Передвижная азотная компрессорная станция

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к установкам для получения из атмосферного воздуха газовой смеси с высоким содержанием азота. Заявляемая передвижная азотная компрессорная станция используется при производстве работ по освоению и ремонту нефтяных скважин, подачи сжатого газа в качестве источника энергии для технологических процессов, ремонте и испытании трубопроводов, снабжении сжатым газом пневматического инструмента и других целей в различных отраслях промышленности.
Предшествующий уровень техники.
В известных передвижных азотных компрессорных станциях управление компрессором и управление силовым приводом происходит отдельными, независимыми друг от друга блоками управления. При этом оператор станции, наблюдая за показаниями измерительных приборов блока управления компрессором, может в ручном режиме управлять работой силового привода. В этом состоит недостаток известных станций.
Раскрытие полезной модели.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемой полезной моделью, является повышение надежности работы станции и увеличение ее ресурса за счет снижения времени реакции на аварийные ситуации, а именно, снижение времени от момента выхода контролируемого параметра станции за пределы допустимых значений до останова силового привода.
Сущность полезной модели состоит в том, что передвижная азотная компрессорная станция содержит шасси транспортного средства, силовой привод и капот, под которым размещены поршневой многоступенчатый компрессор, воздушный фильтр, выход которого соединен со входом упомянутого компрессора, охладитель и газоразделительный блок, при этом выход промежуточной ступени упомянутого компрессора соединен со входом охладителя, выход охладителя соединен со входом газоразделительного блока через фильтры, а выход газоразделительного блока соединен со входом следующей за промежуточной ступенью упомянутого компрессора,
при этом станция снабжена релейным блоком управления, содержащим:
- средства измерения параметров станции, среди которых манометры, измерительные входы которых пневматически связаны, соответственно, с выходами каждой ступени компрессора, со входом газоразделительного блока, термометры манометрические, измерительные входы которых пневматически связаны, соответственно, с выходами каждой ступени компрессора, с выходом газоразделительного блока, газоанализатор концентрации кислорода, измерительный вход которого пневматически соединен с выходом газоразделительного блока;
- блок реле управления силовым приводом;
при этом сигнальные выходы средств измерения параметров станции соединены с управляющим входом блока реле управления силовым приводом с возможностью отключения силового привода при выходе какого-либо из параметров станции за пределы допустимых значений.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения, обеспечивающих достижение заявленного технического результата.
Вышеуказанная реализация блока управления, способного автоматически останавливать силовой привод при детектировании аварийной ситуации в работе компрессора приводит к достижению технического результата.
Силовой привод может быть выполнен в виде электродвигателя, при этом релейный блок управления дополнительно содержит частотный преобразователь.
Манометры предпочтительно выполнены с возможностью индикации измеряемого давления, термометры манометрические предпочтительно выполнены с возможностью индикации, измеряемых давления и температуры.
Релейный блок управления целесообразно снабжать выключателем, соединенным с блоком реле управления силовым приводом.
Релейный блок управления желательно дополнительно снабжать выносным пультом управления, снабженным индикатором и выключателем, при этом индикатор соединен с сигнальными выходами средств измерения параметров станции с возможностью индикации выхода какого-либо из параметров станции за пределы допустимых значений, а выключатель соединен с блоком реле управления силовым приводом.
Краткое описание чертежей.
На фиг. 1 показана схема передвижной азотной компрессорной станции; на фиг. 2 - схема станции по примеру 12.
Осуществление полезной модели.
Передвижная азотная компрессорная станция (фиг. 1) содержит шасси транспортного средства, капот, силовой привод (1), поршневой многоступенчатый компрессор (3), воздушный фильтр (2), охладитель (4), вихревой сепаратор (5), регулирующий клапан (не показан), фильтр грубой очистки (6), фильтр тонкой очистки (7), фильтр сверхтонкой очистки (8) и газоразделительный блок высокого давления (9).
Станция также содержит релейный блок управления, конструктивно размещенный в шкафу управления. Блок управления содержит блок реле управления силовым приводом (пуск и остановка силового привода), а также средства измерения параметров станции, среди которых:
2
- манометр, показывающий сигнализирующий ДМ2010СгУ2 от 0 до 6 кгс/см (на панели приборов шкафа управления), измерительный вход которого пневматически связан с трубопроводом нагнетания (выходом) I ступени компрессора;
2
- манометр, показывающий сигнализирующий ДМ2010СгУ2 от 0 до 16 кгс/см (на панели приборов шкафа управления), измерительный вход которого пневматически связан с трубопроводом нагнетания II ступени компрессора;
2
- манометр, показывающий сигнализирующий ДМ2010СгУ2 от 0 до 25 кгс/см (на панели приборов шкафа управления), измерительный вход которого пневматически связан с трубопроводом нагнетания III ступени компрессора;
2
- манометр, показывающий сигнализирующий ДМ2010СгУ2 от 0 до 60 кгс/см (на панели приборов шкафа управления), измерительный вход которого пневматически связан с трубопроводом перед газоразделительным блоком компрессора (со входом газоразделительного блока);
2
- манометр, показывающий сигнализирующий ДМ2010СгУ2 от 0 до 160 кгс/см (на панели приборов шкафа управления), измерительный вход которого пневматически связан с трубопроводом нагнетания IV ступени компрессора;
2
- манометр, показывающий сигнализирующий ДМ2010СгУ2 от 0 до 400 кгс/см (на панели приборов шкафа управления), измерительный вход которого пневматически связан с трубопроводом нагнетания V ступени компрессора (если компрессор содержит пятую ступень);
- манометр, показывающий с сильфонным разделителем МТП-60С1-М1 от 0 до 1,6 МПа (на панели приборов шкафа управления), измерительный вход которого пневматически связан с трубопроводом смазки механизма движения;
- манометр, показывающий с сильфонным разделителем МТП-60С1-М1 от 0 до 1,6 МПа (на панели приборов шкафа управления), измерительный вход которого пневматически связан с трубопроводом охлаждения компрессора;
- манометр, показывающий МТП-3М от 0 до 160 (на трубопроводе после газоразделительного блока перед нагрузочным вентилем), измерительный вход которого пневматически связан с трубопроводом всасывания IV ступени компрессора;
2
- манометр избыточного давления, показывающий МП3-УУ2 от 0 до 400 кгс/см (на минипанели приборов на выходе станции), измерительный вход которого пневматически связан с трубопроводом нагнетания в сети потребителя (после нагрузочного вентиля) станции;
2
- манометр избыточного давления, показывающий МП3-УУ2 от 0 до 400 кгс/см (на минипанели приборов на выходе станции), измерительный вход которого пневматически связан с трубопроводом нагнетания станции (до нагрузочного вентиля);
- термометр манометрический, показывающий сигнализирующий ТМ-2030 Сг-2 от 0 до 100°С (на панели приборов шкафа управления), измерительный вход которого пневматически связан с трубопроводом после газоразделительного блока (с выходом газоразделительного блока);
- термометр манометрический, показывающий сигнализирующий ТМ-2030 Сг-2 от 100 до 250°С (на панели приборов шкафа управления), измерительный вход которого пневматически связан с трубопроводом нагнетания I ступени компрессора;
- термометр манометрический, показывающий сигнализирующий ТМ-2030 Сг-2 от 100 до 250°С (на панели приборов шкафа управления), измерительный вход которого пневматически связан с трубопроводом нагнетания II ступени компрессора;
- термометр манометрический, показывающий сигнализирующий ТМ-2030 Сг-2 от 100 до 250°С (на панели приборов шкафа управления), измерительный вход которого пневматически связан с трубопроводом нагнетания III ступени компрессора,
- термометр манометрический, показывающий сигнализирующий ТМ-2030 Сг-2 от 100 до 250°С (на панели приборов шкафа управления), измерительный вход которого пневматически связан с трубопроводом нагнетания IV ступени компрессора;
- термометр манометрический, показывающий сигнализирующий ТМ-2030 Сг-2 от 100 до 250°С (на панели приборов шкафа управления), измерительный вход которого пневматически связан с трубопроводом нагнетания V ступени компрессора (при наличии этой ступени в компрессоре);
- термометр манометрический, показывающий виброустойчивый ТКП-60/3М2 от 0 до 120°С (на панели приборов шкафа управления), измерительный вход которого пневматически связан с трубопроводом смазки механизма движения компрессора;
- термометр манометрический, показывающий виброустойчивый ТКП-60/3М2 от 0 до 120°С (на панели приборов шкафа управления), измерительный вход которого пневматически связан с трубопроводом охлаждения компрессора;
- газоанализатор ПКГ-4/2-Щ-К-2Р-24 В для измерения концентрации кислорода в сжимаемом газе (на панели приборов шкафа управления), измерительный вход которого пневматически соединен с выходом газоразделительного блока через пробоотборное устройство.
Блок управления также имеет реле переключение режимов работы станции; световую и звуковую сигнализации при достижении предельных значений параметров работы станции; освещение пульта управления, капота станции и окружающего станцию пространства, реле управления предпусковым подогревом.
Питание блока управления осуществляется от автономного источника постоянного тока (аккумуляторной батареи) напряжением 24 В.
Капот предназначен для защиты подкапотного пространства станции от воздействия атмосферных осадков и повреждений.
Поршневой многоступенчатый компрессор (3) предназначен для сжатия и нагнетания атмосферного воздуха и продукта газоразделения (азот).
Воздушный фильтр (2) предназначен для предварительной очистки воздуха от механических примесей. Выход воздушного фильтра (2) соединен со входом поршневого многоступенчатого компрессора (3). Воздушный фильтр (2) преимущественно выполнен в виде воздушного ячейкового фильтра контактно-масляного типа.
Привод компрессора (3) осуществляется от силового привода (1).
Выход промежуточной предпоследней ступени поршневого многоступенчатого компрессора (3) соединен со входом охладителя (4).
Охладитель (4) предназначен для охлаждения сжатого нагретого воздуха. Выход охладителя (4) соединен со входом вихревого сепаратора (5).
Регулирующий клапан предназначен для регулирования расхода охлаждающей жидкости через охладитель и изменения, таким образом, температуры воздуха на выходе из охладителя и, соответственно, на входе в газоразделительный блок. При этом под клапаном понимается любое средство, предназначенное для обеспечения регулировки потока хладагента в системе охлаждения компрессора, в том числе вентили, задвижки и затворы.
Вихревой сепаратор (5) предназначен для удаления продуктов трения, механических примесей, капельных жидкости и масла из охлажденного в охладителе (4) воздуха. Выход вихревого сепаратора (5) соединен со входом фильтра грубой очистки (6).
Фильтр грубой очистки (6) предназначен для очистки воздушного потока от неотсепарированных в вихревом сепараторе (5) мелких механических примесей, масляных аэрозолей и капельной жидкости. Выход фильтра грубой очистки соединен со входом фильтра тонкой очистки (7).
Фильтр тонкой очистки (7) предназначен для отделения не задержанных фильтром грубой очистки (6) микрочастиц влаги и масла в виде очень мелкой аэрозоли. Выход фильтра тонкой очистки (7) соединен со входом фильтра сверхтонкой очистки (8).
Фильтр сверхтонкой очистки (8) предназначен для адсорбции паров масла и жидкости, не сконденсированных в охладителе (4) и не задержанных в вихревом сепараторе (5), фильтрах грубой (6) и тонкой (7) очистки. Выход фильтра сверхтонкой очистки соединен со входом газоразделительного блока высокого давления (9).
Газоразделительный блок высокого давления (9) предназначен для получения азота из атмосферного воздуха. Выход газоразделительного блока (9) соединен со входом последней ступени поршневого многоступенчатого компрессора (3). Газоразделительный блок высокого давления (9) содержит горизонтально или вертикально установленные мембранные модули высокого давления, рассчитанные на работу при давлении до 75 бар (7,5 МПа), и газоанализатор.
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1. Транспортное средство представляет собой автомобиль, прицеп или полуприцеп.
Пример 2. Силовой привод (1), поршневой многоступенчатый компрессор (3), охладитель (4), вихревой сепаратор (5), фильтр грубой очистки (6), фильтр тонкой очистки (7), фильтр сверхтонкой очистки (8) и газоразделительный блок высокого давления (9) смонтированы на раме, которая закреплена к шасси транспортного средства.
Пример 3. Капот выполнен съемным.
Пример 4. Силовой привод (1) выполнен газопоршневым.
Пример 5. Силовой привод (1) выполнен электрическим. При этом релейный блок управления дополнительно содержит частотный преобразователь.
Пример 6. Транспортное средство представляет собой автомобиль. С целью более эффективного использования силового привода (1) и снижения нагрузки на оси автомобиля, силовым приводом является силовой агрегат автомобиля.
Пример 7. Силовой привод (1) соединен с поршневым многоступенчатым компрессором (3) гидроприводом.
Пример 8. Поршневой многоступенчатый компрессор (3) выполнен четырехступенчатым, при этом выход третьей ступени поршневого многоступенчатого компрессора (3) соединен со входом охладителя (4), а выход газоразделительного блока (9) соединен со входом четвертой ступени поршневого многоступенчатого компрессора (3).
Пример 9. Поршневой многоступенчатый компрессор (3) выполнен пятиступенчатым, при этом выход четвертой ступени поршневого многоступенчатого компрессора (3) соединен со входом охладителя (4), а выход газоразделительного блока (9) соединен со входом пятой ступени поршневого многоступенчатого компрессора (3).
Пример 10. Поршневой многоступенчатый компрессор (3) выполнен шестиступенчатым, при этом выход пятой ступени поршневого многоступенчатого компрессора (3) соединен со входом охладителя (4), а выход газоразделительного блока (9) соединен со входом шестой ступени поршневого многоступенчатого компрессора (3).
Пример 11. Поршневой многоступенчатый компрессор (3) расположен в хвостовой части станции.
Пример 12. С целью снижения затрат энергии и повышения производительности поршневого многоступенчатого компрессора (3), между воздушным фильтром и входом поршневого многоступенчатого компрессора установлен турбонагнетатель или воздуходувка (10), в том числе промышленная вихревая воздуходувка, с избыточным давлением до 0,6 МПа (фиг.2). При этом турбонагнетатель или воздуходувка (10) могут быть соединены с силовым приводом с помощью гидропривода.
Пример 13. С целью уравновешивания поршневых сил, поршневой многоступенчатый компрессор (3) содержит уравнительные полости.
Пример 14. С целью отвода тепла от нагруженных деталей и поддержания оптимального температурного режима работающего поршневого многоступенчатого компрессора (3), передвижная азотная компрессорная станция содержит систему охлаждения поршневого многоступенчатого компрессора (3).
Пример 15. С целью удаления конденсата, скапливающегося при работе оборудования, передвижная азотная компрессорная станция содержит систему продувки.
Пример 16. С целью предпускового подогрева дизеля и компрессора в холодный период года, передвижная азотная компрессорная станция содержит систему подогрева станции, содержащую ТЭНы.
Пример 17. Дизельный силовой привод снабжен блоком охлаждения жидкости и масла.
Пример 18. Для обеспечения ручного пуска или останова силового привода релейный блок управления дополнительно снабжен выключателем, соединенным с блоком реле управления силовым приводом.
Пример 19. Для обеспечения ручного дистанционного пуска или останова силового привода релейный блок управления дополнительно снабжен выносным пультом управления, снабженным индикатором и выключателем, при этом индикатор соединен с сигнальными выходами средств измерения параметров станции с возможностью индикации выхода какого-либо из параметров станции за пределы допустимых значений, а выключатель соединен с блоком реле управления силовым приводом.
Реализация конструктивных элементов заявляемой полезной модели не ограничивается приведенными выше примерами.
Описание работы.
Передвижная азотная компрессорная станция приводится в действие дизельным силовым приводом (1). Атмосферный воздух поступает через воздушный фильтр (2) на вход поршневого компрессора (3) и сжимается в его промежуточных ступенях. После сжатия в промежуточных ступенях, горячий воздух охлаждается в охладителе (4). С помощью регулирующего клапана изменяют расход охлаждающей жидкости через охладитель. При уменьшении расхода эффективность охладителя снижается и воздух на выходе охладителя имеет несколько большую температуру. При выходе станции на рабочий режим это позволяет быстрее прогреть газоразделительный блок, то есть вывести его на рабочий режим газоразделения. После прогрева газоразделительного блока расход охлаждающей жидкости через охладитель увеличивают, увеличивая эффективность охладителя и приводя температуру воздуха на выходе охладителя к оптимальному значению для эффективного разделения воздуха на азот и остальные газы в газоразделителе. Далее при работе станции, когда требуется повысить ее производительность, но при этом допустимо снизить чистоту азота на выходе, увеличивают расход охлаждающей жидкости в охладителе. При этом эффективность охладителя повышается, температура воздуха на его выходе снижается. В газоразделительный блок поступает воздух, температура которого ниже оптимального значения. При этом концентрация азота на выходе газоразделительного блока снижается, но увеличивается количество газа на выходе газоразделительного блока, увеличивая производительность всей станции. При этом давление на выходе станции также повышается.
При охлаждении воздуха охладителем происходит конденсация содержащихся в воздухе паров жидкости. После охлаждения воздух поступает на вход вихревого сепаратора (5). В вихревом сепараторе (5) создается завихрение воздушного потока, при этом механические примеси, капли воды и масла отбрасываются центробежной силой на стенки сепаратора и стекают в его нижнюю часть, а воздух направляется в фильтр грубой очистки (6). В фильтре грубой очистки (6) происходит очистка воздуха от неотсепарированных в вихревом сепараторе (5) мелких механических примесей, масляных аэрозолей и капельной жидкости. После фильтра грубой очистки (6) поток воздуха поступает в фильтр тонкой очистки (7). В фильтре тонкой очистки (7) происходит дополнительная очистка воздуха от не задержанных в фильтре грубой очистки (6) микрочастиц влаги и масла в виде очень мелкой аэрозоли. С выхода фильтра тонкой очистки (7) воздух поступает в фильтр сверхтонкой очистки (8). Наполнитель фильтра сверхтонкой очистки (8) адсорбирует пары масла и жидкости, не сконденсированные в охладителе (4) и не задержанные в вихревом сепараторе (5), фильтрах грубой (6) и тонкой (7) очистки. Очищенный в фильтре сверхтонкой очистки (8) воздух поступает на вход газоразделительного блока высокого давления (9). В газоразделительном блоке высокого давления (9) происходит разделение потока сжатого воздуха на два: поток газов с высоким содержанием кислорода - пермеат, и поток газов, обогащенных азотом. Пермеат отводится в атмосферу, а поток газов, обогащенных азотом, поступает в последнюю ступень поршневого многоступенчатого компрессора (3) для дальнейшего сжатия и подачи потребителю.
Релейный блок управления на всем протяжении работы станции непрерывно измеряет параметры станции и автоматически отключает силовой привод при выходе измеряемого параметра за пределы значений, характеризующих нормальную работу станции. При этом, кроме автоматического управления силовым приводом, блок управления обеспечивает возможность ручного управления непосредственно с панели шкафа управления или с пульта дистанционного управления.
Промышленная применимость.
На предприятии-заявителе изготовлены опытные образцы заявленной передвижной азотной компрессорной станции, испытания которых подтвердили достижение технических результатов.
Заявляемая передвижная азотная компрессорная станция реализована с применением промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть собрана на машиностроительном предприятии и найдет широкое применение в химической, угольной и горнодобывающей промышленности, областях добычи, переработки, транспортировки и сбыта нефтяных и газовых продуктов.