процесс повышения температуры газа нагнетания любой ступени сжатия компрессора и установка для его осуществления

Формула изобретения

1. Процесс повышения температуры газа нагнетания любой ступени сжатия компрессора, заключающийся в том, что газ, который подают на всасывание в ступень сжатия, где необходимо повысить температуру газа нагнетания, подогревают путем бесконтактного теплообмена газом нагнетания, затем сжимают его в этой ступени, получая в ней газ нагнетания повышенной температуры, отличающийся тем, что газ, который подают на всасывание в указанную ступень, подогревают газом нагнетания этой же ступени.

2. Установка для осуществления процесса повышения температуры газа нагнетания любой ступени компрессора, содержащая компрессор со ступенью сжатия, в которой необходимо повышение температуры газа нагнетания, линию подачи газа в указанную ступень, линии всасывания и нагнетания этой ступени, блок осушки газа и регенерации адсорбента, включающий адсорберы, причем линия нагнетания указанной ступени сжатия соединена с соответствующим адсорбером с помощью линии регенерации, а также средство для бесконтактного теплообмена, которое одной своей стороной на входе соединено с линией подачи газа в указанную ступень, а на выходе - с линией всасывания в эту ступень, отличающаяся тем, что средство для бесконтактного теплообмена другой своей стороной на входе соединено с линией нагнетания указанной ступени, а на выходе - с линией регенерации адсорбента с помощью соответственно первой и второй дополнительных линий, при этом первая дополнительная линия перед средством бесконтактного теплообмена, а линия нагнетания перед входом в линию регенерации снабжены запорно-регулирующей арматурой (ЗРА).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к компрессоростроению и может быть использовано преимущественно в автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях с адсорбционной осушкой газа.

Известен процесс повышения температуры газа нагнетания последней ступени сжатия компрессора, описанный в "Установке для адсорбционной осушки газа" (патент RU №2181166, М.кл. F04В 39/16, опуб. 10.04.2002) и заключающийся в том, что газ, который подают на всасывание в ступень сжатия, где необходимо повысить температуру газа нагнетания, подогревают путем бесконтактного теплообмена газом нагнетания, затем сжимают его в указанной ступени, получая в ней газ нагнетания повышенной температуры. Указанный процесс взят нами в качестве прототипа, как наиболее близкий по существенным признакам и достигаемому результату.

Известна также установка для осуществления указанного процесса, описанная в том же патенте (патент RU №22181166, М.кл. F04В 39/16, опуб. 10.04.2002), взятая нами в качестве прототипа и содержащая компрессор со ступенью сжатия, в которой необходимо повышение температуры газа нагнетания, линию подачи газа в указанную ступень, линии всасывания и нагнетания указанной ступени, блок осушки газа и регенерации адсорбента, включающий адсорберы, причем линия нагнетания указанной ступени сжатия соединена с соответствующим адсорбером с помощью линии регенерации, а также средство для бесконтактного теплообмена, которое одной своей стороной на входе соединено с линией подачи газа в указанную ступень, а на выходе - с линией всасывания в эту ступень.

При этом, в описанных процессе и установке используется многоступенчатый компрессор, в котором в холодное время года без помощи посторонних источников повышают температуру газа нагнетания последней ступени для осуществления регенерации адсорбента в соответствующем адсорбере блока осушки за счет подогрева газа, который подается на всасывание в эту ступень, путем бесконтактного теплообмена с газом нагнетания промежуточной ступени.

Недостатком указанных процесса и установки является то, что они не пригодны, например, для одноступенчатых компрессоров, в которых вообще отсутствуют промежуточные ступени, а также для многоступенчатых, если температура нагнетания газа промежуточных ступеней низкая, например в холодное время года, и не может обеспечить подогрев газа на всасывании в другую ступень, чтобы получить в последней необходимую температуру на нагнетании (известно, что эффективная регенерация адсорбента возможна только при температуре не ниже 100°С).

В основу изобретения поставлена задача создать такой процесс повышения температуры газа нагнетания любой ступени сжатия компрессора без использования посторонних источников и установку для его осуществления, которые бы путем образования автономного, независимого от количества ступеней в компрессоре и независимого от давления и температуры в других ступенях, если такие есть, а также независимого от начального давления и температуры газа, который идет на всасывание в указанную ступень, процесса нагревания всасываемого в указанную ступень газа, обеспечили эффективное повышение температуры нагнетания до необходимой величины в любой выбранной для этой цели ступени, в любое время года, в каких угодно (одно - или многоступенчатых) компрессорах.

Поставленная задача решается тем, что в предложенном процессе повышения температуры газа нагнетания любой ступени сжатия, газ, который подают на всасывание в указанную ступень, подогревают газом нагнетания этой же ступени.

Поставленная задача решается также тем, что в предложенной установке для осуществления процесса повышения температуры газа нагнетания средство для бесконтактного теплообмена другой своей стороной на входе соединено с линей нагнетания указанной ступени, а на выходе - с линией регенерации адсорбента с помощью соответственно первой и второй дополнительных линий, при этом, первая дополнительная линия перед средством бесконтактного теплообмена, а линия нагнетания перед входом в линию регенерации снабжены запорно-регулирующей арматурой (ЗРА).

Подогрев всасываемого газа любой ступени газом нагнетания этой же ступени обеспечивает автономность процесса нагревания газа нагнетания указанной ступени, т.е. независимость от количества ступеней в компрессоре, а также независимость от давления и температуры других ступеней сжатия в том случае, если такие есть, и независимость от начальных давления и температуры всасывания газа в указанную ступень.

С физической точки зрения процесс подогрева газа на всасывании любой ступени сжатия с помощью газа нагнетания этой же ступени представляет собой типовой процесс теплообмена с обратной связью, когда повышение температуры на входе приводит к увеличению температуры на выходе.

Соединение средства для бесконтактного теплообмена не только с линией всасывания ступени, в которой необходимо повышение температуры газа нагнетания, а и с линией нагнетания этой же ступени обеспечивает подогрев всасываемого газа газом нагнетания той же ступени, что, в свою очередь, обеспечивает автономность процесса подогрева газа нагнетания указанной ступени.

Таким образом, отличительные признаки предложенных процесса и установки для его осуществления вместе с известными обеспечивают решение поставленной задачи.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена схема установки для осуществления процесса повышения температуры газа нагнетания одноступенчатого компрессора;

на фиг.2 изображена схема установки для осуществления процесса повышения температуры газа нагнетания промежуточной ступени компрессора;

на фиг.3 изображена схема установки для осуществления процесса повышения температуры газа нагнетания последней ступени компрессора.

Установка для осуществления процесса повышения температуры газа нагнетания любой ступени компрессора содержит компрессор 1 со ступенью сжатия 2, в которой необходимо повышение температуры газа нагнетания, линию подачи газа 3 в указанную ступень, линии всасывания 4 и нагнетания 5 ступени 2, блок осушки газа и регенерации адсорбента 6, который включает адсорберы 7 и 8. При этом, линия нагнетания 5 ступени 2 соединена с соответствующим адсорбером, например 7, с помощью линии регенерации 9. Кроме того, установка также содержит средство для бесконтактного теплообмена 10. Последнее одной своей стороной 11 на входе соединено с линией подачи газа 3 в ступень 2, а на выходе - с линией всасывания 4 в ступень 2, а другой своей стороной 12 соединено с помощью дополнительных линий первой 13 и второй 14 соответственно на входе - с линией нагнетания 5 ступени 2, а на выходе - с линией регенерации адсорбента 9. Кроме того, первая дополнительная линия 13 перед средством бесконтактного теплообмена 10 и линия нагнетания 5 перед входом в линию регенерации 9, снабжены ЗРА соответственно 15 и 16.

Процесс осуществляется в такой последовательности:

- на линии всасывания 4 ступени 2 устанавливают средство для бесконтактного теплообмена, в данном случае, рекуператор 10;

- газ из линии подачи газа 3 подают в рекуператор 10, при этом он проходит по его стороне 11, а далее по линии 4 поступает на всасывание в ступень 2;

- в ступени 2 газ сжимается и полученный газ нагнетания частично или полностью посредством ЗРА 15 и/или 16 подают на вход в сторону 12 рекуператора 10, где вследствие бесконтактного теплообмена происходит подогрев газа, который идет на всасывание в это время в ступень 2 по стороне 11.

Если газ подогревают, чтобы провести регенерацию адсорбента с повышенной эффективностью, то:

- по линии нагнетания 5 ступени 2 сжатый газ соответственно частично или полностью подают с помощью первой дополнительной линии 13 в рекуператор 10;

- после рекуператора 10 газ нагнетания по второй дополнительной линии 14 подают с помощью линии регенерации 9 в блок осушки 6, а именно в один из адсорберов 7 или 8;

- регулирование количества газа нагнетания, которое подают в рекуператор 10 или в линию регенерации 9, осуществляют с помощью ЗРА 15 и/или 16.

В случае, когда отсутствует потребность в подогреве газа нагнетания и соответственно всасываемого газа, ЗРА 15 перекрывают и открывают ЗРА 16. В этом случае газ нагнетания не направляют в рекуператор 10, а направляют с помощью линии регенерации 9 сразу в блок осушки 6.

Пример 1. Фиг.1. Случай, когда компрессор одноступенчатый и необходим подогрев газа нагнетания для повышения эффективности регенерации адсорбента.

Газ, пройдя блок первичной подготовки (не показан), из линии подачи газа 3 поступает в рекуператор 10, проходит по его стороне 11 и по линии 4 всасывания проходит на всасывание в ступень 2, сжимается в ней и нагнетается в линию нагнетания 5. Из линии нагнетания 5 газ частично или полностью по первой дополнительной линии 13 подается в рекуператор 10, где он проходит по стороне 12, подогревая всасываемый газ, который также в это время проходит по стороне 11 рекуператора 10, вследствие бесконтактного теплообмена между указанными потоками. Подогрев всасываемого газа, который идет в ступень 2, газом нагнетания этой же ступени 2 обеспечивает в свою очередь повышение температуры газа нагнетания. Необходимую температуру газа нагнетания достигают с помощью регулирования величины открытия/закрытия ЗРА 15 и/или 16. Газ нагнетания повышенной температуры направляют с помощью второй дополнительной линии 14 и линии регенерации 9 в блок осушки 6, а именно в адсорбер 7 или 8.

Пример 2. Фиг.2. Случай, когда компрессор многоступенчатый и необходимо повышение температуры газа нагнетания промежуточной ступени 2, который направляется на регенерацию адсорбента.

Газ, сжатый в предыдущей ступени из линии подачи газа 3, в данном случае это линия нагнетания предыдущей ступени, направляется в рекуператор 10, проходит по его стороне 11 и подается по линии всасывания 4 в ступень 2, сжимается в ней и нагнетается в линию нагнетания 5. Из линии нагнетания 5 газ направляется в рекуператор 10. В последнем происходит уже описанный процесс подогрева всасываемого газа путем бесконтактного теплообмена с газом нагнетания этой же ступени. Подогретый газ всасывания обеспечивает после его сжатия повышение температуры газа нагнетания. Из рекуператора 10 газ нагнетания с помощью второй дополнительной линии 14 и линии регенерации 9 направляют в блок осушки 6, а именно в адсорбер 7 или 8.

Пример 3. Фиг.3. Случай, когда необходимо повысить температуру газа последней ступени для проведения регенерации адсорбента.

Газ, сжатый в предыдущей ступени, подается по линии подачи газа 3, в данном случае это линия нагнетания 1 ступени, в рекуператор 10, проходит по его стороне 11, а затем по линии всасывания 4 идет на всасывание в ступень 2, сжимается в ней и нагнетается в линию нагнетания 5. Из последней с помощью первой дополнительной линии 13 газ частично или полностью подают в рекуператор 10, где он проходит по стороне 12. Далее, как и в первых двух примерах, происходит процесс подогревания всасываемого газа, который также в это время проходит через рекуператор 10 по стороне 11. Подогретый газ всасывания после его сжатия обеспечивает повышение температуры газа нагнетания. Как и в примере 1, газ нагнетания повышенной температуры с помощью второй дополнительной линии 14 направляют по линии регенерации 9 в блок осушки 6, а именно в адсорбер 7 или 8.