СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ СЖАТОГО ГАЗА В КОМПРЕССОРНОЙ УСТАНОВКЕ Российский патент 1996 года по МПК F04D29/58 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к компрессоростроению, и может быть использовано в компрессорных станциях для компримирования и транспорта углеводородных газов по магистральным газопроводам при степени повышения давления в компрессоре выше 2,2.

Известна система охлаждения газа компрессорной станции с газоперекачивающими агрегатами ЭГПА-235 ([1] с.5, рис.1 и с.54, рис.23 и 24), содержащая воздухогазовые трубные секции, вентиляторы с электроприводом и диффузоры, подводящие воздух от вентиляторов к трубным секциям.

Недостатками этой системы охлаждения являются большие металлоемкость и расход электроэнергии на привод вентиляторов.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является комбинированная система охлаждения сжатого газа в компрессорной установке ([2] с.2 и 3, табл.1, схема 1), содержащая компрессор, установленный на линии нагнетания и соединенные с компрессором последовательно расположенный трубчатый газоохладитель и водяной кожухотрубный газоохладитель.

Недостатками этой системы охлаждения являются большие металлоемкость, расход электроэнергии в воздушном газоохладителе и расход воды в водяном газоохладителе.

Задачей изобретения являются снижение массы и габаритов охлаждающего устройства, а также повышение экономичности путем уменьшения расхода электроэнергии и воды в процессе эксплуатации компрессорной установки.

Указанная задача решается в системе охлаждения, содержащей компрессор, установленный на линии нагнетания, и соединенные с компрессором последовательно расположенную первую и вторую ступени охлаждения сжатого газа.

Согласно изобретению, первая ступень выполнена в виде парогенератора, соединенного с атмосферой и подключенного к потребителям пара, а вторая ступень выполнена в виде аппарата воздушного охлаждения.

При осуществлении изобретения могут быть получены следующие технические результаты.

1. Уменьшение мощности (а следовательно, и массы) электродвигателей, приводящих в действие вентиляторы аппаратов воздушного охлаждения (по сравнению с широко распространенной системой, содержащей только аппараты воздушного охлаждения [1]).

Этот результат является следствием того, что система охлаждения выполнена двухступенчатой воздухом отводится теплота от сжатого газа только во второй ступени, поэтому расход воздуха через аппараты воздушного охлаждения сокращается примерно в два раза, что приводит к снижению мощности привода вентиляторов.

2. Устранение необходимости иметь на компрессорной станции мощный источник водоснабжения, обеспечивающий работу системы охлаждения сжатого газа ([2] с.1).

Этот результат является следствием того, что первая ступень охлаждения выполнена в виде водяного парогенератора, соединенного с атмосферой. В парогенераторе теплота отводится от сжатого газа и передается воде, которая нагревается до температуры кипения при атмосферном давлении и превращается в пар. При этом расход воды сокращается примерно в сто раз (по сравнению с водяной системой охлаждения).

3. Устранение необходимости строить возле компрессорной станции котельную для отопления помещений станции.

Этот результат обусловлен тем, что парогенератор системы охлаждения сжатого газа подключен к потребителям пара. Пар, вырабатываемый в парогенераторе за счет теплоты, отводимой от сжатого газа в первой ступени охлаждения, имеет температуру 100-105^oС и может быть использован для отопления помещений компрессорной станции.

4. Возможность превращения компрессорной станции в производителя электроэнергии. Этот результат будет получен, если потребителем пара, вырабатываемого парогенератором, служит конденсационная паротурбинная установка, соединенная с электрогенератором.

На чертеже изображена принципиальная схема системы охлаждения сжатого газа в компрессорной установке.

Система охлаждения содержит компрессор 1, установленный на линии нагнетания, первую 2 и вторую 3 ступени охлаждения сжатого газа, расположенные последовательно.

Ступень 2 охлаждения газа включает водогазовый кожухотрубный теплообменник, выполненный в виде парогенератора 4.

Ступень 3 охлаждения газа включает аппарат воздушного охлаждения (АВО) 5 в виде воздушно газового теплообменника, снабженный вентилятором 6 обдува воздухом.

Парогенератор 4 по часовой стороне соединен трубопроводом 7 с компрессором 1 и трубопроводом 8 с АВО 5. По водяной стороне парогенератор 4 соединен трубопроводом 9 с водяным баком 10, а по паровой стороне трубопроводом 11 с атмосферой.

АВО 5 по газовой стороне соединен с парогенератором 4 и магистральным газопроводом (на чертеже не показан).

Парогенератор 4 снабжен датчиком 12 уровня воды. На трубопроводе 9 установлен управляемой запорный клапан 13. Датчик 12 уровня воды и управляемый запорный клапан 13 подключены к автоматическому органу управления (АОУ) 14.

Парогенератор 4 трубопроводами 15 и 16 подключен к потребителям пара в виде контура 17 отопления и контура 18 выработки электроэнергии.

Контур 17 отопления включает последовательно соединенные нагреватель 19 воды, отапливаемое помещение 20 и водяной насос 21.

Контур 18 выработки электроэнергии включает последовательно соединенные паровую турбину 22 с электрогенератором 23 и конденсатор 24 водяного пара.

С парогенератором 4 соединены нагреватель 19 воды трубопроводами 25 и 26 через водяной насос 27 и конденсатор 24 трубопроводами 28 и 26 через водяной насос 29.

На трубопроводах 11, 15, 16, 25 и 28 установлены запорные вентили 30, 31, 32, 33 и 34.

Система охлаждения работает следующим образом.

Газ из магистрального газопровода (на чертеже не показан) после очистки поступает в компрессор 1, в котором давление и температура газа повышаются. По трубопроводу 7 сжатый газ компрессором 1 направляется в первую ступень охлаждения 2 в виде парогенератора 4, а затем по трубопроводу 8 во вторую ступень охлаждения 3 в виде АВО 5, откуда возвращается в магистральный газопровод.

В парогенераторе 4 по трубам проходит сжатый газ, а межтрубное пространство заполнено водой. Теплота от сжатого газа передается воде, которая нагревается до кипения и превращается в пар с давлением, равным атмосферному или несколько больше его. Образовавшийся пар выходит из парогенератора 4 по трубопроводу 11.

Уровень воды в парогенераторе 4 поддерживают из водяного бака 10. При падении уровня воды датчик 12 уровня подает сигнала на АОУ 14, который открывает запорный клапан 13 на трубопроводе 9 и вода из бака 10 перетекает в водяную полость парогенератора 4 до установленного уровня.

Сжатый га в парогенераторе 4 охлаждают до температуры 110^oС, дальнейшее охлаждение до температуры 60^oС осуществляют в АВО 5, в котором сжатый газ проходит по трубам, наружная поверхность которых омывается воздухом, подаваемым вентилятором 6.

В зависимости от условий работы компрессорной установки возможны следующие варианты использования пара, получаемого в парогенераторе 4.

1. Работа компрессорной установки в летнее время.

К парогенератору подключают контур 18 выработки электроэнергии и отключают контур 17 отопления. Открывают запорные вентили 31 и 34 на трубопроводах 15 и 28 и закрывают запорные вентили 30, 32 и 33 на трубопроводах 11, 16 и 25.

Пар из парогенератора 4 по трубопроводу 15 поступает в турбину 22, вращающую ротор электрогенератора 23. В турбине 22 пар расширяется, снижая давление от 1 ат. до ≈ 0,1 ат. после чего поступает в конденсатор, в котором отдает теплоту парообразования воде, проходящей через конденсатор, и конденсируется. Конденсат из конденсатора 24 насосом 29 по трубопроводам 28 и 26 возвращается в парогенератор 4.

2. Работа компрессорной установки в зимнее время.

К парогенератору 4 подключают контур 17 отопления и контур 18 выработки электроэнергии. Открывают запорные вентили 31, 32, 33 и 34 на трубопроводах 15, 16, 25 и 28 и закрывают запорный вентиль 30 на трубопроводе 11.

В контуре 17 отопления пар по трубопроводу 16 поступает в нагреватель 19 воды, в котором отдает теплоту парообразования воде и конденсируется при давлении ≈ 1 ат. Конденсат из нагревателя 19 по трубопроводу 25 водяным насосом 27 возвращается в парогенератор 4. Воду, нагретую в нагревателе 19 до температуры ≈ 90 ^o С насосом 21 направляют в систему отопления помещений 20, откуда возвращают в нагреватель 19.

Контур 18 выработки электроэнергии работает также, как и в летнее время, но при несколько меньшем количестве поступающего пара, другая часть которого используется в контуре 17 отопления.

3. Работа компрессорной установки в зимнее время в условиях ремонта агрегатов контура 18 выработки электроэнергии.

К парогенератору 4 подключают только контур 17 отопления. Открывают вентили 32 и 33 на трубопроводах 16 и 25 и частично запорный вентиль 30 на трубопроводе 11, закрывают запорные вентили 31 и 34 на трубопроводах 15 и 28.

По трубопроводу 11 через вентиль 30 часть пара из парогенератора выходит в атмосферу. Регулированием открытия вентиля 30 обеспечивают требуемый режим отопления помещений 20.

4. Работа компрессорной установки в летнее время в условиях ремонта агрегатов контура 18 выработки электроэнергии.

Контур 17 отопления и контур 18 выработки электроэнергии отключают от парогенератора 4. Закрывают запорные вентили 31, 32, 33 и 34 на трубопроводах 15, 16, 25 и 28. Открывают запорный вентиль 30 на трубопроводе 11 и выпускают весь пар из парогенератора 4 в атмосферу.

Использование: в компрессоростроении. Сущность изобретения: система содержит две ступени охлаждения сжатого газа на выходе из компрессора, первая из которых выполнена в виде парогенератора, сообщенного с атмосферой и подключенного к потребителю пара, а вторая ступень выполнена в виде аппарата воздушного охлаждения. 1 ил.

Система охлаждения сжатого газа в компрессорной установке, содержащая компрессор, установленный на линии нагнетания, первую и вторую ступени охлаждения сжатого газа, расположенные последовательно и соединенные с компрессором, отличающаяся тем, что первая ступень выполнена в виде парогенератора, соединенного с атмосферой и подключенного к потребителю пара, а вторая ступень выполнена в виде аппарата воздушного охлаждения.