СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ КОМПРЕМИРУЕМОГО ГАЗА И КОМПРЕССОРНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1997 года по МПК F17D1/07 F04D29/58 

Способ охлаждения компремируемого газа и компрессорная установка.

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 турбокомпрессорах.

Впрыскиваются в проточную часть компрессора при сжатии воздуха вода, в нагнетателях нитрозных газов 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 хладагента при испарительном охлаждении [2]
Известная 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).

Недостатком известного комбинированного способа охлаждения газа является недостаточная степень охлаждения газа после ступеней сжатия ввиду высокой температуры впрыскиваемого конденсата (90^oС), а также повышенный расход конденсата. Кроме того, при нагревании конденсата в ступенях сжатия он, испаряясь, занимает дополнительный объем. Это приводит к тому, что в холодильниках газа затрачивается дополнительная энергия на охлаждение испарившегося конденсата (пара) и на сжатие паровоздушной смеси в ступенях сжатия. И это приводит к снижению эффективности работы установки.

Известная установка не позволяет обеспечить требуемый уровень охлаждения газа.

Целью изобретения является повышение эффективности охлаждения газа в холодильниках газа (между ступенями сжатия) за счет интенсификации процесса теплообмена при смачивании поверхности охлаждения (т.е. между охлаждаемым газом и смоченной внешней охлаждающей поверхностью холодильников), а также снижение расхода конденсата на охлаждение и повышение надежности работы установки в целом.

Достигается это тем, что производят охлаждение компремируемого газа после каждой из ступеней сжатия подачей части выделяющегося при сжатии и предварительно охлажденного конденсата во всасывающий патрубок проточных частей ступеней сжатия для испарительного охлаждения газа и дополнительно производят охлаждение за счет впрыска (подачи) другой части предварительно охлажденного конденсата в нагнетательные патрубки ступеней сжатия (в холодильники газа).

Кроме того, газ дополнительно охлаждают с помощью конденсатосборника (скруббера) за счет подачи части охлажденного конденсата в верхнюю часть скруббера на орошение и подачи снизу противотоком газа.

Установка для охлаждения компремируемого газа содержит последовательно расположенные секции (ступени) сжатия с установленными за ними холодильниками и скруббером, подключенными к проточным частям (к их всасывающим патрубкам) ступеней сжатия и дополнительно снабжена холодильником для охлаждения конденсата, связанным своим входом со всеми конденсатоотводчиками холодильников и газа, а выходом с помощью насоса через запорно-регулирующую арматуру со всасывающими и нагнетательными патрубками каждой ступени сжатия, а также верхней частью скруббера. При этом линии подвода конденсата из холодильника конденсата к нагнетательным патрубкам связаны с межтрубным пространством холодильников газа.

Таким образом, сущность изобретения заключается в том, что предварительное охлаждение конденсата перед подачей в ступени сжатия позволяет дополнительно снизить температуру охлаждаемого газа в этих ступенях на теплоту нагрева этого конденсата до температуры парообразования, а подача конденсата в нагнетающий патрубок ступени перед промежуточным холодильником (между ступенями сжатия) позволит перейти к "мокрому" режиму охлаждения воздуха с внешней поверхности трубчатого пучка холодильника без "снятия" избыточного количества паро-воздушной смеси в ступенях компрессора.

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

Таким образом, охлаждение конденсата, например, при использовании изобретения в компрессорах для сжатия воздуха с +90^oС после ступеней сжатия до +35^oС после холодильника конденсата позволяет получить более низкую температуру охлаждаемого газа после ступеней сжатия и, как следствие, снизить удельные энергозатраты при выработке воздуха до 10% или повысить производительность турбокомпрессоров. Одновременно снижается расход конденсата подпитки системы испарительного охлаждения до нуля при подаче его на охлаждение в ступени при той же температуре охлаждаемого газа по сравнению с впрыском горячего конденсата.

Оптимальным впрыском охлажденного конденсата во всасывающий патрубок ступени компрессора должен быть режим, обеспечивающий достижение на выходе ступени температуры воздуха на 3-5^oС выше температуры насыщения (стабилизации), обеспечивающий полное испарение подаваемого конденсата, а количество конденсата, подаваемое на нагнетающий патрубок ступени (орошение трубчатого пучка холодильника), должно обеспечивать температуру газа на выходе из холодильника не более +80^oС при полностью закрытом водооборотном охлаждении, обеспечивающем максимальный теплосъем газа за счет нагрева и испарения циркулируемого конденсата.

Введение в компрессорную установку для сжатия воздуха комбинированного охлаждения газа за счет подачи охлажденного конденсата на всасывающий и нагнетающий патрубки ступеней наряду с применением существующего способа охлаждения газа через трубчатый теплообменник водой оборотного цикла, позволит обеспечить снижение удельных энергозатрат при выработке воздуха, сократить расход охлаждающей воды на холодильники, повысить надежность работы установки за счет применения водоиспарительного охлаждения газа, исключающем образование накипи в трубках холодильников и сажистых отложений в проточных частях турбокомпрессора.

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 (скруббер), подключенными через конденсатоотводчики и трубопроводы отвода горячего конденсата и запорно-регулирующую арматуру 8 к холодильнику конденсата 9, подключенному через трубопроводы холодного конденсата, насос 10 и запорно-регулирующую арматуру 11, 12, к проточным частям ступеней сжатия и арматуру 13 к верхней части скруббера. Установка содержит конденсатоотводчик 14 поплавкового типа, соединенный со скруббером 7 линиями и вспомогательной арматурой 15, 16. Установка имеет линию подпитки системы испарительного охлаждения с запорной арматурой 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, а также в скруббере 7 выделяется горячий конденсат (90-80^oС), который охлаждается водой оборотного цикла в трубчатом теплообменнике 9 (до 35-25^oС). Охлажденный конденсат подается через запорно-регулирующую арматуру 11 на всасывающий патрубок каждой ступени в количестве обеспечивающем температуру газа после нагнетания соответствующей ступени на 3-5^oС выше температуры насыщения (стабилизации) паро-воздушной смеси, обеспечивающем полное испарение впрыскиваемого конденсата, а количество подаваемого охлажденного конденсата через линии и запорно-регулирующую арматуру 12 на нагнетающий патрубок ступени (орошение трубчатого пучка соответствующего холодильника) должно обеспечивать температуру газа на выходе из холодильника не более +80 С при полностью закрытом водооборотном охлаждении, обеспечивающем максимальный теплосъем газа за счет нагрева и испарения с поверхности трубок циркулируемого конденсата. "Влажный" режим сжимаемого по ступеням газа позволяет осуществить основной теплосъем за счет нагрева и испарения охлажденного конденсата, улучшит работу трубчатых пучков существующих холодильников 4, 5, 6 и обеспечит отсутствие сажистых отложений в проточных частях по газу (на рабочих колесах, на направляющих лопатках, на улитках корпуса, на межтрубной поверхности холодильников) ступеней т/компрессора 1, 2, 3. Дополнительное "душирующее" охлаждение газа противотоком охлажденным конденсатом в скруббере 7 позволит уменьшить температуру и абсолютную влажность идущего потребителю газа. При недостатке количества конденсата (в пусковой период) его восполняют за счет подачи от стороннего источника диаэрированной воды из линии подпитки через запорную арматуру 17. При избытке циркулируемого конденсата от отводится самотеком через переливную линию холодильника конденсата 9 и через конденсатоотводчик 14 скруббера 7.

Использование: на компрессорных установках для сжатия и охлаждения газа. Сущность изобретения: во всасывающий патрубок проточной части ступеней сжатия подают часть выделившегося и предварительно охлажденного конденсата, а другую его часть подают на нагнетательный патрубок ступеней сжатия, в холодильники газа между ступенями сжатия с возможностью смачивания поверхности охлаждения. Компрессорная установка для этого дополнительно снабжена холодильником для охлаждения конденсата, связанного своим входом со всеми конденсатоотводчиками холодильников газа, а выходом - со всасывающими и нагнетательными патрубками каждой ступени сжатия, а также с верхней частью конденсатосборника. Линии подвода конденсата из холодильников конденсата к нагнетательным патрубкам связаны с межтрубным пространством холодильников газа. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ охлаждения компремируемого газа, включающий его охлаждение после каждой из ступеней сжатия с использованием выделяющего при этом конденсата, впрыскиваемого в проточную часть ступеней сжатия для испарительного охлаждения газа, отличающийся тем, что в проточную часть ступеней сжатия, в ее всасывающий патрубок подают часть выделившегося и предварительно охлажденного конденсата, а другую его часть подают в нагнетательный патрубок ступеней сжатия, в холодильники газа между ступенями сжатия с возможностью смачивания поверхности охлаждения, при этом газ дополнительно охлаждают за счет подачи части охлажденного конденсата в верхнюю часть конденсатосборника на орошение и подачи снизу противотока газа. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при охлаждении воздуха во всасывающий патрубок ступеней сжатия подают часть конденсата в количестве, обеспечивающем возможность достижения на выходе ступени сжатия температуры воздуха на 3 5^o выше температуры насыщения, а в нагнетательный патрубок ступеней сжатия подают часть конденсата в количестве, обеспечивающем возможность поддержания температуры газа на выходе холодильника не более 80^oС при отключенном водооборотном цикле на этот холодильник. 3. Компрессорная установка, включающая последовательно расположенные ступени сжатия с установленными за ними холодильниками, имеющими конденсатосборник, подключенные к проточным частям ступеней сжатия, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена холодильником для охлаждения конденсата, связанного своим входом со всеми конденсатоотводчиками холодильников газа, а выходом с помощью насоса через запорно-регулирующую арматуру со всасывающими и нагнетательными патрубками каждой ступени сжатия, а также с верхней частью конденсатосборника, при этом линии подвода конденсата из холодильника конденсата к нагнетательным патрубкам ступеней связаны с межтрубным пространством холодильников газа.