СПОСОБ ВЕДЕНИЯ КОМПРИМИРОВАНИЯ И ОЧИСТКИ Российский патент 1996 года по МПК F04B41/00 

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано в установках, в которых к чистоте рабочего газа предъявляются особые требования.

Известен способ управления компрессорным агрегатом путем измерения контролируемых параметров, подачи сигналов на контролирующие приборы, связанные с отключающими устройствами, которые вначале подают аварийный сигнал, а при необходимости отключают агрегат.

В известном способе не производится контроль за содержанием примесей влаги и масла в рабочем газе, поэтому не обеспечивается требуемая концентрация примесей в газе, выдаваемом потребителю.

Известен способ ведения компримирования и очистки, состоящий из запуска компрессорных агрегатов, включающих маслохолодильники, фильтры и байпасные линии, сжатие рабочего газа, очистки его в фильтрах и подачи рабочего газа потребителю. Этот способ выбран за прототип.

В известном способе возможна подача потребителю рабочего газа, загрязненного примесями масла и воды выше допустимых пределов, в случае нарушения нормальной работы фильтров или компрессорных агрегатов, попадания воды из маслохолодильников в масляную систему, а также при изменении режимов работы системы компримирования, когда возможны выбросы масла, накапливающегося в коммуникациях в местах изменения направления движения потока, около местных сопротивлений и т.п.

Целью изобретения является повышение надежности очистки рабочего газа от примесей.

Цель достигается тем, что по способу ведения компримирования и очистки, состоящему из запуска компрессорных агрегатов, включающих маслохолодильники, фильтры и байпасные линии, сжатия рабочего газа, очистки его в фильтрах и подачи рабочего газа потребителю, согласно изобретению перед подачей потребителю рабочего газа в случае превышения содержания примесей в газе осуществляют циркуляционную очистку газа путем возврата через байпасные линии до достижения допустимого уровня концентрации примесей, измеряемого с помощью датчиков, установленных после фильтров. При превышении допустимого уровня концентрации примесей после какого-либо фильтра на датчик подают рабочий газ, отбираемый до фильтра, и при соответствии требуемой концентрации после соответствующего агрегата рабочий газ направляют на очистку в дополнительный фильтр, а в случае превышения концентрации останавливают агрегат. При обнаружении в рабочем газе примеси воды соответствующий агрегат останавливают. При этом периодически кратковременно подают на датчик рабочий газ, отбираемый до фильтров.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники не выявлены признаки, обеспечивающие надежность очистки рабочего газа от масла и воды в той же мере, что и заявляемое, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения критерию изобретения "существенные отличия".

На фиг. 1 схематично изображена система компримирования и очистки; на фиг. 2 представлена зависимость резонансной частоты датчика при увеличении концентрации масла в потоке с 1,5 до 100.120 мг/м³ при использовании гелия в качестве рабочего газа; на фиг.3 зависимость резонансной частоты СВЧ-резонатора, используемого в качестве датчика содержания масла в потоке гелия, от времени при подключения фильтров; на фиг.4 показано изменение резонансной частоты СВЧ-резонатора, используемого в качестве датчика влажности гелия при попадании воды.

Стенд, в котором реализован заявляемый способ, содержит компрессорный агрегат 1 с маслохолодильником 2, фильтр 3, байпасную линию 4, датчик 5 измерения концентрации примесей и вентиль 6. Из условия обеспечения требуемого расхода гелия используются два основных компрессорных агрегата 1. Стенд содержит также резервный агрегат 7, дополнительный фильтр 8, вентили 9, 10, 11 и 12. Сигналы от датчиков 5 по каналам 13, 14, 15 и 16 подаются на приводы соответствующих байпасных вентилей 6.

Предлагаемый способ ведения компримирования и очистки реализован следующим образом в системе криогенного обеспечения (СКО) при использовании гелия в качестве рабочего газа.

Из системы компримирования и очистки гелий должен выдаваться потребителю с содержанием примесей масла не выше 1,5 мг/м³. Во многих случаях СКО должны работать непрерывно до 4.5 тыс. что определяет необходимость использования резервных агрегатов 7, которые запускаются при выходе из строя какого-либо основного агрегата 1. Очень важно выполнить требования по очистке гелия от масла, так как при попадании масла в низкотемпературную часть СКО возможны забивка теплообменников, повышенный износ движущихся узлов и выход из строя всей СКО. Это может пpивести к срыву пpоизводственного цикла и существенному техническому и экономическому ущербу. Кроме того, работы по удалению масла, аварийно проникающего в магистраль СКО, чрезвычайно трудоемки, связаны с длительным простоем и дорогостоящими операциями. Попадание воды в гелиевый поток (кроме свидетельства нарушения герметичности гелиевой системы) существенно снижают эффективность работы фильтров по очистке гелия от масла и это обуславливает необходимость контроля за содержанием воды в гелиевом потоке.

В качестве датчиков 5, измеряющих концентрацию примесей в гелии, используются сверхвысокочастотные (СВЧ) резонаторы. Измерение концентрации примесей в гелии основано на связи резонансной частоты заданного объема в однородном электромагнитном поле с диэлектрической проницаемостью среды, причем последняя зависит от вида, концентрации и некотоpых других факторов. На фиг. 2-4 резонансная частота 33 300 кГц соответствует концентрации примесей масла в гелии 1.1,5 мг/м³, а частота 32 800 кГц 100.120 мг/м³. При этом резонансная частота и диэлектрическая проницаемость связаны следующей пропорциональной зависимостью:
F k где F pезонансная частота в вакууме;
ε диэлектpическая проницаемость среды, в нашем случае потока гелия с примесями в мерном объеме;
k коэффициент пропорциональности.

Пpи наладке обоpудования СКО и во время длительной эксплуатации неpедки ситуации, когда необходимо остановить какой-либо основной агpегат 1 в том числе и по причинам, не имеющим непосpедственного влияния на концентрацию пpимесей в гелии, и запустить резервный агрегат 7. В этом случае возможны ситуации, когда после фильтpoв 3 концентрация примесей в гелии (при полностью исправных компрессорных агрегатах 1 и 7 и фильтрах 3) значительно больше максимально допустимой (фиг.3). Это может быть объяснено следующим образом. Конструкция фильтров 3 рассчитана на длительную работу в режиме самоочищения. При остановке агрегата 1 и прекращении подачи гелия с концентрацией 100.120 мг/м³ на фильтры 3 с фильтрующего материала под действием силы тяжести масло начинает стекать в нижнюю часть корпуса фильтра 3. Этот процесс может пpоисходить 10.20 ч и более. Повтоpный запуск агрегата 1 приводит к восстановлению газового потока и уносу масла из нижней части фильтрующего материала в количествах, значительно превышающих допустимый уровень (фиг.3).

Вышесказанное определяет необходимость непрерывного контроля за содержанием примесей в потоке гелия за каждым агрегатом после его запуска и выдачу гелия потребителю через вентили 12 только в том случае, когда концентрация примесей в потоке достигает заданной величины.

Если при работе какого-либо агрегата концентрация примесей масла после фильтра 3 возрастает больше допустимого уровня, на датчик 5 подают рабочий газ, отбираемый до фильтра 3, путем закрывания вентиля 10 и открывания вентиля 9. Если при этом концентрация примесей масла в рабочем газе до фильтра 3 соответствует по техническим условиям концентрации примесей (100.120 мг/м³) в рабочем газе после агрегата 1, что свидетельствует о нормальной работе этого агрегата 1 и о выходе из строя фильтра 3, тогда рабочий газ направляют на очистку в резервный фильтр 7, в противном случае останавливают агрегат 1 и устраняют причину повышенной концентрации масла.

При обнаружении в гелии после агрегата 1 воды, что при использовании СВЧ-резонаторов в качестве датчиков 5 легко осуществимо, так как диэлектрическая проницаемость воды существенно больше диэлектрической проницаемости гелия и масла (фиг.4), останавливают этот агрегат и устpаняют причины попадания воды в сжимаемый гелий.

Как уже отмечалось выше, система компримирования и очистки может работать 4.5 тыс.ч непрерывно. В этом случае необходим регулярный контpоль за работоспособностью датчиков 5. Для этого периодически кратковременно подают на каждый датчик 5 гелий, отбираемый из потока до фильтров 3 и 8 с концентрацией примесей масла 100.120 мг/м³ и по изменению резонансной частоты (фиг. 2) судят о работоспособности фильтров 3 и 8.

Использование предлагаемого способа ведения компримирования и очистки позволяет по сравнению с существующим способом (где гелий подают потребителю сразу после подключения фильтров 3) значительно уменьшить количество примесей, подаваемых потребителю как при выходе из строя фильтров 3 и 8, маслохолодильников 2 и др. так и при переходных режимах. Кроме того, предлагаемый способ позволяет осуществлять косвенную диагностику различных узлов системы компримирования, обеспечивает аварийное предупреждение при увеличении концентрации примесей, позволяет автоматизировать работу СКО.

Использование: в криогенной технике. Сущность изобретения: запускают компрессорные агрегаты, содержащие маслохолодильники, фильтры и байпасные линии. Сжимают рабочий газ, очищают его в фильтрах и подают рабочий газ потребителю. После запуска по меньшей мере одного агрегата перед подачей потребителю рабочего газа осуществляют циркуляционную очистку газа воздухом через байпасные линии до достижения допустимого уровня концентрации примесей, измеряемого датчиками, установленными после фильтров. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. СПОСОБ ВЕДЕНИЯ КОМПРИМИРОВАНИЯ И ОЧИСТКИ, состоящий из запуска компрессорных агрегатов, включающих маслохолодильники, фильтры и байпасные линии сжатия рабочего газа, очистки его в фильтрах и подачи рабочего газа потребителю, отличающийся тем, что перед подаче потребителю рабочего газа в случае превышения содержания примесей в газе осуществляют циркуляционную очистку газа путем возврата через байпасные линии до достижения допустимого уровня концентрации примесей, измеряемого с помощью датчиков, установленных после фильтров. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при превышении допустимого уровня концентрации примеси после какого-либо фильтра на датчик подают рабочий газ, отбираемый до фильтра и при соответствии требуемой концентрации после соответствующего агрегата рабочий газ направляют на очистку в дополнительный фильтр, а в случае превышения концентрации останавливают агрегат. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при обнаружении в рабочем газе примеси воды соответствующий агрегат останавливают. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что периодически кратковременно подают на датчик рабочий газ, отбираемый до фильтров.