УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ МЕМБРАННОГО ГАЗОРАЗДЕЛИТЕЛЬНОГО БЛОКА (ВАРИАНТЫ) И МЕМБРАННАЯ ГАЗОРАЗДЕЛИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к устройствам плавного пуска компрессорных установок для предотвращения повреждения мембранных газоразделительных модулей давлением.
Известна передвижная азотная станция, содержащая нагнетательную линию, мембранные газоразделительные блоки, подключенные к выходу нагнетательной линии, и воздушные компрессоры, подключенные к входу нагнетательной линии через ресивер (патент на полезную модель Российской Федерации №114489).
В известной азотной станции ресивер предназначен для предотвращения пульсации давления и обеспечивает постепенное повышение давления в полости высокого давления газоразделительных блоков в период пуска газоразделительной установки.
Недостаток известной установки, препятствующий достижению нижеупомянутого технического результата, состоит в том, что ресивер имеет крупные габариты, усложняет конструкцию установки, увеличивает ее материалоемкость. Кроме того, при частых пусках и остановах газоразделительной системы в зимнее время в ресивере скапливается большое количество замерзшего конденсата.
Задача настоящей полезной модели состоит в создании устройства для предотвращения резких скачков давления при запуске и в процессе работы мембранной газоразделительной установки и в поддержании оптимального давления газа в процессе работы установки.
Эта задача решена благодаря тому, что предлагаемое устройство защиты мембранного газоразделительного блока от гидравлического удара во время пуска компрессора (УЗ), содержит воздушную линию, имеющую вход для подключения к напорной линии и выход для сброса газового потока, электроприводной шаровой кран (ВН1), установленный на воздушной линии, управляемый электропривод (УЭ), выполненный с возможностью полного открытия ВН1 и с возможностью переключения в режим закрытия ВН1, байпасную линию, подключенную к воздушной линии параллельно ВН1, быстродействующий клапан (КС1), установленный на байпасной линии, средства управления (СУ), выполненные с возможностью включения УЭ до полного открытия ВН1 перед пуском компрессора, и с возможностью переключения УЭ в режим закрытия ВН1 до полного закрытия ВН1 после пуска компрессора в течение предварительно заданного периода времени.
Технический результат состоит в том, что без использования крупногабаритного ресивера, обеспечивается постепенное нарастание давления на входе в мембранный газоразделительный блок и поддержание давления на оптимальном уровне, независимо от перепадов гидравлического сопротивления газоразделительного блока и напора в процессе работы.
СУ могут быть выполнены с возможностью установки и изменения периода времени, в течение которого ВН1 полностью закрывается из полностью открытого положения. Изменяя период времени, стараются обеспечить максимальную безопасную скорость нарастания давления с учетом мощности используемых компрессоров и гидравлического сопротивления газоразделительных блоков.
СУ могут быть выполнены с возможностью контроля положения заслонки ВН1 и отключения компрессора в случае блокировки ВН1. Возможность контролировать положение заслонки ВН1 перед включением компрессора позволяет исключить повреждение газоразделительного блока гидравлическим ударом в случае поломки ВН 1, например, по причине отказа электропривода или блокировки заслонки замерзшим конденсатом.
Для повышения надежности КС1 может быть выполнен с возможностью ручной установки давления срабатывания.
При использовании многоступенчатых компрессоров выход байпасной линии может быть соединен с нагнетательной линией компрессора посредством перепускной линии. В этом случае обеспечивается дополнительная экономия электроэнергии на привод компрессоров, когда существенная часть газового потока сбрасывается в перепускную линию при неоптимальном соотношении гидравлического сопротивления газоразделительного блока и производительности компрессоров.
Для визуального контроля давления перед КС1 может быть установлен манометр.
При этом СУ могут быть выполнены с возможностью считывания показаний манометра и включения КС1, при превышении предварительно заданной величины давления срабатывания.
В предпочтительной форме выполнения ВН1 полностью закрывается из полностью открытого положения, самое меньшее, за 20 секунд.
Как правило, при использовании электроприводов с постоянной скоростью вращения вала электродвигателя для закрытия заслонки шарового крана, площадь проходного сечения изменяется с разной скоростью с течением времени. Однако, изменяя скорость вращения вала электродвигателя в зависимости от положения заслонки, можно обеспечить практически любую скорость изменения площади проходного сечения, в том числе постоянную. Если необходимо, можно изменять скорость вращения электродвигателя с учетом скорости нарастания давления таким образом, чтобы избежать резких скачков давления на входе в газоразделительный блок.
В одной из предпочтительных форм выполнения СУ может обеспечивать регулирование оборотов электродвигателя УЭ в зависимости от показаний манометра и предварительно заданной кривой нарастания давления.
В одной из предпочтительных форм выполнения напорная линия снабжена электроприводным шаровым краном (ВН2), установленным между местом присоединения воздушной линии и газоразделительным блоком, а СУ выполнен с возможностью закрытия ВН2 перед пуском компрессора и с возможностью полного открытия ВН2 после пуска компрессора в течение предварительно заданного периода времени. Дополнительный шаровой кран ВН2 позволяет повысить надежность системы в случае неисправности ВН1 или КС1 и дополнительно уменьшает вероятность гидравлического удара при распространении волны сжатия в нагнетательной линии в период пуска компрессоров.
В предпочтительной форме выполнения ВН1 и ВН2 механически связаны между собой таким образом, что полностью открытому положению ВН1 соответствует полностью закрытое положение ВН2, а полностью открытому положению ВН2 соответствует полностью закрытое положение ВН1. Наличие жесткой кинематической связи между ВН1 и ВН2 позволяет полностью предотвратить возможность рассинхронизации ВН1 и ВН2 и повреждение газоразделительного блока в случае поломки ВН2.
В одной из форм выполнения устройства сброс осуществляется в атмосферу.
Для предотвращения аварии в случае одновременного повреждения КС1 и ВН1 на воздушной линии перед ВН1 может быть установлен предохранительный сбросной клапан.
УЗ может быть установлено на жестком каркасе, а ВН1, УЭ и КС1 могут быть размещены в теплоизолированном корпусе, содержащем обогревательные и вентиляционные устройства и датчики температуры, подключенные к СУ. В зимнее время предпочтительно перед пуском мембранной газоразделительной установки обеспечивать прогрев запорной и регулирующей арматуры до рабочих температур и поддерживать температуру на постоянном уровне во избежание заклинивания и сбоев в работе исполнительных механизмов.
Поставленная задача также может быть выполнена благодаря тому, что устройство для защиты мембранного газоразделительного блока от гидравлического удара во время пуска компрессора, содержит напорную линию, электроприводной трехходовой шаровой кран (ВН3), установленный на напорной линии, с выходом для сброса газового потока, выполненный с возможностью распределения газового потока между напорным трубопроводом и выходом для сброса, управляемый электропривод (УЭ2), быстродействующий клапан (КС2), установленный на напорной линии перед ВН3, средства управления (СУ), выполненные с возможностью переключения ВН3 в режим сброса перед пуском компрессора, и с возможностью переключения ВН3 в режим распределения газового потока в напорный трубопровод после пуска компрессора в течение предварительно заданного периода времени посредством УЭ2.
Вышеупомянутые устройства позволяют предотвратить повреждения при их использовании в составе мембранной газоразделительной установки, содержащей компрессор, напорную линию, подключенную к компрессору и мембранный газоразделительный блок.
Как показано на фиг.1 в одной из конкретных форм выполнения УЗ содержит воздушную линию, имеющую вход для подключения к напорной линии и выход для сброса газового потока, электроприводной шаровой кран (ВН1), установленный на воздушной линии, управляемый электропривод (УЭ), выполненный с возможностью полного открытия ВН1 и с возможностью переключения в режим закрытия ВН1, байпасную линию, подключенную к воздушной линии параллельно ВН1, быстродействующий клапан (КС1), установленный на байпасной линии, средства управления (СУ), выполненные с возможностью включения УЭ до полного открытия ВН1 перед пуском компрессора, и с возможностью переключения УЭ в режим закрытия ВН1 до полного закрытия ВН1 после пуска компрессора в течение предварительно заданного периода времени. На нагнетательной линии между компрессором и воздушной линией установлен запорный электромагнитный клапан ЭК1, а перед КС1 на байпасной линии установлен манометр (РН1).
Поскольку перед пуском установки кран ВН1 должен находиться в открытом положении, его положение контролируют СУ. Перед пуском СУ посредством УЭ переводят ВН1 в полностью открытое положение. В случае, когда кран не может быть открыт (заклинивание, поломка электропривода) СУ препятствует пуску компрессора. Если кран успешно открыт, СУ не препятствуют запуску компрессора. После запуска компрессора СУ посредством УЭ переводят ВН1 в полностью закрытое положение, при этом скорость изменения проходного сечения и скорость нарастания давления определяется скоростью вращения электродвигателя ЭУ, который переводит кран из открытого положения в закрытое. Обычно безопасная скорость нарастания давления на входе в газоразделительный блок обеспечивается, когда ВН1 полностью закрывается в течение 35 секунд и более. После закрытия ВН1 установка переходит в рабочий режим. При этом сглаживания перепадов изменения давления в процессе работы установки и регулирование давления на входе в газоразделительный блок обеспечивается посредством быстродействующего клапана КС1. Для этого устанавливается требуемая величина давления, как правило близкая к верхней уставке воздушного компрессора, и если газоразделительный блок будет не в состоянии пропустить через себя сжатый воздух, часть его сбрасывается в атмосферу, компрессор КМ1 при этом всегда будет находиться в загруженном состоянии, а на входе в газоразделительный блок будет поддерживаться максимально возможное давление, что повышает эффективность газоразделения.
Сравнительные испытания показывают, что управляемый шаровой кран и быстродействующий клапан обеспечивают такую же или лучшую защиту газоразделительного блока от перепадов давления и гидравлических ударов, как и ресивер и при этом УЗ обладает меньшими габаритами и не требует частого техобслуживания.