ГЕНЕРАТОР АЗОТА

Полезная модель относится к системам генерирования инертной газовой среды из азота для создания безопасных условий труда и обеспечения технологических процессов в нефтедобывающей, газовой, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, лакокрасочной, фармацевтической и пищевой промышленности, а также к системам, используемым для защиты объектов различного назначения от загорания и для подавления очагов открытого огня.
В настоящее время используются различные системы для генерирования инертной среды из азота.
Известен генератор азота, содержащий теплоизолированную емкость с жидким азотом, испаритель жидкого азота и форсунки для формирования газового облака (см. авторское свидетельство СССР 1465601, А62С 3/02 от 15.03.1989). Генераторы азота данного типа имеют ограниченные возможности, определяемые запасом азота в криогенной емкости или в ином аккумуляторе. Использование емкости с запасом криогенной жидкости или газа высокого давления делает подобный генератор азота потенциально опасным, так как при внешнем нагреве, например, при наличии близко расположенных очагов пламени давление в емкости может превысить предельно допустимое и емкость разрушится с образованием осколков.
Наиболее близким к предложенному изобретению является генератор азота для создания инертной технологической газовой среды, описанный в заявке РСТ WO 02/26359 А1, B01D 53/22 от 04.04.2002. Известный генератор азота содержит входной нагнетательный блок, оснащенный компрессором, к выходу которого через рефрижераторный охладитель и блок фильтрации подключен газоразделительный блок с полупроницаемой мембраной, выходной нагнетательный блок повышения давления очищенного азота, подсоединенный к надмембранной полости газоразделительного блока, и систему управления и контроля, включающую в себя датчики загрязнения очищенного азота кислородом. Генераторы азота с полупроницаемыми мембранами могут вырабатывать защитную среду сколь угодно долго при условии подачи в надмембранную полость газа с соответствующими температурой и давлением.
Недостатком описываемого генератора является то, что он не обеспечивает оптимальную температуру газа, подающегося в фильтроэлементы и в надмембранную полость газоразделительного блока. А так же недостатком описываемого генератора является отсутствие в блоке фильтрации эффективной системы удаления воды в виде пара и капель из сжатого воздуха поступающего в мембраны, что со временем приводит к закупорке газоразделительной мембраны и снижению ее эффективности.
Задачей настоящей полезной модели является разработка генератора азота для создания инертной технологической газовой среды, обеспечивающего во первых эффективное удаление из сжатого воздуха значительного количества влаги, а во вторых увеличение ресурса и эффективности фильтроэлементов, установленных в воздушной линии, за счет значительного снижения температуры проходящего через них воздуха и одновременного обеспечения оптимальной работы газоразделительного блока, за счет подогрева воздуха перед подачей его в мембраны с использованием излишков тепла сжимаемого компрессором воздуха.
Поставленные задачи достигаются тем, что генератор азота для создания инертной технологической газовой среды, содержащий входной нагнетательный блок, рефрижераторный охладитель соединенный с ним блок фильтрации и газоразделительный блок с полупроницаемой мембраной, снабжен дополнительным 2-х поточным рекуперативным противоточным теплообменником, установленным между блоком фильтрации и газоразделительным блоком, причем входной нагнетательный блок соединен с рефрижераторным охладителем через дополнительный 2-х поточный рекуперативный противоточный теплообменник.
При этом, после прохождения простого теплобменника поток воздуха попадает в противоточный теплообменник далее в рефрижераторный охладитель, далее в систему фильтрации, затем поступает опять в противоточный теплообменник но в другую его полость и далее поступает в газоразделительную мембрану.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная пневматическая схема генератора.
Генератор содержит компрессор 1 соединенный с первичным простым теплообменником 2, выход первичного теплообменника соединен с нагревательной полостью перекрестного теплообменника 3, далее имеется первичный влаоотделитель 4, выход первичного влагоотделителя 4 соединен со входом теплообменника рефрижераторного охладителя 5, теплообменник 5 имеет замкнутый холодильный контур 6. Выход теплообменника 5 через блок фильтров поз. 7, 8, 9 связан с охлаждающей полостью теплообменника 3 и далее с газоразделительным мембранным блоком 10, из которого азот подается потребителю.
Сжатый воздух, после сжатия маслозаполненным компрессором 1 и прохождения через первичный теплообменник 2, имеет более высокую температуру по сравнению с окружающей атмосферой (не менее, чем на 10-15С°), 100%-ную влажность, содержит пары и отдельные капли воды и масла, что является не допустимым для его использования в процессе мембранного газоразделения. Для дополнительного охлаждения далее воздух поступает в нагревательную полость противоточного рекуперативного теплообменника 3, где отдает часть своего тепла воздуху проходящему через охлаждающую полость теплообменника 3 и понижает свою температуру до 15-20С, выпадающая при таком охлаждении воздуха капельная влага удаляется влагоотделителем 4. Далее воздух попадает в теплообменник рефрижераторного охладителя 5, где охлаждается до температуры 1-3С и где происходит дальнейшее выпадение и удаление капельной влаги. В теплообменнике 5 охлаждение в сжатого воздуха осуществляется хладагентом, циркулирующим в замкнутом холодильном контуре 6 (включающем компрессорно-кондесаторный агрегат, дроссель и т.п.). Затем воздух попадает очистку в блок фильтров. Блок фильтров включает:
- фильтр грубой очистки 7 для очистки от твердых механических частиц и капельных влаги и масла, который обеспечивает очистку сжатого воздуха от частиц пыли размером до 1 мкм, а влаги и масла до 0,1 мг/м3;
- фильтр тонкой очистки 8 для очистки от твердых механических частиц и аэрозолей, который обеспечивает очистку сжатого воздуха от частиц пыли размером до 0,01 мкм, а влаги и масла до 0,01 мг/м3;
- угольный фильтр 9 для очистки от паров масла и запахов, который обеспечивает остаточное содержание масла не более 0,003 мг/м3.
Удаление влаги и масла в жидкой фазе из влагоотделителя 4, теплообменника 5, фильтров 7 и 8, собирающихся в их нижней части, периодически осуществляется через соответствующие автоматические конденсатоотводчики 11, 12, 13 и 14. При охлаждении сжатого воздуха происходит дальнейшая конденсация паров влаги, масла и других летучих компонентов. После охлаждения в 2-х поточном рекуперативном противоточном теплообменнике 5 и отделения в нем основного объема конденсата холодный сжатый воздух, с температурой +3-+5С°, поступает на очистку в блок фильтров. Блок фильтров включает:
- фильтр грубой очистки 7 для очистки от твердых механических частиц и капельных влаги и масла, который обеспечивает очистку сжатого воздуха от частиц пыли размером до 1 мкм, а влаги и масла до 0,1 мг/м3;
- фильтр тонкой очистки 8 для очистки от твердых механических частиц и аэрозолей, который обеспечивает очистку сжатого воздуха от частиц пыли размером до 0,01 мкм, а влаги и масла до 0,01 мг/м3;
- угольный фильтр 9 для очистки от паров масла и запахов, который обеспечивает остаточное содержание масла не более 0,003 мг/м3.
Благодаря низкой температуре сжатого воздуха (около 3°C) поступающего в фильтры, качество его очистки в фильтрах более высокое, чем при температурах обычно имеющих место при стандартно принятой схеме очистки после компрессоров (35-45°C), особенно в угольном фильтре 9 при удалении паров масла.
После прохождения блока фильтров сжатый воздух, очищенный от механических частиц, капельной влаги, паров масла и запахов, поступает в холодильную полость противоточного теплообменника 3, где подогревается до температуры +35-+45 С° (оптимальной для разделения в мембранных модулях) потоком горячего сжатого воздуха, поступающего из теплобменника 2. Благодаря дополнительному подогреву относительная влажность сжатого очищенного воздуха еще понижается, что является дополнительной защитой от образования конденсата при дальнейшем движении воздуха по трубопроводу к мембранным модулям и в самих мембранных модулях, даже в пусковой период, когда они имеют температуру окружающей среды
После подогрева в теплообменнике 3 сжатый очищенный воздух, поступает в мембранные модули 10.
Описанная схема генератора обеспечивает эффективное удаление из сжатого воздуха значительного количества влаги, увеличение ресурса и эффективности фильтроэлементов, установленных в воздушной линии, за счет значительного снижения температуры проходящего через них воздуха, а так же обеспечивает оптимальную работу газоразделительного блока, за счет использования излишков тепла сжимаемого компрессором воздуха для подогрева воздуха перед подачей его в мембраны с, без применения дополнительного электроподогрева.