Установка для осушки сжатого воздуха

Изобретение относится к технике очистки газов в различных отраслях народного хозяйства, например в химической, газовой промышленностях, и применяется преимущественно для осушки и очистки на буровых установках. Установка включает компрессор 1, холодильник 3, два адсорбера 6 и 7, магистраль осушенного воздуха 11 с эжектором 31 и магистраль влажного воздуха 8 с эжектором 18, подогреватель 19, регулятор давления воздуха 35, электронный усилитель 38, магнитный усилитель 40 с выпрямителем на выходе и датчик давления 34. Адсорберы выполнены с полостями для адсорбента и теплоносителя и патрубками для входа и выхода теплоносителя, влажного и осушенного воздуха. Эжектор 18 магистрали влажного воздуха установлен перед холодильником 3. Подогреватель 19 соединен с полостью для теплоносителя и с компрессором 1. Датчик давления 34 установлен в магистрали осушенного воздуха 11. Компрессор 1 снабжен приводом 32 с регулятором скорости вращения 33 в виде блока порошковых электромагнитных муфт. Регулятор давления воздуха 35 включает блок сравнения 36, подключенный к датчику давления 34, блок задания 37 и блок нелинейной обратной связи 39. Блок сравнения 36 соединен с входом электронного усилителя 38. Выход электронного усилителя 38 соединен с входом магнитного усилителя 40. Выпрямитель на выходе магнитного усилителя 40 подключен к регулятору скорости вращения 33 привода 32 компрессора 1. Изобретение позволяет снизить энергозатраты при производстве осушенного сжатого воздуха в условиях отрицательных температур окружающей среды. 1 ил.

 

Изобретение относится к технике очистки газов в различных отраслях народного хозяйства, например в химической, газовой промышленностях, где необходимо использовать очищенные газы, и применяется преимущественно для осушки и очистки на буровых установках.

Известна установка для осушки сжатого воздуха (см., патент США №3568406, кл. 53-33, 1968), включающая компрессор, холодильник, два адсорбера с полостями для адсорбента и теплоносителя и патрубки входа и выхода теплоносителя, влажного и осушенного воздуха, магистраль осушенного воздуха и магистраль влажного воздуха.

Недостатком является необходимость использования дополнительных энергоемких калорифера и воздуходувки, а также невозможность регулирования степени осушки сжатого воздуха перед потребителем.

Известна установка сжатого воздуха (см., а.с. №893239, М кл. В 01 D 53/26, Бюл. №48, 1981.), включающая компрессор, холодильник, два адсорбера с полостями для адсорбента и теплоносителя и патрубками для входа и выхода теплоносителя влажного и осушенного воздуха, магистраль осушенного воздуха с эжектором и магистраль влажного воздуха с эжектором, установленным перед холодильником, подогреватель, соединенный с полостью для теплоносителя и с компрессором.

Недостатком являются значительные энергозатраты, обусловленные завышенным по сравнению с необходимыми для потребителя количеством вырабатываемого осушенного сжатого воздуха при отрицательных температурах окружаемой среды, определяемые несоответствием объема сжатого воздуха, производимого как при положительных температурах, так и при отрицательных температурах окружающей среды, когда плотность всасываемого воздуха выше и, соответственно, будет больше массовая производительность компрессора, при его постоянной скорости привода, нормированной для условий положительной температуры всасываемого воздуха.

Технической задачей изобретения является снижение энергоемкости производства осушенного сжатого воздуха как при положительной, так и при отрицательной температуре окружающей среды, путем регулирования скорости вращения привода компрессора в условиях изменяющихся погодно-климатических воздействий на параметры всасываемого воздуха при контроле давления осушенного сжатого воздуха.

Технический результат по экономии энергии при производстве осушенного сжатого воздуха в условиях отрицательных температур окружающей среды достигается тем, что установка для осушки сжатого воздуха, включающая компрессор, холодильник, два адсорбера с полостями для адсорбента и теплоносителя, и патрубками для входа и выхода теплоносителя, влажного и осушенного воздуха, магистраль осушенного воздуха с эжектором и магистраль влажного воздуха с эжектором, установленным перед холодильником, подогреватель, соединенный с полостью для теплоносителя и с компрессором, при этом компрессор снабжен приводом с регулятором скорости вращения в виде блока порошковых электромагнитных муфт и связан с входом регулятора давления воздуха, включающего блок сравнения с подключенным датчиком давления, установленным в магистрали осушенного воздуха, блок задания и блок нелинейной обратной связи, причем блок сравнения соединен с входом электронного усилителя, а выход его соединен с входом магнитного усилителя.

На чертеже представлена принципиальная схема установки для осушки сжатого воздуха.

Установка для осушки сжатого воздуха состоит из компрессора 1 с резервуаром 2, концевого холодильника 3, водомаслоотделителя 4, сборника 5 сухого воздуха, адсорберов 6 и 7, магистрали 8 влажного воздуха с клапанами 9 и 10, магистрали 11 осушенного воздуха с клапанами 12 и 13, магистрали 14 выхода регенерирующего воздуха с клапанами 15, 16 и 17 и эжектором 18, подогревателя 19, магистрали 20 греющего воздуха с клапанами 21-24, эжектора 25, потребителя 26 сжатого воздуха, магистрали 27 неосушенного воздуха с клапаном 28 и магистраль охлаждающего воздуха 29 с клапаном 30 и эжектором 31.

Привод 32 компрессора 1 снабжен регулятором скорости вращения 33, например в виде блока порошковых электромагнитных муфт. На магистрали осушенного воздуха 11 установлен датчик давления 34, подключенный к регулятору давление 35, который содержит блок сравнения 36 с подключенным блоком задания 37. Выход блока сравнения 36 соединен с входом электронного усилителя 38, оборудованного блоком 39 нелинейной обратной связи, а выход электронного усилителя 38 соединен с входом магнитного усилителя 40 с выпрямителем на выходе, который подключен к регулятору скорости вращения 33 привода 32 компрессора 1.

Установка работает следующим образом.

При минусовых температурах окружающей среды, когда плотность всасываемого воздуха увеличивается и, соответственно, требуется меньшая массовая производительность компрессора 1 (см., например, Курчавин В.М. Экономия тепловой и электрической энергии в поршневых компрессорах. - М., 1985, - 80 с.) для поддержания нормируемых параметров осушенного сжатого воздуха в магистрали 11, необходимо перейти на более низкий температурный уровень по всасываемому воздуху. В этом случае сигнал, поступающий с датчика давления 34 становится больше, чем сигнал блока задания 37 и на выходе блока сравнения 36 появится сигнал отрицательной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 38.

Сюда поступает и сигнал отрицательной полярности обратной связи с блока 39 нелинейной обратной связи, которая вычитается из сигнала блока сравнения 36. За счет этого в электронном усилителе 38 компенсируется нелинейность характеристики компрессора 1. Сигнал с выхода электронного усилителя 38 поступает на вход магнитного усилителя 40, где он усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на обмотку электромагнитной муфты регулятора скорости вращения 33 компрессора 1. Отрицательная полярность сигнала электронного усилителя 38 вызывает уменьшение тока возбудителя на выходе магнитного усилителя 40, тем самым уменьшается и передаваемый регулятором скорости вращения 33 момент от привода 32. При этом уменьшается частота вращения компрессора 1 пока не станет равной заданной, соответствующей необходимому количеству осушенного сжатого воздуха по нормативному давлению у потребителя 26.

Воздух из компрессора 1 поступает в резервуар 2, концевой холодильник 3, водомаслоотделитель 4, в магистраль 8, а из нее в адсорберы 6 и 7, работающие по восьмичасовому циклу. В случае осушки воздуха в адсорбере 6 сжатый воздух поступает на адсорбцию через клапан 9, проходит адсорбент и сточкой росы около минус 40°С через клапан 12 нагнетается в воздухосборник 5 сухого воздуха, из которого направляется к потребителю 26.

Часть сжатого воздуха после компрессора с температурой 120-140°С направляется в подогреватель 19, где нагревается до 240-260°С, и далее по магистрали 20 греющего воздуха через клапан 24 - в адсорбер 7, где проходя по трубному пространству, конвективно подогревает адсорбент и через клапан 21 и эжектор 25 направляется в холодильник 3. Регенерация адсорбента 7 осуществляется частью осушенного воздуха, который поступает через клапан 13.

После десорбции воздух через клапаны 15 и 17 по магистрали 14 и эжектору 18 направляется в холодильник 3. По истечении трехчасовой регенерации клапан 17 закрывается, производится охлаждение регенерированного слоя адсорбента сухим воздухом, который после адсорбента проходит по магистрали охлаждающего воздуха 29 через клапан 30, эжектор 31 и смешивается с осушенным воздухом магистрали 11.

После охлаждения регенерированного адсорбента до 20-25°С производится переключение адсорбентов 6 и 7 и цикл повторяется. Переключение всех клапанов осуществляется автоматически с контролем температур воздушных потоков.

Магистраль 27 с клапаном 28 служит для смешивания потоков неосушенного и осушенного воздуха в адсорберах.

При положительных температурах окружающей среды, когда плотность всасываемого воздуха уменьшается и, соответственно, требуется большая массовая производительность компрессора 1 для поддержания нормированных параметров осушенного сжатого воздуха перейти на более высокий температурный уровень по всасываемому воздуху. В этом случае сигнал блока 37 задания станет превышать сигнал датчика давления 34 и при этом на выходе блока 36 появится сигнал положительной полярности, который, проходя через электронный усилитель 38, увеличивает ток возбуждения на выходе магнитного усилителя 40, чем достигается увеличение подачи воздуха компрессором 1 до тех пор, пока давление в магистрали осушенного сжатого воздуха не станет равным заданному. При этом получение осушенного воздуха производится по схеме, аналогичной процессу при отрицательных температурах окружающей среды.

Оригинальность технического решения заключается в том, что снабжение в установке для осушки сжатого воздуха компрессора приводом с регулятором скорости вращения в виде блока электромагнитных муфт, связанных с блоком давления, обеспечивает снижение энергоемкости производства осушенного сжатого воздуха в изменяющихся погодно-климатических условиях эксплуатации, что достигается путем поддержания энергосберегающего режима вращения привода компрессора в 2-х уровней производительности компрессора как при положительных, так и при отрицательных температурах окружающей среды с оптимизацией колебания давления осушенного сжатого воздуха у потребителя.

Установка для осушки сжатого воздуха, включающая компрессор, холодильник, два адсорбера с полостями для адсорбента и теплоносителя и патрубками для входа и выхода теплоносителя, влажного и осушенного воздуха, магистраль осушенного воздуха с эжектором и магистраль влажного воздуха с эжектором, установленным перед холодильником, подогреватель, соединенный с полостью для теплоносителя и с компрессором, отличающаяся тем, что включает регулятор давления воздуха, электронный усилитель, магнитный усилитель с выпрямителем на выходе и датчик давления, установленный в магистрали осушенного воздуха, при этом компрессор снабжен приводом с регулятором скорости вращения в виде блока порошковых электромагнитных муфт, регулятор давления воздуха включает блок сравнения, подключенный к датчику давления, блок задания и блок нелинейной обратной связи, блок сравнения соединен с входом электронного усилителя, выход электронного усилителя соединен с входом магнитного усилителя, а выпрямитель на выходе магнитного усилителя подключен к регулятору скорости вращения привода компрессора.