управления установкой, процесс обслуживания и эксплуатации и приводит к удорожанию конструкции и дополнительным материальным и энергетическим затратам.
Известна установка подготовки импульсного газа для пневмосистем запорно-регулирующих устройств магистральных газопроводов, которая включает в себя размещенные на единой раме систему очистки газа и систему регенерации с двумя заполненными цеолитовым поглотителем адсорберами, имеющими наружный электрообогрев и сообщенными с вакуумным насосом, при этом система регенерации содержит датчик давления газа и узел замера влажности (точки росы) импульсного газа, а каждый адсорбер выполнен с внутренним диаметром от 0,18 до 0,30 м и имеет объем от 0,025 до 0,050 м3 (патент РФ № 179040, МПК F17D 3/00, публ. 2018 г.).
Недостатком известной модели является то, что габариты адсорберов лимитированы как по величине, так и по количеству, что не позволяет увеличить производительность всей установки, а значит приводит к её ограниченному применению на объектах промышленности.
В качестве прототипа было выбрано устройство для осушки газа, которое содержит группы адсорберов, снабженных нагревательными элементами, и дополнительно содержит средство для создания вакуума, группы адсорберов выполнены с возможностью поочередного подключения к средству для создания вакуума, а нагревательные элементы выполнены с возможностью одновременного включения со средством для создания вакуума. Нагревательные элементы выполнены в виде металлической спирали, либо колец с шагом до 4 см (патент РФ № 183829, МПК B01D 53/04, публ. 2018 г.).
Недостатком прототипа является то, что корпус каждого адсорбера снабжен верхним и нижним торцевыми фланцами с присоединением к корпусу путем использования шпильки с гайкой. Входной патрубок расположен в верхнем основании и герметично соединен газопроводом со входом для подачи газа, а выходной патрубок расположен в днище и герметично соединен газопроводом с выходом для газа. Такая конструкция адсорбера усложняет процесс загрузки и выгрузки адсорбента на момент его замены, требует дополнительного времени для демонтажа колонны, тем самым приводит к дополнительным эксплуатационным затратам.
Так же, применение в качестве нагревательных элементов металлической спирали, либо колец не дает возможности контроля и регулирования температуры нагрева цеолита до требуемых параметров, то приводит к понижению эффективности работы адсорберов и повышению энергозатрат.
Задачей настоящей полезной модели является создание экономичной установки, обеспечивающей эргономичность и эффективность работы.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в сокращении времени на замену адсорбента в адсорберах без демонтажа колонны, а значит в повышении производительность каждого адсорбера и эффективности работы установки.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в следующем.
Установка осушки газов включает в себя две или несколько параллельно установленных группы адсорберов, систему регенерации, систему трубопроводов с запорной управляемой арматурой, узел замера влажности, блок управления. Каждая группа адсорберов включает в себя, по крайней мере, два баллона. Количество групп может быть увеличено в зависимости от расхода подаваемого газа.
Каждый из адсорберов представляет собой вертикально расположенный цилиндрический корпус, наполненный гранулированным адсорбентом, с верхним и нижним днищами, с входным и выходным патрубками, каждый входной патрубок герметично соединен с газопроводом входа газа и каждый выходной патрубок герметично соединен с газопроводом для выхода газа. Все адсорберы, входящие в одну группу запитаны от одного газопровода подачи газа на осушку и одного газопровода выхода осушенного газа. Патрубки размещены на боковой стенке адсорбера, входной патрубок в верхней части корпуса, что обеспечивает подачу газа сверху вниз, а выходной патрубок - в нижней части корпуса. Входные и выходные патрубки выполнены на штуцерно-ниппельном соединении, что облегчает демонтаж адсорбера. Внутри входного и выходного патрубков размещены фильтрующие элементы, препятствующие выносу адсорбента за пределы адсорбера. Фильтрующий элемент выполнен в виде перфорированного цилиндра, который обеспечивает равномерное распределение потока газа в адсорбере.
Верхнее и нижнее днища приварены к цилиндрическому корпусу, что обеспечивает герметичность и большую прочность баллона при высоких давлениях. В верхнем днище предусматривается заглушка на резьбовом соединении, это позволяет ускорить процесс замены адсорбента в адсорбере. С целью достижения прочности и герметичности корпуса адсорбера и сокращения излишнего количества отверстий в баллоне в заглушке верхнего днища предусматривается монтажное отверстие для подключения датчика температуры поглотителя в одном баллоне и датчика давления газа в другом баллоне одной группы адсорберов. Такое решение приводит к удешевлению установки за счёт сокращения количества датчиков по сравнению с прототипами полезных моделей, где датчики давления и температуры устанавливаются на каждый адсорбер.
В нижнем днище предусматривается заглушка на резьбовом соединении, что позволяет сократить время на замену адсорбента в адсорберах без демонтажа колонны, а значит повысить производительность каждого адсорбера.
Корпус с внешней стороны снабжен нагревательным элементом по типу греющего кабеля или электрической нагревательной ленты с наружной теплоизоляцией. Каждый нагревательный элемент может быть выполнен в виде подключенной к источнику питания обмотанной вокруг корпуса адсорбера спирали или в виде змейки, что обеспечивает равномерный нагрев корпуса по всей длине. Шаг спирали зависит от длины корпуса и линейной мощности нагревательного элемента.
Диаметр корпуса адсорбера в предпочтительном варианте выполнения варьируется в пределах от 100 до 300 мм, что обеспечивается равномерным нагревом при регенерации и повышает эффективность работы адсорбера. В случае увеличения диаметра корпуса адсорбера более 300 мм ближе к центральной части корпуса адсорбент не будет прогреваться, тем самым не будет регенерироваться в полной мере, что может привести к частому выходу установки на регенерацию и понижению эффективности работы адсорберов и повышению энергозатрат.
В этом случае, внутри корпуса адсорбера предусматривается дополнительно нагревающий элемент, заключенный в трубку с возможностью его замены при необходимости. Внутренняя трубка размещена по центру корпуса адсорбера и присоединена к верхнему днищу корпуса путем разъёмного соединения.  Использование греющего элемента внутри корпуса позволит увеличить равномерность нагрева адсорбента, тем самым повысит эффективность работы установки.
Каждый нагревательный элемент снабжен датчиком температуры для контроля предельных рабочих температур и работоспособности греющего элемента и подключен к блоку управления.
На линии подачи импульсного газа после каждой группы адсорберов дополнительно предусматривается установка дросселирующего устройства, обеспечивающего поддержание прохождения определенного расхода газа через адсорбер в пределах допустимого с оптимальной скоростью потока. Применение метода дросселирования позволяет повысить эффективность осушки газа и предохраняет адсорбент от разрушений.
В зависимости от давления и физико-химических характеристик газа, подаваемого на адсорбер, подбирается толщина и материал составных элементов установки.
В качестве адсорбента может быть использован цеолит, силикагель и другие гранулированные адсорберы.
Каждая группа адсорберов выполнена с возможностью поочередного переключения с режима адсорбции в режим регенерации, что позволяет установке осушки газа работать в непрерывном режиме. Дополнительно в установке осушки газа предусматривается вакуум-установка (вакуум-насос) герметично соединенная с выходом продуктов регенерации, работающая одновременно с нагревательными элементами, которая позволяет повысить эффективность регенерации за счет отведения десорбированных компонентов из адсорберов, а так же нагревать адсорбент до более низких температур, что уменьшает потери адсорбента при прокаливании, повышает срок службы адсорберов и приводит к уменьшению энергозатрат. Выход вакуум-насоса соединен с ёмкостью для сбора конденсата. Ёмкость для сбора конденсата снабжена сливным отверстием с выходом для продуктов регенерации, а газ, освобожденный от влаги, сбрасывается на свечу.
В составе устройства осушки газа использован датчик влажности, подключенный к газопроводу на выходе из установки, к блоку управления, подключенному к каждому нагревательному элементу и к вакуум-насосу. Блок управления обеспечивает автоматическое управление работой установки по сигналу от датчика влажности.
Датчик влажности предназначен для измерения и регистрации влажности газа на выходе из установки, а также подачи сигнала на блок управления для перехода одной группы адсорберов из режима адсорбции в режим регенерации и ввода в режим адсорбции следующей группы адсорберов.
Перед вакуум-установкой предусматривается установка предохранительного клапана для стравливания избыточного давления на свечу.
Установка может дополнительно включать влагомаслоотделитель, газовый фильтр, ресивер для хранения осушенного газа, датчик перепада давления для контроля давления на входе и выходе установки.
Вся установка может быть смонтирована на раме, представляющей собой жесткий металлический каркас или в блок-боксе. Блок-бокс представляет собой металлический каркас, облицованный трехслойными панелями с несгораемым утеплителем из матов базальтового волокна. Блок-бокс может содержать отопительное и вентиляционное оборудование, систему загазованности, систему охранно-пожарной сигнализации и пожаротушения.
Заявляемое устройство поясняется чертежами:
Фиг. 1 — установка осушки газа (принципиальная схема)
Фиг. 2 — адсорбер (вид спереди, продольное сечение адсорбера).
Установка осушки газа содержит две параллельно установленные группы адсорберов 3 и 4, линию входа газа 1, линию выхода осушенного газа 2, линию сброса продуктов регенерации 22. В каждую группу адсорберов 3 (4) входит по два адсорбера 7.
Так же, в установку дополнительно включено устройство для создания вакуума 8 (вакуум-насос), к которому подключена каждая группа адсорберов.
Каждая группа адсорберов 3 (4) герметично подключена к линии входа 1 и выхода газа 2, и к устройству для создания вакуума 8 с возможностью одновременного переключения одной группы адсорберов в режим адсорбции, а другой группы в режим регенерации посредством переключения электроприводных кранов  К2, К3, К4, К7, К8, К10, К11.
Каждый адсорбер 7 представляет собой вертикально расположенный цилиндрический корпус 10, наполненный гранулированным адсорбентом 9 с верхним 11 и нижним днищем 12, с входным 13 и выходным патрубком 14, каждый входной патрубок 13 герметично соединен с газопроводом входа газа 1, а каждый выходной патрубок 14 герметично соединен с газопроводом для выхода газа 2. Патрубки размещены на боковой стенке адсорбера, входной патрубок 13 в верхней части корпуса, что обеспечивает подачу газа сверху вниз, а выходной патрубок 14 в нижней части корпуса. Входные и выходные патрубки выполнены на штуцер-ниппельном соединении 18. Внутри входного и выходного патрубка 13 (14) размещены фильтрующие элементы 15, препятствующие выносу адсорбента за пределы адсорбера. Фильтрующий элемент 15 выполнен в виде перфорированного цилиндра, который обеспечивает равномерное распределение потока газа в адсорбере.
В верхнем днище предусматривается заглушка 16 на резьбовом соединении для загрузки адсорбента 9 в адсорбер 7. В заглушке 16 верхнего днища 11 предусматривается монтажное отверстие для подключения датчика температуры поглотителя ДТ1 (или ДТ2) в одном баллоне и датчика давления газа ДД1 (или ДД2) в другом баллоне одной группы адсорберов. Так же в верхнем днище 11 предусматривается установка рым-болта с кольцом 27 для удобства демонтажа баллона.
В нижнем днище 12 предусматривается заглушка 17 на резьбовом соединении, для выгрузки адсорбента 9 из адсорбера 7.
Корпус с внешней стороны снабжен нагревательным элементом 19 по типу греющего кабеля или электрической нагревательной ленты с наружной теплоизоляцией 20. Каждый нагревательный элемент может быть выполнен в виде подключенной к источнику питания обмотанной вокруг корпуса адсорбера спирали или в виде змейки, что обеспечивает равномерный нагрев корпуса по всей длине. Шаг спирали зависит от длины корпуса и линейной мощности нагревательного элемента.
Каждый адсорбер 7 снабжен датчиком температуры ДТ3, ДТ4, ДТ5, ДТ6 нагревательного элемента 19 для контроля предельных рабочих температур и работоспособности греющего элемента и подключен к блоку управления 23.
В качестве гранулированного адсорбента 9 использован цеолит NaA.
На линии подачи импульсного газа 2 после каждой группы адсорберов дополнительно предусматривается установка дросселирующего устройства 25.
Заявляемое устройство содержит блок управления 23 и датчик влажности 24, подключенный к линии выхода газа 2 и блоку управления 23.
Блок управления 23 выполнен с возможностью автоматического управления работой нагревательных элементов 19 и средства для создания вакуума 8 посредством сигнала от датчика влажности 24.
На входе средства для создания вакуума 8 установлен предохранительный клапан 26 для предотвращения попадания высокого давления в линию с вакуум-насосом, при срабатывании клапана 26 газ с высоким давлением сбрасывается на свечу С1.
Выход средства для создания вакуума 8 соединен с ёмкостью для сбора конденсата 21, подключенной к линии выхода продуктов регенерации 22. Влага из газа, попадая в ёмкость для сбора конденсата 21 конденсируется, а газ сбрасывается на свечу С2.
Принцип работы заявляемого устройства заключается в следующем.
Газ по линии входа 1 поступает в первую группу адсорберов 3 через верхний входной патрубок 13 адсорбера 7. Проходя слой адсорбента 9, очищается от паров влаги и выходит снизу через выходной патрубок 14. Фильтрующие элементы 15 способствуют равномерному распределению газа в баллоне и препятствуют выносу адсорбента из адсорбера. При этом вторая группа адсорберов находится в нерабочем положении. Направление потока газа осуществляется посредством автоматического открытия кранов К2 и К4 и закрытия кранов К7, К11 по сигналу блока управления 23.
При сигнале с анализатора влажности 24 о повышении точки росы, в работу включается вторая группа 4 адсорберов, а первая группа 3 переходит в режим регенерации. Перед началом регенерации с баллонов 7 сбрасывается высокое давление на свечу С2 посредством открытия крана К9. Процесс регенерации начинается по сигналу с анализатора 24 на блок управления 23. Далее, по команде с блока управления 23, включаются греющие кабели 19. Контроль работоспособности греющих кабелей 19 осуществляется по датчикам температуры ДТ3, ДТ4. Температура цеолита внутри баллонов контролируется датчиком температуры ДТ1. По достижении цеолитом температуры 150°С открываются краны К10 и К13, вакуум-насос 8 создает отрицательное давление, и цеолит начинает отдавать влагу, регенерируя. Влага из газа, попадая в ёмкость для сбора конденсата 21 конденсируется, а газ сбрасывается на свечу С2. Для слива конденсата используется кран К14.
Процесс регенерации осуществляется в течении 2-х часов, после чего нагревательные элементы 19 выключаются по команде блока управления 23, а через 20 минут отключается вакуум-насос 8. Далее первая группа адсорберов переходит в режим проверки, соответствующий осушке газа, для чего по команде с блока управления 23, открываются краны К2, К4. Анализатор влажности 24 отслеживает значение точки росы на выходе установки и передает показания на блок управления 23. После проведения проверки, в случае положительного результата, краны К2, К4 закрываются .
После процесса регенерации адсорберы 7 первой группы 3 готовы к процессу осушки газа, который начнется по сигналу с анализатора влажности 24.
В это время датчик влажности 24 регистрирует показания влажности во второй группе адсорберов 4, работающей в режиме осушки. При достижении предельного значения влажности адсорбентов 9 второй группы адсорберов 4 датчик влажности 24 подаёт сигнал на блок управления 23 на переключение второй группы 4 в режим регенерации.
Вторая группа адсорберов 4 в режиме осушки работает следующим образом. Газ по линии входа 1 поступает во вторую группу адсорберов 4 через верхний входной патрубок 13 адсорбера 7. Проходя слой адсорбента 9, очищается от паров влаги и выходит снизу через выходной патрубок 14. Фильтрующие элементы 15 способствуют равномерному распределению газа в баллоне и препятствуют выносу адсорбента из адсорбера. При этом первая группа адсорберов 3 находится в режиме ожидания. Направление потока газа осуществляется посредством автоматического открытия кранов К7 и К11 и закрытия кранов К2, К4 и К8 по сигналу блока управления 23.
При сигнале с анализатора влажности 24 о повышении точки росы, в работу включается  вторая группа 4 адсорберов, а первая группа 3 переходит в режим регенерации. Перед началом регенерации с баллонов 7 сбрасывается высокое давление на свечу С2 посредством открытия крана К9. Процесс регенерации начинается по сигналу с анализатора  влажности 24 на блок управления 23. Далее, по команде с блока управления 23, включаются греющие кабели 19. Контроль работоспособности греющих кабелей 19 осуществляется по датчикам температуры ДТ3, ДТ4. Температура цеолита внутри баллонов контролируется датчиком температуры ДТ1. По достижении цеолитом температуры 150°С открываются краны К10 и К13, вакуум-насос 8 создает отрицательное давление, и цеолит начинает отдавать влагу, регенерируя. Влага из газа, попадая в ёмкость для сбора конденсата 21 конденсируется, а газ сбрасывается на свечу С2. Для слива конденсата используется кран К14.
Заявляемое устройство обладает рядом отличительных признаков, которые позволяют повысить эффективность регенерации, производительность установки, обеспечивают непрерывность работы, повышают срок службы адсорберов и приводят к уменьшению энергозатрат.
Наличие новых отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели патентоспособности «новизна».
Заявляемое устройство может быть выполнено с помощью доступных средств, материалов и методов, что свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности «промышленная применяемость».