Способ охлаждения компремируемого газа и компрессорная установка

 

Использование: на компрессорных установках для сжатия и охлаждения газа. Сущность изобретения: перед подачей в проточную часть ступеней сжатия конденсат предварительно охлаждают. Компрессорная установка для этого дополнительно снабжена холодильниками для охлаждения конденсата, установленными за ступенями сжатия и связанными своими входами с линиями отвода конденсата из холодильников газа и конденсатосборником, а выходами - с проточными частями ступеней. При этом холодильники для газа выполнены в виде водоохлаждаемого кожухотрубного теплообменника. 2 с. и 1 з. п. ф-лы. 1 ил.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для сжатия и охлаждения газа на компрессорных установках.

Известен способ охлаждения газа в процессе сжатия за счет скрытой теплоты парообразования впрыскиваемой в сжимаемый газ жидкости (испарительное охлаждение) [1] Испарительное охлаждение газа применяют на осевых и центробежных компрессорах.

В проточную часть компрессора при сжатии воздуха впрыскивается вода, в нагнетателях нитрозных газов впрыскиваются вода или слабый раствор азотной кислоты, при сжатии природного газа и нефтяных попутных газов сжиженный пропан, газолин, бензин, газовый конденсат и т.д.

Недостатком способа является необходимость иметь посторонний источник жидкости.

Известен также способ охлаждения газа в процессе сжатия, в котором указанный недостаток устранен за счет использования конденсата, выделяющегося из компремируемого газа при охлаждении его после каждой из ступеней сжатия для использования его в качестве хладоагента при испарительном охлаждении [2] Недостатком известного комбинированного способа охлаждения газа является недостаточная степень охлаждения газа после ступеней сжатия ввиду высокой температуры впрыскиваемого конденсата (90^оС), а также повышенный расход конденсата.

Известна компрессорная установка для сжатия газа с охлаждением содержит последовательно расположенные секции сжатия с установленными за ними холодильниками, имеющими конденсатосборники, подключенные к проточным частям ступеней сжатия [2] В известной установке холодильники для охлаждения сжимаемого газа выполнены в виде секций из пучка труб, омываемых охлаждаемым газом (например, воздухом).

Недостатком известной конструкции является то, что используемые промежуточные и концевой холодильники с трубным пучком, использующие в качестве хладагента оборотную воду, ненадежны в работе, имеют низкую эффективность охлаждения ввиду отложения солей (накипи), вследствие чего резко падает теплопроводность трубок, и они полностью закупориваются. Кроме того, использование известной конструкции требует повышенного расхода конденсата на охлаждение и, как следствие, постороннего источника для подпитки системы испарительного охлаждения. Это в свою очередь приводит к тому, что при подаче воды с высоким содержанием солей жесткости поверхность проточной части покрывается отложениями солей, что не только снижает эффект испарительного охлаждения, но и приводит к ухудшению работы компрессора.

Целью изобретения является снижение температуры компремируемого газа и соответственно снижение энергозатрат, а также снижение расхода конденсата на охлаждение и повышение надежности работы установки в целом.

Достигается это тем, что в известном способе, включающем охлаждение газа после каждой из ступеней сжатия с использованием конденсата, впрыскиваемого в проточную часть ступеней сжатия, перед подачей в ступень конденсат предварительно охлаждают.

Кроме того, компрессорная установка, включающая последовательно расположенные ступени с установленными за ними холодильниками с конденсатосборниками, подключенными к проточным частям ступеней сжатия, дополнительно снабжена холодильниками для охлаждения конденсата, установленными за ступенями сжатия и связанными с проточными частями своими выходами по охлаждаемой среде, при этом холодильники для охлаждения газа выполнены в виде водоохлаждаемого кожухотрубного теплообменника, а линии отвода горячего конденсата из холодильников газа и конденсатосборник подключены к проточным частям ступеней сжатия через холодильники охлаждения конденсата.

Сущность изобретения заключается в том, что предварительное охлаждение конденсата перед подачей в ступень сжатия позволяет снизить температуру охлаждаемого газа в этой ступени за счет теплоты нагрева этого конденсата до температуры парообразования.

В известных решениях [1 и 2] понижение температуры газа достигалось только за счет испарения горячего конденсата после холодильников газа, в то время как теплота нагрева охлажденного конденсата до температуры преобразования и связанная с ней возможность снижения температуры охлаждаемого газа не использовалась.

Таким образом, охлаждение конденсата, например, при использовании изобретения в компрессорах для сжатия воздуха, с 90^оС после ступеней сжатия до 35^оС после холодильников конденсата позволяет получить более низкую температуру охлаждаемого газа после ступеней сжатия и, как следствие, снизить потребляемую мощность компрессоров (энергозатраты) или повысить их производительность; снижение расхода конденсата для подачи на охлаждение газа в ступени при той же температуре газа по сравнению с впрыском горячего конденсата, что снижает расход конденсата от постороннего источника для подпитки системы испарительного охлаждения.

Введение в компрессорную установку для сжатия воздуха промежуточных и концевого холодильников газа в виде водоохлаждаемого кожухотрубного теплообменника позволит повысить надежность и эффективность работы установки за счет устранения причин снижения надежности работы холодильников газа.

Сравнение предлагаемых способа и устройства с известным уровнем техники показывает, что изобретение является новым, отвечает условию охраноспособности "избирательский уровень".

Изобретение промышленно применимо, поскольку предусматривает использование существующего оборудования и снижение энегопотребления. На чертеже представлена схема компрессорной установки для реализации способа охлаждения газа.

Установка содержит последовательно установленные ступени сжатия 1,2,3 с установленными за ними промежуточными холодильниками газа 4,5 и концевым холодильником 6, имеющим конденсатосборник 7 (ресивер), подключенный трубопроводом к проточным частям ступеней сжатия через холодильники для охлаждения конденсата 8,9,10. Установка содержит вспомогательную запорно-регулирующую арматуру 11,12,13,14,15,16, конденсатоотводчик 17 поплавкового типа. Кроме того, линии отвода горячего конденсата из холодильников газа 4,5,6 подключены к проточным частям ступеней сжатия 1,2,3 соответственно через холодильники конденсата 8,9,10. Установка имеет линию подпитки системы испарительного охлаждения с запорной арматурой 18. Конденсатосборник (ресивер) 7 линиями с помощью запорной арматуры 19 (по жидкости) и 20 (по газу) соединен с конденсатоотводчиком 17.

Установка работает следующим образом.

При сжатии газа, содержащего пары жидкости (например, атмосферного воздуха), в ступенях сжатия 1,2,3 и его охлаждении в промежуточных 4,5, и концевом 6 холодильниках выделяется конденсат, который непосредственно после холодильников 8,9,10 под давлением нагнетания ступени компрессора подается на вход этой же ступени сжатия 1,2,3. При сжатии в ступенях температура воздуха повышается до 110-140^оС, образующийся в холодильниках конденсат имеет температуру около 90-98^оС. Охлажденный в холодильниках 8,9,10 конденсат имеет температуру около 35^оС. В проточной части ступени сжатия жидкость (конденсат) испаряется, охлаждая газ в процессе сжатия. При этом охлаждение газа происходит не только за счет испарения конденсата, но и дополнительно за счет теплоты нагрева этого конденсата (с 35^оС) до температуры преобразования (т.е. до 100^оС). За счет этого достигается технический результат более низкая температура охлаждаемого газа после ступеней сжатия и, соответственно, увеличение производительности компрессора, а также уменьшение количества конденсата для подачи на испарительное охлаждение. В случае, когда влагосодержание газа на входе в компрессор недостаточно для образования конденсата в холодильниках, из системы подпитки (системы отопления) подается диэрированная вода. Количество конденсата, подаваемого в проточную часть каждой ступени сжатия регулируется запорными органами 11,12,13, а также 15,16,14.

Для охлаждения газа за счет теплопередачи после ступеней сжатия установлены холодильники в виде водоохлаждаемых кожухотрубных теплообменников (вместо трубных пучков). Такое выполнение холодильников повышает надежность их работы по сравнению с применяемыми в известных решениях холодильниками с трубчатыми пучками.

Для повышения эффективности охлаждения патрубки подвода и отвода газа к ступени сжатия снабжены водяными рубашками.

Формула изобретения

1. Способ охлаждения компремируемого газа, включающий его охлаждение после каждой из ступеней сжатия с использованием выделяющегося при этом конденсата, впрыскиваемого в проточную часть ступеней для испарительного охлаждения газа, отличающийся тем, что перед подачей в проточную часть ступени сжатия конденсат предварительно охлаждают.

2. Компрессорная установка, включающая последовательно расположенные ступени сжатия с установленными за ними холодильниками, имеющими конденсатосборники, подключенные к проточным частям ступеней, отличающаяся тем, что холодильники для охлаждения газа выполнены в виде водоохлаждаемого кожухотрубного теплообменника, при этом установка дополнительно снабжена холодильниками для охлаждения конденсата, установлеными за ступенями сжатия и связанными своими входами с линиями отвода горячего конденсата из холодильников газа и конденсатосборником, а выходами по охлаждаемой среде с проточными частями ступеней.

3. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что патрубки подвода и отвода газа к ступеням снабжены водяными рубашками.

РИСУНКИ

Рисунок 1