Передвижная азотная компрессорная станция

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к установкам для получения из атмосферного воздуха газовой смеси с высоким содержанием азота. Заявляемая передвижная азотная компрессорная станция используется при производстве работ по освоению и ремонту нефтяных скважин, подачи сжатого газа в качестве источника энергии для технологических процессов, ремонте и испытании трубопроводов, снабжении сжатым газом пневматического инструмента и других целей в различных отраслях промышленности.
Предшествующий уровень техники.
Известна передвижная азотная компрессорная станция (патент RU 113312 на полезную модель, F04B 41/00, 2012), содержащая шасси транспортного средства, силовой привод и капот, под которым размещены поршневой многоступенчатый компрессор, воздушный фильтр, выход которого соединен со входом вышеупомянутого компрессора, охладитель, фильтр грубой очистки, по крайней мере один фильтр тонкой очистки и газоразделительный блок, при этом выход промежуточной ступени поршневого многоступенчатого компрессора соединен со входом охладителя, а выход газоразделительного блока соединен со входом следующей за промежуточной ступенью вышеупомянутого компрессора, отличающаяся тем, что передвижная азотная компрессорная станция содержит вихревой сепаратор и угольный фильтр, причем
выход охладителя соединен со входом вихревого сепаратора;
выход вихревого сепаратора соединен со входом фильтра грубой очистки;
выход фильтра грубой очистки соединен со входом фильтра тонкой очистки;
выход фильтра тонкой очистки соединен со входом угольного фильтра;
выход угольного фильтра соединен со входом газоразделительного блока.
Недостатком указанного аналога является то, что указанное исполнение станции позволяет получать одно значение производительности и концентрации азота. При этом выход станции на режим занимает значительное время.
Раскрытие полезной модели
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемой полезной моделью, является сокращение времени выхода станции на рабочий режим (заданную концентрацию азота), что приводит к сокращению времени работы станции, обеспечивая выполнение поставленных задач. Другим техническим результатом является обеспечение возможности регулировки концентрации азота и производительности станции.
Сущность полезной модели состоит в том, что передвижная азотная компрессорная станция содержит шасси транспортного средства, силовой привод и капот, под которым размещены поршневой многоступенчатый компрессор, воздушный фильтр, выход которого соединен со входом упомянутого компрессора, охладитель и газоразделительный блок, при этом выход промежуточной ступени упомянутого компрессора соединен со входом охладителя, выход охладителя соединен со входом газоразделительного блока через фильтры, а выход газоразделительного блока соединен со входом следующей за промежуточной ступенью упомянутого компрессора. Отличается тем, что станция снабжена регулирующим клапаном на линии хладагента охладителя.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения, обеспечивающих достижение всех заявленных технических результатов.
Регулирующий клапан предпочтительно размещен на охладителе.
Компрессор может быть выполнен четырехступенчатым. При этом выход его второй ступени соединен со входом охладителя, а выход газоразделительного блока соединен со входом третьей ступени компрессора.
Компрессор может быть выполнен пятиступенчатым. При этом выход его третьей ступени соединен со входом охладителя, а выход газоразделительного блока соединен со входом четвертой ступени компрессора.
Компрессор может быть выполнен шести- или семиступенчатым. При этом выход его четвертой ступени соединен со входом охладителя, а выход газоразделительного блока соединен со входом пятой ступени компрессора.
Газоразделительный блок может содержать горизонтально или вертикально установленные мембранные модули и газоанализатор.
Краткое описание чертежей.
На фигуре 1 показана схема передвижной азотной компрессорной станции;
на фиг. 2 - схема станции по примеру 12;
на фиг. 3 - схема станции по примеру 15.
Осуществление полезной модели
Передвижная азотная компрессорная станция (фиг. 1) содержит шасси транспортного средства, капот, силовой привод (1), поршневой многоступенчатый компрессор (3), воздушный фильтр (2), охладитель (4), вихревой сепаратор (5), регулирующий клапан (не показан), фильтр грубой очистки (6), фильтр тонкой очистки (7), угольный фильтр (8) и газоразделительный блок (9).
Капот предназначен для защиты подкапотного пространства станции от воздействия атмосферных осадков и повреждений.
Поршневой многоступенчатый компрессор (3) предназначен для сжатия и нагнетания атмосферного воздуха и продукта газоразделения (азот).
Воздушный фильтр (2) предназначен для предварительной очистки воздуха от механических примесей. Выход воздушного фильтра (2) соединен со входом поршневого многоступенчатого компрессора (3). Воздушный фильтр (2) преимущественно выполнен в виде воздушного ячейкового фильтра контактно-масляного типа.
Привод компрессора (3) осуществляется от силового привода (1).
Выход промежуточной ступени поршневого многоступенчатого компрессора (3) соединен со входом охладителя (4).
Охладитель (4) предназначен для охлаждения сжатого нагретого воздуха. Выход охладителя (4) соединен со входом вихревого сепаратора (5).
Регулирующий клапан предназначен для регулирования расхода охлаждающей жидкости через охладитель и изменения, таким образом, температуры воздуха на выходе из охладителя и, соответственно, на входе в газоразделительный блок. При этом под клапаном понимается любое средство, предназначенное для обеспечения регулировки потока хладагента в системе охлаждения компрессора, в том числе вентили, задвижки и затворы.
Вихревой сепаратор (5) предназначен для удаления продуктов трения, механических примесей, капельных жидкости и масла из охлажденного в охладителе (4) воздуха. Выход вихревого сепаратора (5) соединен со входом фильтра грубой очистки (6).
Фильтр грубой очистки (6) предназначен для очистки воздушного потока от неотсепарированных в вихревом сепараторе (5) мелких механических примесей, масляных аэрозолей и капельной жидкости. Выход фильтра грубой очистки соединен со входом фильтра тонкой очистки (7).
Фильтр тонкой очистки (7) предназначен для отделения незадержанных фильтром грубой очистки (6) микрочастиц влаги и масла в виде очень мелкой аэрозоли. Выход фильтра тонкой очистки (7) соединен со входом угольного фильтра (8).
Угольный фильтр (8) предназначен для адсорбции паров масла и жидкости, не сконденсированных в охладителе (4) и не задержанных в вихревом сепараторе (5), фильтрах грубой (6) и тонкой (7) очистки. Выход угольного фильтра соединен со входом газоразделительного блока (9).
Газоразделительный блок (9) предназначен для получения азота из атмосферного воздуха. Выход газоразделительного блока (9) соединен со входом следующей за промежуточной ступенью поршневого многоступенчатого компрессора (3). Газоразделительный блок (9) содержит горизонтально или вертикально установленные мембранные модули и газоанализатор.
Примеры конкретного выполнения
Пример 1. Транспортное средство представляет собой автомобиль, прицеп или полуприцеп.
Пример 2. Силовой привод (1), поршневой многоступенчатый компрессор (3), охладитель (4), вихревой сепаратор (5), фильтр грубой очистки (6), фильтр тонкой очистки (7), угольный фильтр (8) и газоразделительный блок (9) смонтированы на раме, которая закреплена к шасси транспортного средства.
Пример 3. Капот выполнен съемным.
Пример 4. Силовой привод (1) выполнен газопоршневым.
Пример 5. Силовой привод (1) выполнен электрическим.
Пример 6. Транспортное средство представляет собой автомобиль. С целью более эффективного использования силового привода (1) и снижения нагрузки на оси автомобиля, силовым приводом является силовой агрегат автомобиля.
Пример 7. Силовой привод (1) соединен с поршневым многоступенчатым компрессором (3) гидроприводом.
Пример 8. Поршневой многоступенчатый компрессор (3) выполнен четырехступенчатым, при этом выход второй ступени поршневого многоступенчатого компрессора (3) соединен со входом охладителя (4), а выход газоразделительного блока (9) соединен со входом третьей ступени поршневого многоступенчатого компрессора (3).
Пример 9. Поршневой многоступенчатый компрессор (3) выполнен пятиступенчатым, при этом выход третьей ступени поршневого многоступенчатого компрессора (3) соединен со входом охладителя (4), а выход газоразделительного блока (9) соединен со входом четвертой ступени поршневого многоступенчатого компрессора (3).
Пример 10. Поршневой многоступенчатый компрессор (3) выполнен шестиступенчатым или семиступенчатым, при этом выход четвертой ступени поршневого многоступенчатого компрессора (3) соединен со входом охладителя (4), а выход газоразделительного блока (9) соединен со входом пятой ступени поршневого многоступенчатого компрессора (3).
Пример 11. Поршневой многоступенчатый компрессор (3) расположен в хвостовой части станции.
Пример 12. С целью снижения затрат энергии и повышения производительности поршневого многоступенчатого компрессора (3), между воздушным фильтром и входом поршневого многоступенчатого компрессора установлен турбонагнетатель или воздуходувка (10) с избыточным давлением до 0,3 Мпа (фиг. 2). При этом турбонагнетатель или воздуходувка (10) могут быть соединены с силовым приводом с помощью гидропривода.
Пример 13. С целью уравновешивания поршневых сил, поршневой многоступенчатый компрессор (3) содержит уравнительные полости.
Пример 14. С целью отвода тепла от нагруженных деталей и поддержания оптимального температурного режима работающего поршневого многоступенчатого компрессора (3), передвижная азотная компрессорная станция содержит систему охлаждения поршневого многоступенчатого компрессора (3).
Пример 15. С целью получения на выходе передвижной азотной компрессорной станции высокого давления 69-196 МПа, выход поршневого многоступенчатого компрессора (3) соединен с водяным насосом (12) (фиг. 3). При этом с целью накопления воды и поддержания необходимого давления воды, выход поршневого многоступенчатого компрессора (3) может быть соединен с водяным насосом через водяной бак (11). С целью очистки газа от капельной жидкости, выход водяного насоса желательно соединен с сепаратором высокого давления (13).
Пример 16. С целью удаления конденсата, скапливающегося при работе оборудования, передвижная азотная компрессорная станция содержит систему продувки.
Пример 17. С целью предпускового подогрева дизеля и компрессора в холодный период года, передвижная азотная компрессорная станция содержит систему подогрева станции, содержащую ТЭНы.
Пример 18. Дизельный силовой привод снабжен блоком охлаждения жидкости и масла.
Реализация конструктивных элементов заявляемой полезной модели не ограничивается приведенными выше примерами.
Описание работы.
Передвижная азотная компрессорная станция приводится в действие дизельным силовым приводом (1). Атмосферный воздух поступает через воздушный фильтр (2) на вход поршневого компрессора (3) и сжимается в его промежуточных ступенях. После сжатия в промежуточных ступенях горячий воздух охлаждается в охладителе (4). С помощью регулирующего клапана изменяют расход охлаждающей жидкости через охладитель. При уменьшении расхода эффективность охладителя снижается, и воздух на выходе охладителя имеет несколько большую температуру. При выходе станции на рабочий режим это позволяет быстрее прогреть газоразделительный блок, то есть вывести его на рабочий режим газоразделения. После прогрева газоразделительного блока расход охлаждающей жидкости через охладитель увеличивают, увеличивая эффективность охладителя и приводя температуру воздуха на выходе охладителя к оптимальному значению для эффективного разделения воздуха на азот и остальные газы в газоразделителе. Далее при работе станции, когда требуется повысить ее производительность, но при этом допустимо снизить чистоту азота на выходе, увеличивают расход охлаждающей жидкости в охладителе. При этом эффективность охладителя повышается, температура воздуха на его выходе снижается. В газоразделительный блок поступает воздух, температура которого ниже оптимального значения. При этом концентрация азота на выходе газоразделительного блока снижается, но увеличивается количество газа на выходе газоразделительного блока, увеличивая производительность всей станции. При этом давление на выходе станции также повышается.
При охлаждении воздуха охладителем происходит конденсация содержащихся в воздухе паров жидкости. После охлаждения воздух поступает на вход вихревого сепаратора (5). В вихревом сепараторе (5) создается завихрение воздушного потока, при этом механические примеси, капли воды и масла отбрасываются центробежной силой на стенки сепаратора и стекают в его нижнюю часть, а воздух направляется в фильтр грубой очистки (6). В фильтре грубой очистки (6) происходит очистка воздуха от неотсепарированных в вихревом сепараторе (5) мелких механических примесей, масляных аэрозолей и капельной жидкости. После фильтра грубой очистки (6) поток воздуха поступает в фильтр тонкой очистки (7). В фильтре тонкой очистки (7) происходит дополнительная очистка воздуха от не задержанных в фильтре грубой очистки (6) микрочастиц влаги и масла в виде очень мелкой аэрозоли. С выхода фильтра тонкой очистки (7) воздух поступает в угольный фильтр (8). Угольный наполнитель угольного фильтра (8) адсорбирует пары масла и жидкости, не сконденсированные в охладителе (4) и не задержанные в вихревом сепараторе (5), фильтрах грубой (6) и тонкой (7) очистки. Очищенный в угольном фильтре (8) воздух поступает на вход газоразделительного блока (9). В газоразделительном блоке (9) происходит разделение потока сжатого воздуха на два: поток газов с высоким содержанием кислорода - пермеат, и поток газов, обогащенных азотом. Пермеат отводится в атмосферу, а поток газов, обогащенных азотом поступает в следующую за промежуточной ступенью поршневого многоступенчатого компрессора (3) для дальнейшего сжатия и подачи потребителю.
Промышленная применимость
На предприятии-заявителе изготовлены опытные образцы заявленной передвижной азотной компрессорной станции, испытания которых подтвердили достижение технических результатов.
Заявляемая передвижная азотная компрессорная станция реализована с применением промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть собрана на машиностроительном предприятии и найдет широкое применение в химической, угольной и горнодобывающей промышленности, областях добычи, переработки, транспортировки и сбыта нефтяных и газовых продуктов.