СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИНЕРТНОЙ ГАЗОВОЙ СМЕСИ НА ОСНОВЕ АЗОТА Российский патент 2003 года по МПК F25J3/00 

Изобретение относится к области компрессоростроения и может быть применено для взрывобезопасного обеспечения работ по ремонту и освоению газовых, газоконденсатных и нефтяных скважин, для очистки забоев скважин от скопления жидкости и песка, в производстве минеральных удобрений, для хранения продуктов, в противопожарных мероприятиях и для оздоровления обслуживающего персонала.

Известен способ разделения воздуха, при котором воздух сжимают, очищают и разделяют на два потока, один из которых после холодной секции основного теплообменника дополнительно охлаждают в другом теплообменнике, а другой поток воздуха последовательно дожимают в двух ступенях компрессора, охлаждают и делят на две части. Одну из частей дополнительно охлаждают, ожижают и направляют на ректификацию [1].

Недостатком известного способа является необходимость применения криогенной технологии разделения воздуха и невозможность использовать его в передвижных азотных компрессорных станциях.

Известен способ получения газовой инертной смеси из атмосферного воздуха путем его предварительного сжатия и пропускания под давлением через газоразделительную установку, состоящую из не менее четырех адсорберов, задерживающую кислород и пары воды [2].

Недостатком известного способа является необходимость использования баллонов высокого давления при изготовлении газоразделительной установки, что резко увеличивает ее массу и размеры и соответственно массу и размеры передвижной азотной компрессорной станции.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является способ получения инертной газовой смеси на основе азота из атмосферного воздуха путем его сжатия в начальных ступенях компрессора до рабочего давления газораспределительного блока, разделения сжатого воздуха в мембранном или короткоцикловом адсорбционном газоразделительном блоке на инертную азотную газовую смесь (содержание кислорода до 12%), поступающую в последующие ступени компрессора для дальнейшего сжатия и подачи в объект потребления, и воздух, обогащенный кислородом (до 42%), сбрасываемый в атмосферу [3].

Недостатками известного способа получения инертной газовой смеси на основе азота являются:
- низкая эффективность извлечения этой смеси из воздуха (до 55%), обусловленная подачей в газоразделительный блок неочищенного от влаги и масла воздуха;
- содержание кислорода (12%) в инертной газовой смеси на основе азота близко к взрывоопасному значению (13%) (см. РД-08-200-98. Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности) и при смешении с воздухом скважин и других объектов может привести к образованию взрывоопасной смеси;
- сброс воздуха, обогащенного кислородом, в атмосферу;
- сложность конструкции и повышенные массогабаритные показатели азотных передвижных компрессорных станций.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков.

Технический результат - повышение извлечения инертной газовой смеси на основе азота из атмосферного воздуха до 55%, упрощение конструкции, утилизация воздуха, обогащенного кислородом, и снижение массогабаритных показателей азотных передвижных компрессорных станций.

Изобретение, излагаемое в настоящей заявке, предусматривает получение инертной газовой смеси на основе азота путем сжатия очищенного от механических примесей атмосферного воздуха в начальных ступенях компрессора до рабочего давления газоразделительного блока, разделение воздуха в газоразделительном блоке на взрывобезопасную инертную газовую смесь на основе азота, поступающую в последующие ступени компрессора для дальнейшего сжатия, и воздух, обогащенный кислородом, очищенный от примесей, охлажденный до температуры ниже 60^oС, используемый для интенсификации работы и повышения КПД двигателя внутреннего сгорания передвижной азотной компрессорной станции, оздоровления ее обслуживающего персонала; атмосферный воздух после сжатия в первой ступени компрессора до давления 2,5-3 кгс/см² охлаждается и очищается от капельных влаги и масла в холодильнике и водомаслоотделителе, подается во вторую ступень компрессора и после сжатия до давления 8-12 кгс/см² охлаждается и очищается от капельных влаги и масла в холодильнике и водомаслоотделителе и подается в воздушный фильтр тонкой очистки, где очищается от паров воды и масла и подается в газоразделительный блок; полученная охлажденная до температуры ниже 60^oС и очищенная от механических примесей и паров воды и масла инертная азотная газовая смесь с содержанием кислорода до 10% поступает последовательно в третью и последующие ступени компрессора для дальнейшего сжатия и охлаждения до температуры ниже 60^oС и подачи в объект потребления.

Предложенный способ получения инертной газовой смеси на основе азота исключает недостатки известного способа, повышает эффективность извлечения этой смеси из воздуха до 60%, уменьшает содержание кислорода в инертной газовой смеси на основе азота до 10%, утилизирует обогащенный кислородом до 42%, очищенный от примесей и охлажденный до температуры ниже 60^oС воздух для интенсификации работы и повышения КПД двигателя внутреннего сгорания передвижной азотной компрессорной станции, оздоровления ее обслуживающего персонала, упрощает конструкцию и снижает массогабаритные показатели азотных передвижных компрессорных станций, что повышает эффективность их использования.

Анализ информации показал, что заявленное техническое решение неизвестно из достигнутого уровня техники, в связи с чем оно соответствует критерию "новизна".

Подобное техническое решение явным образом не следует из уровня техники и, следовательно, соответствует критерию "изобретательский уровень".

Заявленное изобретение создает положительный эффект, который выражается в том, что воздух, предварительно очищенный от механических примесей, после первой и второй ступеней компрессора охлаждается и очищается в холодильниках и водомаслоотделителях и воздушном фильтре тонкой очистки. Охлажденный, очищенный от примесей и паров воды и масла воздух поступает в газоразделительный блок, что облегчает условия эксплуатации его и последующих ступеней компрессора, увеличивает концентрацию азота в инертной газовой среде, упрощает конструкцию азотных передвижных компрессорных станций, утилизация воздуха, обогащенного кислородом, повышает эффективность станций.

Изложенное свидетельствует, что изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".

Изобретение поясняется чертежом, на котором схематично изображен предложенный способ получения инертной газовой смеси на основе азота.

Атмосферный воздух предварительно очищается от механических примесей в воздушном фильтре 1 и поступает в первую ступень компрессора 2, сжимается в ней, охлаждается и очищается от капельных влаги и масла в холодильнике 3 и водомаслоотделителе 4. Охлажденный до температуры ниже 60^oС и очищенный от капельных влаги и масла воздух поступает во вторую ступень компрессора 5, сжимается в ней, охлаждается до температуры ниже 60^oС и очищается от капельных влаги и масла в холодильнике 6 и водомаслоотделителе 7. Охлажденный и очищенный воздух под давлением 8-12 кгс/см² поступает в воздушный фильтр тонкой очистки 8, где очищается от паров воды и масла, и подается в газоразделительный блок 9, в котором происходит уменьшение концентрации кислорода до 10%. Часть воздуха с температурой ниже 60^oС, обогащенная кислородом, подается в полость всасывающего патрубка двигателя внутреннего сгорания передвижной азотной компрессорной станции 10, другая часть воздуха, предварительно охлажденная в холодильнике 11 до температуры 18-20^oС, обогащенная кислородом, подается в кабину автомобиля передвижной азотной компрессорной станции 12. Инертная азотная газовая смесь после воздушного фильтра 9 поступает в третью 13 и последующие ступени компрессора 14, охлаждается до температуры ниже 60^oС и очищается от влаги и масла последовательно в холодильниках 15, 16 и водомаслоотделителях 17, 18 после третьей и последующих ступеней компрессора и подается в объект потребления (не показан).

В сравнении с прототипом описываемый способ получения инертной газовой среды на основе азота гарантированно обеспечивает взрывобезопасным сжатым воздухом работы по ремонту и освоению газовых, газоконденсатных и нефтяных скважин, очистку забоев скважин от скопления жидкости и песка, используется в производстве минеральных удобрений, для хранения продуктов, в противопожарных мероприятиях, а также для оздоровления обслуживающего персонала.

В OOO "НПП Уральский компрессорный завод" разработана техническая документация, изготовлена и испытана передвижная азотная компрессорная станция, в которой реализовано заявляемое решение.

Положительные результаты испытаний этой станции подтвердили ее работоспособность в экстремальных условиях, а также широкие возможности практического применения в будущем.

Источники информации
1. Патент RU 2054609, 6 МПК F 25 J 3/046. Способ разделения воздуха.

2. Патент RU 2107807, 6 МПК Е 21 В 35/00. Способ предупреждения взрывов при бурении, освоении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин.

3. Г. И. Мальцев, А.Н. Будяков. Азотные передвижные компрессорные станции. "Компрессорная техника и пневматика" 2, 2001, с.2.

В способе получения инертной газовой смеси на основе азота очищенный от механических примесей воздух сжимается в первой ступени компрессора, охлаждается до температуры ниже 60^oС, очищается от капельных влаги и масла в холодильнике и водомаслоотделителе, сжимается во второй ступени компрессора, охлаждается до температуры ниже 60^oС, очищается от капельных влаги и масла. Охлажденный и очищенный воздух под давлением 8-12 кгс/см² поступает в фильтр тонкой очистки и далее в газоразделительный блок, в котором происходит уменьшение концентрации кислорода до 10%. Часть воздуха, обогащенного кислородом, подается в полость всасывающего патрубка двигателя внутреннего сгорания передвижной азотной компрессорной станции. Другая часть воздуха, обогащенного кислородом, охлаждается до 18-20^oС и подается в кабину автомобиля станции. Инертная азотная газовая смесь после воздушного фильтра тонкой очистки поступает в третью и последующие ступени компрессора, охлаждается до температуры ниже 60^oС, очищается от влаги и масла и подается в объект потребления. Использование изобретения позволит упростить конструкцию и снизить массогабаритные показатели азотных передвижных компрессорных станций. 1 ил.

Способ получения инертной газовой смеси на основе азота путем сжатия очищенного от механических примесей атмосферного воздуха в начальных ступенях компрессора до рабочего давления газоразделительного блока, разделения воздуха в газоразделительном блоке на взрывобезопасную инертную газовую смесь на основе азота, поступающую в последующие ступени компрессора для дальнейшего сжатия, и воздух, обогащенный кислородом, отличающийся тем, что очищенный от механических примесей атмосферный воздух поступает в первую ступень компрессора, сжимается в ней, охлаждается до температуры ниже 60^oС, очищается от капельных влаги и масла в холодильнике и водомаслоотделителе и поступает во вторую ступень компрессора, сжимается в ней, охлаждается до температуры ниже 60^oС, очищается от капельных влаги и масла в холодильнике и водомаслоотделителе, охлажденный и очищенный воздух под давлением 8-12 кгс/см² поступает в воздушный фильтр тонкой очистки, где очищается от паров воды и масла, и подается в газоразделительный блок, в котором происходит уменьшение концентрации кислорода до 10%, часть воздуха с температурой ниже 60^oС, обогащенная кислородом, подается в полость всасывающего патрубка двигателя внутреннего сгорания передвижной азотной компрессорной станции, другая часть воздуха, предварительно охлажденная в холодильнике до 18-20^oС, обогащенная кислородом, подается в кабину автомобиля передвижной азотной компрессорной станции, инертная азотная газовая смесь после воздушного фильтра тонкой очистки поступает в третью и последующие ступени компрессора, охлаждается до температуры ниже 60^oС, очищается от влаги и масла последовательно в холодильниках и водомаслоотделителях после третьей и последующих ступеней компрессора и подается в объект потребления.