СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ КОМПРЕМИРУЕМОГО ВОЗДУХА И КОМПРЕССОРНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2003 года по МПК F04D29/58 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для сжатия и охлаждения воздуха на компрессорных установках.

Известен способ охлаждения газа в процессе сжатия за счет впрыска собственного охлажденного конденсата во всасывающий патрубок каждой секции сжатия газа турбокомпрессоров. Конденсат, выделяющийся в промежуточных холодильниках, охлаждается оборотной водой в теплообменниках после каждой из секций сжатия, для использования его в качестве хладоагента при испарительном охлаждении. Испарительное охлаждение применяют на осевых и центробежных турбокомпрессорах (RU 2059920, F 17 D 1/07, F 04 D 25/00).

Недостатком известного способа является то, что при сжатии в секциях сжатия газа с конденсатом последний, нагреваясь, испаряется, занимая дополнительный (парциальный) объем. Это приводит к тому, что на сжатие паровоздушной смеси в секциях и на охлаждение испарившегося конденсата (пара) в межсекционных холодильниках турбомашины затрачивается дополнительная энергия, а это приводит к снижению эффективности работы установки в целом.

Также известен способ охлаждения сжимаемого газа в секциях компрессора, где впрыск собственного, охлажденного водой оборотного цикла, конденсата в общем водо-водяном теплообменнике впрыскивают в нагнетательные патрубки секций сжатия турбокомпрессора с помощью циркуляционного насоса, это создает "мокрый" режим работы всех теплообменников по газовой полости и улучшает работу промежуточных и концевого холодильников за счет прямого контакта между газом и впрыскиваемым конденсатом. Как показали проведенные опытно-промышленные испытания, "влажный" режим работы воздушных турбокомпрессоров (К-500, К-905, К-1500) в течение длительного периода (8250 часов) опасения коррозии и эрозии турбоколес и направляющего аппарата не оправдались, а отложения сажистых отложений в проточных ступенях всех турбомашин отсутствовали (RU 2074335, F 17 D 1/07, F 04 D 29/58, 27.02.1997).

Недостатком этого способа является наличие проектных межсекционных и концевого теплообменников трубчатого типа, расположенных горизонтально, с охлаждением газа значительным количеством воды оборотного цикла.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является способ охлаждения газа на выходе из компрессора, предусматривающий многоступенчатое сжатие газа и охлаждение его на выходе после каждой из секций сжатия в межсекционных и концевом вертикальных холодильниках газа оросительного типа с насадкой путем непосредственного контакта направляемых в оросительный холодильник противотоком охлаждаемого газа и хладоагента (US 4417847, F 04 D 29/58, 29.11.1983). В известном способе в качестве хладоагента используется вода (неиспаряющаяся охлаждающая жидкость) и конденсат (испаряющаяся охлаждающая жидкость). Недостатком известного способа являются значительные энергозатраты, связанные с непроизводительными затратами на охлаждение воды, а не охлаждение газа. В известном способе описывается также компрессорная установка, состоящая из последовательно рассположенных секций сжатия газа с установленными за ними холодильниками газа в виде вертикальных цилиндрических сосудов, заполненных насадкой и выполненных с возможностью подачи в верхнюю часть на орошение хладоагента (воды и конденсата) и соединенных в нижней части с нагнетательными патрубками секции сжатия, а в верхней части (выше подачи хладоагента на орошение) со всасывающим патрубком последующей секции сжатия для отвода охлажденного газа. Установка снабжена холодильниками для охлаждения хладоагента.

Техническим результатом изобретения является снижение энергозатрат, повышение эффективности охлаждения газа в межсекционных холодильниках, сокращение расхода охлаждающей воды оборотного цикла, продление межремонтного периода компрессорных машин, упрощение конструкции межсекционных и концевого холодильников воздуха.

Достигается это тем, что в предлагаемом способе охлаждения воздуха, включающем его охлаждение на выходе после каждой из секций сжатия с помощью вертикальных межсекционных и концевого оросительных холодильников воздуха, заполненных насадкой или без нее, путем непосредственного контакта направляемых в оросительный холодильник противотоком охлаждаемого воздуха и хладоагента, в качестве хладоагента для охлаждения воздуха используют собственный, выделяющийся водяной конденсат, охлажденный оборотной водой внешнего контура охлаждения с помощью водо-водяного вертикального холодильника, в верхнюю часть которого подают горячий конденсат, отводимый с нижней части холодильников воздуха, а с нижней части принудительно подают охлажденный конденсат на орошение в холодильники воздуха.

Кроме того, в компрессорной установке, включающей последовательно расположенные секции сжатия с установленными за ними холодильниками воздуха в виде вертикальных цилиндрических сосудов, заполненных насадкой или без нее и выполненных с возможностью подачи в верхнюю часть на орошение хладоагента и соединенных в нижней части с нагнетательным патрубком секции сжатия для подачи воздуха на охлаждение, а в верхней части, выше подачи хладоагента на орошение - со всасывающим патрубком последующей секции сжатия для отвода охлажденного воздуха, дополнительно введен водо-водяной холодильник для сбора и охлаждения хладоагента - выделяющегося водяного конденсата, и выполненный в виде вертикального цилиндрического сосуда, соединенного своей верхней частью с нижней частью холодильников воздуха трубопроводами отвода горячего конденсата и нижней частью - трубопроводами принудительной подачи с помощью циркуляционного насоса охлажденного конденсата на орошение в холодильники воздуха.

Сущность изобретения заключается в том, что вертикальное расположение межсекционных, оросительных холодильников, использующих для охлаждения газа (воздуха) противотоком, при прямом контакте газ-вода, только собственный охлажденный водяной конденсат (внутренний контур охлаждения), позволяет увеличить эффект охлаждения газа и избавиться от отложения жестких солей (накипи) на охлаждаемых поверхностях. Охлаждение горячего конденсата производят в водо-водяном холодильнике (теплообменнике) водой оборотного цикла (внешний контур охлаждения).

Сравнение предлагаемых способа и устройства с известным уровнем техники показывает, что изобретение является новым, отвечает условию охраноспособности "изобретательский уровень".

Изобретение промышленно применимо, поскольку предусматривает использование конструктивно упрощенных холодильников, двойного контура охлаждения, и снижение энергопотребления при работе компрессоров.

На чертеже представлена схема компрессорной установки для реализации способа охлаждения воздуха.

Установка содержит последовательно установленные секции сжатия 1, 2, 3 с установленными за ними межсекционными (промежуточными) оросительными холодильниками воздуха 4, 5, 6, имеющими встроенные оросительные усройства и общий сборник-охладитель конденсата 7, подключенный трубопроводом через запорную арматуру 10 к всасывающему патрубку циркуляционного насоса конденсата 8, а через запорные вентили слива горячего конденсата 14, 15, 16 и трубопроводы с межсекционными (промежуточными) холодильниками 4, 5, 6. Насос конденсата по нагнетающему патрубку через запорный вентиль 9 и трубопровод соединен с запорно-регулирующей арматурой 11, 12, 13 с оросительными устройствами промежуточных холодильников воздуха 4, 5, 6. На линии подачи конденсата в насос врезан трубопровод слива конденсата из холодильника с вентилем 17 и трубопровод с вентилем подпитки конденсата 18. Все промежуточные холодильники 3, 4, 5 в верхней части соединены с всасывающими патрубками секций компрессора соответственно 1, 2, 3, а по нижней части с нагнетающими патрубками проточной части компрессора, кроме выходного трубопровода воздуха на потребитель 19, после холодильника 6.

Установка работает следующим образом.

При сжатии воздуха, содержащего пары жидкости, в секциях сжатия 1, 2, 3 и его охлаждения в промежуточных 4, 5, 6 вертикально расположенных холодильниках оросительного типа (с насадкой или без насадки) поступающий снизу холодильника горячий воздух охлаждается противотоком сверху охлажденным конденсатом (внутренний контур охлаждения), подаваемым через циркуляционный насос 8 из холодильника конденсата 7, запорно-регулирующую арматуру 11, 12, 13 и оросительное (разбрызгивающее) устройство, который стекает вниз по насадке (или в пустую полость холодильника 4, 5, 6, орошаемую распыленным, мелкодисперсным конденсатом через ряд форсунок (разбрызгивающих устройств), расположенных в верхней части холодильника). Эффект охлаждения воздуха происходит только за счет нагрева охлажденного конденсата, не допускающего его испарения в каждом холодильнике. В этом случае за счет прямого контакта воздуха с жидкостью происходит интенсивный теплообмен, а количество подаваемого конденсата в холодильники на охлаждение воздуха должно быть достаточным для охлаждения его до температур не выше, предусмотренных технической характеристикой компрессора после каждой секции сжатия. Горячий конденсат из промежуточных холодильников по трубопроводам через запорные вентили 14, 15, 16 стекает в холодильник конденсата 7, где охлаждается водой оборотного цикла (внешний контур охлаждения) с температуры от 90-60 до 25-35 ^oС. Контроль полного слива конденсата из хлодильников 4, 5, 6 производится по разрыву струи через вентили 14, 15, 16 сливаемого конденсата в холодильник.

Таким образом, ожлаждение воздуха в секциях только обессоленным конденсатом внутреннего циркуляционного контура, например, при использовании изобретения в компрессорах (центробежных, винтовых и поршневых) для сжатия воздуха, охлаждаемого оборотной водой внешнего контура, позволяет получить:
- эффективный теплосъем температуры охлаждаемого воздуха после секций сжатия при уменьшении расхода в системе оборотного водоснабжения;
- более низкую температуру охлаждаемого воздуха после секций сжатия и, как следствие, снизить потребляемую мощность компрессора (энергозатраты) или повысить их производительность;
- упростить конструкцию существующих холодильников с трубными пучками на холодильники с насадкой (или без нее) оросительного типа;
- полностью избавиться от отложений накипи в холодильниках ввиду отсутствия растворенных солей в водяном конденсате внутреннего охлаждающего контура.

При отсутствии отложений накипи в холодильниках и сажистых отложений в проточных частях компрессора, являющихся основными причинами проведения ремонтных работ, можно увеличить межремонтный период компрессоров не менее чем в два раза.

Изобретение относится к компрессорным установкам для сжатия и охлаждения воздуха. Охлаждение сжимаемого воздуха производят в вертикальных межсекционных и концевом холодильниках компрессора с использованием принципа противоточного, оросительного охлаждения газа собственным охлажденным конденсатом, принудительно циркулирующим по внутреннему контуру, который охлаждается в водо-водяном теплообменнике водой внешнего контура. Холодильники выполнены в виде цилиндрических вертикальных сосудов, установленных за секциями сжатия и соединенных нижней частью с парубками нагнетания, а верхней частью - с всасывающими патрубками секций сжатия компрессора. Трубопроводы с регулирующей арматурой горячего конденсата подсоединены к нижней части секционных холодильников газа и имеют свободный слив в горловину холодильника конденсата, откуда охлажденный конденсат циркуляционным насосом подают через регулирующую арматуру и трубопроводы на орошение в верхнюю часть холодильников воздуха. Использование изобретения позволит снизить энергозатраты, повысить эффективность охлаждения газа и сократить расход охлаждающей воды оборотного цикла. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ охлаждения компремируемого воздуха, включающий его охлаждение на выходе после каждой из секций сжатия с помощью вертикальных межсекционных или концевого оросительных холодильников газа, заполненных насадкой или без нее, путем непосредственного контакта направляемых в оросительный холодильник противотоком охлаждаемого газа и хладоагента, отличающийся тем, что в качестве хладоагента для охлаждения воздуха используют собственный, выделяющийся водяной конденсат, охлажденный оборотной водой внешнего контура охлаждения с помощью водо-водяного вертикального холодильника, в верхнюю часть которого подают горячий конденсат, отводимый с нижней части холодильников воздуха, а с нижней части принудительно подают охлажденный конденсат на орошение в холодильники воздуха. 2. Компрессорная установка, включающая последовательно расположенные секции сжатия с установленными за ними холодильниками газа (воздуха) в виде вертикальных цилиндрических сосудов, заполненных насадкой или без нее и выполненных с возможностью подачи в верхнюю часть на орошение хладоагента и соединенных в нижней части с нагнетательным патрубком секциии сжатия для подачи газа (воздуха) на охлаждение, а в верхней части, выше подачи хладоагента на орошение - со всасывающим патрубком последующей секции сжатия для отвода охлажденного газа (воздуха), отличающаяся тем, что дополнительно снабжена водо-водяным холодильником для сбора и охлаждения хладоагента - выделяющегося водяного конденсата, и выполненным в виде вертикального цилиндрического сосуда, соединенного своей верхней частью с нижней частью холодильников воздуха трубопроводами отвода горячего конденсата и нижней частью - трубопроводами принудительной подачи с помощью циркуляционного насоса охлажденного конденсата на орошение в холодильники воздуха.