ГАЗОСТРУЙНЫЙ КОМПРЕССОР ДЛЯ КОМПРИМИРОВАНИЯ И ОЧИСТКИ ГАЗОВ
GAS-JET COMPRESSOR FOR GAS COMPRESSION AND PURIFICATION

Изобретение относится к газоструйным компрессорам для эжектирования газов низкого давления рабочим газом высокого давления с целью повышения его давления, для очистки газов от «нежелательных» соединений с возможностью поддержания оптимального режима работы при изменениях давления (расхода) рабочего газа и может применяться во многих отраслях промышленности.
Известен газоструйный компрессор (Е.Я.Соколов, Н.М.Зингер. Струйные аппараты. Госэнергоиздат, M.: 1960, с.16), содержащий напорный патрубок или камеру рабочего газа с соплом, приемную камеру, камеру смешения и диффузор. Степень сжатия в таких аппаратах находится в пределах 4≥Рс/Рн≥1,2 (где Рс и Рн - давления сжатого и эжектируемого газа).
В представленной конструкции не предусмотрена возможность регулирования скорости в сопле при изменении давления в рабочем газе, подачи дополнительного жидкого реагента в приемную камеру. Например, для очистки-удаления из эжектируемого нефтяного газа сероводорода и меркаптанов с одновременным повышением его давления природным газом высокого давления.
Известен газоструйный компрессор, названный некорректно струйным насосом (Предварительный патент UZ N IDP 04411 «Струйный насос» / БИ, 2000, №4; «Газовая промышленность» №3, 2005, с.46), в напорном патрубке или в камере рабочего газа которого предусмотрен узел автоматического регулирования скорости рабочего газа через сопло, обеспечивающего эффективную работу газоструйного компрессора даже при значительном снижении давления рабочего газа. Для этого в камере рабочего газа размещен цилиндр с подпружиненным поршнем, обеспечивающим при изменении давления газа возвратно-поступательное движение иглы с наконечником вдоль оси сопла. При этом наконечник изменяет выходное сечение сопла.
Недостатками данного газоструйного компрессора являются сложность конструкции узла автоматического регулирования скорости рабочего газа через сопло, нарушение структуры потока рабочего газа в сопло, создаваемого толкателем, и отсутствие ввода жидкого реагента для удаления, при наличии, в эжектируемом газе «нежелательных» соединений. Поток рабочего газа может вызывать вибрацию консольно установленного по оси сопла иглы с наконечником и нарушать соосность наконечника и сопла.
Задачами изобретения являются:
- обеспечение работы газоструйного компрессора наряду с повышением давления эжектируемого низконапорного газа за счет высоконапорного рабочего газа, одновременное удаление из него «нежелательных» соединений обработкой распыленным жидким реагентом с последующим отделением из газа продуктов взаимодействия реагента с этими соединениями;
- более надежное в конструктивном отношении автоматическое обеспечение оптимальной скорости рабочего газа через сопло при значительных изменениях его давления.
Приведенные выше задачи решаются тем, что газоструйный компрессор, содержащий камеру рабочего газа с соплом и патрубком для его ввода, в которой размещен узел автоматического регулирования скорости рабочего газа через сопло, включающий цилиндр с подпружиненным поршнем, иглу с наконечником, изменяющим проходное сечение сопла при его возвратно-поступательном движении, далее приемную камеру с патрубком для поступления эжектируемого газа, камеру смешения с диффузором на конце и трубу вывода смеси газов, отличающийся тем, что все элементы узла автоматического регулирования скорости рабочего газа через сопло размещены на единой осевой линии газоструйного компрессора, а игла с наконечником имеет сквозной канал и на нем установлен подпружиненный поршень с цилиндром, закрепленным на внешней стороне камеры рабочего газа, при этом игла через сальник в закрытой стенке цилиндра выведена вне газоструйного компрессора; в трубу вывода смеси газов в закрепленную цилиндрическую гильзу с диффузорным и конфузорным участками на концах на скользящей посадке установлен завихритель со стержнем по оси, проходящим свободно через втулку в центре крестовины, зафиксированной в начале трубы вывода смеси газов, на конце стержня закреплена опора-крестовина, между которой и крестовиной в начале трубы вывода смеси газов помещена колиброванная пружина; за завихрителем на определенном расстоянии выполнены две пары поперечных прорезей, смещенных относительно друг друга вдоль оси трубы вывода смеси газов, и кольцевой проход, образованный трубой вывода смеси газов и патрубком вывода смеси газов, вывод прорезей и кольцевой проход охвачены камерой с патрубком выхода жидкой фазы.
При наличии резерва давления смеси газов используется вариант узла выделения из нее дисперсной фазы с конденсацией паров влаги и высококипящих соединений, когда завихритель выполнен в виде винтового закручивающего устройства с диафрагмовым отверстием и трубой холодного потока, образующего с трубой вывода смеси газов т.н. вихревую трубу; на выходе трубы холодного потока закреплена крестовина со стержнем, с установленным на определенном расстоянии от среза трубы холодного потока распределителем газовых потоков; стержень трубы холодного потока опорой-крестовиной на конце устанавливается на калиброванную пружину, обеспечивающую возвратно-поступательное движение винтового закручивающего устройства в цилиндрической гильзе с диффузорным и конфузорным участками.
На фиг.1 представлена схема конструкции газоструйного компрессора в продольном разрезе.
Газоструйный компрессор содержит на единой осевой линии камеру рабочего газа 1 с патрубком его ввода 2, перегородкой 3 с соплом 4 и с узлом автоматического регулирования скорости рабочего газа через сопло 4, приемную камеру 5 с конфузором 6 и патрубком 7 поступления эжектируемого газа, камеру смешения 8, диффузор 9, трубу вывода смеси газов 10 с узлом отделения жидкой дисперсной фазы от газовой смеси.
В узле автоматического регулирования скорости рабочего газа через сопло в игле 11 с наконечником 12 выполнен сквозной канал для ввода жидкого реагента (не показан), причем наконечник 12 снабжен распыливающим элементом (не показан). На игле 11 установлен поршень 13, входящий в открытый со стороны камеры рабочего газа и закрепленный на нем цилиндр 14. При этом игла 11 выведена через сальник 15 в стенке цилиндра с его закрытой стороны вне газоструйного компрессора. С закрытой стороны цилиндра поршень упирается в калиброванную пружину 16, т.е. подпружинена.
Узел отделения жидкой дисперсной фазы размещен в трубе вывода газовой смеси 10. В закрепленную внутри цилиндрическую гильзу 17 с диффузорным и конфузорным участками на концах на скользящей посадке установлен завихритель 18 со стержнем, свободно проходящим через втулку 31 в центре крестовины 20, зафиксированной в начале трубы вывода смеси газов 10. На конце стержня закреплена опора-крестовина 29, между которой и крестовиной 20 помещена калиброванная пружина 19.
За завихрителем 18 в трубе вывода смеси газов на определенном расстоянии от него выполнены две пары поперечных прорезей 21, смещенных относительно друг друга вдоль оси трубы вывода смеси газов 10, и кольцевой проход 30, образованный трубой вывода смеси газов 10 и патрубком вывода газовой смеси 22. Выходы прорезей и кольцевого прохода охвачены камерой 23 с патрубком 24 выхода жидкой фазы.
На фиг.2 показано конструктивное оформление другого завихрителя в газоструйном компрессоре. Завихритель выполнен в виде винтового закручивающего устройства (ВЗУ) 25 для вихревой трубы с трубой холодного потока 26, в которую на входе закреплена крестовина 27 со стрежнем 28 с установленным на нем распределителем газовых потоков 32. Причем ВЗУ 25 также фиксируется калиброванной пружиной 19.
В обоих случаях в завихрителях обеспечивается оптимальная скорость смеси газов при изменении ее параметров (давление, расход). Во втором случае должна происходить более эффективная сепарация и дополнительно конденсация паров влаги и тяжелых углеводородов за счет возникновения эффекта температурного разделения газов.
Газоструйный компрессор работает следующим образом.
Примем что сечение сопла 4 рассчитано на наибольшее давление и расход поступающего через патрубок 2 рабочего газа, т.е. рабочий газ высокого давления проходит через сопло 4 с оптимальной скоростью для этих условий - игла 11 под воздействием давления на поршень 13 смещена влево от сопла 4. Истекающий через сопло 4 рабочий газ эжектирует через патрубок 7 низконапорный газ. В камере смешения 8 давление газовой смеси усредняется и получается выше давления эжектируемого газа. При снижении давления (расхода) рабочего газа под воздействием калиброванной пружины 16 поршень 13 с иглой 11 смещается вправо в сторону сопла 4 и наконечник 12 уменьшает проходное сечение сопла 4, сохраняя оптимальную скорость рабочего газа для эжектирования газа низкого давления.
Для удаления из эжектируемого и (или) рабочего газа «нежелательных» соединений в распыливающий наконечник 12 по каналу в игле 11 подается жидкий реагент. При распылении реагента создается высокая поверхность контактирования с газами и происходит связывание с ним «нежелательных» соединений. Жидкие продукты взаимодействия «нежелательных» соединений с реагентом отделяются от смеси газов в завихрителе 18 под воздействием возникающих центробежных сил и удаляются через прорези 21 в трубе 10 и кольцевой проход 30 между трубой 10 и патрубком 22 выхода смеси газов. Жидкая фаза собирается в камере 23 и удаляется через патрубок 24. Смесь газов выходит через патрубок 22.
При обеспечении значительного давления смеси газов в газоструйном компрессоре возможно использование завихрителя (см. фиг.2) не только для выделения из смеси газов жидкой дисперсной фазы, но и для конденсации части влаги и тяжелых высококипящих компонентов из смеси газов за счет высокоскоростного их закручивания с достижением температурного разделения на т.н. горячий и холодный потоки в винтовом закручивающем устройстве (ВЗУ) 25 с трубой холодного потока 26.
Смесь газов, поступая в трубу 10, обтекает распределитель 32, эжектируя холодный поток из трубы холодного потока 26, и поступает в каналы ВЗУ, разгоняясь в них до около - или звуковых скоростей. В данном случае имеет место т.н. эффект Ранка Хильша - периферийные слои нагреваются, а нижние - охлаждаются.
При этом дисперсная жидкая фаза, включая конденсат, в большей доле распределяется в горячем потоке. Этот процесс продолжается после ВЗУ. Приосевые слои газов, имея более низкое давление, поступают в трубу холодного потока, затем, разворачиваясь на 180°, смешиваются с поступающей смесью газов, частично охлаждая ее. Основная доля жидкой фазы удаляется через щели 21 в камере 23, другая доля попадает в камеру 23 через кольцевой проход 30. Из камеры 23 жидкая фаза удаляется через патрубок 24 (см. фиг.1, 2).
Предлагаемое изобретение может найти применение в нефте- и газодобывающей промышленности. Например, в случае низконапрного нефтяного газа, загрязненного сероводородом и меркаптанами и при наличии в районе нефтяного и газового (природного) месторождения или прохождении магистрального газопровода природного газа (как правило, высокого давления) на экономически приемлемом расстоянии, использование изобретения наиболее целесообразно. При этом смесь очищенного газа может быть использована как топливо для получения электроэнергии, бытовых нужд и т.д.