СИСТЕМА УРАВНИВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРИ РАЗДЕЛЕНИИ ВОЗДУХА И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ Российский патент 2021 года по МПК F25J3/04 

Область техники

Настоящее изобретение относится к области техники разделения воздуха, в частности, к системе уравнивания давления для очистки при разделении воздуха и способу управления.

Предпосылки создания изобретения

Воздухоразделительная установка очищает исходный воздух (влажный воздух, содержащий примеси) из главного воздушного компрессора посредством двух адсорберов, расположенных параллельно. Два адсорбера работают поочередно, то есть когда первый адсорбер адсорбирует примеси в исходном воздухе до тех пор, пока его адсорбент не станет насыщенным, второй адсорбер находится в стадии регенерации, и когда адсорбент первого адсорбера насыщается, процесс переключается на второй адсорбер, адсорбирующий примеси в исходном воздухе, когда в первом адсорбере начинается стадия регенерации, и это чередование повторяется для получения сухого воздуха, необходимого для разделения воздуха ректификацией.

Стадия адсорбции это процесс, в котором вода, углекислый газ, ацетилен и другие углеводороды и т.д. адсорбируются из влажного воздуха с образованием сухого воздуха, когда исходный воздух из главного воздушного компрессора проходит через адсорбент. Если бы примеси не были удалены до входа в холодный отсек разделения воздуха, вода и углекислый газ, замороженные при охлаждении, откладывались бы в низкотемпературном теплообменнике, турбодетандере или ректификационной колонне и, таким образом, блокировали бы теплообменные каналы, трубопроводы и клапаны. Накопление ацетилена в жидком кислороде дополнительно создает опасность взрыва, и в результате воздухоразделительная установка будет иметь неисправности или получит повреждение. Таким образом, функция системы очистки при разделении воздуха заключается в удалении примесей, таких как вода, ацетилен и углекислый газ, содержащихся в воздухе, и обеспечении тем самым долгосрочной, безопасной и надежной работы воздухоразделительной установки.

Адсорбенты, обычно используемые в системах очистки при разделении воздуха, содержат молекулярные сита и оксид алюминия. Когда адсорбент становится насыщенным и не может продолжать адсорбировать примеси, достигается максимальная адсорбционная способность адсорбента, и в это время адсорбент необходимо регенерировать для высвобождения воды, углекислого газа и т.д., находящихся на поверхности адсорбирующего материала.

Стадия регенерации обычно включает: (1) сброс давления в адсорбере до давления, близкого к атмосферному; (2) регенерацию адсорбента при атмосферном давлении путем подачи нагретого газа, причем горячий газ обычно представляет собой неочищенный азот из холодного отсека разделения воздуха; (3) охлаждение адсорбента, подачу в адсорбер ненагретого неочищенного азота из холодного отсека разделения воздуха; (4) использование сухого воздуха, генерируемого адсорбером в стадии адсорбции, для выполнения уравнивания давления до тех пор, пока два адсорбера не будут иметь равное давление; (5) исходный воздух протекает через два адсорбера одновременно, клапан уравнивания давления закрывается, и стадия регенерации заканчивается.

Рабочий цикл адсорбера включает стадию адсорбции и стадию регенерации, причем стадия регенерации состоит из этапов (1) (5), указанных выше. Время действия стадии адсорбции и время действия стадии регенерации одинаковы, то есть время действия стадии адсорбции такое же, как и общая продолжительность этапов (1) (5), и два адсорбера меняются в середине всего рабочего цикла.

На (4) этапе уравнивания давления для создания давления в адсорбере при атмосферном давлении обычно используется 3% - 5% исходного воздуха. В известном уровне техники для поддержания постоянного расхода сухого воздуха в направлении холодного отсека разделения воздуха необходимо увеличивать степень открывания направляющей лопатки воздухозаборника главного воздушного компрессора и увеличивать расход исходного воздуха, протекающего в направлении адсорбера; когда этап уравнивания давления заканчивается, вследствие того, что больше нет потери расхода сухого воздуха, используемого для повышения давления, направляющую лопатку воздухозаборника главного воздушного компрессора необходимо снова отрегулировать до исходной степени открывания до следующего выравнивания давления, когда степень открывания направляющей лопатки воздухозаборника снова увеличится. Таким образом, этап уравнивания давления адсорбера приведет к частой регулировке направляющей лопатки воздухозаборника главного воздушного компрессора, вследствие чего главный воздушный компрессор не может работать по существу с постоянной производительностью, что приведет к нарушению рабочего состояния разделения воздуха. Кроме того, необходимо приобретение главного воздушного компрессора большей мощности, чем требуется, что приводит к более высоким капиталовложениям в оборудование, что экономически невыгодно.

Для решения этой проблемы в документе US 2017276428 известного уровня техники раскрыт способ, который позволяет главному воздушному компрессору работать по существу с постоянной производительностью (то есть без необходимости увеличивать степень открывания направляющей лопатки воздухозаборника главного воздушного компрессора на этапе уравнивания давления адсорбера), сохраняя при этом по существу постоянный расход сухого воздуха в направлении холодного отсека разделения воздуха. В одном из вариантов осуществления в документе US 2017276428 для создания давления в адсорбере используется сухой азот, при этом нет необходимости в каких-либо потерях расхода исходного воздуха из главного воздушного компрессора, и может быть достигнута цель обеспечения работы главного воздушного компрессора по существу с постоянной производительностью. Сухой азот может поступать из внешнего источника газа, но также может представлять собой азотный продукт под давлением из холодного отсека разделения воздуха.

Однако техническое решение, предложенное в документе US 2017276428, в котором на этапе уравнивания давления адсорбера используется сухой азот, все еще имеет проблему, связанную с процессом разделения воздуха ректификацией; это связано с тем, что адсорбер войдет в стадию адсорбции, когда этап уравнивания давления закончится, и в ходе переключения газовая составляющая, поступающая в холодный отсек разделения воздуха из адсорбера, постепенно меняется с сухого азота на сухой воздух, в результате этот газ, поступающий в холодный отсек разделения воздуха ниже по потоку (в частности, в ректификационную колонну) для участия в ректификации, претерпевает отклонение условий, и, таким образом, условия процесса в холодном отсеке разделения воздуха нарушаются.

Чтобы избежать ситуации, когда газовая составляющая, протекающая в направлении холодного отсека разделения воздуха, меняется с сухого азота на сухой воздух в процессе переключения, описанного выше, и свести к минимуму такое нарушение режима, вопрос разработки новой системы уравнивания давления для очистки при разделении воздуха и способа управления для устранения вышеупомянутых дефектов и недостатков в известном уровне техники является проблемой, которая требует срочного решения специалистами в данной области техники.

Сущность изобретения

Для достижения вышеупомянутой цели изобретения в настоящем изобретении раскрыта система уравнивания давления для очистки при разделении воздуха, содержащая: первый адсорбер и второй адсорбер, расположенные параллельно; первую воздушную магистраль, расположенную выше по потоку от воздухозаборных концов адсорберов и используемую для приема влажного воздуха из главного воздушного компрессора; первый воздухозаборный патрубок для соединения первого воздухозаборника с воздухозаборным концом первого адсорбера; второй воздухозаборный патрубок для соединения первого воздухозаборника с воздухозаборным концом второго адсорбера; вторую воздушную магистраль, расположенную ниже по потоку от воздуховыпускных концов адсорберов и используемую для подачи потока сухого воздуха, очищенного в адсорберах, в холодный отсек разделения воздуха; первый воздуховыпускной патрубок для соединения второй воздушной магистрали с воздуховыпускным концом первого адсорбера; второй воздуховыпускной патрубок для соединения второй воздушной магистрали с воздуховыпускным концом второго адсорбера; клапан уравнивания давления, соединенный трубопроводами отдельно с первым воздуховыпускным патрубком и вторым воздуховыпускным патрубком; регулятор расхода, расположенный на второй воздушной магистрали и используемый для измерения расхода сухого воздуха во второй воздушной магистрали, причем система дополнительно содержит трубопровод создающего давление газа, который соединен с первой воздушной магистралью и используется для приема создающего давление газа и подачи его в первую воздушную магистраль; и регулирующий клапан, расположенный на трубопроводе создающего давление газа и имеющий степень открывания, регулируемую регулятором расхода, посредством которого регулируется количество газа, поступающего в трубопровод создающего давление газа.

Кроме того, система дополнительно содержит первый воздухозаборный клапан и второй воздухозаборный клапан, расположенные на первом воздухозаборном патрубке и втором воздухозаборном патрубке соответственно; первый воздуховыпускной клапан и второй воздуховыпускной клапан, расположенные на первом воздуховыпускном патрубке и втором воздуховыпускном патрубке соответственно; первый датчик давления и второй датчик давления, соединенные с первым адсорбером и вторым адсорбером соответственно и используемые для измерения давлений первого адсорбера и второго адсорбера соответственно.

Кроме того, система дополнительно содержит переключающий клапан и обратный клапан, которые оба расположены на трубопроводе создающего давление газа.

Кроме того, система управляется распределенной системой управления DCS.

Кроме того, создающий давление газ состоит из одной или нескольких составляющих: сухого азота, сухого воздуха и/или влажного воздуха.

Кроме того, создающий давление газ не поступает из главного воздушного компрессора.

Кроме того, система дополнительно содержит первый воздухозаборный клапан и второй воздухозаборный клапан, расположенные на первом воздухозаборном патрубке и втором воздухозаборном патрубке соответственно; первый воздуховыпускной клапан и второй воздуховыпускной клапан, расположенные на первом воздуховыпускном патрубке и втором воздуховыпускном патрубке соответственно; первый датчик давления и второй датчик давления, соединенные с первым адсорбером и вторым адсорбером соответственно и используемые для измерения давлений первого адсорбера и второго адсорбера соответственно; переключающий клапан и обратный клапан, которые оба расположены на трубопроводе создающего давление газа; и распределенную систему управления DCS для управления системой уравнивания давления для очистки при разделении воздуха.

В настоящем изобретении также предоставляется способ управления системой уравнивания давления для очистки при разделении воздуха, причем способ управления включает по меньшей мере следующие этапы: когда первый адсорбер находится в стадии адсорбции, а второй адсорбер находится в стадии регенерации, первый воздухозаборный клапан и первый воздуховыпускной клапан находятся в открытом состоянии, в то время как другие клапаны находятся в закрытом состоянии; когда второй адсорбер необходимо подвергнуть выравниванию давления, DCS медленно открывает клапан уравнивания давления, чтобы подать часть сухого воздуха из первого адсорбера во второй адсорбер через клапан уравнивания давления для увеличения давления второго адсорбера; одновременно с этим DCS открывает переключающий клапан на трубопроводе создающего давление газа; регулятор расхода на второй воздушной магистрали измеряет потерю расхода сухого воздуха, протекающего в направлении холодного отсека разделения воздуха, и регулирует степень открывания регулирующего клапана трубопровода создающего давление газа в соответствии с потерей расхода таким образом, что создающий давление газ подается в первую воздушную магистраль по трубопроводу создающего давление газа для компенсации потери расхода сухого воздуха во второй воздушной магистрали.

Кроме того, дополнительно включены следующие этапы: как только величины показаний первого датчика давления и второго датчика давления становятся почти равными, регулятор расхода на второй воздушной магистрали измеряет потерю расхода сухого воздуха, которая должна быть равна нулю, регулирующий клапан на трубопроводе создающего давление газа закрывается, одновременно с этим DCS закрывает переключающий клапан, и этап уравнивания давления второго адсорбера заканчивается.

Кроме того, дополнительно включены следующие этапы: когда первый адсорбер находится в стадии регенерации, а второй адсорбер находится в стадии адсорбции, второй воздухозаборный клапан и второй воздуховыпускной клапан находятся в открытом состоянии, в то время как другие клапаны находятся в закрытом состоянии; когда первый адсорбер необходимо подвергнуть выравниванию давления, DCS медленно открывает клапан уравнивания давления, чтобы подать часть сухого воздуха из второго адсорбера в первый адсорбер через клапан уравнивания давления для увеличения давления первого адсорбера; одновременно с этим DCS открывает переключающий клапан на трубопроводе создающего давление газа; регулятор расхода на второй воздушной магистрали измеряет потерю расхода сухого воздуха, протекающего в направлении холодного отсека разделения воздуха, и регулирует степень открывания регулирующего клапана трубопровода создающего давление газа в соответствии с потерей расхода таким образом, что создающий давление газ подается в первую воздушную магистраль по трубопроводу создающего давление газа для компенсации потери расхода сухого воздуха во второй воздушной магистрали.

Кроме того, дополнительно включаются следующие этапы: как только величины показаний первого датчика давления и второго датчика давления становятся почти равными, регулятор расхода на второй воздушной магистрали измеряет потерю расхода сухого воздуха, которая должна быть равна нулю, регулирующий клапан на трубопроводе создающего давление газа закрывается, одновременно с этим DCS закрывает переключающий клапан, и этап уравнивания давления первого адсорбера заканчивается.

По сравнению с известным уровнем техники техническое решение, предлагаемое в настоящем изобретении, имеет следующие преимущества:

(1) Настоящее изобретение решает проблему, связанную с процессом разделения воздуха ректификацией, когда для уравнивания давления в адсорбере используется сухой азот; в процессе переключения входа в стадию адсорбции из стадии регенерации создающий давление сухой азот, используемый на этапе уравнивания давления, предварительно смешивается с влажным воздухом из главного воздушного компрессора перед поступлением в адсорбер таким образом, что газовые составляющие, протекающие к холодному отсеку разделения воздуха, остаются по существу неизменными с целью уменьшения нарушения условий поступления газа в ректификационную колонну для участия в ректификации вследствие постепенного изменения газовой составляющей с сухого азота на сухой воздух в известном уровне техники, что таким образом стабилизирует условия процесса холодного отсека разделения воздуха.

(2) Настоящее изобретение не требует частой регулировки направляющей лопатки воздухозаборника главного воздушного компрессора, обеспечивая тем самым работу главного воздушного компрессора по существу с постоянной производительностью.

(3) Настоящее изобретение не требует покупки главного воздушного компрессора большей мощности, чем это необходимо, поэтому капиталовложения в оборудование снижаются, и настоящее изобретение является экономически выгодным.

(4) Регулятор расхода, который первоначально регулировал направляющую лопатку воздухозаборника главного воздушного компрессора, используется для регулирования степени открывания регулирующего клапана в настоящем изобретении, регулируя тем самым количество газа, поступающего в трубопровод создающего давление газа; этот способ управления проще и удобнее.

Краткое описание графических материалов

Дальнейшее понимание преимуществ и сущности настоящего изобретения можно получить из следующего подробного описания настоящего изобретения и сопровождающих графических материалов, содержащих фигуру, на которой представлен схематический структурный вид предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание вариантов осуществления

Конкретные варианты осуществления настоящего изобретения подробно поясняются ниже вместе с сопровождающими графическими материалами. Однако следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается вариантами осуществления, такими как те, которые описаны ниже, и техническое решение настоящего изобретения может быть реализовано в сочетании с другими хорошо известными технологиями или другими технологиями, имеющими ту же функцию, что и эти хорошо известные технологии.

Если не указано иное, идентифицирующие признаки, подобные признакам «первый» и «второй», появляющиеся в данном документе, не указывают определение хронологического порядка, количества или важности, а просто предназначены для того, чтобы отличить один технический признак в этом техническом решении от другого технического признака. Подобно этому, если они не изменены определенным словом количественной меры, существительные в данном документе следует рассматривать как включающие как единственное, так и множественное число, то есть техническое решение может включать в себя один из рассматриваемых технических признаков, но также может включать в себя множество технических признаков.

В настоящем изобретении, если иное четко не установлено и не определено, такие термины, как «соединены вместе» или «соединены», следует понимать в широком смысле, например, они могут означать соединены неподвижным образом, но также могут означать - соединены с возможностью отсоединения или образуют цельный компонент; могут означать - механически соединены; могут означать - непосредственно соединены вместе, но также могут означать - соединены косвенно через промежуточную среду; и могут означать внутреннюю связь между двумя элементами или интерактивную взаимосвязь между двумя элементами. Специалисты в данной области техники могут понять конкретное значение вышеуказанных терминов в настоящем изобретении в соответствии с конкретными обстоятельствами.

В этом тексте источником «создающего давление газа» не должен быть главный воздушный компрессор, и таким образом выделяются источники создающего давление газа и влажного воздуха для очистки адсорбера, что позволяет избежать потери расхода сухого воздуха, протекающего в направлении второй воздушной магистрали (воздуховыпускной магистрали) холодного отсека разделения воздуха, что создается благодаря тому, что часть очищенного сухого воздуха используется в качестве создающего давление газа на этапе уравнивания давления. Предпочтительно создающий давление газ состоит из одной или нескольких составляющих: сухого азота, сухого воздуха и/или влажного воздуха, причем могут быть использованы сухой азот в газгольдерах, сухой воздух и/или влажный воздух, или может быть использован азот под давлением (например, неочищенный азот или азотный продукт низкого давления) из холодного отсека разделения воздуха. Создающий давление газ также может представлять собой создающий давление кислород и/или создающий давление аргон, но это было бы экономически невыгодно.

Конкретные варианты осуществления настоящего изобретения подробно поясняются ниже со ссылкой на фигуру.

Базовый состав системы очистки при разделении воздуха содержит: первый адсорбер R01 и второй адсорбер R02, расположенные параллельно, при этом в каждом адсорбере содержатся слой молекулярного сита и слой оксида алюминия, обеспечивая три слоя решеток (молекулярное сито, содержащееся между внутренней решеткой и решеткой среднего слоя, и оксид алюминия, содержащийся между решеткой среднего слоя и внешней решеткой), причем, когда адсорбер находится в стадии адсорбции, влажный воздух входит через воздухозаборный конец в нижней части адсорбера, сначала проходя через слой оксида алюминия для удаления влаги из влажного воздуха, а затем проходя через слой молекулярного сита для удаления углекислого газа, ацетилена и других углеводородов, вследствие чего из воздуховыпускного конца в верхней части адсорбера через фильтр окончательно выпускается очищенный влажный воздух; первую воздушную магистраль Lin (воздухозаборную магистраль) для приема влажного воздуха из главного воздушного компрессора, расположенную выше по потоку от воздухозаборных концов адсорберов и сообщающуюся с воздухозаборным концом первого адсорбера R01 и воздухозаборным концом второго адсорбера R02 через первый воздухозаборный патрубок L01 и второй воздухозаборный патрубок L02 соответственно; первый воздухозаборный клапан 01 и второй воздухозаборный клапан 02, предусмотренные на первом воздухозаборном патрубке L01 и втором воздухозаборном патрубке L02 соответственно; вторую воздушную магистраль Lout (воздуховыпускную магистраль) для подачи потока сухого воздуха, который был очищен в адсорберах, в холодный отсек разделения воздуха, расположенную ниже по потоку от воздуховыпускных концов адсорберов и сообщающуюся с воздуховыпускным концом первого адсорбера R01 и воздуховыпускным концом второго адсорбера R02 через первый воздуховыпускной патрубок L03 и второй воздуховыпускной патрубок L04 соответственно; первый воздуховыпускной клапан 03 и второй воздуховыпускной клапан 04, предусмотренные на первом воздуховыпускном патрубке L03 и втором воздуховыпускном патрубке L04 соответственно; клапан 05 уравнивания давления, соединенный трубопроводами отдельно с первым воздуховыпускным патрубком L03 и вторым воздуховыпускным патрубком L04, то есть соединенный отдельно с воздуховыпускным концом первого адсорбера R01 и воздуховыпускным концом второго адсорбера R02; регулятор 06 расхода, расположенный на второй воздушной магистрали Lout (воздуховыпускной магистрали) (в известном уровне техники этот регулятор расхода используется для регулирования степени открывания направляющей лопатки воздухозаборника главного воздушного компрессора); первый датчик РП давления и второй датчик PI2 давления, соединенные с первым адсорбером R01 и вторым адсорбером R02 соответственно и используемые для измерения давлений первого адсорбера R01 и второго адсорбера R02. Когда первый адсорбер R01 находится в стадии адсорбции, первый воздухозаборный клапан 01 и первый воздуховыпускной клапан 03 открыты, а второй воздухозаборный клапан 02 и второй воздуховыпускной клапан 04 закрыты, вследствие чего первая воздушная магистраль Lin (воздухозаборная магистраль), первый воздухозаборный патрубок L01, первый адсорбер R01, первый воздуховыпускной патрубок L03 и вторая воздушная магистраль Lout (воздуховыпускная магистраль) находятся в состоянии сообщения друг с другом; и когда второй адсорбер R02 находится в стадии адсорбции, второй воздухозаборный клапан 02 и второй воздуховыпускной клапан 04 открыты, а первый воздухозаборный клапан 01 и первый воздуховыпускной клапан 03 закрыты, вследствие чего первая воздушная магистраль Lin (воздухозаборная магистраль), второй воздухозаборный патрубок L02, второй адсорбер R02, второй воздуховыпускной патрубок L04 и вторая воздушная магистраль Lout (воздуховыпускная магистраль) находятся в состоянии сообщения друг с другом. Как открыванием, так и закрыванием клапанов, упомянутых выше, управляет DCS, то есть DCS активирует каждый этап при определенных условиях (сигнале обратной связи открывания/закрывания клапана, достигнутых состояний процесса и т.д.); если противоположное действие не активировано, все действия (команды открывания или закрывания клапана) на каждом этапе будут сохранены на следующем этапе.

Принимая базовый состав системы очистки при разделении воздуха в качестве отправной точки, в настоящем изобретении добавлен трубопровод Lc создающего давление газа, который соединен с первой воздушной магистралью Lin (воздухозаборной магистралью) и используется для приема создающего давление газа и его подачи в первую воздушную магистраль Lin (воздухозаборную магистраль); переключающий клапан 08, обратный клапан 09 и регулирующий клапан 07 предусмотрены на трубопроводе Lc создающего давление газа. Открыванием и закрыванием переключающего клапана 08 управляет DCS, которая имеет только два состояния действия, а именно открывание и закрывание. Функция обратного клапана 09 заключается в предотвращении противотока создающего давление газа или даже влажного воздуха из первой воздушной магистрали Lin (воздухозаборной магистрали), который может привести к повреждению трубопроводов. Степень открывания регулирующего клапана 07 регулируется регулятором 06 расхода, расположенным на второй воздушной магистрали Lout (воздуховыпускной магистрали). Когда главный воздушный компрессор работает по существу с постоянной производительностью, то есть количество влажного воздуха, поступающего из главного воздушного компрессора, является постоянным (предположим, что это Q, в единицах Нм³/ч), то теоретически после очистки в адсорбере создается поток сухого воздуха с расходом Q в направлении холодного отсека разделения воздуха. Предположим, что на этапе уравнивания давления 3% сухого воздуха подается в адсорбер, находящийся в стадии регенерации, из адсорбера, находящегося в стадии адсорбции, через клапан 05 уравнивания давления; в это время регулятор 06 расхода, расположенный на второй воздушной магистрали Lout (воздуховыпускной магистрали), измеряет потерю расхода сухого воздуха, протекающего в направлении холодного отсека разделения воздуха, и регулирует степень открывания регулирующего клапана 07 трубопровода Lc создающего давление газа в соответствии с потерей расхода таким образом, что около 3% расхода Q создающего давление газа доставляется в первую воздушную магистраль Lin (воздухозаборную магистраль) через трубопровод Lc создающего давление газа, и смешивается с влажным воздухом из главного воздушного компрессора перед поступлением в адсорбер, находящийся в стадии адсорбции, вместе с влажным воздухом с целью компенсации потери расхода сухого воздуха во второй воздушной магистрали Lout (воздуховыпускной магистрали) и достижения цели - по существу постоянного расхода сухого воздуха в направлении холодного отсека разделения воздуха (теоретически равной Q). Как только величины показаний первого датчика РП давления и второго датчика PI2 давления становятся почти равными, то есть абсолютное значение разницы между ними ≤ заданного значения в 15 кПа, выравнивание давления считается завершенным; поскольку больше нет потери расхода сухого воздуха, используемого для создания давления, в это время регулятор 06 расхода, расположенный на второй воздушной магистрали Lout (воздуховыпускной магистрали), измеряет потерю расхода сухого воздуха, которая должна быть равна нулю, регулирующий клапан 07 на трубопроводе Lc создающего давление газа закрывается, и одновременно с этим DCS закрывает переключающий клапан 08, и этап уравнивания давления адсорбера завершается. На этапе уравнивания давления сухой азот для повышения давления поступает в адсорбер после смешивания с влажным воздухом из главного воздушного компрессора, чтобы газовые составляющие в адсорбере, который будет неизбежно переключаться со стадии регенерации на стадию адсорбции, могли оставаться по существу неизменными; в этом процессе переключения газовые компоненты, поступающие в холодный отсек разделения воздуха, также остаются по существу неизменными, поэтому условия процесса в холодном отсеке разделения воздуха стабилизированы.

Вариант осуществления 1

Техника эксплуатации настоящего изобретения подробно описана ниже в случае, когда первый адсорбер находится в стадии адсорбции, а второй адсорбер подвергается уравниванию давления (стадия регенерации).

Когда первый адсорбер R01 находится в стадии адсорбции, а второй адсорбер R02 находится в стадии регенерации, первый воздухозаборный клапан 01 и первый воздуховыпускной клапан 03 находятся в открытом состоянии, в то время как другие клапаны находятся в закрытом состоянии. Когда программно переключаемое время работы, управляемое DCS, достигает этапа уравнивания давления второго адсорбера R02, DCS медленно открывает (за счет управления с плавным изменением) клапан 05 уравнивания давления, чтобы подать часть сухого воздуха из первого адсорбера R01 во второй адсорбер R02 через клапан 05 уравнивания давления для увеличения давления второго адсорбера R02. Одновременно DCS открывает переключающий клапан 08 на трубопроводе Lc создающего давление газа. Регулятор 06 расхода на второй воздушной магистрали Lout (воздуховыпускной магистрали) измеряет потерю расхода сухого воздуха, протекающего в направлении холодного отсека разделения воздуха, и регулирует степень открывания регулирующего клапана 07 трубопровода Lc создающего давление газа в соответствии с потерей расхода таким образом, что создающий давление газ подается в первую воздушную магистраль Lin (воздухозаборная магистраль) по трубопроводу Lc создающего давление газа и смешивается с влажным воздухом из главного воздушного компрессора перед входом в первый адсорбер R01 вместе с влажным воздухом с целью компенсации потери расхода сухого воздуха во второй воздушной магистрали Lout (воздуховыпускной магистрали). Как только абсолютное значение разницы величины показания первого датчика PI1 давления и второго датчика PI2 давления будет ≤ заданного значения в 15 кПа, регулятор 06 расхода на второй воздушной магистрали Lout (воздуховыпускной магистрали) измеряет потерю расхода сухого воздуха, которая должна быть равна нулю, регулирующий клапан 07 на трубопроводе Lc создающего давление газа закрывается, и одновременно с этим DCS закрывает переключающий клапан 08; этап уравнивания давления второго адсорбера R02 заканчивается, и начинается параллельная подготовительная работа.

Вариант осуществления 2

Техника эксплуатации настоящего изобретения подробно описана ниже в случае, когда первый адсорбер подвергается выравниванию давления (стадия регенерации), а второй адсорбер находится в стадии адсорбции.

Когда первый адсорбер R01 находится в стадии регенерации, а второй адсорбер R02 находится в стадии адсорбции, второй воздухозаборный клапан 02 и второй воздуховыпускной клапан 04 находятся в открытом состоянии, в то время как другие клапаны находятся в закрытом состоянии. Когда программно переключаемое время работы, управляемое DCS, достигает этапа уравнивания давления первого адсорбера R01, DCS медленно открывает (благодаря управлению с плавным изменением) клапан 05 уравнивания давления, чтобы подать часть сухого воздуха из второго адсорбера R02 в первый адсорбер R01 через клапан 05 уравнивания давления для увеличения давления первого адсорбера R01. Одновременно DCS открывает переключающий клапан 08 на трубопроводе Lc создающего давление газа. Регулятор 06 расхода на второй воздушной магистрали Lout (воздуховыпускной магистрали) измеряет потерю расхода сухого воздуха, протекающего в направлении холодного отсека разделения воздуха, и регулирует степень открывания регулирующего клапана 07 трубопровода Lc создающего давление газа в соответствии с потерей расхода таким образом, что создающий давление газ подается в первую воздушную магистраль Lin (главная воздухозаборная труба) через трубопровод создающего давление газа Lc и смешивается с влажным воздухом из главного воздушного компрессора перед поступлением во второй адсорбер R02 вместе с влажным воздухом для компенсации потери расхода сухого воздуха во второй воздушной магистрали Lout (воздуховыпускной магистрали). Как только абсолютное значение разницы между первым датчиком PI1 давления и вторым датчиком PI2 давления ≤ заданного значения в 15 кПа, регулятор 06 расхода на второй воздушной магистрали Lout (воздуховыпускной магистрали) измеряет потерю расхода сухого воздуха, которая должна быть равна нулю, регулирующий клапан 07 на трубопроводе Lc создающего давление газа закрывается, и одновременно с этим DCS закрывает переключающий клапан 08; этап уравнивания давления первого адсорбера R01 заканчивается, и начинается параллельная подготовительная работа.

Вышеупомянутые варианты осуществления являются всего лишь предпочтительными частными вариантами осуществления настоящего изобретения, которые предназначены исключительно для иллюстрации технического решения настоящего изобретения без ограничения настоящего изобретения. Все технические решения, которые могут быть получены специалистами в данной области техники в соответствии с концепцией настоящего изобретения путем логического анализа, рассуждений или ограниченного эксперимента, должны быть включены в объем настоящего изобретения.

В настоящем изобретении раскрыты система уравнивания давления для очистки при разделении воздуха и способ управления. Система содержит: первую воздушную магистраль; трубопровод создающего давление газа, который соединен с первой воздушной магистралью и используется для приема создающего давление газа и подачи его в первую воздушную магистраль; и регулирующий клапан, расположенный на трубопроводе создающего давление газа и имеющий степень открывания, регулируемую регулятором расхода, посредством которого регулируется количество газа, поступающего в трубопровод создающего давление газа. В настоящем изобретении решается проблема, связанная с процессом разделения воздуха ректификацией, когда для уравнивания давления в адсорбере используется сухой азот; в процессе переключения входа в стадию адсорбции из стадии регенерации создающий давление сухой азот, используемый на этапе уравнивания давления, предварительно смешивается с влажным воздухом из главного воздушного компрессора перед поступлением в адсорбер таким образом, что газовые составляющие, протекающие в направлении холодного отсека разделения воздуха, остаются по существу неизменными с целью уменьшения нарушений условий поступления газа в ректификационную колонну для участия в ректификации вследствие постепенного изменения газовой составляющей с сухого азота на сухой воздух в известном уровне техники, что тем самым стабилизирует условия процесса холодного отсека разделения воздуха. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система уравнивания давления для очистки при разделении воздуха, содержащая: первый адсорбер и второй адсорбер, расположенные параллельно; первую воздушную магистраль, расположенную выше по потоку от воздухозаборных концов адсорберов и используемую для приема влажного воздуха из главного воздушного компрессора; первый воздухозаборный патрубок для соединения первой воздушной магистрали с воздухозаборным концом первого адсорбера; второй воздухозаборный патрубок для соединения первой воздушной магистрали с воздухозаборным концом второго адсорбера; вторую воздушную магистраль, расположенную ниже по потоку от воздуховыпускных концов адсорберов и используемую для подачи потока сухого воздуха, очищенного в адсорберах, в холодный отсек разделения воздуха; первый воздуховыпускной патрубок для соединения второй воздушной магистрали с воздуховыпускным концом первого адсорбера; второй воздуховыпускной патрубок для соединения второй воздушной магистрали с воздуховыпускным концом второго адсорбера; клапан уравнивания давления, соединенный трубопроводами отдельно с первым воздуховыпускным патрубком и вторым воздуховыпускным патрубком; регулятор расхода, расположенный на второй воздушной магистрали и используемый для измерения расхода сухого воздуха во второй воздушной магистрали, отличающаяся тем, что система дополнительно содержит трубопровод создающего давление газа, который соединен с первой воздушной магистралью и используется для приема создающего давление газа и подачи его в первую воздушную магистраль; и регулирующий клапан, расположенный на трубопроводе создающего давление газа и имеющий степень открывания, регулируемую регулятором расхода, посредством которого регулируется количество газа, поступающего в трубопровод создающего давление газа.

2. Система уравнивания давления для очистки при разделении воздуха по п. 1, отличающаяся тем, что система дополнительно содержит первый воздухозаборный клапан и второй воздухозаборный клапан, расположенные на первом воздухозаборном патрубке и втором воздухозаборном патрубке соответственно; первый воздуховыпускной клапан и второй воздуховыпускной клапан, расположенные на первом воздуховыпускном патрубке и втором воздуховыпускном патрубке соответственно; первый датчик давления и второй датчик давления, соединенные с первым адсорбером и вторым адсорбером соответственно и используемые для измерения давлений первого адсорбера и второго адсорбера соответственно.

3. Система уравнивания давления для очистки при разделении воздуха по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит переключающий клапан и обратный клапан, которые оба расположены на трубопроводе создающего давление газа.

4. Система уравнивания давления для очистки при разделении воздуха по п. 1, отличающаяся тем, что она управляется распределенной системой управления DCS.

5. Система уравнивания давления для очистки при разделении воздуха по п. 1, отличающаяся тем, что создающий давление газ состоит из одной или нескольких составляющих: сухого азота, сухого воздуха и/или влажного воздуха.

6. Система уравнивания давления для очистки при разделении воздуха по п. 5, отличающаяся тем, что создающий давление газ не поступает из главного воздушного компрессора.

7. Система уравнивания давления для очистки при разделении воздуха по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит первый воздухозаборный клапан и второй воздухозаборный клапан, расположенные на первом воздухозаборном патрубке и втором воздухозаборном патрубке соответственно; первый воздуховыпускной клапан и второй воздуховыпускной клапан, расположенные на первом воздуховыпускном патрубке и втором воздуховыпускном патрубке соответственно; первый датчик давления и второй датчик давления, соединенные с первым адсорбером и вторым адсорбером соответственно и используемые для измерения давлений первого адсорбера и второго адсорбера соответственно; переключающий клапан и обратный клапан, которые оба расположены на трубопроводе создающего давление газа; и распределенную систему управления DCS для управления системой уравнивания давления для очистки при разделении воздуха.

8. Способ управления, основанный на системе уравнивания давления для очистки при разделении воздуха по п. 7, отличающийся тем, что включает по меньшей мере следующие этапы: когда первый адсорбер находится в стадии адсорбции, а второй адсорбер находится в стадии регенерации, первый воздухозаборный клапан и первый воздуховыпускной клапан находятся в открытом состоянии, тогда как другие клапаны находятся в закрытом состоянии; когда второй адсорбер необходимо подвергнуть выравниванию давления, DCS медленно открывает клапан уравнивания давления, чтобы подать часть сухого воздуха из первого адсорбера во второй адсорбер через клапан уравнивания давления для увеличения давления второго адсорбера; одновременно с этим DCS открывает переключающий клапан на трубопроводе создающего давление газа; регулятор расхода на второй воздушной магистрали измеряет потерю расхода сухого воздуха, протекающего в направлении холодного отсека разделения воздуха, и регулирует степень открывания регулирующего клапана трубопровода создающего давление газа в соответствии с потерей расхода таким образом, что создающий давление газ подается в первую воздушную магистраль по трубопроводу создающего давление газа для компенсации потери расхода сухого воздуха во второй воздушной магистрали.

9. Способ управления системой уравнивания давления для очистки при разделении воздуха по п. 8, отличающийся тем, что дополнительно включает следующие этапы: как только величины показаний первого датчика давления и второго датчика давления становятся почти равными, регулятор расхода на второй воздушной магистрали измеряет потерю расхода сухого воздуха, которая должна быть равна нулю, регулирующий клапан на трубопроводе создающего давление газа закрывается, одновременно с этим DCS закрывает переключающий клапан, и этап уравнивания давления второго адсорбера заканчивается.

10. Способ управления системой уравнивания давления для очистки при разделении воздуха по п. 8, отличающийся тем, что дополнительно включает следующие этапы: когда первый адсорбер находится в стадии регенерации, а второй адсорбер находится в стадии адсорбции, второй воздухозаборный клапан и второй воздуховыпускной клапан находятся в открытом состоянии, тогда как остальные клапаны находятся в закрытом состоянии; когда первый адсорбер необходимо подвергнуть выравниванию давления, DCS медленно открывает клапан уравнивания давления, чтобы подать часть сухого воздуха из второго адсорбера в первый адсорбер через клапан уравнивания давления для увеличения давления первого адсорбера; одновременно с этим DCS открывает переключающий клапан на трубопроводе создающего давление газа; регулятор расхода на второй воздушной магистрали измеряет потерю расхода сухого воздуха, протекающего в направлении холодного отсека разделения воздуха, и регулирует степень открывания регулирующего клапана трубопровода создающего давление газа в соответствии с потерей расхода таким образом, что создающий давление газ подается в первую воздушную магистраль по трубопроводу создающего давление газа для компенсации потери расхода сухого воздуха во второй воздушной магистрали.

11. Способ управления системой уравнивания давления для очистки при разделении воздуха по п. 10, отличающийся тем, что дополнительно включает следующие этапы: как только величины показаний первого датчика давления и второго датчика давления становятся почти равными, регулятор расхода на второй воздушной магистрали измеряет потерю расхода сухого воздуха, которая должна быть равна нулю, регулирующий клапан на трубопроводе создающего давление газа закрывается, одновременно с этим DCS закрывает переключающий клапан, и этап уравнивания давления первого адсорбера заканчивается.