СПОСОБ РАБОТЫ ОСУШИТЕЛЯ СЖАТОГО ГАЗА И ОСУШИТЕЛЬ СЖАТОГО ГАЗА Российский патент 2003 года по МПК F24F3/14 F25B9/04 B01D53/26 

Изобретение относится к области создания техники для осушки потока сжатого газа, например сжатого воздуха.

Известен способ работы осушителя сжатого газа [1], включающий предварительное охлаждение части потребляемого потока газа за счет его подачи в расширитель, выхолаживание основного потока от охлажденной части и отбор сконденсировавшейся влаги во влагоотделителе.

Реализуется этот способ в устройстве [1], содержащем источник сжатого газа, расширитель и влагоотделитель.

В известном устройстве в качестве расширителя-охладителя используется двухпоточная вихревая труба. Это позволяет произвести достаточно эффективный процесс осушения воздуха.

Однако охлаждение газа в вихревой трубе связано с непременным падением давления охлаждаемого газа, что не позволяет реализовать наиболее выгодный режим осушения всего потока за счет смешения двух потоков - охлаждаемого и холодного. Поэтому для избежания падения давления в основном потоке в такое устройство с вихревой трубой вводятся два теплообменника (охлаждающий и рекуперативный), разделяющих эти потоки. Это является недостатком.

Кроме того, оба потока вихревой трубы (горячий и холодный), потерявших давление при расширении, после использования сбрасываются в атмосферу, на что расходуется иногда более 20% от общего расхода воздуха. Это тоже является недостатком.

Задачей настоящего изобретения является уменьшение указанных недостатков.

Поставленная задача решается тем, что в расширитель подают газ от дополнительного источника, например от дополнительного компрессора, с давлением более высоким, чем в основном потоке.

Техническим результатом предлагаемого решения поставленной задачи является уменьшение указанного недостатка за счет возможности охлаждения всего потока путем простого смешения двух потоков - теплого охлаждаемого и холодного охлаждающего. Это позволяет исключить из конструкции лишний теплообменник, а также снизить общие потери газа, затрачиваемого на осушение.

В этом и заключается техническая сущность изобретения, конечным результатом которого является повышение производительности устройства и его упрощение.

Предлагаемый способ работы реализуется в конструкции, которая содержит дополнительный источник сжатого газа, например компрессор, с рабочим давлением более высоким, чем в основном источнике.

Устроена предлагаемая конструкция следующим образом (фиг.1).

Источник сжатого газа 1 (нагнетатель, компрессор, магистральный трубопровод, скважина и др.) через холодильник 2 присоединен к тройнику-смесителю 3. К этому же смесителю 3 через пневмодроссель 4 и холодильник 5 присоединен еще один (дополнительный) источник сжатого газа 6, имеющий рабочее давление более высокое, чем в основном источнике 1. Выход тройника-смесителя 3 через влагоотделитель 7 связан с потребителем 8 сухого газа. Влагоотделитель имеет входной 9 и выходной 10 патрубки. Дополнительный источник (дополнительный компрессор) имеет входной (всасывающий) патрубок 11 и выходной 12.

Рассматриваемое устройство для реализации предлагаемого способа работает следующим образом (фиг. 1).

Сжатый воздух после основного компрессора 1 охлаждается в холодильнике 2 и поступает на смешение в смеситель 3. Сюда же через холодильник 5 и пневмодроссель 4 поступает сжатый воздух от дополнительного компрессора 6, имеющего рабочее давление более высокое, чем в основном компрессоре 1. Например, компрессор 1 имеет стандартное рабочее давление 6 атм (типовое давление воздуха, подаваемого в обычные заводские пневмосети), а компрессор 6 может иметь давление 30 атм. Проходя через пневмодроссель 4, охлажденный в холодильнике 5 газ высокого давления дросселируется с 30 до 6 атм и сильно охлаждается. Смешиваясь в смесителе 3, основной теплый поток выхолаживается от охлажденного в пневмодросселе 4 дополнительного потока. В образующейся холодной смеси происходит конденсация влаги, которая отделяется во влагоотделителе 7, после чего осушенный воздух поступает потребителю 8.

Согласно фиг. 1 потребитель 8 получает сжатый воздух сразу от двух компрессоров 1 и 6. Но поскольку компрессор 6 предназначен работать только на охлаждение собственного потока, но для этого вынужден непрерывно всасывать наружный влажный воздух, то получается, что в систему непрерывно вводится дополнительная влага, на удаление которой затрачивается дополнительная энергия (в том числе и на компенсацию скрытой теплоты конденсации). Это является недостатком.

С целью уменьшения этого недостатка во всасывающий патрубок 11 дополнительного компрессора (нагнетателя) 6 подают часть осушенного газа, выходящего из влагоотделителя 7. Для этого всасывающий патрубок 11 дополнительного компрессора (нагнетателя) 6 подсоединяют к выходному патрубку 10 влагоотделителя 7 через тройник-разделитель 13. В результате на вход компрессора 6 начинает поступать только осушенный воздух, а это уменьшает общее количество влаги, поступающее на вход 9 влагоотделителя 7, что улучшает условия работы осушителя.

Возможна работа подобного осушителя, в котором в качестве расширителя используется не пневмодроссель, а вихревая труба 14, имеющая входной 15, горячий 16 и холодный 17 патрубки [2].

Несмотря на то, что вихревые трубы имеют более высокий КПД по сравнению с пневмодросселями, однако они более чувствительны к влаге, содержащейся в питающем газе. Поэтому на их входе обязательно ставится дополнительный влагоотделитель 18, т.к. при сжатии подсушенного воздуха от 6 до 30 атм влажность охлаждаемого сжатого воздуха опять повышается до 100%.

Вихревая труба 14 может работать либо в двухпоточном, либо в однопоточном режиме. При работе в двухпоточном режиме горячий поток, выходящий из патрубка 16, либо сбрасывается в атмосферу, либо подается через тройник-смеситель 19 на вход основного компрессора 1 (фиг. 3). Это уменьшает количество влаги в основном осушаемом потоке, т.к. эта часть (16) потока была ранее уже осушена.

При работе в однопоточном режиме горячий патрубок 16 перекрывается заглушкой 20 (фиг. 4).

Для уменьшения энергозатрат, связанных с потерей холода при сбросе потребителю холодного осушенного потока, необходимо этот холод рекуперировать. С этой целью выходящий из влагоотделителя 7 сухой охлажденный газ следует направить в качестве обратного потока 21 рекуперативного теплообменника 22. В качестве прямого потока 23 в таком теплообменнике служит поток газа, подаваемый из компрессора 1 через холодильник 2 в тройник-смеситель 3 (см. фиг. 5).

При этом теплый основной (прямой) поток 23 в теплообменнике 24 будет предварительно охлаждаться от холодного потока 21, выходящего из влагоотделителя 7. Это позволяет непрерывно возвращать в охлаждаемый поток 23 холод, теряемый на выходе из влагоотделителя, что повышает экономичность работы осушителя.

Теплый поток, выходящий из горячего патрубка 16 вихревой трубы, можно непосредственно подавать потребителю горячего потока или подмешивать к основному потоку с помощью тройника-смесителя 25 (фиг. 6).

Во всех рассмотренных конструкциях к компрессору 6 через тройник-разделитель 26 могут дополнительно подключаться потребители высокого давления 27.

В целом, изобретение позволяет осушать большие потоки влажного воздуха, метана, азота, аргона и др. газов без потери давления в охлаждаемой основной части потока, исходящего от основного компрессора. Это расширяет технологическую применимость изобретения. Кроме того, удается исключить один теплообменник. Это упрощает конструкцию.

Источники информации
1. Пиралишвили Ш.А., Софронов А.Н., Михайлов В.В. Установка осушки сжатого воздуха. Патент RU 2015463, F 25 B 9/02 от 28.01.1991.

2. Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике. М.: Машиностроение, 1969.

Изобретение относится к системам осушки потока сжатого газа. Поток газа сжимают в компрессоре, охлаждают, смешивают с потоком, сжимаемым дополнительным компрессором до давления более высокого, чем давление после основного компрессора, подают во влагоотделитель, а затем потребителю. Всасывающий патрубок дополнительного компрессора может быть присоединен к выходному патрубку влагоотделителя. Выходной патрубок дополнительного компрессора может быть подключен через расширитель к выходному каналу основного компрессора перед влагоотделителем. Расширитель может быть выполнен в виде вихревой трубы. Горячий конец вихревой трубы может быть подключен к входному патрубку основного компрессора или к входному патрубку потребителя. Использование изобретения позволит упростить конструкцию и осушать большие потоки влажного газа без потери давления. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ работы осушителя сжатого газа, включающий предварительное охлаждение части потока за счет его подачи в расширитель, выхолаживание основного потока от охлажденной части и отбор сконденсировавшейся влаги во влагоотделителе, отличающийся тем, что в расширитель подают газ от дополнительного источника, например от дополнительного компрессора с давлением более высоким, чем в основном потоке. 2. Способ работы осушителя сжатого газа по п. 1, отличающийся тем, что холодный поток, выходящий из расширителя, смешивают с основным потоком и направляют во влагоотделитель. 3. Способ работы осушителя сжатого газа по п. 1, отличающийся тем, что во всасывающий патрубок дополнительного компрессора (нагнетателя) подают осушенный газ, выходящий из влагоотделителя. 4. Осушитель сжатого газа, содержащий источник сжатого газа, расширитель и влагоотделитель, отличающийся тем, что содержит дополнительный источник сжатого газа, например компрессор с рабочим давлением более высоким, чем в основном источнике. 5. Осушитель сжатого газа по п. 4, отличающийся тем, что всасывающий патрубок дополнительного компрессора (нагнетателя) присоединен к выходному патрубку влагоотделителя. 6. Осушитель сжатого газа по п. 4, отличающийся тем, что выходной патрубок дополнительного источника сжатого газа с помощью смесителя подключен через расширитель к выходному каналу основного источника сжатого газа перед влагоотделителем. 7. Осушитель сжатого газа по п. 4, отличающийся тем, что расширитель выполнен в виде вихревой трубы. 8. Осушитель сжатого газа по п. 7, отличающийся тем, что горячий конец вихревой трубы подключен к выходному патрубку основного источника сжатого газа. 9. Осушитель сжатого газа по п. 7, отличающийся тем, что горячий конец вихревой трубы подключен к входному патрубку потребителя осушенного сжатого газа.