АЗОТНАЯ КОМПРЕССОРНАЯ СТАНЦИЯ СДА-50/25

Область техники.
Заявляемое техническое решение относится к компрессорной технике и может быть использовано в азотных компрессорных станциях, преимущественно передвижных, для получения из атмосферного воздуха инертной газовой смеси на основе азота и подачи ее потребителю при выполнении технологических операций в нефтедобыче, в газовой и других отраслях промышленности, а также при пожаротушении.
Предшествующий уровень техники.
Известен, например, генератор азота (патент РФ №135268 на полезную модель, МПК B01D 53/00, 2013, [1]). Как и в заявляемом техническом решении указанный аналог [1] содержит компрессор, систему подготовки воздуха и газоразделительный блок. При этом выход воздуха компрессора соединен со входом системы подготовки воздуха.
У указанного аналога [1] система подготовки воздуха содержит подогреватель, выход воздуха которого соединен со входом газоразделительного блока.
Недостатком указанного аналога [1] является его малая производительность.
Ближайшим аналогом заявляемого технического решения является передвижная азотная компрессорная станция (патент РФ №114489 на полезную модель, МПК F04B 41/00, F04B 45/00, 2012, [2]). Как и в заявляемом техническом решении указанный аналог [2] содержит первый и второй силовые приводы, первый и второй компрессоры, газоразделительный блок. При этом выход воздуха промежуточной ступени первого компрессора соединен с первой системой очистки и осушки воздуха, а выход воздуха второго компрессора соединен со второй системой очистки и осушки воздуха.
У указанного аналога [2] выходы воздуха систем очистки и осушки воздуха соединены с газоразделительным блоком через ресивер.
Недостатком указанного аналога [2] является то, что вход газоразделительного блока соединен с выходом ресивера, в котором объединяются потоки сжатого воздуха из первого и второго компрессоров. Таким образом на вход газоразделительного блока поступает общий поток воздуха. В этом случае если газоразделительный блок выйдет из строя, то станция прекратит свою работу. Кроме того при такой схеме станции невозможно обеспечить половину от производительности по азоту.
Раскрытие заявляемого технического решения.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым техническим решением, является повышение производительности и надежности азотной компрессорной станции.
Другим техническим результатом является обеспечение возможности работы азотной компрессорной станции в двух режимах: с максимальной производительностью и с половиной от максимальной производительности.
Сущность заявленного технического решения состоит в том, что азотная компрессорная станция содержит первый и второй компрессоры, первую и вторую системы подготовки воздуха, первый газоразделительный блок. При этом выход воздуха первого компрессора соединен со входом воздуха первой системы подготовки воздуха. Выход воздуха первой системы подготовки воздуха соединен со входом воздуха первого газоразделительного блока. При этом выход воздуха второго компрессора соединен со входом воздуха второй системы подготовки воздуха. Отличается тем, что
- первый и второй компрессоры одинаковые;
- выход воздуха второй системы подготовки воздуха соединен со входом второго газоразделительного блока;
- выход азота первого газоразделительного блока соединен с первым запорным клапаном, а выход азота второго газоразделительного блока соединен со вторым запорным клапаном.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков всех заявленных технических результатов.
В частных случаях допустимо выполнять техническое решение следующим образом.
Компрессоры преимущественно выполнены винтовыми двухступенчатыми.
Станция предпочтительно содержит дизельные приводы компрессоров.
Первая система подготовки воздуха может содержать соединенные последовательно первый ресивер-маслоотделитель, первый охладитель, первый сепаратор, первый фильтр грубой очистки, первый микрофильтр, первый угольный фильтр и первый подогреватель.
Вход масла первого подогревателя предпочтительно соединен с выходом масла первого ресивера-маслоотделителя. При этом выход масла первого подогревателя соединен с масляной системой первого компрессора.
Вторая система подготовки воздуха может содержать соединенные последовательно второй ресивер-маслоотделитель, второй охладитель, второй сепаратор, второй фильтр грубой очистки, второй микрофильтр, второй угольный фильтр и второй подогреватель.
Вход масла второго подогревателя предпочтительно соединен с выходом масла второго ресивера-маслоотделителя. При этом выход масла второго подогревателя соединен с масляной системой второго компрессора.
Автором заявленного технического решения изготовлен опытный образец этого решения, испытания которого подтвердили достижение технического результата.
Краткое описание чертежей.
На фигуре показана пневматическая схема азотной компрессорной станции.
Осуществление технического решения.
Азотная компрессорная станция содержит две одинаковые независимые линии производства сжатого азота. За счет этого повышается производительность и надежность азотной станции. Первая линия производства сжатого азота содержит первый компрессор (1) с приводом (2), первый впускной фильтр (3), первую систему подготовки сжатого воздуха и первый газоразделительный блок (4). Вторая линия производства сжатого азота содержит второй компрессор (5) с приводом (6), второй впускной фильтр (7), вторую систему подготовки сжатого воздуха и второй газоразделительный блок (8).
Компрессоры (1, 5) предназначены для сжатия атмосферного воздуха с целью создания движущей силы процесса мембранного разделения воздуха на составляющие компоненты. Компрессоры (1, 5) одинаковые, и предпочтительно выполнены винтовыми двухступенчатыми.
Приводы (2, 6) компрессоров (1, 5) предпочтительно выполнены в виде дизельных двигателей. Валы приводов (2, 6) соединены с валами компрессоров (1, 5) посредством эластичных муфт.
Первый и второй впускные фильтры (3, 7) размещены на входах воздуха компрессоров (1, 5).
Первая система подготовки воздуха содержит соединенные последовательно первый ресивер-маслоотделитель (9), первый охладитель (10), первый сепаратор (11), первый фильтр грубой очистки (12), первый микрофильтр (13), первый угольный фильтр (14) и первый подогреватель (15). Вход первой системы подготовки воздуха соединен с выходом воздуха первого компрессора (1).
Вторая система подготовки воздуха содержит соединенные последовательно второй ресивер-маслоотделитель (16), второй охладитель (17), второй сепаратор (18), второй фильтр грубой очистки (19), второй микрофильтр (20), второй угольный фильтр (21) и второй подогреватель (22). Вход второй системы подготовки воздуха соединен с выходом воздуха второго компрессора (5).
Ресиверы-маслоотделители (9, 16) предназначены для отделения основной части масла от сжатого газа. Вход воздуха первого ресивера-маслоотделителя (9) является входом воздуха первой системы подготовки воздуха. Вход воздуха второго ресивера-маслоотделителя (16) является входом воздуха второй системы подготовки воздуха.
Охладители (10, 17) предназначены для охлаждения сжатого и нагретого компрессорами (1, 5) воздуха.
Сепараторы (11, 18) предназначены для удаления конденсата и механических примесей из охлажденного в охладителях (10, 17) воздуха.
Фильтры грубой очистки (12, 19) предназначены для очистки воздушного потока от мелких механических примесей, масляных аэрозолей и капельной жидкости.
Микрофильтры (13, 20) предназначены для отделения не задержанных фильтрами грубой очистки (12, 19) микрочастиц влаги и масла в виде очень мелкой аэрозоли.
Угольные фильтры (14, 21) предназначены для адсорбции паров масла и жидкости, не сконденсированных в охладителях (10, 17) и не задержанных в сепараторах (11, 18), фильтрах грубой очистки (12, 19) и микрофильтрах (13, 20).
Подогреватели (15, 22) представляют собой воздушно-масляные теплообменники и предназначены для увеличения температуры сжатого воздуха до значения, соответствующего оптимальному значению при газоразделении. Диапазон оптимальных значений температур воздуха составляет от +50°С до +65°С. Вход воздуха первого подогревателя (15) соединен байпасным трубопроводом с выходом воздуха первого угольного фильтра (14). Вход воздуха второго подогревателя (22) соединен байпасным трубопроводом с выходом воздуха второго угольного фильтра (21).
Вход масла первого подогревателя (15) соединен с выходом масла первого ресивера-маслоотделителя (9). Выход масла первого подогревателя (15) соединен с масляной системой первого компрессора (1).
Вход масла второго подогревателя (22) соединен с выходом масла второго ресивера-маслоотделителя (16). Выход масла второго подогревателя (22) соединен с масляной системой второго компрессора (5).
Газоразделительные блоки (4, 8) предназначены для получения азота из воздуха. Каждый газоразделительный блок (4, 8) содержит картриджи с полимерными половолоконными мембранами. Кроме того каждый газоразделительный блок (4, 8) содержит выход азота и выход газа с высоким содержанием кислорода - пермеат.
Вход воздуха первого газоразделительного блока (4) соединен с выходом воздуха первой системы подготовки воздуха. Вход воздуха второго газоразделительного блока (8) соединен с выходом воздуха второй системы подготовки воздуха.
Выход азота первого газоразделительного блока (4) соединен с первым запорным клапаном (23). Выход азота второго газоразделительного блока (8) соединен со вторым запорным клапаном (24).
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1. Основные параметры и характеристики азотной компрессорной станции (табл. 1).
Пример 2. Между первым газоразделительным блоком (4) и первым запорным клапаном (23) установлены параллельно друг другу первый нагрузочный и вентиль (25) и второй нагрузочный вентиль (26). Между вторым газоразделительным блоком (8) и вторым запорным клапаном (24) установлены параллельно друг другу третий нагрузочный вентиль (27) и четвертый нагрузочный вентиль (28). Вышеуказанные нагрузочные вентили (25, 26, 27, 28) предназначены для регулировки давления на входе в газоразделительные блоки (4, 8).
Реализация заявляемого технического решения не ограничивается приведенными выше примерами.
Описание работы.
Азотная компрессорная станция работает в двух режимах.
В первом режиме работает первый или второй компрессор. В этом режиме подача станции составляет составляет половину от максимальной.
Если работает первый компрессор (1), то первый запорный клапан (23) открыт, а второй запорный клапан (24) закрыт.
Первый компрессор (1) приводится дизельным двигателем (2) через эластичную муфту. Компрессор (1) всасывает атмосферный воздух через первый впускной фильтр (3) и затем сжимает. При этом сжимаемый воздух смешивается с маслом. Затем масловоздушная смесь имеющая температуру 100-120°С поступает в соответствующую систему подготовки сжатого воздуха перед газоразделением. В вышеупомянутой системе масловоздушная смесь поступает в сепаратор-маслоотделитель (9), где основная часть масла задерживается фильтрующим элементом. После этого сжатый горячий воздух поступает на охлаждение в охладитель (10). В охладителе (10) сжатый воздух максимально охлаждается. При этом в сжатом воздухе выпадает большое количество капельной влаги - конденсата. Далее, сжатый воздух проходит осушку и очистку в сепараторе-влагоотделителе (11), фильтре грубой очистки (12), микрофильтре (13) и угольном фильтре (14). После угольного фильтра (14) сжатый очищенный воздух нагревается в подогревателе (15) до температуры соответствующей оптимальному значению при газоразделении. Затем подогретый воздух поступает в газоразделительный блок (4). Регулировка степени подогрева сжатого воздуха в подогревателе (15) осуществляется с помощью запорных клапанов, установленных после первого угольного фильтра (14) и первого подогревателя (15). В первом газоразделительном блоке (4) происходит разделение потока сжатого воздуха на два: поток газов с высоким содержанием кислорода - пермеат, и поток газов, обогащенных азотом. Разделение газов происходит за счет различных коэффициентов проницаемости азота и кислорода через полимерную мембрану. Движущей силой разделения является разность парциальных давлений газов на мембране. Поток газов, проникших через мембрану - пермеат, находится при атмосферном давлении. Не проникшая через мембрану инертная газовая смесь на основе азота находится под давлением выше атмосферного. Пермеат с выхода пермеата сбрасывается в атмосферу. Поток газов обогащеных азотом с выхода азота подается потребителю через первый запорный клапан (23).
Когда работает второй компрессор (5), то открыт второй запорный клапан (24), а первый запорный клапан (23) закрыт.При этом поток газов обогащеных азотом с выхода азота второго газоразделительного блока (8) подается потребителю через второй запорный клапан (24).
Во втором режиме работают параллельно обе линии производства сжатого азота. При этом первый и второй запорные клапаны (23, 24) открыты. В этом режиме поток газов обогащеных азотом поступает через вышеуказанные клапаны (23, 24) в общий коллектор и затем потребителю. В этом режиме производительность азотной компрессорной станции максимальная.
Промышленная применимость.
Заявляемое техническое решение реализовано с использованием промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть изготовлено на любом машиностроительном предприятии и найдет широкое применение в области химической, угольной и горнодобывающей промышленности, областях добычи, переработки, транспортировки и сбыта нефтяных и газовых продуктов.