КОМПРЕССОРНАЯ УСТАНОВКА
COMPRESSOR UNIT

Изобретение относится к области компрессорных машин и может быть использовано при добыче нефти и газа на суше или на море, в том числе для реализации газлифтного метода для удаления воды из газовых скважин.
Известна компрессорная установка, содержащая две рабочие камеры, сообщающиеся с жидкостным насосом, перепускное распределительное устройство и нагнетательное распределительное устройство, всасывающие газовые клапаны и нагнетательные газовые клапаны, которые отделяют полости рабочих камер от газопровода низкого давления и газопровода высокого давления (SU 1707231, 23.01.1992 г.).
Недостатком известного устройства является низкая эффективность рабочего процесса при сжатии газа, поскольку при перепуске газа через жидкостной насос мощность двигателя значительно снижается, провоцируя неравномерность нагрузки на двигатель.
Из известных устройств наиболее близкой к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является компрессорная установка, содержащая рабочую камеру, сообщающуюся с жидкостным насосом, эжектор, перепускное распределительное устройство, всасывающий газовый клапан, который отделяет полость рабочей камеры и газопровода высокого давления от газопровода низкого давления (RU 2154749C2, 20.08.2000 г.).
Недостатком указанного устройства является низкая эффективность рабочего процесса при сжатии газа, поскольку при заполнении газом рабочей камеры мощность жидкостного насоса и приводного двигателя значительно ниже, чем при вытеснении газа в газопровод высокого давления, что сопровождается неравномерной загрузкой двигателя. Указанное обстоятельство негативно отражается на эффективности самого рабочего процесса при сжатии и перекачке газа. Кроме того, из-за неравномерной загрузки установленная мощность двигателя к насосу должна быть увеличена, что сопряжено с соответствующим увеличением габаритов жидкостного насоса, двигателя и рабочих камер.
Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение энергоэффективности и снижение габаритов компрессорной установки.
Указанная проблема решается тем, что компрессорная установка, содержит рабочую камеру, выполненную в виде газо-жидкостного сепаратора, реверсивный жидкостной насос и эжектор, при этом сопло эжектора гидравлически связано через обратный клапан с источником рабочей жидкости и реверсивным жидкостным насосом, вход камеры смешения эжектора связан через всасывающий газовый клапан с газопроводом низкого давления, а выход камеры смешения эжектора подключен посредством перепускного трубопровода к верхней части газожидкостного сепаратора, выход которого по газу подсоединен через нагнетательный газовый клапан к газопроводу высокого давления, а выход по жидкости подключен к реверсивному жидкостному насосу, связанному с источником рабочей жидкости.
В предпочтительном варианте реализации реверсивный жидкостной насос оснащен регулируемым электроприводом с частотным регулятором.
Достигаемый технический результат заключается в снижении колебаний мощности жидкостного насоса, и, соответственно, приводного двигателя за счет реализации эжекторного процесса для предварительного сжатия газа при заполнении рабочей камеры газом.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на котором представлена схема заявляемой компрессорной установки.
Компрессорная установка содержит рабочую камеру 1 и эжектор с камерой смешения 2, подключенные к жидкостному насосу 3, перепускной трубопровод 4, всасывающий газовый клапан 5 и нагнетательный газовый клапан 6, которые отделяют полость рабочей камеры 1 от газопровода низкого давления 7 и газопровода высокого давления 8, соответственно. Жидкостной насос 3 выполнен в виде реверсивного насоса. Рабочая камера 1 выполнена в виде газо-жидкостного сепаратора. Камера смешения 2 эжектора сообщается с реверсивным жидкостным насосом 3 через сопло 9 эжектора. Вход в сопло 9 эжектора гидравлически связан с источником рабочей жидкости 10. Вход в камеру смешения 2 эжектора связан через всасывающий газовый клапан 5 с газопроводом низкого давления 7. Перепускной трубопровод 4 связывает выход камеры смешения 2 эжектора с верхней частью газо-жидкостного сепаратора 1. В верхней части газо-жидкостного сепаратора 1 размещен нагнетательный газовый клапан 6, отделяющий газо-жидкостной сепаратор 1 от газопровода высокого давления 8.
Компрессорная установка может иметь исполнение, в котором реверсивный жидкостной насос 3 оснащен регулируемым электроприводом 11 с частотным регулятором 12. Работа компрессорной установки может быть автоматизирована и компьютеризирована с использованием системы управления, соединенной с частотным регулятором. Система управления может быть выбрана из числа известных, и по этой причине на фиг. 1 не показана.
Между соплом 9 эжектора и реверсивным жидкостным насосом 3 установлен обратный клапан 13, пропускающий поток в направлении от реверсивного жидкостного насоса 3 к соплу 9 эжектора, при этом реверсивный жидкостной насос 3 постоянно сообщается с источником рабочей жидкости 10. В качестве источника рабочей жидкости 10 может быть использован трубопровод, через который постоянно циркулирует рабочая жидкость, как показано на фиг. 1. Верхняя часть газо-жидкостного сепаратора 1 заполнена газом, нижняя часть газожидкостного сепаратора 1 заполнена рабочей жидкостью, на фиг. 1 показана граница раздела 14 между газообразной фазой и жидкой фазой.
Компрессорная установка работает следующим образом.
Реверсивный жидкостной насос 3 работает в циклическом режиме с изменением направления потока на каждой половине цикла. Реверсивный жидкостной насос 3 подает рабочую жидкость из рабочей камеры 1 через обратный клапан 13 в сопло 9 эжектора, при этом частично рабочая жидкость поступает в трубопровод 10. За счет энергии струи жидкости на входе камеры смешения 2 эжектора понижается давление и в камеру смешения 2 поступает газ из газопровода низкого давления 7 через открытый всасывающий газовый клапан 5. На выходе камеры смешения 2 эжектора повышается давление в потоке смеси жидкости и газа за счет преобразования кинетической энергии жидкости в потенциальную энергию, что сопровождается повышением давления при понижении скорости течения газожидкостного потока. Через перепускной трубопровод 4 сжатый газ вместе с жидкостью поступает в рабочую камеру 1, где реализуется процесс сепарации с разделением газожидкостной смеси на жидкую и газовую фазу. Жидкость скапливается в нижней части рабочей камеры 1, а газ в верхней части, как в известных гравитационных сепараторах. Сжатый газ накапливается в верхней части рабочей камеры 1, что приводит к смещению границы раздела 14 в направлении сверху вниз. При этом жидкость из рабочей камеры 1 вытесняется реверсивным жидкостным насосом 3 в трубопровод 10. Таким образом, обеспечивается снижение колебаний мощности реверсивного жидкостного насоса 3 и приводного двигателя в электроприводе 11, соответственно, за счет использования эжекторного процесса для предварительного сжатия газа при заполнении рабочей камеры 1 газом с одновременной откачкой жидкости из этой же рабочей камеры 1 и с отключением эжектора при заполнении рабочей камеры 1 жидкостью.
Когда граница раздела 14 приблизится к нижнему концу рабочей камеры 1, реверсивный жидкостной насос 3 изменяет направление перекачки жидкости. Управляющий сигнал на изменение направления перекачки жидкости может быть подан на частотный регулятор 12. Жидкость из трубопровода 10 при этом начнет перекачиваться реверсивным жидкостным насосом 3 в направлении к рабочей камере 1. Это приведет к увеличению давления в рабочей камере 1, соответственно обратный клапан 13 закроется и закроется также всасывающий газовый клапан 5. Поток в камере смешения 2 эжектора останавливается. Таким образом, осуществляется отключение эжектора на время заполнения рабочей камеры жидкостью. В это время граница раздела 14 начнет смещаться в направлении снизу-вверх. При этом продолжится сжатие газа в рабочей камере 1, что сопровождается соответствующим ростом давления. При смещении границы раздела 14 вверх наступит момент, когда давление в рабочей камере 1 сравняется с давлением в газопроводе высокого давления 8. Такое выравнивание давления приведет к открытию нагнетательного газового клапана 6. При дальнейшем смещении границы раздела 14 вверх сжатый газ из рабочей камеры 1 вытесняется в газопровод высокого давления 8 через открытый нагнетательный газовый клапан 6. После завершения цикла вытеснения газа, поступит сигнал на частотный регулятор 12. Электропривод 11 при этом изменит направление вращения своего ротора и, соответственно, изменится направление потока жидкости в реверсивном насосе 3 на противоположное направление. Цикл повторяется.
Плавное регулирование подачи реверсивного насоса 3 позволит оптимизировать режим работы компрессора с учетом особенностей технологии добычи нефти и газа, что расширит область применения данного изобретения.
Преимуществом заявляемого устройства является более высокая эффективность рабочего процесса при сжатии газа, поскольку при заполнении газом рабочей камеры 1 более рационально используется мощность жидкостного насоса 3 и приводного двигателя электропривода 11, что сопровождается более равномерной загрузкой электродвигателя на протяжении всего рабочего цикла и позитивно отражается на эффективности самого рабочего процесса при сжатии и перекачке газа. Кроме того, из-за более равномерной загрузки установленная мощность двигателя к насосу 3 должна быть меньше, с соответствующим уменьшением габаритов жидкостного насоса 3, электропривода 11 и рабочей камеры 1.