Результат интеллектуальной деятельности: ДОЖИМАЮЩАЯ КОМПРЕССОРНАЯ УСТАНОВКА

Область техники.

Заявляемое изобретение относится к области машиностроения, а именно к установкам для получения сжатого газа. Заявляемая дожимающая компрессорная установка используется для получения газа среднего или высокого давления при производстве работ по освоению и ремонту нефтяных скважин, подачи сжатого газа в качестве источника энергии для технологических процессов, ремонте и испытании трубопроводов, снабжении сжатым газом пневматического инструмента и других целей в различных отраслях промышленности.

Предшествующий уровень техники.

Известна установка для получения газообразного азота (св-во РФ №7715 на полезную модель, МПК F04B 23/00, 1998 [1]), содержащая источник инертной газовой среды под избыточным давлением, дожимающий поршневой насос и рабочий объем, при этом источник инертной газовой среды соединен с газовым входом дожимающего поршневого насоса.

Недостатком указанного аналога [1] являются потери газа дожимающего поршневого насоса через неплотности в сальниках, клапанах и местах стыковки трубопроводов. Следствием этих утечек является сокращение производительности установки для получения газообразного азота.

Известна также дожимающая компрессорная установка производства ЗАО «Челябинский компрессорный завод» (интернет - ресурс http://www.s-nq.ru/magazin/0/publ.php?id=427 [2]) содержащая вход сжатого газа, дожимающий компрессор и ресивер, при этом вход сжатого газа соединен со входом дожимающего компрессора, а выход дожимающего компрессора соединен с ресивером.

Недостатком указанного аналога является большое количество пусков и остановок дожимающего компрессора, что приводит к затратам времени на его техническое обслуживание. Также недостатком являются потери сжатого газа в дожимающем компрессоре. Разница между всасываемым в дожимающий компрессор и нагнетаемым в ресивер газом может достигать 15%. Вышеуказанные потери возникают вследствие износа уплотнений дожимающего компрессора и различных неплотностей. В случае, если производительность по нагнетанию дожимающего компрессора равна требуемой производительности дожимающей компрессорной установки, вышеуказанные потери приводят к снижению производительности дожимающей компрессорной установки в начальный период ее работы. В случае, если производительность по нагнетанию дожимающего компрессора больше требуемой производительности дожимающей компрессорной установки, возрастают материальные и денежные затраты на обслуживание дожимающего компрессора.

Указанная дожимающая компрессорная установка [2] является по совокупности существенных признаков наиболее близкой системой того же назначения к заявляемому изобретению. Поэтому она принята в качестве прототипа заявляемого изобретения.

Раскрытие изобретения.

Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым изобретением, является компенсация потери производительности дожимающей компрессорной установки в начальный период ее работы. Другим техническим результатом является сокращение времени работы дожимающего компрессора и количества его пусков и остановок.

Сущность изобретения состоит в том, что дожимающая компрессорная установка содержит вход сжатого газа, дожимающий компрессор и первый ресивер. При этом вход дожимающего компрессора соединен со входом сжатого газа, а выход дожимающего компрессора соединен со входом первого ресивера. При этом:

- на входе дожимающего компрессора установлен первый запорный клапан;

- вход сжатого газа дополнительно соединен со входом первого ресивера через через второй запорный клапан.

На входе сжатого газа предпочтительно размещен второй ресивер. Вход второго ресивера может быть соединен с выходом газоразделительного блока.

Производительность дожимающего компрессора может быть меньше производительности дожимающей компрессорной установки.

На выходе дожимающего компрессора предпочтительно размещен разгрузочный клапан.

Выход дожимающего компрессора преимущественно соединен со входом системы очистки газа, выход которой соединен со входом первого обратного клапана, выход которого соединен со входом третьего обратного клапана, выход которого соединен со входом первого ресивера. При этом выход второго запорного клапана соединен со входом второго обратного клапана, выход которого соединен со входом третьего обратного клапана. При этом система очистки газа дополнительно соединена с емкостью для сбора конденсата.

На входе третьего обратного клапана предпочтительно установлен датчик давления.

На выходе первого ресивера предпочтительно установлен третий запорный клапан.

Краткое описание чертежей.

На фигуре 1 показана схема дожимающей компрессорной установки, на фиг.2 - схема установки по предпочтительному варианту исполнения. Осуществление изобретения.

Дожимающая компрессорная установка (фиг.1, 2) содержит вход сжатого газа (1), дожимающий компрессор (2) и первый ресивер (3).

Вход сжатого газа (1) предназначен для соединения с выходом источника сжатого газа. Источник сжатого газа может быть выполнен в виде поршневого или винтового компрессора.

Вход сжатого газа (1) соединен со вторым ресивером (4), выход которого соединен с дожимающим компрессором (2) через первый запорный клапан (5). Вход сжатого газа (1) может быть соединен со вторым ресивером (4) через газоразделительный блок (не показан).

Дожимающий компрессор (2) предназначен для нагнетания газа в первый ресивер (3). Производительность дожимающего компрессора (2) может быть меньше производительности дожимающей компрессорной установки в целом. Первый запорный клапан (5) предназначен для полного перекрытия потока сжатого газа, поступающего на вход дожимающего компрессора (2).

На выходе дожимающего компрессора (2) может быть установлен разгрузочный клапан (12). Выход дожимающего компрессора (2) соединен со входом первого ресивера (3) через систему очистки газа (6). Система очистки газа (6) предназначена для удаления из сжатого потока газа жидких и газообразных загрязнений. Система очистки газа (6) соединена с емкостью для сбора конденсата (8). На выходе системы очистки газа (6) установлен первый обратный клапан (7), предназначенный для предотвращения возникновения обратного движения потока сжатого газа. Соединение второго запорного клапана (9) с первым ресивером (3) в обход системы очистки газа (6) позволяет снизить время работы этой системы (6) и повысить таким образом срок ее работы.

С целью создания потока сжатого газа, поступающего в первый ресивер (3) в обход дожимающего компрессора (2), выход второго ресивера (4) дополнительно соединен со входом первого ресивера (3) через второй запорный клапан (9) и второй обратный клапан (10).

На входе первого ресивера (3) установлены датчик давления (13) и третий обратный клапан (14). На выходе первого ресивера (3) установлен третий запорный клапан (11).

Пример конкретного выполнения.

Источник сжатого газа выполнен в виде компрессора, при этом выход компрессора соединен со вторым ресивером (4) через газоразделительный блок, давление сжатого газа на выходе которого составляет Р_гб=11 МПа. Требуемая производительность дожимающей компрессорной установки составляет Q=4,167 нм³/мин, а требуемое давление на выходе Р_у=4 МПа. Объем первого ресивера (3) равен V₁=40 м³. Параметры дожимающего компрессора (2):

Р_вс=1, Р_наг=4, Q_вс=4,587, Q_наг=3,976, N_дв=15,

где Р_вс - давление всасывания, МПа;

Р_наг - давление нагнетания, МПа;

Q_вс - производительность по всасыванию, нм³/мин;

Q_нaг - производительность по нагнетанию, нм³/мин;

N_дв - номинальная мощность двигателя, кВт.

Производительность по нагнетанию Q_наг, нм³/мин, у выбранного дожимающего компрессора (2) является ниже требуемой производительности Q, нм³/мин, дожимающей компрессорной установки.

Потери производительности q, %, на дожимающем компрессоре (2) составляют:

подставив численные значения в формулу (1), получим

q=(1-3,976/4,587)=13,32%;

Потери мощности n, кВт, на дожимающем компрессоре (2) составляют:

Количество газа К, нм³, которое понадобится для наполнения первого ресивера (3) объемом V₁, м³, до давления Р_у, МПа, составляет:

подставив численные значения в формулу (f3), получим

К=40·40=1600 нм³.

Количество газа K₁, нм³, которое необходимо для наполнения первого ресивера (3) сжатым газом в обход дожимающего компрессора (2) через второй запорный клапан (9) до давления Р_гб, МПа, составляет:

K₁=40·11=440.

Производительность источника сжатого газа Q_cж, нм³/мин, должна быть равна:

Q_cж=Q_вс=4,587.

Время наполнения t₁, мин, первого ресивера (3) до давления Р_гб, МПа, составляет:

подставив численные значения в формулу (4), получим

t₁=440/4,587=96 мин.

Количество газа, К₂, нм³, которое будет подаваться дожимающим компрессором (2), составляет

К₂=К-K₁=1600-440=1160.

Время наполнения первого ресивера (3) t₂, мин, от давления Р_гб, МПа, до давления Р_у, МПа, составляет:

подставив численные значения в формулу (f5), получим

t₂=1160/3,976=292 мин.

Общее время наполнения первого ресивера (3) Т, ч, до давления Р_у, МПа, составляет:

Т=t₁+t₂=388 мин или 6 ч 28 мин.

Теоретическое время наполнения первого ресивера (3) Т_т, ч, при требуемой производительности Q, нм³/мин, до давления Р_у, МПа, составляет: Т_т=К/Q=1600/4,167=384 мин или 6 ч 24 мин. Таким образом, дожимающая компрессорная установка практически имеет:

- номинальную расчетную производительность, Q_p, нм³/мин

QP=К / Т=1600/388=4,124.

- первую эффективную производительность,, нм³/мин, в период времени t₁, мин,

Q_эф1=K₁/t₁=440/96=4,587.

- вторую эффективную производительность, Q_эф2, нм³/мин, в период времени t₂, мин,

Q_эф2=К₂/t₂=1160/292=3,976.

Как видно из примера, дополнительное соединение входа сжатого газа (1) со входом первого ресивера (3) позволяет использовать дожимающий компрессор (2) с производительностью по нагнетанию Q_наг, нм³/мин, значение которой меньше значения требуемой производительности дожимающей компрессорной установки Q, нм³/мин. При этом, сокращаются материальные и денежные затраты на обслуживание вышеуказанного дожимающего компрессора. Также сокращается время работы дожимающего компрессора (2) t₂, мин, и количество его пусков и остановок.

Реализация конструктивных элементов заявляемого изобретения не ограничивается приведенным выше примером. Описание работы.

Целью работы дожимающей компрессорной установки является наполнение первого ресивера (3) сжатым газом до требуемого давления при обеспечении требуемой производительности дожимающей компрессорной установки.

В начальный период работы первый запорный клапан (5) закрыт, второй запорный клапан (9) открыт. При этом дожимающий компрессор (2) выключен.

Затем, сжатый газ подают из источника сжатого газа на вход сжатого газа (1). При этом сжатый газ поступает через открытый второй запорный клапан (9) на вход первого ресивера (3) в обход дожимающего компрессора (1).

Когда давление на выходе дожимающей установки становится близким к значению давления сжатого газа на входе сжатого газа (1) станции, второй запорный клапан (9) закрывается, первый запорный клапан (5) открывается и включается дожимающий компрессор (2). Сжатый газ поступает через открытый первый запорный клапан (5), дожимающий компрессор (2) и систему очистки газа (6) на вход первого ресивера (3). Первый ресивер (3) наполняется через дожимающий компрессор (2) до тех пор, пока давление в нем станет равным требуемому.

Таким образом, из вышеизложенного следует, что в заявляемой дожимающей компрессорной установке заявляемые технические результаты: «компенсация потери производительности дожимающей компрессорной установки в начальный период ее работы» и «сокращение времени работы дожимающего компрессора и количества его пусков и остановок» достигаются за счет того, что дожимающая компрессорная установка содержит вход сжатого газа, дожимающий компрессор и первый ресивер. При этом вход дожимающего компрессора соединен со входом сжатого газа, а выход дожимающего компрессора соединен со входом первого ресивера. При этом:

- на входе дожимающего компрессора установлен первый запорный клапан;

- вход сжатого газа дополнительно соединен со входом первого ресивера через через второй запорный клапан.

Заявляемая дожимающая компрессорная установка содержит дожимающий компрессор, производительность по нагнетанию которого может быть меньше, чем требуемая производительность дожимающей компрессорной установки. Это приводит к экономии материальных и денежных затрат на изготовление и обслуживание дожимающего компрессора.

Промышленная применимость.

Автором изобретения изготовлен опытный образец заявленной дожимающей компрессорной установки, испытания которого подтвердили достижение технического результата.

Заявляемая дожимающая компрессорная установка реализована с применением промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть собрана на машиностроительном предприятии и найдет широкое применение в области химической, угольной и горнодобывающей промышленности, областях добычи, переработки, транспортировки и сбыта нефтяных и газовых продуктов.