СПОСОБ РАБОТЫ НАСОСНО-ЭЖЕКТОРНОЙ УСТАНОВКИ И МНОГОСТУПЕНЧАТАЯ НАСОСНО-ЭЖЕКТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 1999 года по МПК F04F5/54 

Изобретение относится к области струйной техники, преимущественно к насосно-эжекторным установкам для откачки и сжатия различных газообразных сред.

Известен способ работы насосно-эжекторной установки, включающий подачу насосом жидкой рабочей среды в сопла жидкостно-газовых эжекторов, откачку эжектором первой ступени газообразной среды и подачу из эжектора первой ступени откачиваемой газообразной среды в составе газожидкостной смеси в сепаратор, откачку газообразной среды из газожидкостной смеси эжектором второй ступени и подачу газожидкостной смеси в сепаратор (см. патент RU, 2094070, 27.10.97).

Из этого же патента известна многоступенчатая насосно-эжекторная установка, содержащая жидкостно-газовый эжектор первой ступени, жидкостно-газовый эжектор второй ступени, сепаратор и насос для подачи жидкой рабочей среды из сепаратора в сопла эжекторов первой и второй ступеней.

Данная установка и способ ее работы позволяют откачивать газообразную среду, например, из вакуумной ректификационной колонны, поддерживая в колонне давление ниже атмосферного. Однако в данных установке и способе ее работы не представляется возможным последовательно сжимать откачиваемую газообразную среду от ступени к ступени, что сужает область использования данной установки.

Наиболее близким к описываемому способу работы насосно-эжекторной установки является способ работы насосно-эжекторной установки, включающий подачу насосом жидкой рабочей среды в сопла жидкостно-газовых эжекторов первой и второй ступеней, откачку эжектором первой ступени газообразной среды, сжатие ее в эжекторе первой ступени и подачу из эжектора первой ступени откачиваемой газообразной среды в составе газожидкостной смеси в сепаратор первой ступени, разделение газожидкостной смеси в сепараторе первой ступени на сжатый газ и жидкую рабочую среду, откачку из сепаратора первой ступени сжатого газа жидкостно-газовым эжектором второй ступени, дополнительное сжатие газообразной среды в эжекторе второй ступени с подачей ее в составе газожидкостной смеси из эжектора второй ступени в сепаратор второй ступени с последующим разделением газожидкостной смеси на сжатый газ и жидкую рабочую среду, после чего сжатый газ направляют из сепаратора второй ступени потребителю, при этом производят перепуск жидкой рабочей среды между сепараторами первой и второй ступеней (см. заявку WO 96/16711, опубл. 06.06.96).

В этой же заявке описана многоступенчатая насосно-эжекторная установка, содержащая жидкостно-газовый эжектор и сепаратор первой ступени, жидкостно-газовый эжектор и сепаратор второй ступени и насос, при этом насос подключен выходом к соплам эжекторов первой и второй ступеней, эжектор первой ступени подключен газовым входом к источнику откачиваемой газообразной среды и выходом - к сепаратору первой ступени, а эжектор второй ступени подключен газовым входом к сепаратору первой ступени и выходом - к сепаратору второй ступени, причем сепараторы первой и второй ступеней сообщены между собой посредством трубы.

Данные способ работы и насосно-эжекторная установка, реализующая этот способ обеспечивают откачку газообразной среды из откачиваемой емкости, например ректификационной колонны. Однако в данных технических решениях перепуск жидкой рабочей среды осуществляют из сепаратора первой ступени в сепаратор второй ступени и уже из последнего ее подают насосом в сопла эжекторов первой и второй ступеней. В результате в сопла эжекторов подается жидкая рабочая среда с достаточно большим содержанием растворенных в ней газов, что отрицательно сказывается на производительности эжекторов, в первую очередь эжектора первой ступени, обеспечивающего поддержание требуемого давления в откачиваемой емкости.

Задачей настоящего изобретения является увеличение производительности насосно-эжекторной установки и повышение надежности работы установки.

Поставленная задача в части способа работы, как объекта изобретения, решается за счет того, что в способе работы насосно-эжекторной установки, включающем подачу насосом жидкой рабочей среды в сопла жидкостно-газовых эжекторов первой и второй ступеней, откачку эжектором первой ступени газообразной среды, сжатие ее в эжекторе первой ступени и подачу из эжектора первой ступени откачиваемой газообразной среды в составе газожидкостной смеси в сепаратор первой ступени, разделение газожидкостной смеси в сепараторе первой ступени на сжатый газ и жидкую рабочую среду, откачку из сепаратора первой ступени сжатого газа жидкостно-газовым эжектором второй ступени, дополнительное сжатие газообразной среды в эжекторе второй ступени с подачей ее в составе газожидкостной смеси из эжектора второй ступени в сепаратор второй ступени с последующим разделением газожидкостной смеси на сжатый газ и жидкую рабочую среду, после чего сжатый газ направляют из сепаратора второй ступени потребителю, и производят перепуск жидкой рабочей среды между сепараторами первой и второй ступеней, причем перепуск жидкой рабочей среды производят из сепаратора второй ступени в сепаратор первой ступени и из последнего направляют жидкую рабочую среду на вход насоса.

Кроме того, перепуск жидкой рабочей среды из сепаратора второй ступени в сепаратор первой ступени осуществляют самотеком под действием разницы давления в сепараторах первой и второй ступеней и регулируют количество перепускаемой жидкой рабочей среды путем создания искусственного гидравлического сопротивления, а жидкую рабочую среду перед поступлением в насос охлаждают.

В части устройства, как объекта изобретения, поставленная задача решается за счет того, что в многоступенчатой насосно-эжекторной установке, содержащей жидкостно-газовый эжектор и сепаратор первой ступени, жидкостно-газовый эжектор и сепаратор второй ступени и насос, при этом насос подключен выходом к соплам эжекторов первой и второй ступеней, эжектор первой ступени подключен газовым входом к источнику откачиваемой газообразной среды и выходом - к сепаратору первой ступени, а эжектор второй ступени подключен газовым входом к сепаратору первой ступени и выходом - к сепаратору второй ступени, причем сепараторы первой и второй ступеней сообщены между собой посредством трубы, вход насоса подключен к сепаратору первой ступени, сепараторы первой и второй ступеней сообщены между собой посредством вертикального U-образного трубопровода с образованием гидравлического затвора, а высота U-образного трубопровода над уровнем жидкой рабочей среды в сепараторе второй ступени не меньше высоты столба жидкости, создаваемого в U-образном трубопроводе жидкой рабочей средой сепаратора второй ступени под действием разницы давлений в сепараторах второй и первой ступеней установки.

Кроме того, установка может быть снабжена третьей ступенью, при этом жидкостно-газовый эжектор третьей ступени газовым входом подключен к сепаратору второй ступени, соплом - к выходу насоса и выходом - к сепаратору третьей ступени, а последний посредством U-образного вертикального трубопровода сообщен с сепаратором первой ступени.

В другом варианте выполнения многоступенчатой насосно-эжекторной установки, содержащей жидкостно-газовый эжектор и сепаратор первой ступени, жидкостно-газовый эжектор и сепаратор второй ступени и насос, при этом насос подключен выходом к соплам эжекторов первой и второй ступеней, эжектор первой ступени подключен газовым входом к источнику откачиваемой газообразной среды и выходом - к сепаратору первой ступени, а эжектор второй ступени подключен газовым входом к сепаратору первой ступени и выходом - к сепаратору второй ступени, причем сепараторы первой и второй ступеней сообщены между собой посредством трубы, сепаратор второй ступени снабжен уровнемером, вход насоса подключен к сепаратору первой ступени, сепараторы первой и второй ступеней сообщены между собой посредством трубопровода с установленным на нем регулятором перепуска жидкой рабочей среды, подключенным к уровнемеру.

Установка может быть снабжена третьей ступенью, при этом жидкостно-газовый эжектор третьей ступени газовым входом подключен к сепаратору второй ступени, соплом - к выходу насоса и выходом - к сепаратору третьей ступени, а последний посредством трубопровода с установленным на нем регулятором перепуска жидкой рабочей среды, подключенным к уровнемеру сепаратора третьей ступени, сообщен с сепаратором первой ступени.

Проведенные исследования показали, что на производительность насосно-эжекторной установки существенное влияние может оказать организация режима циркуляции жидкой рабочей среды в насосно-эжекторной установке и организация процесса перепуска жидкой рабочей среды из одного сепаратора в другой. На надежность работы установки организация процесса перепуска жидкой рабочей среды из сепаратора в сепаратор также может оказать существенное значение. Поэтому организация процесса перепуска жидкой рабочей среды с минимально возможным гидравлическим сопротивлением и минимальным использованием оборудования с подвижными элементами способствовало бы повышению надежности работы установки и повышению ее производительности. Организация перепуска жидкой рабочей среды из сепаратора второй и третьей ступеней в сепаратор первой ступени позволяет использовать разницу давления в сепараторах для организации перепуска жидкой рабочей среды самотеком, т.е. без использования какого- либо насосного оборудования, а установка вертикального U-образного трубопровода между сепараторами позволяет предотвратить "прорыв" газообразной среды из сепараторов второй и третьей ступеней в сепаратор первой ступени, поскольку U-образный трубопровод одновременно выполняет функцию гидрозатвора между сепараторами.

Кроме того, большое влияние на производительность насосно-эжекторной установки оказывает содержание растворенного газа в жидкой рабочей среде. Чем в большей степени обезгажена жидкая рабочая среда, тем более глубокий вакуум может создать эжектор при одинаковых затратах энергии на создание вакуума. Перепуск жидкой рабочей среды из сепараторов второй и третьей ступеней в сепаратор первой ступени и уже из этого сепаратора подача жидкой рабочей среды на вход насоса, который подает жидкую рабочую среду в сопла эжекторов, позволяет подавать жидкую рабочую среду из сепаратора с наименьшим давлением. Как правило, в сепараторе первой ступени поддерживают давление ниже атмосферного, что и позволяет подавать в сопла эжекторов жидкую рабочую среду с наименьшим количеством растворенного в ней газа. Другой вариант выполнения насосно-эжекторной установки предполагает осуществлять перепуск жидкой рабочей среды из сепараторов второй и третьей ступеней по трубопроводам, на которых установлены регуляторы перепуска, например вентили, режим работы которых находится в полной зависимости от уровня жидкой рабочей среды соответственно в сепараторе второй и третьей ступеней. Для этого регуляторы перепуска жидкой рабочей среды подключены к уровнемерам в сепараторах второй и третьей ступеней и по их сигналу, по мере накопления жидкой рабочей среды в сепараторах, регуляторы расхода, открывая проходное сечение, обеспечивают перепуск жидкой рабочей среды в сепаратор первой ступени.

Таким образом, как видим, предлагаемые способ работы и насосно-эжекторные установки обеспечивают решение поставленной в изобретении задачи - увеличение производительности насосно-эжекторной установки и повышение надежности работы установки.

На чертеже представлена принципиальная схема насосно-эжекторной установки, в которой заложены оба варианта перепуска жидкой рабочей среды и в которой реализуется описываемый способ работы насосно-эжекторной установки.

Многоступенчатая насосно-эжекторная установка содержит жидкостно-газовый эжектор 1 и сепаратор 2 первой ступени, жидкостно-газовый эжектор 3 и сепаратор 4 второй ступени и насос 5, при этом насос 5 подключен выходом к соплам эжекторов 1, 3 первой и второй ступеней, эжектор 1 первой ступени подключен газовым входом к источнику 6 откачиваемой газообразной среды и выходом - к сепаратору 2 первой ступени, а эжектор 3 второй ступени подключен газовым входом к сепаратору 2 первой ступени и выходом - к сепаратору 4 второй ступени, причем сепараторы 2, 4 первой и второй ступеней сообщены между собой посредством трубы 7. Вход насоса 5 подключен к сепаратору 2 первой ступени, сепараторы 2, 4 первой и второй ступеней, как указано выше, сообщены между собой посредством трубы 7, которая представляет собой вертикальный U-образный трубопровод с образованием последней гидравлического затвора, а высота (H1) U-образного трубопровода 7 над уровнем жидкой рабочей среды в сепараторе 4 второй ступени не меньше высоты столба жидкости, создаваемого в U-образном трубопроводе 7 жидкой рабочей средой сепаратора 4 второй ступени под действием разницы давлений в сепараторах 4, 2 второй и первой ступеней установки.

Установка может быть снабжена третьей ступенью сжатия откачиваемой газообразной среды, при этом жидкостно-газовый эжектор 8 третьей ступени газовым входом подключен к сепаратору 4 второй ступени, соплом - к выходу насоса 5 и выходом - к сепаратору 9 третьей ступени, а последний посредством U-образного вертикального трубопровода 10 сообщен с сепаратором 2 первой ступени. Высота (H2) U-образного трубопровода 10 над уровнем жидкой рабочей среды в сепараторе 9 третьей ступени не меньше высоты столба жидкости, создаваемого в U-образном трубопроводе 10 жидкой рабочей средой сепаратора 9 третьей ступени под действием разницы давлений в сепараторах 9, 2 третьей и первой ступеней установки.

Второй вариант выполнения насосно-эжекторной установки отличается от описанного выше выполнения насосно-эжекторной установки тем, что сепаратор 4 второй ступени снабжен уровнемером 11, вход насоса 5 подключен к сепаратору 2 первой ступени, а сепараторы 2, 4 первой и второй ступеней сжатия откачиваемой газообразной среды вместо U-образного трубопровода 7 сообщены между собой посредством трубопровода 12 с установленным на нем регулятором 13 перепуска жидкой рабочей среды, подключенным к уровнемеру 11.

Установка может быть снабжена третьей ступенью, при этом жидкостно-газовый эжектор 8 третьей ступени газовым входом подключен к сепаратору 4 второй ступени, соплом - к выходу насоса 5 и выходом - к сепаратору 9 третьей ступени, а последний посредством трубопровода 14 с установленным на нем регулятором 15 перепуска жидкой рабочей среды, подключенным к установленному в сепараторе 9 уровнемеру 16, сообщен с сепаратором 2 первой ступени.

Способ работы насосно-эжекторной установки реализуется следующим образом.

Насосом 5 жидкую рабочую среду подают из сепаратора 2 первой ступени установки в сопла жидкостно-газовых эжекторов 1, 3, 8. Жидкая рабочая среда, истекая из сопел этих эжекторов 1, 3, 8, увлекает откачиваемую газообразную среду из источника 6 откачиваемой газообразной среды в эжектор 1, из сепаратора 2 в эжектор 3 и из сепаратора 4 в эжектор 8. При этом в эжектор 1 первой ступени, откачивая газообразную среду из источника 6, создает и поддерживает в последнем требуемую величину разрежения (например, в вакуумной ректификационной колонне) и одновременно в процессе смешения жидкой рабочей среды с откачиваемой газообразной средой сжимает откачиваемую газообразную среду. Из эжектора 1 газожидкостная смесь поступает в сепаратор 2, где сжатый в эжекторе 1 газ отделяется от жидкой рабочей среды. Из сепаратора 2 сжатый газ откачивается эжектором 3, где газ дополнительно сжимается, а полученная в эжекторе 3 газожидкостная смесь направляется в сепаратор 4 второй ступени установки. В ряде случаев бывает недостаточно достигнутой степени сжатия газообразной среды в первых двух ступенях. В этом случае из сепаратора 4, где сжатая газообразная среда отделяется от жидкой рабочей среды, газообразная среда откачивается эжектором 8 третьей ступени. В эжекторе 8 газообразная среда еще больше сжимается и полученная в эжекторе 8 газожидкостная смесь поступает в сепаратор 9, где сжатая газообразная среда отделяется от жидкой рабочей среды и из сепаратора 9 сжатая газообразная среда направляется потребителю (в случае, если это углеводородный газ, таким потребителем чаще всего служит котельная или какая-либо печь). Что касается жидкой рабочей среды, то из сепараторов 4 и 9 она по мере ее накопления поступает самотеком в сепаратор 2, где она дегазируется, и затем из сепаратора 2 жидкая рабочая среда поступает в насос 5 для подачи ее последним в сопла эжекторов 1, 3, 8. Необходимым условием работоспособности установки является предотвращение прорыва сжатого газа из сепараторов 4 и 9 в сепаратор 2 в процессе перепуска в сепаратор 2 жидкой рабочей среды. Выполнение данного условия достигается двумя путями. В первом случае перепуск жидкой рабочей среды из сепараторов 4 и 9 в сепаратор 2 осуществляют через U-образные трубопроводы 7 и 10, причем высота этих трубопроводов 7, 10 над уровнем жидкости соответственно в сепараторе 4 и 9 составляет не меньше высоты напора, создаваемого в трубопроводах 7 и 10 жидкой рабочей средой соответственно сепараторов 4 и 10. U-образные трубопроводы 7 и 10 выполняют две функции: во-первых, являются гидрозатвором, учитывающим разницу давления в сепараторах, и, во-вторых, позволяют поддерживать в сепараторе, из которого перетекает жидкая рабочая среда, минимально необходимый уровень жидкой рабочей среды. Функция поддержания уровня жидкости выполняется за счет того, что под действием разницы давлений, например, в сепараторе 2 и сепараторе 4, или другими словами, под действием напора, создаваемого в U-образном трубопроводе 7, жидкая рабочая среда поднимается в U-образном трубопроводе 7 на строго определенную высоту, причем высота трубопровода 7 над уровнем жидкости в сепараторе 4 равна этой высоте подъема жидкости в трубопроводе 7. Увеличение уровня жидкости в сепараторе 4 неизбежно вызовет увеличение высоты подъема жидкости в трубопроводе 7 и жидкая рабочая среда начинает переливаться по трубопроводу 7 из сепаратора 4 в сепаратор 2 и этот процесс не прекратится до тех пор, пока уровень жидкости в сепараторе 4 не вернется к первоначальному минимально необходимому уровню жидкости. В свою очередь оставшаяся в сепараторе 4 жидкая рабочая среда является барьером, который препятствует проникновению газообразной среды из сепаратора 4 в сепаратор 2. Понятно, что входное отверстие трубопровода 7 должно находиться ниже минимально возможного уровня жидкости в сепараторе 4. Аналогично работает и другой U-образный трубопровод 10 между сепараторами 2 и 9.

В другом варианте выполнения установки сепараторы 2 и 4 соединены трубопроводом 12, на котором установлен регулятор 13 перепуска жидкой рабочей среды, а в сепараторе 4 установлен уровнемер 11, причем последний подключен к регулятору 13. В результате, если в сепараторе 4 уровень жидкости поднимется выше установленного, по сигналу от уровнемера 11 регулятор 13 откроется и излишек жидкой рабочей среды из сепаратора 4 по трубопроводу 12 перельется в сепаратор 2. Процесс перетекания жидкой рабочей среды не прекратится до тех пор, пока уровень жидкой рабочей среды не понизится до заданного уровня и по сигналу от уровнемера 11 регулятор 13 перепуска не перекроет трубопровод 12. Процесс перепуска жидкой рабочей среды из сепаратора 9 в сепаратор 2 по трубопроводу 15 аналогичен только что описанному, а назначение регулятора 15 перепуска и уровнемера 16 аналогичны назначению регулятора 13 перепуска и уровнемера 11.

Таким образом, как видно из выше изложенного, описанные в изобретении способ работы насосно-эжекторной установки и многоступенчатые насосно-эжекторные установки позволяют выполнить поставленную задачу - увеличить производительность насосно-эжекторной установки и повысить надежность работы установки.

Данное изобретение может быть использовано химической, нефтехимической, пищевой и ряде других отраслей промышленности.

Установка и способ ее работы предназначены для откачки и сжатия различных газообразных сред. Перепуск жидкой рабочей среды производят из сепаратора второй ступени в сепаратор первой ступени. Из последнего направляют жидкую рабочую среду на вход насоса. Вход насоса подключен к сепаратору первой ступени. Сепараторы первой и второй ступеней сообщены между собой посредством U-образного трубопровода с образованием гидравлического затвора, а высота U-образного трубопровода над уровнем жидкой рабочей среды в сепараторе второй ступени не меньше высоты столба жидкости, создаваемого в U-образном трубопроводе сепаратора второй ступени. Другой вариант отличается тем, что сепаратор второй ступени снабжен уровнемером. Вход насоса подключен к сепаратору первой ступени. Сепараторы первой и второй ступеней сообщены между собой посредством трубопровода с установленным на нем регулятором перепуска жидкой рабочей среды, подключенным к уровнемеру. В результате увеличивается производительность и повышается надежность работы установки. 3 с. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ работы насосно-эжекторной установки, включающий подачу насосом жидкой рабочей среды в сопла жидкостно-газовых эжекторов первой и второй ступеней, откачку эжектором первой ступени газообразной среды, сжатие ее в эжекторе первой ступени и подачу из эжектора первой ступени откачиваемой газообразной среды в составе газожидкостной смеси в сепаратор первой ступени, разделение газожидкостной смеси в сепараторе первой ступени на сжатый газ и жидкую рабочую среду, откачку из сепаратора первой ступени сжатого газа жидкостно-газовым эжектором второй ступени, дополнительное сжатие газообразной среды в эжекторе второй ступени с подачей ее в составе газожидкостной смеси из эжектора второй ступени в сепаратор второй ступени с последующим разделением газожидкостной смеси на сжатый газ и жидкую рабочую среду, после чего сжатый газ направляют из сепаратора второй ступени потребителю, при этом производят перепуск жидкой рабочей среды между сепараторами первой и второй ступеней, отличающийся тем, что перепуск жидкой рабочей среды производят из сепаратора второй ступени в сепаратор первой ступени и из последнего направляют жидкую рабочую среду на вход насоса. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перепуск жидкой рабочей среды из сепаратора второй ступени в сепаратор первой ступени осуществляют самотеком под действием разницы давления в сепараторах первой и второй ступеней и регулируют количество перепускаемой жидкой рабочей среды путем создания искусственного гидравлического сопротивления. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что жидкую рабочую среду перед поступлением в насос охлаждают. 4. Многоступенчатая насосно-эжекторная установка, содержащая жидкостно-газовый эжектор и сепаратор первой ступени, жидкостно-газовый эжектор и сепаратор второй ступени и насос, при этом насос подключен выходом к соплам эжекторов первой и второй ступеней, эжектор первой ступени подключен газовым входом к источнику откачиваемой газообразной среды и выходом - к сепаратору первой ступени, а эжектор второй ступени подключен газовым входом к сепаратору первой ступени и выходом - к сепаратору второй ступени, причем сепараторы первой и второй ступеней сообщены между собой посредством трубы, отличающаяся тем, что вход насоса подключен к сепаратору первой ступени, сепараторы первой и второй ступеней сообщены между собой посредством вертикального U-образного трубопровода с образованием гидравлического затвора, а высота U-образного трубопровода над уровнем жидкой рабочей среды в сепараторе второй ступени не меньше высоты столба жидкости, создаваемого в U-образном трубопроводе жидкой рабочей средой сепаратора второй ступени под действием разницы давлений в сепараторах второй и первой ступеней установки. 5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что установка снабжена третьей ступенью, при этом жидкостно-газовый эжектор третьей ступени газовым входом подключен к сепаратору второй ступени, соплом - к выходу насоса и выходом - к сепаратору третьей ступени, а последний посредством U-образного вертикального трубопровода сообщен с сепаратором первой ступени. 6. Многоступенчатая насосно-эжекторная установка, содержащая жидкостно-газовый эжектор и сепаратор первой ступени, жидкостно-газовый эжектор и сепаратор второй ступени и насос, при этом насос подключен выходом к соплам эжекторов первой и второй ступеней, эжектор первой ступени подключен газовым входом к источнику откачиваемой газообразной среды и выходом - к сепаратору первой ступени, а эжектор второй ступени подключен газовым входом к сепаратору первой ступени и выходом - к сепаратору второй ступени, причем сепараторы первой и второй ступеней сообщены между собой посредством трубы, отличающаяся тем, что сепаратор второй ступени снабжен уровнемером, вход насоса подключен к сепаратору первой ступени, сепараторы первой и второй ступеней сообщены между собой посредством трубопровода с установленным на нем регулятором перепуска жидкой рабочей среды, подключенным к уровнемеру. 7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что она снабжена третьей ступенью, при этом жидкостно-газовый эжектор третьей ступени газовым входом подключен к сепаратору второй ступени, соплом - к выходу насоса и выходом - к сепаратору третьей ступени, а последний посредством трубопровода с установленным на нем регулятором перепуска жидкой рабочей среды, подключенным к уровнемеру сепаратора третьей ступени, сообщен с сепаратором первой ступени.