Криогенная установка Советский патент 1990 года по МПК F25B9/00 

Изобретение относится к криогенной технике, а конкретнее к установкам, работающим на смесях криоагентов.

Цель изобретения - повышение экономичности.

На чертеже представлена схема криогенной установки.

Установка содержит ступень 1 окончательного охлаждения, систему 2 многоступенчатого сжатия с промежуточным охлаждением смеси рабочего газа и вспомогательного компонента, теплообменники 3 ступени предварительного охлаждения, сепаратор 4, смеситель 5, детандер 6, второй сепаратор 7, второй смеситель 8, концевой теплообменник 9 ступени предварительного охлаждения, конденсаторы-вымораживатели 10 и 11, компрессор 12 ступени окончательного охлаждения.

Установка работает следующим образом.

Смесь рабочего газа и вспомогательного компонента сжимается в системе 2 многоступенчатого сжатия до давления 2,5 МПа. Компрессорный блок реализован как четырехступенчатый агрегат с промежуточным охлаждением, реализуемым в конденсаторах- испарителях кипящим фреоном.

В теплообменнике 3 ступени предварительного охлаждения рабочая смесь охлаждается обратным потоком и в сепараторе 4 сконденсированная жидкая фракция отделяется от газовой. Жидкость отводится в смеситель 5, а газовая фракция расширяется в детандере 6. Расширение производится в парожидкостную область. Поэтому необходим второй сепаратор 7, в котором жидкостная фракция отделяется от газа. Через патрубок отвода жидкости отделенная фракция направляется во второй смеситель 8. Основная часть газовой фракции при температуре 90-100 К подается в концевой теплообменник 9 ступени предварительного охлаждения, а небольшая часть газа после второго сепаратора 7 направляется поочередно на конденсаторы-вымораживатели 10, 11. Соотношение небольшой и основной части газа в зависимости от режима работы может изменяться от 0,001 до 0,1, иначе нарушается энергетический баланс установки. Компрессор 12 располагается на одном валу с детандером 6. Это позволяет увеличить число оборотов вала компрессора 12 без громоздких мультипликаторов. Степень сжатия в компрессоре 12 равна 3-3,5. Часть

рабочего газа ступени 1 окончательного охлаждения перед подачей на всас компрессора проходит поочередно через каждый кон- денсатор-вымораживатель. В это время второй конденсатор-вымораживатель оттаивает и намерзший высококипящий компонент выдувается потоком рабочего тела ступени предварительного охлаждения.

Из первого конденсатора-вымораживате- ля рабочий газ в качестве затворного поступает под давлением в систему затвора вала детандер-компрессор. При большом числе оборотов вала это позволяет наиболее эффективно уплотнить вал, воспрепятствовав проскоку высококипящего компонента в низкотемпературную часть.

Формула изобретения

Криогенная установка, содержащая ком- прессор с промежуточными охладителями смеси рабочего газа и вспомогательного компонента, двухполостный теплообменник предварительного охлаждения, сепаратор, двухполостный теплообменник окончательного охлаждения, блок очистки рабочего га5 за, криогенный блок и смесиiель рабочего газа и жидкого вспомогательного компонента, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности, установка снабжена детандером, низкотемпературным компрессором и дополнительными сепаратором и сме0 сителем, причем блок очистки выполнен в виде переключающихся вымораживателей с встроенными теплообменниками, низкотемпературный компрессор установлен на одном валу с детандером и соединен по входу с выходами из встроенных теплообменников

5 вымораживателей блока очистки и из криогенного блока, по выходу - через первую полость теплообменника окончательного охлаждения - с входом в криогенный блок, детандер по входу соединен с газовой поQ лостью сепаратора, по выходу - с входом дополнительного сепаратора, жидкостная полость которого подключена к входу в дополнительный смеситель, а его газовая полость - к входам вымораживателей и через вторую полость теплообменника окончатель5 ного охлаждения - к дополнительному смесителю, криогенный блок через дополнительную выходную магистраль соединен с входами встроенных теплообменников, а выходы вымораживателей подключены к полости уплотнения вала компрессор-детандер

Изобретение позволяет повысить экономичность. Сжатая в многоступенчатом компрессоре (К) смесь рабочего газа и вспомогательного компонента охлаждается в теплообменнике (ТО) 3 обратным потоком до температуры конденсации компонента, разделяется в сепараторе (С) 4 на жидкость и газ, при этом жидкость поступает в смеситель (СМ) 5, где смешивается с рабочим газом и поступает после подогрева в ТО 3 в К, а газ расширяется детандером 6 в область влажного пара и разделяется на жидкость и газ в дополнительном С 7. Из С 7 жидкость подается в дополнительный СМ 8, а газ разделяется на два потока, один из которых через ТО 9 направляется обратным потоком в СМ 8, а другой очищается от высококипящего компонента в вымораживателях 10 и 11 и подается в узел уплотнения вала, на котором установлены детандер 6 и низкотемпературный К 12, который установлен в линии рабочего газа криогенного блока 1. Очистка вымораживателей от примесей производится подачей через них части газа из криогенного блока перед подачей в К 12. 1 ил.