УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ГАЗА
GAS TREATMENT DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к оборудованию для обработки газа.
Уровень техники
В качестве конфигурации системы оборудования для обработки газа, включающего в себя морозильный компрессор, к настоящему моменту известна система с замкнутым циклом, которая работает при распространении по замкнутой системе газообразного хладагента. В системе с замкнутым циклом, раскрытой, например, в следующем патентном документе 1 (в частности, см. фиг.1 нижеуказанного патентного документа 1), расширитель размещается ниже по потоку от компрессора, и газообразный хладагент, выпускаемый из выпускного отверстия для газообразного хладагента расширителя, возвращается во впускное отверстие для газообразного хладагента компрессора и тем самым рециркулирует. Соответственно, замкнутая система всегда находится в состоянии, в котором давление в выпускном отверстии для газообразного хладагента расширителя превышает давление во впускном отверстии для газообразного хладагента компрессора и никогда не работает в состоянии, в котором давление в выпускном отверстии для газообразного хладагента расширителя ниже давления во впускном отверстии для газообразного хладагента компрессора.
Документы предшествующего уровня техники
Патентные документы
Патентный документ 1. Публикация заявки на патент США 2008/0148770
Сущность изобретения
Проблемы, решаемые изобретением
Между тем, вышеописанная традиционная система с замкнутым циклом работает с использованием предназначенного для нее газообразного хладагента, к примеру, азота. Тем не менее, с целью внесения улучшений, к примеру, повышения технологической эффективности и упрощения структуры оборудования для обработки газа, оборудование предпочтительно может иметь конфигурацию, допускающую обработку технологического газа при использовании технологического газа в качестве газообразного хладагента. Для этого случая оборудование использует конфигурацию системы с разомкнутым циклом и использует в качестве газообразного хладагента технологический газ из расположенной выше по потоку установки. В этом случае расход технологического газа варьируется в зависимости от такого фактора, как состояние расположенной выше по потоку установки, которая является источником подачи технологического газа.
Соответственно, в случае, если система с разомкнутым циклом использует технологический газ в качестве газообразного хладагента, уменьшение расхода технологического газа, подаваемого из расположенной выше по потоку установки, приводит к уменьшению расхода технологического газа, подаваемого в компрессор, а также приводит к уменьшению расхода технологического газа, вытекающего из выпускного отверстия расширителя.
Дополнительно, с уменьшением расхода технологического газа, подаваемого в компрессор, рабочая точка компрессора перемещается в зону пульсаций.
В этом случае для предотвращения пульсаций часть компрессора может регулироваться посредством повторного использования технологического газа только в части компрессора. Тем не менее, поскольку расход газа в технологической части, включающей в себя часть расширителя, уменьшается, нагрузка в технологической части уменьшается настолько, что оборудование для обработки газа больше не может работать.
С учетом вышеизложенного, цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставлять оборудование для обработки газа, допускающее работу независимо от расхода подаваемого технологического газа.
Средство решения проблем
Оборудование для обработки газа согласно первому аспекту настоящего изобретения, которое устраняет вышеописанную проблему, включает в себя: компрессор, который сжимает технологический газ; первый технологический модуль, который располагается ниже по потоку от компрессора и который обрабатывает технологический газ; расширитель, который располагается ниже по потоку от первого технологического модуля и который расширяет технологический газ, чтобы получать мощность; второй технологический модуль, который располагается ниже по потоку от расширителя и который обрабатывает технологический газ; средство приведения в действие, которое приводит в действие компрессор; первый индикатор давления, который располагается во впускном отверстии компрессора для технологического газа и который измеряет давление технологического газа; второй индикатор давления, который располагается в выпускном отверстии второго технологического модуля для технологического газа и который измеряет давление технологического газа; канал рециркуляционного потока, который соединяется с обоими из выпускного отверстия второго технологического модуля для технологического газа и впускного отверстия компрессора для технологического газа и через который выполняется рециркуляция технологического газа; первый клапан регулирования давления, который располагается в канале рециркуляционного потока и который регулирует давление технологического газа, который должен рециркулировать; второй клапан регулирования давления, который располагается ниже по потоку от второго индикатора давления и который регулирует давление технологического газа; индикатор скорости, который измеряет скорость вращения средства приведения в действие; и средство регулирования, которое регулирует, по меньшей мере, одно из скорости вращения средства приведения в действие и первого и второго клапанов регулирования давления на основе давлений, измеренных посредством первого и второго индикаторов давления, и скорости вращения, измеренной посредством индикатора скорости.
Оборудование для обработки газа согласно второму аспекту настоящего изобретения, которое устраняет вышеописанную проблему, дополнительно включает в себя: канал для выпуска потока технологического газа, соединяющий выпускное отверстие второго технологического модуля для технологического газа и второй клапан регулирования давления; третий индикатор давления, который располагается в канале для выпуска потока технологического газа и который измеряет давление технологического газа; и третий клапан регулирования давления, который располагается выше по потоку от третьего индикатора давления в канале для выпуска потока технологического газа и который регулирует давление технологического газа. В оборудовании для обработки газа средство регулирования регулирует третий клапан регулирования давления на основе давления, измеренного посредством третьего индикатора давления.
Преимущества изобретения
Настоящее изобретение позволяет предоставлять оборудование для обработки газа, которое может регулироваться независимо от расхода подаваемого технологического газа.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 является принципиальной схемой, показывающей конфигурацию оборудования для обработки газа согласно первому примеру настоящего изобретения.
Фиг.2 является блок-схемой управления для оборудования для обработки газа согласно первому примеру настоящего изобретения.
Фиг.3 является видом, показывающим входные-выходные характеристики первого функционального генератора оборудования для обработки газа согласно первому примеру настоящего изобретения.
Фиг.4 является видом, показывающим входные-выходные характеристики второго функционального генератора оборудования для обработки газа согласно первому примеру настоящего изобретения.
Фиг.5 является блок-схемой управления для третьего функционального генератора оборудования для обработки газа согласно первому примеру настоящего изобретения.
Фиг.6 является видом, показывающим входные-выходные характеристики гистерезисного элемента третьего функционального генератора оборудования для обработки газа согласно первому примеру настоящего изобретения.
Фиг.7 является видом, показывающим входные-выходные характеристики переключателя третьего функционального генератора оборудования для обработки газа согласно первому примеру настоящего изобретения.
Фиг.8 является видом, показывающим входные-выходные характеристики ограничителя скорости третьего функционального генератора оборудования для обработки газа согласно первому примеру настоящего изобретения.
Фиг.9A-9D являются видами, показывающими входные-выходные характеристики третьего функционального генератора оборудования для обработки газа согласно первому примеру настоящего изобретения.
Фиг.10 является принципиальной схемой, показывающей конфигурацию оборудования для обработки газа согласно второму примеру настоящего изобретения.
Фиг.11 является блок-схемой управления для оборудования для обработки газа согласно второму примеру настоящего изобретения.
Режим осуществления изобретения
В дальнейшем в этом документе описываются режимы для реализации оборудования для обработки газа согласно настоящему изобретению со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Вариант 1 осуществления
В дальнейшем в этом документе описывается первый пример оборудования для обработки газа согласно настоящему изобретению.
Во-первых, описывается конфигурация оборудования для обработки газа согласно первому примеру настоящего изобретения.
Следует отметить, что установка, выступающая в качестве источника подачи технологического газа, находится выше по потоку от оборудования для обработки газа согласно этому примеру, и что оборудование с использованием обработанного технологического газа находится ниже нее. Тем не менее, они не описываются здесь. Кроме того, технологический газ может быть, например, газовой смесью, включающей в себя азот, водород и углекислый газ.
Фиг.1 является принципиальной схемой, показывающей конфигурацию оборудования для обработки газа согласно первому примеру настоящего изобретения.
Как показано на фиг.1, оборудование для обработки газа согласно настоящему варианту осуществления включает в себя компрессор 1 для сжатия технологического газа, подаваемого из расположенной выше по потоку установки. Ниже по потоку от компрессора 1 предусмотрен первый технологический модуль 2, чтобы обрабатывать технологический газ, сжатый посредством компрессора 1. Ниже по потоку от первого технологического модуля 2 предусмотрен расширитель 3, чтобы расширять технологический газ и тем самым получать мощность. Ниже по потоку от расширителя 3 предусмотрен второй технологический модуль 4, чтобы обрабатывать технологический газ, расширенный посредством расширителя 3. Оборудование для обработки газа согласно этому примеру дополнительно включает в себя привод 5 для приведения в действие компрессора 1.
Первый канал 20 потока, который является каналом потока для технологического газа, соединяется с впускным отверстием для технологического газа компрессора 1. В конце первого канала 20 потока размещается впускное отверстие 25 для технологического газа, которое является местом соединения с расположенной выше по потоку установкой, служащей в качестве источника подачи технологического газа. Между выпускным отверстием для технологического газа компрессора 1 и впускным отверстием для технологического газа первого технологического модуля 2 размещается второй канал 21 потока.
Между выпускным отверстием для технологического газа первого технологического модуля 2 и впускным отверстием для технологического газа расширителя 3 размещается третий канал 22 потока. С выпускным отверстием для технологического газа расширителя 3 соединяется четвертый канал 23 потока. В конце четвертого канала 23 потока размещается первое выпускное отверстие 26 для технологического газа, которое является местом соединения с расположенной ниже по потоку установкой с использованием обработанного технологического газа.
1
2
В первом канале 20 потока размещается первый индикатор 10 давления (PI), чтобы измерять давление во впускном отверстии для технологического газа компрессора 1. В четвертом канале 23 потока размещается второй индикатор 11 давления (PI), чтобы измерять давление в выпускном отверстии для технологического газа второго технологического модуля 4. Кроме того, канал 24 рециркуляционного потока для рециркуляции технологического газа размещается от точки между выпускным отверстием для технологического газа второго технологического модуля 4 и вторым индикатором 11 давления до точки между впускным отверстием 25 для технологического газа и первым индикатором 10 давления.
1
В канале 24 рециркуляционного потока размещается первый клапан 12 регулирования давления (CV), чтобы регулировать давление рециркулирующего технологического газа.
2
Между вторым индикатором 11 давления в четвертом канале 23 потока и первым выпускным отверстием 26 для технологического газа размещается второй клапан 13 регулирования давления (CV), чтобы регулировать давление технологического газа. На вращательном валу привода 5 устанавливается индикатор 14 скорости (SI), чтобы измерять скорость его вращения.
Оборудование для обработки газа согласно этому примеру включает в себя контроллер 6, который регулирует, по меньшей мере, одно из скорости вращения привода 5 и первого и второго клапанов 12 и 13 регулирования давления на основе давлений, измеренных посредством первого и второго индикаторов 10 и 11 давления, и скорости вращения, измеренной посредством индикатора 14 скорости. Следует отметить, что хотя в этом примере приводится описание конфигурации, в которой контроллер 6 регулирует скорость вращения привода 5, контроллер 6 может регулировать углы впускных направляющих лопастей компрессора 1.
В случае, если расход технологического газа, подаваемого из расположенной выше по потоку установки, является высоким, контроллер 6 оборудования для обработки газа согласно этому примеру может увеличивать величину собранной мощности в расширителе 3 посредством увеличения степени открытия второго клапана 13 регулирования давления.
С другой стороны, в случае, если расход технологического газа, подаваемого из расположенной выше по потоку установки, является низким, и если технологический газ, который должен рециркулировать, не может получаться, контроллер 6 может уменьшать мощность во всем оборудовании для обработки газа посредством уменьшения давления в выпускном отверстии для технологического газа первого технологического модуля и получения мощности из расширителя 3.
Затем подробно описывается способ управления оборудованием для обработки газа согласно этому примеру.
Фиг.2 является блок-схемой управления для оборудования для обработки газа согласно первому примеру настоящего изобретения.
1
1
2
2
3
Как показано на фиг.2, контроллер 6 оборудования для обработки газа согласно этому примеру включает в себя первый модуль 33 регулирования давления (PC), который выводит сигнал в зависимости от давления, измеренного посредством первого индикатора 10 давления, первый функциональный генератор (FX) 30, который выводит сигнал для регулирования первого клапана 12 регулирования давления на основе предварительно определенных входных-выходных характеристик при приеме сигнала из первого модуля 33 регулирования давления, модуль регулирования 34 скорости (SC), который выводит сигнал в зависимости от скорости вращения, измеренной посредством индикатора 14 скорости, второй функциональный генератор (FX) 31, который выводит сигнал на основе предварительно определенных входных-выходных характеристик при приеме сигнала из первого модуля 33 регулирования давления, второй модуль 35 регулирования давления (PC), который выводит сигнал в зависимости от давления, измеренного посредством второго индикатора 11 давления, и третий функциональный генератор (FX) 32, который выводит сигнал на основе предварительно определенных входных-выходных характеристик при приеме сигнала из первого модуля 33 регулирования давления.
Фиг.3 является видом, показывающим зависимость выходной характеристики от входного первого функционального генератора 30 оборудования для обработки газа согласно первому примеру настоящего изобретения.
Как показано на фиг.3, входные-выходные характеристики первого функционального генератора 30 контроллера 6 согласно этому примеру задаются следующим образом с вводом, представленным в диапазоне 0-100%, в соответствии с сигналом из первого индикатора 10 давления: когда ввод составляет 0%, вывод задается равным 100%; когда ввод составляет 50%, вывод задается равным 0%; в области, в которой ввод составляет 0-50%, вывод уменьшается линейно; в области, в которой ввод составляет 50-100%, вывод задается равным 0%.
Дополнительно, первый клапан 12 регулирования давления регулируется на основе сигнала из первого функционального генератора 30. Таким образом, контроллер 6 согласно этому примеру может надлежащим образом регулировать степень открытия первого клапана 12 регулирования давления в соответствии с давлением, измеренным посредством первого индикатора 10 давления.
Фиг.4 является видом, показывающим входные-выходные характеристики второго функционального генератора 31 оборудования для обработки газа согласно первому примеру настоящего изобретения.
Как показано на фиг.4, входные-выходные характеристики второго функционального генератора 31 контроллера 6 согласно этому примеру задаются следующим образом с вводом, представленным в диапазоне 0-100% в соответствии с сигналом из первого индикатора 10 давления: в области, в которой ввод составляет 0-50%, вывод задается равным предварительно определенному X%; когда ввод составляет 100%, вывод задается равным 100%; в области, в которой ввод составляет 50-100%, вывод увеличивается линейно.
Дополнительно, модуль 34 регулирования скорости регулирует привод 5 в соответствии с сигналом, принимаемым из второго функционального генератора 31, и сигналом, принимаемым из индикатора 14 скорости. Таким образом, контроллер 6 согласно этому примеру может надлежащим образом регулировать скорость вращения привода 5 в соответствии с давлением, измеренным посредством первого индикатора 10 давления, и скоростью вращения, измеренной посредством индикатора 14 скорости.
Фиг.5 является блок-схемой управления для третьего функционального генератора 32 оборудования для обработки газа согласно первому примеру настоящего изобретения.
1
2
1
2
3
Как показано на фиг.5, третий функциональный генератор 32 контроллера 6 согласно этому примеру включает в себя гистерезисный элемент 36, который выводит сигнал с гистерезисом при приеме сигнала из первого модуля 33 регулирования давления, первый формирователь 37-1 сигналов (SG), который формирует предварительно определенный сигнал, второй формирователь 37-2 сигналов (SG), который формирует предварительно определенный сигнал, переключатель (SW) 38, который выводит одно из входа Ввод из первого формирователя 37-1 сигналов и входа Ввод из второго формирователя 37-2 сигналов в соответствии с входом Ввод из гистерезисного элемента 36, и ограничитель 39 скорости (RLT), который накладывает предел на скорость увеличения или уменьшения вывода в соответствии с увеличением или уменьшением ввода из переключателя 38.
Фиг.6 является видом, показывающим входные-выходные характеристики гистерезисного элемента 36 третьего функционального генератора 32 оборудования для обработки газа согласно первому примеру настоящего изобретения.
Как показано на фиг.6, гистерезисный элемент 36 третьего функционального генератора 32 согласно этому примеру имеет входные-выходные характеристики, зависящие от сигнала из первого модуля 33 регулирования давления следующим образом: до тех пор, пока ввод не превышает пороговое значение β, вывод деактивируется; когда ввод превышает пороговое значение α, вывод активируется; после этого, когда ввод падает ниже порогового значения α, вывод деактивируется.
Фиг.7 является видом, показывающим входные-выходные характеристики переключателя 38 третьего функционального генератора 32 оборудования для обработки газа согласно первому примеру настоящего изобретения.
3
1
3
2
Как показано на фиг.7, переключатель 38 третьего функционального генератора 32 согласно этому примеру имеет входные-выходные характеристики, зависящие от сигнала из гистерезисного элемента 36 следующим образом: когда вход Ввод отключен, переключатель 38 выводит вход Ввод из первого формирователя 37-1 сигналов; когда вход Ввод включен, переключатель 38 выводит вход Ввод из второго формирователя 37-2 сигналов.
Фиг.8 является видом, показывающим входные-выходные характеристики ограничителя 39 скорости третьего функционального генератора 32 оборудования для обработки газа согласно первому примеру настоящего изобретения.
Как показано на фиг.8, ограничитель 39 скорости третьего функционального генератора 32 согласно этому примеру имеет входные-выходные характеристики, зависящие от сигнала из переключателя 38 следующим образом: когда ввод увеличивается, ограничитель 39 скорости выводит сигнал при наложении предела на скорость увеличения в единицу времени, как указано посредством стрелки a на фиг.8; когда ввод уменьшается, ограничитель 39 скорости выводит сигнал при наложении предела на скорость уменьшения в единицу времени, как указано посредством стрелок b на фиг.8.
Фиг.9A-9D являются видами, показывающими входные-выходные характеристики третьего функционального генератора 32 оборудования для обработки газа согласно первому примеру настоящего изобретения.
Как показано на фиг.9A-9D, в третьем функциональном генераторе 32 гистерезисный элемент 36 выводит сигнал, показанный на фиг.9B, в ответ на ввод, показанный на фиг.9A. Переключатель 38 выводит сигнал, показанный на фиг.9C, в ответ на сигнал, показанный на фиг.9B. Ограничитель 39 скорости выводит сигнал, показанный на фиг.9D, в ответ на ввод, показанный на фиг.9C.
Дополнительно, второй модуль 35 регулирования давления регулирует второй клапан 13 регулирования давления в соответствии с сигналом, принимаемым из третьего функционального генератора 32, и сигналом, принимаемым из второго индикатора 11 давления. Таким образом, контроллер 6 согласно этому примеру может надлежащим образом регулировать степень открытия второго клапана 13 регулирования давления в соответствии с давлением, измеренным посредством второго индикатора 11 давления.
Как описано выше, согласно оборудованию, для обработки газа этого примера может предоставляться оборудование для обработки газа, которое может регулироваться независимо от расхода технологического газа, подаваемого из расположенной выше по потоку установки.
Вариант 2 осуществления
В дальнейшем в этом документе описывается второй пример оборудования для обработки газа согласно настоящему изобретению.
Оборудование для обработки газа согласно этому примеру имеет конфигурацию, приблизительно идентичную конфигурации оборудования для обработки газа согласно первому примеру, но выполнено с возможностью допускать регулирование давления в выпускном отверстии для технологического газа так, что требуемое давление может получаться в расположенной ниже по потоку установке с использованием обработанного технологического газа.
Фиг.10 является принципиальной схемой, показывающей конфигурацию оборудования для обработки газа согласно второму примеру настоящего изобретения.
3
3
Как показано на фиг.10, в дополнение к конфигурации оборудования для обработки газа, согласно первому примеру, оборудование для обработки газа согласно этому примеру включает в себя пятый канал 40 потока, соединяющий второй индикатор 11 давления и второй клапан 13 регулирования давления. В конце пятого канала 40 потока размещается второе выпускное отверстие 43 для технологического газа. В пятом канале 40 потока размещается третий индикатор 41 давления (PI), чтобы измерять давление технологического газа. Выше третьего индикатора 41 давления в пятом канале 40 потока размещается третий клапан 42 регулирования давления (CV), чтобы регулировать давление технологического газа.
В оборудовании для обработки газа, согласно этому примеру, нижерасположенная установка с использованием обработанного технологического газа соединяется со вторым выпускным отверстием 43 для технологического газа, и технологический газ, который вытекает из первого выпускного отверстия 26 для технологического газа, надлежащим образом обрабатывается в соответствии с типом, выпускаемым объемом и т.п. технологического газа. Например, в случае, если технологический газ является газовой смесью, включающей в себя азот, водород и углекислый газ, технологический газ обрабатывается посредством геологической секвестрации, выпуска в атмосферу и т.п.
Дополнительно, в оборудовании для обработки газа согласно этому примеру, контроллер 6 регулирует третий клапан 42 регулирования давления на основе давления, измеренного посредством третьего индикатора 41 давления.
Далее подробно описывается способ управления оборудованием для обработки газа согласно этому примеру.
Фиг.11 является блок-схемой управления для оборудования для обработки газа согласно второму примеру настоящего изобретения.
3
Как показано на фиг.11, в дополнение к конфигурации контроллера 6 оборудования для обработки газа согласно первому примеру, контроллер 6 оборудования для обработки газа согласно этому примеру включает в себя третий модуль регулирования 44 давления (PC), который выводит сигнал в зависимости от давления, измеренного посредством третьего индикатора 41 давления.
Третий модуль 44 регулирования давления регулирует третий клапан 42 регулирования давления в соответствии с сигналом, принимаемым из третьего индикатора 41 давления. Таким образом, контроллер 6 согласно этому примеру может надлежащим образом регулировать степень открытия третьего клапана 42 регулирования давления в соответствии с давлением, измеренным посредством третьего индикатора 41 давления.
Как описано выше, в дополнение к функциям и эффектам оборудования для обработки газа согласно первому примеру, оборудование для обработки газа согласно этому примеру может подавать технологический газ, вытекающий из второго выпускного отверстия 43 для технологического газа, в нижерасположенную установку при регулировании давления технологического газа до давления, требуемого в расположенной ниже по потоку установке.
Промышленная применимость
Настоящее изобретение может применяться, например, в оборудовании  для обработки газа, которое включает в себя канал рециркуляционного потока для газообразного хладагента и которое обрабатывает технологический газ при использовании технологического газа в качестве газообразного хладагента.
Описание номеров ссылок
1 - компрессор
2 - первый технологический модуль
3 - расширитель
4 - второй технологический модуль
5 - привод
6 - контроллер
1
10 - первый индикатор давления (PI)
2
11 - второй индикатор давления (PI)
1
12 - первый клапан регулирования давления (CV)
2
13 - второй клапан регулирования давления (CV)
14 - индикатор скорости (SI)
20 - первый канал потока
21 - второй канал потока
22 - третий канал потока
23 - четвертый канал потока
24 - канал рециркуляционного потока
25 - впускное отверстие для технологического газа
26 - первое выпускное отверстие для технологического газа
1
30 - первый функциональный генератор (FX)
2
31 - второй функциональный генератор (FX)
3
32 - третий функциональный генератор (FX)
1
33 - первый модуль регулирования давления (PC)
34 - модуль регулирования скорости (SC)
2
35 - второй модуль регулирования давления (PC)
36 - гистерезисный элемент
1
37-1 - первый формирователь сигналов (SG)
2
37-2 - второй формирователь сигналов (SG)
38 - переключатель (SW)
39 - ограничитель скорости (RLT)
40 - пятый канал потока
3
41 - третий индикатор давления (PI)
3
42 - третий клапан регулирования давления (CV)
43 - второе выпускное отверстие для технологического газа
3
44 - третий модуль регулирования давления (PC)