Способ работы криогенной установки Советский патент 1983 года по МПК F25B11/00 F25J1/00 

110 Изобретение относится к криогенной rexmote, в частности к способам работы криогенных установок большей производительности функционирующих на легких газах. .. Известен способ работы криогенной установки путем ступенчатого сжатия потока смеси рабочего газа и бспомогатеп ного компонента, ступенчатого охлаждения смеси до температуры, близкой к тем пературе замерзания компонента, но ниже температуры окружающей среды, с конденсацией в переохлаждением KOMnoHeHfa, сепарации жидкого компонента и сжонча- тельной очистки от него рабочего газа при помощи адсорбции, дросселирования отсепарированного компонента, смешения обратного потока рабочего газа с компоненте, выпаривания компонента и подогрева обратного потока смесью до температуры окружающей среды С1 Недостатком известного способа является невысокая экономичность, обуСпо&ленная повышенным расходом энергии на схсатие рабочего газа и вспомогательного компонента, поскольку холод, вырабатыва емый компонентом, компенсирует незначи тельную часть дополнительных затрат, связанных со сжатием последнего. Цепь изобретения - повышение экономичности. Поставленная цепь достигается тем, что согласно способу работы криогенной установки путем ступенчатого сжатия потока смеси рабочего газа и вспомогатепьг ного компонента, ступенчатого охпаждания смеси до температуры, бпизкой к тем пературе замерзания компонента, во ниже температуры окружающей среды, с ко№денсацией и переохлаждением компонента, сепарации жидкого компонента и окончатепьной очистки от него рабочего газа при помощи адсорбции, дроссепирования отсепарированного компонента, смешения обратного потока рабочего газа с компоненгом, выпаривания компонента и подогрева обратного потока смесью до температуры окружающей среды, выдепяют из потока смеси рабочего газа с жидким ксл понентом при температуре окружающей среды часть жидкого кемпонента, ступенчато дроссепируют ее до промежз точного давления, соединяют с потоком смеси, находящимся под этим давлением, выпаривают путем подвода теппа от потоков после их сжатия до более низких давлений и затем направляют на последу ющее сжатие. 302 В процессе выпаривания жидкого компонента дополнительно подводят тепло- от смеси, оставшейся после выделения «з нее жидкого компонента. На чертеже представлена схема крио генной установки, реализующей предлагаемый способ. Установка содержит криогенный блок 1, теплообменник 2, дроссельное устройство 3, испаритель-конденсатор 4, секции 5,6,7 и 8 турбокомпрессора, испарителиохладители 9,10 и 11, водяной холодильник 12, конденсатор 13, дроссели 14,15 и 16, фазоразделитель 17 и адсорбер 18. Установка работает следующим образом. Рабочий газ, поступающий из криогенного блока 1 при низксзм давлении, подогревают в теплообменнике 2 теплом потока рабочего газа высокого давления и смешивают с поступающим через дроссел Ное устройство 3 вспомогательным компонентом. Полученнную смесь подогревают в испарителе-конденсаторе 4 за счет те лообмена со сжатой смесью рабочего газа и вспомогательного компонента, часть которого находится в паровой фазе, а часть - в жидкой. В результате этого процесса происходят выпаривание компонента из потока низкого давления и коо- денсация его паров в потоке сжатия смеси. Затем поток смеси низкого давления сжимают в первой секции 5 турбокомпрео сора, охлаждают в испарителях-охладите- лях 9 и 10 и направляют в испарительохладитель 11, где температура потока лонижается до значения, близкого к температуре испарения компонента в этом аппарате. В испарителе-охладителе 11 поток смешивается с испарившимся компонентом и поступает на всасывание второй секции 6. Сжатая там смесь последовательно охлаждается в испарителяхохладителях 9 и 10, смешивается в последнем аппарате с парами компонента и направляется в третью секцию 7. После этого смесь охлаждают в водяном холо дильнике 12, испарителе-охладителе9, где одновременно происходит смешение с парами компонента, и сжимают в последней секции 8 до конечного давления. Находящуюся при этом давлении смесь охлаждают в кошенсаторе 13 водой, в результате чего происходит ожижение компонента. Часть образовавшейся жи{ кости отделяют от смеси и пос ледова те го но направляют через дроссели 14,15 и 16 в испарители-охладители 9, 10 и 11, где происходит испарение компонента и

рост его концентрации в смеси. Смесь рабочего газа с оставшейся частью кого компонента проходит через испаритепи-юхпадитепи 9,1О и 11, отдавая в каждом аппарате тептю потокам, направпяемым на всасывание в соответствующие секции. В результате поспедукяцего охпажаення смеси в испарителе-конденсаторе 4 получают практически чистый рабочий газ в жидкий компонент, находящийся в переохлажденном состоянии. После фазоразделитетш 17 компонент проходит дроссепь.ное устройство 3 и смешивается с рабочим газом низкого давления, а рабочий газ высокого давления направляется в адсор :бер 18 для дополнительной очистки от остатков ком1юнента. Затем рабочий газ подают в теплообменник 2 и криогенный блок 1, где вырабатывают холод ва требуемом температурном уровне.

Особенностью предлагаемого способаработы является то, что предварительное охлаждение рабочего газа происходит

за счет кипения вспомогательного компонента, а это устраняет необход :мость иополЬ|Зоваш1я для указанной цели жидкого азота.

Конденсация компонента при температуре окружающей среды позволяет использовать это вещество и для уплотнения проточной части турбокомпрессора, повысив его герметичность. Для этого .част сконденсированного компонента (1-2%) выпаривают путем подвода тепла от сжатой смеси и используют в качестве затворного газа, подаваемого через лабиринтные уплотнения в проточную часть и в подшипниковые камеры. Применение такого способа обеспечивает полную герметичность компрессора, что особенно

важно при сжатии гелия или водорода.

Экономическая эффективность изобретения заключается в уменьшении расхода энергии, потребляемой криогенной установкой.

1. СПОСОБ РАБОТЫ КРИОГЕННОЙ УСТАНОВКИ путем ступенчатого сйЕатия потока смеси рабочего газа и вспомогательного компонента, ступенчатого охлаждения смеси до температуры, близкой к температуре замерзания компонента, но ниже температурил окружак щей среды, с конденсацией и переохлаждением компонента, сепарации жидкого компонента и окончательной очистки от него рабочего газа при помощи адсорбции, дросселирования отсепарироваиного компо невта, смещения обратного потока рабочего газа с компонентом, выпаривания компонента и подогрева обратного потока смесью до температуры окружающей среды, отличающийся тем, что, с целью повышения эконстличности,- выделяют из потока смеси рабочего газа с жидким компонентом при температуре окружающей среды часть жидкого компо нента, ступенчато дросселируют ее до промежуточного давления, соединяют с потоком смеси, находящимся под этим да&пеиием, выпаривают путем подвода тепла (Л от потоков после их сжатия до .более визких давлений и затем направляют на поспедующее сжатие. , 2. Способ поп,1, отличающий с я тем, что в процессе выпарив ания жидкого компонента дополнительно подводят тепло от смеси, оставшейся цосле выделения из нее жидкого KOMIKTвента.: 00 оо