способ получения и сжатия азотно-воздушной смеси и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ получения и сжатия азотно-воздушной смеси, заключающийся в том, что атмосферный воздух подготавливают к частичному отделению кислорода, пропускают через газоразделительную установку, сжимают до рабочего давления, отличающийся тем, что подготовку газовой смеси к газоразделению осуществляют параллельно двумя малогабаритными многоступенчатыми компрессорами, частичное отделение кислорода производят после третьей ступени с использованием половолоконной мембранной технологии, дожатие азотно-воздушной смеси до рабочего давления нагнетания производят на 1V ступени компрессоров.

2. Устройство для получения и сжатия азотно-воздушной смеси, отличающееся тем, что используются два малогабаритных компрессора, обеспечивающих параллельно действующую многоступенчатую технологию подготовки воздушной смеси к газоразделению, привод одного компрессора через механическое сцепление и карданный вал осуществляется от дизельного двигателя автомобиля, второго - от двигателя шасси автомобиля, содержит коллектор, а газоразделительный аппарат изготовлен на основе половолоконной мембранной технологии.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области разработки мобильных компрессорных станций, предназначенных для получения в полевых условиях из атмосферного воздуха азотно-воздушной смеси для использования при проведении технологических операций в нефтедобывающей и газовой отраслях промышленности.

Известно устройство для приготовления и нагнетания газовых и газожидкостных взрыво-пожаробезопасных смесей на основе азота, описанное в патенте РФ № 2089750, содержащее размещенные на транспортном средстве воздушный компрессор низкого давления, соединенный своим выходом с входом мембранного аппарата, и дожимной аппарат, который выполнен в виде поршневого или плунжерного насоса с газовым и жидкостным входами, причем газовый вход поршневого насоса соединен с выходом мембранного аппарата, жидкостной вход -с насосом для подачи жидкости из емкости, а выход - с входом сепаратора, газовый выход которого является выходом устройства для получения газообразного азота, а жидкостной выход сепаратора соединен с емкостью для жидкости.

Недостатками этого устройства, на наш взгляд, является ненадежная работа при использовании при низких температурах, а также громоздкость из-за наличия большого количества узлов.

Известно также техническое решение по патенту №2107807, в котором описан способ получения газовой инертной смеси из атмосферного воздуха путем его предварительного сжатия, пропускания под давлением через установку, задерживающую кислород и пары воды, и сжатия до рабочего давления подачи в скважину газовой инертной смеси. Предварительное сжатие атмосферного воздуха и сжатие газовой инертной смеси до рабочего давления подачи в скважину осуществляют многоступенчатым компрессором, при этом установку, задерживающую кислород и пары воды, включают между низкоатмосферными и высокоатмосферными ступенями компрессора. В многоступенчатом компрессоре происходит последовательное сжатие атмосферного воздуха. Недостатком этого способа является то, что для разделения воздуха с помощью абсорбера требуется использование баллонов высокого давления, что приводит к значительному увеличению массы и габаритных размеров компрессорной станции и снижению ее мобильности.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является техническое решение по патенту РФ № 2187698, которое представляет собой размещенные на шасси автомобиля многоступенчатый поршневый компрессор, соединенный с входом мембранного газоразделительного аппарата, включает холодильники и водомаслоотделители, установленные после каждой ступени сжатия. Выход второй ступени сжатия первого компрессора через холодильники и водомаслоотделители соединен с входом мембранного газоразделительного аппарата, причем выход второй ступени сжатия воздушного компрессора через холодильник и водомаслоотделитель соединен с входом мембранного газоразделительного аппарата через блок фильтров. Выход мембранного газоразделительного аппарата соединен трубопроводом с входом третьей ступени сжатия воздушного компрессора, которая совместно с четвертой ступенью сжатия выполняет роль дожимного аппарата. Кроме того, на трубопроводе с выхода второй ступени сжатия и на трубопроводе перед входом третьей ступени сжатия воздушного компрессора установлена запорная арматура. На третьей ступени обедненный кислородом воздух сжимается, охлаждается в холодильнике третьей ступени, затем очищается в водомаслоотделителе третьей ступени. После сжатия обедненного кислородом воздуха в четвертой ступени до конечного давления он охлаждается в холодильниках. Далее после отделения капельной влаги и масла в водомаслоотделителе сжатый, обедненный кислородом воздух подается по внешнему воздухопроводу на скважину.

Недостаток ближайшего аналога заключается в том, что в связи с необходимостью получения азотно-воздушной смеси большого давления при использовании всего одного компрессора компрессорная станция представляет собой крупногабаритную и немобильную конструкцию.

Задача изобретения - увеличение мобильности передвижной азотно-компрессорной станции за счет значительного снижения ее габаритных параметров и веса по сравнению с ближайшим аналогом.

Указанная задача решается следующим образом.

Предлагается способ получения и сжатия азотно-воздушной смеси, заключающийся в том, что атмосферный воздух подготавливают к частичному отделению кислорода, пропускают через газоразделительную установку, сжимают до рабочего давления, отличающийся тем, что подготовку газовой смеси к газоразделению осуществляют параллельно двумя малогабаритными многоступенчатыми компрессорами, частичное отделение кислорода производят после третьей ступени с использованием половолоконной мембранной технологии, полученную азотно-воздушную смесь направляют на дожатие до рабочего давления нагнетания на IV ступени компрессоров.

Таким образом, в отличие от известного способа в предлагаемом способе сжатие атмосферного воздуха осуществляется двумя компрессорами одновременно, газоразделение осуществляется после третьей ступени сжатия с использованием нового принципа разделения воздуха - с помощью половолоконной мембранной технологии, позволяющей значительно снизить вес и габаритные размеры передвижной азотно-компрессорной станции.

Первоначально, до поступления сжатого воздуха в половолоконные мембранные модули газоразделительного блока, где происходит частичное отделение кислорода, производится дополнительная очистка сжатого воздуха от влаги и масла в фильтрах предварительной и тонкой очистки.

После частичного отделения кислорода полученная азотно-воздушная смесь поступает сначала на IV ступень первого компрессора, затем - на IV ступень второго компрессора, где дожимается до рабочего давления.

В отличие от известного технического решения в предлагаемом техническом решении используются два малогабаритных компрессора, обеспечивающие параллельно действующую многоступенчатую технологию подготовки воздушной смеси к газоразделению, привод одного компрессора через механическое сцепление и карданный вал осуществляется от дизельного двигателя автомобиля, второго - через коробку передач отбора мощности, карданный вал и редуктор от двигателя шасси автомобиля, содержит коллектор, а газоразделительный аппарат изготовлен на основе половолоконной мембранной технологии.

На чертеже представлена блок-схема работы заявляемого устройства.

1 и 2 - поршневые W-образные шестирядные компрессоры;

3 - коллектор;

4 - газоразделительный блок.

I- IV - ступени сжатия компрессоров 1 и 2.

Все составные части станции смонтированы на раме станции, состоящей из двух частей, и защищены от атмосферных осадков кузовом с открывающимися боковыми и торцевыми щитами и люками на крыше кузова.

Принцип работы устройства следующий.

Атмосферный воздух через воздушные фильтры типа ЯМЗ-236 всасывается в цилиндры I ступени каждого компрессора 1 и 2, сжимается, охлаждается в U-образном трубчатом холодильнике с водяным охлаждением, затем поступает в водомаслоотделитель центробежного типа для отделения капельной влаги и масла; далее - на всасывание во II ступень компрессора.

Процессы сжатия, охлаждения, отделения капельной влаги и масла с I по III ступень одинаковы.

После водомаслоотделителей III ступени воздух, сжатый до 36...38 кгс/см² от двух компрессоров 1 и 2 через объединяющий коллектор 3 направляется на вход в газоразделительный блок 4.

Сначала, до поступления сжатого воздуха в половоконные мембранные модули газоразделительного блока 4, где происходит частичное отделение кислорода, производится дополнительная очистка сжатого воздуха от влаги и масла в фильтрах предварительной и тонкой очистки.

После частичного отделения кислорода полученная азотно-воздушная смесь поступает на сжатие до рабочего давления сначала на IV ступень первого компрессора, где сжимается до 80 кгс/см², затем - на IV ступень второго компрессора, где дожимается до рабочего давления нагнетания - 200 кгс/см ², после чего подается потребителю.

Управление компрессорами производится в следующем порядке: поочередно включают приводные двигатели, затем увеличивают число оборотов двигателей с холостых до рабочих, включают сцепление, начинают работать компрессоры, остановка двигателей производится оператором поочередно от двух расположенных рядом щитов управления.

На станции обеспечивается:

- визуальный контроль основных параметров работы станции;

- световая и звуковая аварийная сигнализация и автоматическая аварийная зашита с одновременным отключением двух компрессоров при отклонении основных параметров выше или ниже допустимых значений;

- автоматический контроль концентрации кислорода в закачиваемой азотно-воздушной смеси с отключением процесса закачки при увеличении содержания кислорода выше 13%;

- блокировка (невозможность) запуска двигателя и компрессоров при отключении отдельных параметров ниже нормы.

Изобретение реализовано в передвижной азотной компрессорной станции ПКСА-9/200, представляющей собой перспективную разработку ОАО “Уральского компрессорного завода”, г.Екатеринбург.

Привод одного компрессора через механическое сцепление и карданный вал осуществляется от дизельного двигателя ЯМЗ-238М2, второго - через коробку передач отбора мощности, карданный вал и редуктор от двигателя шасси автомобиля ЯМЗ-238Б.

Все составные части станции смонтированы на раме станции, состоящей из двух частей, и защищены от атмосферных осадков кузовом с открывающимися боковыми и торцевыми щитами и люками на крыше кузова.

Передвижная азотно-компрессорная станция смонтирована на специально разработанном шасси автомобиля повышенной проходимости типа Урал-532661.

Литература

1. Патент РФ № 2089750, МПК F 04 В 35/02.

2. Патент РФ № 2107807, МПК Е 21 В 35/00.

3. Патент РФ № 2187698, МПК F 04 В 41/00.