Насосно-эжекторная установка для сжатия газообразной среды

 

Изобретение относится к струйной технике, а именно к насосно-эжекторным установкам для сжатия низкопотенциальных газов на предприятиях газонефтеперерабатывающей и добывающей промышленности, и позволяет поддерживать оптимальный режим эксплуатации установки. Насосно-эжекторная установка для сжатия газообразной среды содержит, по меньшей мере, два струйных аппарата (СА) со входами по газу и по жидкости. Насос соединен выходом со входами по жидкости СА. Сепаратор соединен с выходами всех СА и со входом насоса на линиях подачи газа и подвода рабочей жидкости перед соответствующими входами СА. Каждый из запорных органов выполнен с возможностью автоматического открытия и закрытия соответственно при увеличении и при уменьшении давления в газовой магистрали до соответствующего порогового значения, причем эти значения одинаковы для пары запорных органов каждого СА и различны для пар запорных органов разных СА. Насос выполнен с возможностью его включения и выключения соответственно при увеличении и уменьшении давления в газовой магистрали до наименьшего из указанных пороговых значений. Технический результат - повышение надежности. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к струйной технике, а именно к насосно-эжекторным установкам для сжатия низкопотенциальных газов на предприятиях газонефтеперерабатывающей и добывающей промышленности с целью последующего использования сжатого газа и жидкой фазы.

В настоящее время существующие технологические системы утилизации низкопотенциальных, в том числе факельных газов, основаны на использовании металлоемкого специального компрессорного, насосного и емкостного оборудования (газгольдер и т. п. ), которое обеспечивает лишь частичный возврат "жирных газов" в топливную систему завода и на повторную переработку.

Известна насосно-эжекторная установка для сжатия газовой среды, содержащая два струйных аппарата со входами по газу и по жидкости, два насоса, соединенные выходами со входами по жидкости струйных аппаратов, два сепаратора, соединенных с выходами соответствующих струйных аппаратов, один из сепараторов соединен со входами насосов (RU 2101577, F 04 F 5/54, 10.01.98). Известная установка создана на основе высокоэффективных и экономичных газожидкостных струйных аппаратов (компрессоров), позволяющих сжимать газы любого состава за счет энергии рабочей жидкости. Такие аппараты не чувствительны к наличию конденсата в компремируемом газе, что значительно повышает срок их эксплуатации, обладают высокой надежностью. Однако в известной установке не предусмотрена возможность регулирования включения необходимого числа струйных аппаратов в зависимости от давления низкопотенциального газа в газовой магистрали.

Задачей изобретения является создание установки, обеспечивающей поддержание оптимального режима эксплуатации системы утилизации низкопотенциальных газов.

Технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в обеспечении плавного регулирования процедуры утилизации количества изменяющегося низкопотенциальных газов из газовой магистрали, ранее сжигаемых на факеле.

Технический результат достигается тем, что в насосно-эжекторной установке для сжатия газообразной среды, содержащей, по меньшей мере, два струйных аппарата со входами по газу и по жидкости, насос, соединенный выходом со входами по жидкости струйных аппаратов, сепаратор, соединенный с выходом одного из струйных аппаратов и со входом насоса, и запорные органы, согласно изобретению, сепаратор соединен с выходами всех струйных аппаратов, каждый из запорных органов, установленных на газовых и жидкостных линиях перед соответствующими входами струйных аппаратов, выполнен с возможностью автоматического открытия и закрытия соответственно при увеличении и уменьшении давления в газовой магистрали до соответствующего порогового значения, причем указанные пороговые значения одинаковы для пары запорных органов каждого струйного аппарата и различны для пар запорных органов разных струйных аппаратов, а насос выполнен с возможностью его включения и выключения соответственно при увеличении и уменьшении давления в газовой магистрали до наименьшего из указанных пороговых значений.

Установка может быть снабжена, по меньшей мере, одним дополнительным насосом, соединенным аналогично основному насосу с сепаратором и с дополнительными струйными аппаратами, дополнительные запорные органы выполнены аналогично основным, а наименьшее из пороговых значений давления для дополнительных запорных органов, соответствующее включению дополнительного насоса, превышает наибольшее пороговое значение давления для основных запорных органов.

Кроме того, она может быть снабжена резервным насосом и, по меньшей мере, двумя струйными аппаратами, соединенными аналогично основным и дополнительным, резервный насос выполнен с возможностью включения и выключения в ручном режиме, а резервные запорные органы - с возможностью одновременного автоматического открытия и закрытия соответственно при включении и выключении резервного насоса.

Запорные органы на газовой и жидкостной линиях каждого основного и дополнительного струйного аппарата могут быть выполнены с возможностью первоначального открытия запорного органа на жидкостной магистрали при увеличении давления до соответствующего порогового значения и последующего открытия запорного органа на газовой магистрали и с возможностью первоначального закрытия запорного органа на газовой магистрали при понижении давления до указанного значения и последующего закрытия запорного органа на жидкостной магистрали.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором показана принципиальная схема насосно-эжекторной установки для сжатия газообразной среды.

Насосно-эжекторная установка для сжатия газообразной среды предназначена, например, для сжатия части факельного газа, поступающего из системы сепарации на факел. Часть факельного газа из системы сепарации поступает на вход по газу струйных компрессоров, сжимается до требуемого давления, например, 4 кг/см² (изб.) и направляется в заводское топливное кольцо или на переработку на газофракционирующую установку (ГФУ).

Установка включает один или несколько жидкостных насосов. На схеме показано три насоса - два рабочих насоса 1, 2 и один резервный насос 3. Каждый из насосов 1, 2, 3 соединен входом с сепаратором 4 и выходом - параллельно со входами по жидкости, по меньшей мере, двух струйных аппаратов (СА) 5 и 6, 7 и 8, 9 и 10. Количество насосов и соответствующих струйных аппаратов может меняться. Входы по газу всех указанных струйных аппаратов 5-10 соединены газовыми линиями с запорными органами - отсечными клапанами 11-16 с газовой магистралью, в данном случае - с газовым коллектором 17. Входы по жидкости всех указанных СА 5-10 соединены с насосами 1-3 жидкостными линиями с запорными органами - электрозадвижками 18-23. Выходы всех СА 5-10 соединены с сепаратором 4.

Рабочая жидкость (атмосферный газойль или печное топливо) направляется на охлаждение в водяной холодильник 24 (вместо водяного холодильника может быть использован аппарат воздушного охлаждения). Температура рабочей жидкости на входе в холодильник 24 контролируется местным прибором. В холодильнике 24 рабочая жидкость охлаждается до температуры 70^oС (для атмосферного газойля) или 50^oС (для печного топлива). Температура на выходе из холодильника 24 контролируется при помощи регистрирующего прибора. После холодильника 24 рабочая жидкость проходит фильтры 25, 26, а в случае необходимости и резервный фильтр 27. Давление рабочей жидкости до и после фильтров 25-27 контролируется местными приборами. После фильтров 25-27 рабочая жидкость поступает на вход насосов 1-3.

Расход рабочей жидкости в нагнетательных линиях насосов 1-3 в данном частном случае составляет 140 м³/час и измеряется с помощью расходомерных диафрагм. Давление рабочей жидкости в нагнетательных линиях насосов 1-3 контролируется с помощью местных приборов.

Для обновления рабочей жидкости в системе предусмотрена подача подпитки (атмосферного газойля или печного топлива), например, в количестве 15-20 м³/час. Подпитка подается по линии 28 либо в сепаратор 4, либо на смешение с рабочей жидкостью, выходящей из холодильника 24 прямо на прием насосов 1-3. Расход подпитки регулируется клапаном-регулятором 29, связанным с расходомерной диафрагмой 30, установленными на этой же линии 28. Избыток рабочей жидкости отводится из сепаратора 4 через клапан-регулятор 31, связанный с измерителем уровня в сепараторе 4.

Газ из сепаратора 4 направляется по линии 32 в топливное заводское кольцо или на переработку на ГФУ. Давление в сепараторе 4 контролируется с помощью местного прибора.

Насосно-эжекторная установка работает следующим образом.

Низкопотенциальный газ, например факельный газ, с давлением 0,05-0,5 кг/см² (изб.) после системы сепарации поступает в приемный газовый коллектор 17. Давление факельного газа, поступающего в струйные аппараты 5-10, контролируется местными приборами на входе в каждый аппарат. В СА 5-10 (9,10 - резерв) от насосов 1,2 (3 -резерв) подается рабочая среда, в частном случае - атмосферный газойль или печное топливо, или любая другая. Каждый из насосов 1, 2, 3 подает рабочую жидкость параллельно в два аппарата. Давление рабочей жидкости, подаваемой в СА 5-10, контролируется местными приборами на входе в каждый аппарат. СА 5-10 включаются в работу последовательно, по мере роста давления факельного газа в приемном газовом коллекторе 17 струйно-компрессорной системы. Включение в работу - автоматическое. В струйных аппаратах 5-10 происходит сжатие факельного газа, например, до давления 4 ати за счет энергии рабочей жидкости. Величина сжатия может варьироваться в требуемых пределах.

Последовательность включения струйных аппаратов 5-10 следующая.

Исходное положение системы - насосы 1-3 выключены, все линии подвода газа и рабочей жидкости к СА 5-10 перекрыты. При достижении в приемном газовом коллекторе 17 порогового значения давления, в частности 0,05 кг/см² (изб. ), автоматически включается в работу насос 1. При достижении на выкиде насоса 1 максимального давления нагнетания рабочей жидкости автоматически открывается электрозадвижка 18 на линии подачи рабочей жидкости в СА 5, после чего автоматически открывается отсечной клапан 11 на линии подвода газа в СА 5, который находится теперь в рабочем положении.

При увеличении давления газа в приемном газовом коллекторе 17 до следующего порогового значения, в частности 0,1 кг/см² (изб.), автоматически открывается электрозадвижка 19 на линии подачи рабочей жидкости в СА 6, после чего автоматически открывается отсечной клапан 12 на линии подачи газа в СА 6, который также теперь находится в работе.

При дальнейшем повышении давления в приемном газовом коллекторе 17 до порогового значения, например 0,15 кг/см², (изб.), автоматически включается насос 2, при достижении на выкиде насоса 2 максимального давления нагнетания рабочей жидкости автоматически открывается электрозадвижка 20 на линии подачи рабочей жидкости в СА 7, после чего автоматически открывается отсечной клапан 13 на линии подачи газа в СА 7, который также теперь находится в рабочем состоянии.

При повышении давления в приемном газовом коллекторе 17 до порогового значения, в частности 0,2 кг/см² (изб.), автоматически открывается электрозадвижка 21 на линии подачи рабочей жидкости в СА 8, после чего автоматически открывается отсечной клапан 14 на линии подачи газа в СА 8, который теперь также находится в работе.

Насос 3 в приведенной схеме, представляющей собой частный случай, является резервным и пускается в работу в ручном режиме, после чего автоматически одновременно пускаются в работу СА 9 и 10. Сначала, по достижении максимального давления нагнетания рабочей жидкости на выкиде насоса 3, открываются электрозадвижки 22, 23 на линиях подачи рабочей жидкости в СА 9 и 10, после чего открываются отсечные клапана 15, 16 на линиях подвода газа в СА 9, 10.

Последовательность выключения СА 5-8 из работы следующая.

При снижении давления факельного газа в приемном коллекторе 17 до 0,15 кг/см² (изб.) автоматически закрывается отсечной клапан 14 на линии подвода газа в СА 8, после чего автоматически закрывается электрозадвижка 21 на линии подачи рабочей жидкости в СА 8. СА 8 - выключен. При снижении давления газа в коллекторе 17 до 0,1 кг/см² (изб.) автоматически закрывается отсечной клапан 13 на линии подвода газа в СА 7 и останавливается насос 2, после чего автоматически закрывается электрозадвижка 20 на линии подачи рабочей жидкости в СА 7. СА 7 - выключен. При снижении давления факельного газа в приемном газовом коллекторе 17 до 0,05 кг/см (изб.) автоматически закрывается отсечной клапан 12 на линии подвода газа в СА 6, после чего автоматически закрывается электрозадвижка 10 на линии подачи рабочей жидкости в СА 6. СА 6 - выключен. При снижении давления в газовом коллекторе до 0,02 кг/см² (изб.) автоматически закрывается отсечной клапан 11 на линии подвода газа в СА 5 и останавливается насос 1, после чего автоматически закрывается электрозадвижка 18 на линии подачи рабочей жидкости в СА 5. СА 5 - выключен.

Установка позволяет плавно регулировать отбор низкопотенциальных газов при увеличении или сокращении их сбросов, например, в факельную систему за счет последовательного автоматического включения СА в работу по мере возрастания и выключения по мере убывания давления в газовом коллекторе.

Приборы и средства контроля автоматизации могут быть выбраны любыми из числа известных.

Приведенные параметры давлений в факельном коллекторе, на выкиде из струйных аппаратов и пороговые значения величин давления открытия-закрытия электрозадвижек, пуска-остановки насосов являются частным примером внедренного объекта и могут меняться в ту или другую строну в практически неограниченных пределах.

То же касается величин расхода рабочей жидкости в нагревательных линиях насосов и подпитки, которые в каждом конкретном случае варьируются в требуемых для ведения процесса пределах.

То же относится и к вопросу о количестве газа, возвращаемого в топливную систему предприятия.

Для измерения давления в газовой магистрали и в нагнетательных линиях насосов использованы электроконтактные показывающие манометры, которые связаны с исполнительными механизмами, в качестве которых использованы пневматические клеточные регулирующие клапаны в комплекте с электропневмопозиционерами. Исполнительные механизмы приводят в действие насосы электрозадвижки и отсечные клапаны при поступлении сигнала от электроконтактных манометров.

Предложенная схема насосно-эжекторной установки позволяет утилизировать практически весь поступающий на установку газ, улавливать и возвращать в топливную систему или на переработку практически любое количество газа, что значительно сокращает потребление природного газа для топочных нужд предприятия.

Данная установка позволяет улавливать практически весь газовый конденсат (до 98%), так как жидкость, не отбитая в газовом сепараторе блока сепарации, конденсируется в сепараторе 4 предложенной установки утилизации (за счет повышенного давления) и выносится из сепаратора 4 с рабочей жидкостью.

Данная установка позволит расширить диапазон режима оптимального улавливания газов и конденсата и перевести факельную систему в режим "дежурной горелки" (сжигание технологически минимальных объемов).

При использовании установки для сжатия факельных газов достигается: - более полное улавливание и утилизация факельных газов (до 80%); - увеличение срока службы факельной горелки (за счет сокращения объемов сжигаемых газов и снижения температуры горения); - уменьшение вредных выбросов продуктов сжигания факельных газов в атмосферу - улучшение экологической обстановки; - экономия водяного пара, используемого в настоящее время для распыления сжигаемой массы газа и конденсата.

Формула изобретения

1. Насосно-эжекторная установка для сжатия газообразной среды, содержащая, по меньшей мере, два струйных аппарата со входами по газу и по жидкости, насос, соединенный выходом со входами по жидкости струйных аппаратов, сепаратор, соединенный с выходом одного из струйных аппаратов и со входом насоса, и запорные органы, отличающаяся тем, что сепаратор соединен с выходами всех струйных аппаратов, каждый из запорных органов, установленных на линиях подачи газа и подвода рабочей жидкости перед соответствующими входами струйных аппаратов, выполнен с возможностью автоматического открытия и закрытия соответственно при увеличении и уменьшении давления в газовой магистрали до соответствующего порогового значения, причем указанные пороговые значения одинаковы для пары запорных органов каждого струйного аппарата и различны для пар запорных органов разных струйных аппаратов, а насос выполнен с возможностью его включения и выключения соответственно при увеличении и уменьшении давления в газовой магистрали до наименьшего из указанных пороговых значений.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена, по меньшей мере, одним дополнительным насосом, соединенным аналогично основному насосу с сепаратором и с дополнительными струйными аппаратами, дополнительные запорные органы выполнены аналогично основным, а наименьшее из пороговых значений давления для дополнительных запорных органов, соответствующее включению дополнительного насоса, превышает наибольшее пороговое значение давления для основных запорных органов.

3. Установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что она снабжена резервным насосом и, по меньшей мере, двумя струйными аппаратами, соединенными аналогично основным и дополнительным, резервный насос выполнен с возможностью включения в ручном режиме, а резервные запорные органы - с возможностью одновременного открытия и закрытия соответственно при включении и выключении резервного насоса.

4. Установка по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что запорные органы на газовой и жидкостной линиях каждого основного и дополнительного струйного аппарата выполнены с возможностью первоначального открытия запорного органа на жидкостной магистрали при увеличении давления до соответствующего порогового значения и последующего открытия запорного органа на газовой магистрали и с возможностью первоначального закрытия запорного органа на газовой магистрали при понижении давления до указанного значения и последующего закрытия запорного органа на жидкостной магистрали.

РИСУНКИ

Рисунок 1

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Извещение опубликовано: 20.01.2006        БИ: 02/2006