ПЕРЕДВИЖНАЯ АЗОТНО-ВОЗДУШНАЯ КОМПРЕССОРНАЯ СТАНЦИЯ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к компрессорной технике и может быть использована для получения инертной газовой смеси на основе азота и подачи воздуха или инертной газовой смеси под средним или высоким давлением при выполнении технологических операций, испытании трубопроводов на прочность и плотность и т.д. в нефтедобыче, в газовой и других отраслях промышленности.
Известны передвижные компрессорные станции с мембранными генераторами азота, предназначенные для получения инертной газовой смеси на основе азота и подачи потребителю этой газовой смеси низкого, среднего или высокого давления.
Для разных моделей мембранных генераторов азота номинальное давление газа может иметь значение в диапазоне 0,9÷4,0 МПа, и для подачи сжатого воздуха к мембранному генератору на азотных станциях предусматривают воздушный компрессор низкого или среднего давления (по классификации ГОСТ 28567-90).
На азотных станциях, у которых номинальное давление инертной газовой смеси выше номинального давления на выходе мембранного генератора (далее называемые станциями высокого давления), предусматривают дожимной компрессор, вход которого соединяют с выходом генератора азота.
Таким образом, азотная станция высокого давления содержит зону низкого давления, к которой относятся воздушный компрессор и мембранный генератор, и зону высокого давления, к которой относится дожимной компрессор.
Эти известные компрессорные станции специализированы на выработке только инертной газовой смеси на основе азота, при этом в отдельных конструкциях предусматривают возможность выдачи потребителю сжатого воздуха низкого или среднего давления.
В известных компрессорных станциях высокого давления отсутствует возможность подачи потребителю воздуха под высоким давлением, что ограничивает функциональные возможности известных станций.
Наиболее близкой к предложенной станции является известная передвижная азотная компрессорная станция, содержащая первую компрессорную установку низкого или среднего давления, вторую дожимающую компрессорную установку и мембранный генератор азота, с возможностью соединения выхода первой установки с входом генератора азота, выхода генератора азота - с входом второй установки, выходов первой установки, генератора азота и второй установки - с потребителем [Комплексные азотные генераторы GENERON. Передвижная серия [Электронный ресурс] / IGS (INNOVATIVE GAS SYSTEMS), cop.2005.- Режим доступа:
http://www.igs-global.com/russian/truck_combo_series_home.php. - Загл. с экрана].
В известной станции предусмотрена возможность подачи потребителю воздуха низкого или среднего давления, азота как низкого или среднего, так и высокого давления, но отсутствует возможность подачи потребителю воздуха под высоким давлением, что ограничивает функциональные возможности известной станции. Использование же азота под высоким давлением в тех случаях, когда операция может быть выполнена с использованием сжатого воздуха (например, при испытании трубопроводов на прочность и плотность при отсутствии пожаро- и взрывоопасность), приводит к экономическим потерям, вызванным прокачкой избыточного количества воздуха в первой компрессорной установке и работой генератора азота.
Предлагаемая полезная модель направлена на расширение функциональных возможностей известной компрессорной станции.
Технический результат при осуществлении полезной модели заключается в обеспечении возможности подачи потребителю воздуха под высоким давлением.
Указанный результат достигается тем, что передвижная компрессорная станция, содержащая первую компрессорную установку низкого или среднего давления, вторую дожимающую компрессорную установку и мембранный генератор азота, с возможностью соединения выхода первой установки с входом генератора азота, выхода генератора азота - с входом второй установки, выходов первой установки, генератора азота и второй установки - с потребителем, дополнительно содержит байпас с запорной арматурой, соединяющий выход первой компрессорной установки с входом второй установки.
Новый признак - байпас с запорной арматурой, соединяющий выход первой компрессорной установки с входом второй установки - позволяет направить сжатый воздух с выхода первой установки на вход второй дожимающей компрессорной установки, минуя генератор азота, в результате чего на выходе второй установки получают сжатый воздух высокого давления.
При работе компрессорной станции в режиме азотной станции в мембранном генераторе азота происходит отбор части воздуха, насыщенного кислородом, т.е. объем воздуха, подаваемого на вход генератора азота, больше объемного выхода газовой смеси, подаваемой на вход дожимающей компрессорной установки. Поэтому при байпасировании мембранного генератора азота производительность первой компрессорной установки уменьшают известными методами до величины, соответствующей параметрам дожимающей компрессорной установки.
Передвижная компрессорная станция может быть смонтирована на самоходном, передвижном, переносном шасси или на передвижной, переносной раме и предназначена для обслуживания без дополнительных монтажных работ.
Известны передвижные компрессорные станции, предназначенные для получения и подачи потребителю различных продуктовых газов: инертной газовой смеси на основе азота низкого (среднего) давления, при этом предусматривают также возможность выдачи потребителю сжатого воздуха низкого (среднего) давления; инертной газовой смеси низкого (среднего) и высокого давления; сжатого воздуха высокого давления.
В нефтедобыче и в газовой отрасли имеется потребность во всех продуктовых газах, вырабатываемых указанными компрессорными станциями.
Каждая из этих известных станций содержит функциональные элементы, осуществляющие подготовку (например, фильтрацию, охлаждение, осушку) и сжатие воздуха до низкого (среднего) давления. Каждая из известных азотных станций содержит, кроме указанных, также функциональные элементы, осуществляющие генерацию инертной газовой смеси на основе азота.
Наличие в каждой передвижной станции функционально однотипных элементов, т.е. дублирование отдельных функций, приводит к удорожанию комплекса машин, необходимых одному предприятию, что является недостатком известных станций.
Наиболее близкой к предложенной станции является известная передвижная азотная компрессорная станция, содержащая первую компрессорную установку низкого или среднего давления, вторую дожимающую компрессорную установку и мембранный генератор азота, с возможностью соединения выхода первой установки с входом генератора азота, выхода генератора азота - с входом второй установки, выходов первой установки, генератора азота и второй установки - с потребителем [Комплексные азотные генераторы GENERON. Передвижная серия [Электронный ресурс] / IGS (INNOVATIVE GAS SYSTEMS), cop.2005. - Режим доступа: http://www.igs-global.com/russian/truck_combo_series_home.php. - Загл. с экрана].
В известной станции предусмотрена возможность подачи потребителю воздуха низкого или среднего давления, азота как низкого или среднего, так и высокого давления, но отсутствует возможность подачи потребителю воздуха под высоким давлением, что ограничивает функциональные возможности известной станции. Использование же азота под высоким давлением в тех случаях, когда операция может быть выполнена с использованием сжатого воздуха (например, при испытании трубопроводов на прочность и плотность при отсутствии пожаро- и взрывоопасности), приводит к экономическим потерям, вызванным прокачкой избыточного количества воздуха в первой компрессорной установке и работой генератора азота.
Предлагаемая полезная модель направлена на расширение функциональных возможностей известной компрессорной станции.
Технический результат при осуществлении полезной модели заключается в обеспечении возможности подачи потребителю воздуха под высоким давлением. Кроме того, при выдаче любого продуктового газа обеспечивается рациональное использование производительности оборудования станции.
Указанный результат достигается тем, что передвижная компрессорная станция, содержащая первую компрессорную установку низкого или среднего давления, вторую дожимающую азотную компрессорную установку и мембранный генератор азота, с возможностью соединения выхода первой установки с входом генератора азота, выхода генератора азота - с входом второй установки, выходов первой установки, генератора азота и второй установки - с потребителем, дополнительно содержит третью дожимающую воздушную компрессорную установку, с возможностью соединения входа этой установки с выходом первой компрессорной установки, а выхода - с потребителем.
Новый признак - третья дожимающая воздушная компрессорная установка, с возможностью соединения входа этой установки с выходом первой компрессорной установки - позволяет получить на выходе третьей установки сжатый воздух высокого давления, при этом возможно полное использование производительности первой установки.
В частном случае реализации полезной модели первая компрессорная установка и мембранный генератор азота размещены на первом шасси или раме, вторая и третья дожимающие компрессорные установки размещены соответственно на втором и третьем шасси или раме.
При этом создается дополнительный технический результат - уменьшение габаритных размеров и массы каждого из трех модулей станции, что облегчает их перебазирование.
В другом частном случае реализации полезной модели соединительные коммуникации (трубопроводы, электрические кабели) в пределах установки выполнены с использованием быстроразъемных соединений.
При этом создается дополнительный технический результат - уменьшение затрат времени на подготовку станции к работе.
В другом частном случае реализации полезной модели первое шасси выполнено самоходным, а второе и третье - прицепными.
При этом создается дополнительный технический результат - возможность перебазирования станции с одной из дожимающих компрессорных установок к месту производства работ своим ходом.
Сущность предложенной полезной модели поясняется графическими материалами, где:
на фиг.1 показана структурная пневматическая схема азотно-воздушной компрессорной станции с двумя компрессорными установками;
на фиг.2 - то же, что фиг.1, с тремя компрессорными установками;
Азотно-воздушная компрессорная станция в первом примере (фиг.1) содержит компрессорную установку 1 среднего давления (с конечным давлением, например, 2 МПа) с винтовым компрессором 2 и дизельным приводом 3, дожимающую компрессорную установку 4 высокого давления (с конечным давлением, например, 25 МПа) с многоступенчатым поршневым компрессором 5 и дизельным приводом 6, генератор азота 7 с мембранным газоразделительным блоком 8. Компрессорная станция оснащена также дополнительными системами и устройствами, обеспечивающими работу компрессорных установок и генератора азота, в т.ч. влагоотделителем 9, теплообменниками-охладителями 10 и 11, фильтрами 12÷15.
Вход компрессорной установки 1 через фильтр 12 соединен с атмосферой, а ее выход через запорный клапан 16 соединен с входом генератора азота 7 и через запорный клапан 17 - с выходом 18 сжатого воздуха среднего давления.
Выход генератора азота 7 через запорный клапан 19 соединен с входом компрессорной установки 4, а через запорный клапан 20 - с выходом 21 азота среднего давления.
Байпас 22 через запорный клапан 23 соединяет выход компрессорной установки 1 с входом компрессорной установки 4, минуя генератор азота 7.
Выход компрессорной установки 4 через запорный клапан 24 соединен с выходом 25 высокого давления станции.
Азотно-воздушная компрессорная станция работает следующим образом.
Атмосферный воздух после предварительной фильтрации поступает в компрессор 2, затем сжатый и охлажденный в охладителе 10 воздух подают после очистки во влагоотделителе 9 по выбранному назначению:
а) при выдаче потребителю сжатого воздуха среднего давления - к выходу 18, при этом компрессорная установка 4 и генератор азота 7 остановлены, клапаны 16 и 23 закрыты, клапан 17 открыт;
б) при выдаче потребителю сжатого воздуха высокого давления - на вход компрессорной установки 4, при этом генератор азота 7 остановлен, клапаны 16 и 17 закрыты, клапан 23 открыт;
в) при работе станции в режиме азотной - на вход генератора азота 7 (клапаны 17 и 23 закрыты, клапан 16 открыт).
При работе станции в режиме азотной воздух через фильтры грубой очистки 13, тонкой очистки 14 и адсорбционный 15 поступает в мембранный газоразделительный блок 8. Инертную газовую смесь, образующуюся в надмембранной полости 26, подают по выбранному назначению:
а) при выдаче потребителю азота среднего давления - к выходу 21, при этом компрессорная установка 4 остановлена, клапаны 17, 19 и 23 закрыты, клапаны 16 и 20 открыты;
б) при выдаче потребителю азота высокого давления - на вход компрессорной установки 4, при этом клапаны 17, 20 и 23 закрыты, клапаны 16, 19 и 24 открыты.
Через охладитель 11, обратный 27 и запорный 24 клапаны к выходу 18 поступает инертная газовая смесь или воздух высокого давления (в зависимости от выбранной схемы работы станции). При выдаче потребителю сжатого воздуха высокого давления производительность компрессорной установки 1 уменьшают до величины, соответствующей параметрам дожимающей компрессорной установки 4, например, уменьшением частоты вращения привода 3.
Во втором примере выполнения азотно-воздушная компрессорная станция содержит компрессорную установку 1 низкого давления (с конечным давлением, например, 1,3 МПа) с винтовым компрессором 2 и дизельным приводом 3, дожимающую компрессорную установку 4 высокого давления (с конечным давлением, например, 25 МПа) с многоступенчатым поршневым компрессором 5 и дизельным приводом 6, генератор азота 7 с мембранным газоразделительным блоком 8 и все другие элементы, что и в первом примере, и схемы соединений в обоих примерах идентичны (см. фиг.1).
Азотно-воздушная компрессорная станция во втором примере работает аналогично изложенному выше, с тем отличием, что через выход 18 потребителю выдается сжатый воздух низкого давления, а через выход 21 - азот низкого давления.
Азотно-воздушная компрессорная станция, показанная на фиг.2, отличается от первого примера наличием третьей компрессорной установки 28 высокого давления (с конечным давлением, например, 25 МПа) с многоступенчатым поршневым компрессором 29 и дизельным приводом 30. Вход компрессорной установки 28 через запорный клапан 31 соединен с выходом компрессорной установки 1. Компрессорная установка 28 - воздушная дожимающая, ее выход через запорный клапан 32 соединен с выходом 33 воздуха высокого давления. Компрессорная установка 28 оснащена также дополнительными системами и устройствами, обеспечивающими ее работу, в т.ч. теплообменником-охладителем 34.
В данном (третьем) примере первая компрессорная установка 1 и мембранный генератор азота 7 могут быть размещены на одном автомобильном шасси, дожимающие компрессорные установки 4 и 28 - на отдельных шасси (например, на прицепах), и их соединение по воздуху и азоту выполнено соответственно трубопроводами 35 и 36 с быстроразъемными соединениями.
Номинальные производительность и начальное давление компрессорной установки 28 выбраны соответствующими производительности и конечному давлению установки 1.
Азотно-воздушная компрессорная станция в примере, показанном на фиг.2, работает следующим образом:
а) при выдаче потребителю сжатого воздуха среднего давления - аналогично первому примеру, при этом компрессорные установки 4 и 28 и генератор азота 7 остановлены, клапаны 16 и 31 закрыты, клапан 17 открыт;
б) при выдаче потребителю сжатого воздуха высокого давления - сжатый и охлажденный в охладителе 10 воздух подают после очистки во влагоотделителе 9 на вход компрессорной установки 28, при этом компрессорная установка 4 и генератор азота 7 остановлены, клапаны 16 и 17 закрыты, клапаны 31 и 32 открыты; через охладитель 34, обратный 37 и запорный 32 клапаны к выходу 33 поступает воздух высокого давления;
в) при выдаче потребителю азота среднего давления - аналогично первому примеру, при этом компрессорные установки 4 и 28 остановлены, клапаны 17, 19 и 31 закрыты, клапаны 16 и 20 открыты;
г) при выдаче потребителю азота высокого давления - аналогично первому примеру, при этом компрессорная установка 28 остановлена, клапаны 17, 20 и 31 закрыты, клапаны 16, 19 и 24 открыты.
Азотно-воздушная компрессорная станция в примере, показанном на фиг.2, может быть оснащена байпасом 38 с запорным клапаном 39 (на схеме фиг.2 показано пунктиром), аналогичным байпасу 22 в первом примере. Байпас 38 позволяет при необходимости соединить выход компрессорной установки 1 с входом компрессорной установки 4, минуя генератор азота 7, что расширяет функциональные возможности станции при отсутствии на месте работ компрессорной установки 28.
В четвертом примере выполнения азотно-воздушная компрессорная станция содержит компрессорную установку 1 низкого давления (с конечным давлением, например, 1,3 МПа) с винтовым компрессором 2 и дизельным приводом 3, и все остальные элементы, что и в третьем примере, и схемы соединений в обоих примерах идентичны (см. фиг.2).
Азотно-воздушная компрессорная станция в четвертом примере работает аналогично изложенному выше в третьем примере, с тем отличием, что через выход 18 потребителю выдается сжатый воздух низкого давления, а через выход 21 - азот низкого давления.
Примеры выполнения подтверждают возможность осуществления полезной модели.
Указанные примеры не исчерпывают возможные варианты реализации полезной модели в части применения известных схемных решений, выбора типа мембран, компрессоров, приводов, устройств очистки, осушки и охлаждения воздуха и газовой смеси, трубопроводной арматуры и др.).