КОМПРЕССОРНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2020 года по МПК F04B23/00 F04B19/06 F04F1/08 

Изобретение относится к области компрессорных машин и может быть использовано при добыче нефти и газа на суше или на море, в том числе, для реализации газлифтного метода для удаления воды из газовых скважин.

Известна компрессорная установка, содержащая рабочую камеру, сообщающуюся с жидкостным насосом, эжектор, перепускное распределительное устройство, всасывающий газовый клапан, который отделяет полость рабочей камеры и газопровода высокого давления от газопровода низкого давления (RU 2154749, 2000).

Недостатком указанного устройства является низкая эффективность рабочего процесса при сжатии газа, поскольку при заполнении газом рабочей камеры мощность жидкостного насоса и приводного двигателя значительно ниже, чем при вытеснении газа в газопровод высокого давления, что сопровождается неравномерной загрузкой двигателя. В свою очередь, неравномерная загрузка двигателя и процесс сепарации жидкости и газа с заполнением рабочей камеры газом, обусловливают увеличение габаритов жидкостного насоса, двигателя, рабочей камеры и эжектора.

Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является компрессорная установка, содержащая рабочую камеру, выполненную в виде газо-жидкостного сепаратора, реверсивный жидкостной насос и эжектор, при этом сопло эжектора гидравлически связано через обратный клапан с источником рабочей жидкости и реверсивным жидкостным насосом, который оснащен регулируемым электроприводом с частотным регулятором, вход камеры смешения эжектора связан через всасывающий газовый клапан с газопроводом низкого давления, а выход камеры смешения эжектора подключен посредством перепускного трубопровода к верхней части газо-жидкостного сепаратора, выход которого по газу подсоединен через нагнетательный газовый клапан к газопроводу высокого давления, а выход по жидкости подключен к реверсивному жидкостному насосу, связанному с источником рабочей жидкости (RU 2680021, 2019).

Недостатком указанного устройства является относительно узкий рабочий диапазон давления газа на входе в компрессорную установку. Кроме того, циклические переключения реверсивного жидкостного насоса сопровождаются снижением энергетической эффективности компрессорной установки в целом из-за наличия переходных процессов при смене режима работы жидкостного насоса. А процесс сепарации жидкости и газа при заполнении рабочей камеры газом сопряжен с соответствующим увеличением габаритов эжектора и рабочей камеры.

Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является расширение рабочего диапазона давления газа на входе в компрессорную установку и повышение энергоэффективности при одновременном уменьшении габаритов компрессорной установки.

Указанная проблема решается тем, что компрессорная установка, содержит рабочую камеру, выполненную в виде газожидкостного сепаратора, жидкостный насос и эжектор, при этом вход газожидкостного сепаратора по газу подсоединен через всасывающий газовый клапан к газопроводу низкого давления, а выход газожидкостного сепаратора по газу подсоединен через нагнетательный газовый клапан к газопроводу высокого давления, выход газожидкостного сепаратора по жидкости связан через первый дистанционно управляемый клапан с выходом жидкостного насоса и подключен к входу камеры смешения эжектора, выход которой через линию подачи жидкостной смеси с установленным на ней вторым дистанционно управляемым клапаном подсоединен к источнику рабочей жидкости, который подключен к входу жидкостного насоса, выход которого подсоединен к соплу эжектора.

Достигаемый технический результат заключается в исключении переходных процессов в работе жидкостного насоса и, как следствие, в снижении колебаний мощности жидкостного насоса за счет реализации жидкостного эжекторного процесса.

Сущность изобретения поясняется фигурой 1, на которой представлена схема заявляемой компрессорной установки.

Компрессорная установка содержит рабочую камеру 1, выполненную в виде газожидкостного сепаратора, жидкостный насос 2 и эжектор, при этом вход газожидкостного сепаратора по газу 4 подсоединен через всасывающий газовый клапан 5 к газопроводу низкого давления 6, а выход газожидкостного сепаратора по газу 7 подсоединен через нагнетательный газовый клапан 8 к газопроводу высокого давления 9, выход 14 газожидкостного сепаратора 1 по жидкости связан через первый дистанционно управляемый клапан 15 с выходом 12 жидкостного насоса 2 и подключен к входу 16 камеры смешения 3 эжектора, выход 17 которой через линию подачи жидкостной смеси 18 с установленным на ней вторым дистанционно управляемым клапаном 19 подсоединен к источнику рабочей жидкости 11, который подключен к входу 10 жидкостного насоса 2, выход 12 которого подсоединен к соплу 13 эжектора. Жидкостный насос 2 оснащен электроприводом 20.

Работа компрессорной установки может быть автоматизирована и компьютеризирована с использованием системы управления на базе дистанционно управляемых клапанов 15 и 19.

В качестве источника рабочей жидкости 11 может быть использован трубопровод, через который постоянно циркулирует рабочая жидкость, как показано на фиг. 1. Верхняя часть газо-жидкостного сепаратора 1 заполнена газом, нижняя часть газожидкостного сепаратора 1 заполнена жидкостью, на фиг. 1 показана граница раздела 21 между газообразной фазой и жидкой фазой.

Компрессорная установка работает следующим образом.

Жидкостной насос 2 подает рабочую жидкость в сопло 13 эжектора. За счет энергии струи жидкости на входе 16 камеры смешения 3 эжектора понижается давление и на вход 16 камеры смешения 3 эжектора поступает жидкость из выхода 14 рабочей камеры 1, а из газопровода низкого давления 6 через открытый всасывающий газовый клапан 5 на вход 4 газожидкостного сепаратора 1 поступает газ. На выходе 17 камеры смешения 3 эжектора повышается давление в потоке смеси жидкостей, за счет преобразования кинетической энергии рабочей жидкости в потенциальную энергию, что сопровождается повышением давления при понижении скорости течения жидкостного потока. После чего поток жидкости на выходе 17 из камеры смешения 3 эжектора проходит по линии подачи жидкостной смеси 18 через открытый дистанционно управляемый клапан 19 и поступает в источник рабочей жидкости 11. Поступающий газ из газопровода низкого давления 6 накапливается в верхней части рабочей камеры 1, что приводит к смещению границы раздела 21 в направлении сверху вниз. При этом жидкость из выхода 14 рабочей камеры 1 вытесняется на вход 16 камеры смешения 3 эжектора. Таким образом, обеспечивается снижение колебаний мощности жидкостного насоса 2, а также обеспечивается расширение рабочего диапазона давления газа на входе 4 в компрессорную установку. Это достигается за счет реализации жидкостного эжекторного процесса, и, как следствие, использования оборудования компрессорной установки с уменьшенными габаритными размерами.

Если на вход 4 газожидкостного сепаратора 1 поступает газожидкостная смесь, то реализуется процесс сепарации, жидкая фракция опускается вниз, а газ остается в верхней части газожидкостного сепаратора 1.

Когда граница раздела 21 приблизится к минимально допустимому нижнему положению уровня жидкости рабочей камеры 1, поступит управляющий сигнал на дистанционно управляемые клапаны 19 и 15 для закрытия и открытия, соответственно. Жидкость начнет поступать на вход 10 жидкостного насоса 2 из источника рабочей жидкости 11 и перекачиваться по направлению к выходу 14 рабочей камеры 1, через открытый дистанционно управляемый клапан 15. Это приведет к увеличению давления в рабочей камере 1, соответственно закроется всасывающий газовый клапан 5. В это время граница раздела 21 начнет смещаться в направлении снизу-вверх. При этом продолжится сжатие газа в рабочей камере 1, что сопровождается соответствующим ростом давления. При смещении границы раздела 21 вверх наступит момент, когда давление в рабочей камере 1 сравняется с давлением в газопроводе высокого давления 9. Такое выравнивание давления приведет к открытию нагнетательного газового клапана 8. При дальнейшем смещении границы раздела 21 вверх сжатый газ из выхода 7 рабочей камеры 1 вытесняется в газопровод высокого давления 9 через открытый нагнетательный газовый клапан 8, до максимально допустимого верхнего положения уровня жидкости в рабочей камере 1. После завершения цикла вытеснения газа, поступит сигнал на дистанционно управляемые клапаны 15 и 19 для их закрытия и открытия, соответственно. Цикл повторяется.

При использовании заявляемого изобретения давление газа может быть меньше, чем давление в источнике рабочей жидкости 11, но может быть и больше, чем давление в источнике рабочей жидкости 11. При этом обеспечивается более широкий рабочий диапазон для давления газа на входе 4 в компрессорную установку. Кроме того, поток жидкостной смеси на выходе 17 из камеры смешения 3 эжектора имеет давление выше, чем изначально в источнике рабочей жидкости 11, что благоприятно сказывается на работе жидкостного насоса 2.

Преимуществом заявляемого устройства является более высокая эффективность рабочего процесса при сжатии газа, поскольку при заполнении газом рабочей камеры 1 более рационально используется мощность жидкостного насоса 2 и объем рабочей камеры 1 компрессорной установки при одновременном уменьшении ее габаритов.

Кроме того, обеспечивается расширение рабочего диапазона давления газа на входе 4 в компрессорную установку.

Изобретение относится к области компрессорных машин и может быть использовано при добыче нефти и газа на суше или на море, в том числе для реализации газлифтного метода для удаления воды из газовых скважин. Установка содержит рабочую камеру, выполненную в виде газожидкостного сепаратора, жидкостный насос и эжектор. Вход газожидкостного сепаратора по газу подсоединен через всасывающий газовый клапан к газопроводу низкого давления, а выход газожидкостного сепаратора по газу подсоединен через нагнетательный газовый клапан к газопроводу высокого давления. Выход газожидкостного сепаратора по жидкости связан через первый дистанционно управляемый клапан с выходом жидкостного насоса и подключен к входу камеры смешения эжектора, выход которой через линию подачи жидкостной смеси с установленным на ней вторым дистанционно управляемым клапаном подсоединен к источнику рабочей жидкости, который подключен к входу жидкостного насоса, выход которого подсоединен к соплу эжектора. Исключаются переходные процессы в работе жидкостного насоса и, как следствие, снижаются колебания мощности жидкостного насоса за счет реализации жидкостного эжекторного процесса. 1 ил.

Компрессорная установка, характеризующаяся тем, что она содержит рабочую камеру, выполненную в виде газожидкостного сепаратора, жидкостный насос и эжектор, при этом вход газожидкостного сепаратора по газу подсоединен через всасывающий газовый клапан к газопроводу низкого давления, а выход газожидкостного сепаратора по газу подсоединен через нагнетательный газовый клапан к газопроводу высокого давления, выход газожидкостного сепаратора по жидкости связан через первый дистанционно управляемый клапан с выходом жидкостного насоса и подключен к входу камеры смешения эжектора, выход которой через линию подачи жидкостной смеси с установленным на ней вторым дистанционно управляемым клапаном подсоединен к источнику рабочей жидкости, который подключен к входу жидкостного насоса, выход которого подсоединен к соплу эжектора.