RU135268U1

RU135268U1 - NITROGEN GENERATOR

Info

Publication number: RU135268U1
Application number: RU2013122184/05U
Authority: RU
Inventors: Игорь Валерьевич Ворошилов; Андрей Петрович Чумак
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Краснодарский Компрессорный Завод"
Priority date: 2013-05-14
Filing date: 2013-05-14
Publication date: 2013-12-10

Abstract

1. Генератор азота, содержащий компрессор с приводом в виде двигателя внутреннего сгорания (ДВС), систему подготовки воздуха с подогревателем и газоразделительный блок, при этом выход воздуха компрессора соединен со входом системы подготовки воздуха, выход воздуха подогревателя которой соединен со входом газоразделительного блока, отличающийся тем, что- привод компрессора содержит вход и выход охлаждающей жидкости, а подогреватель содержит вход и выход жидкого теплоносителя;- вход жидкого теплоносителя подогревателя соединен с выходом охлаждающей жидкости привода компрессора;- выход жидкого теплоносителя подогревателя соединен со входом охлаждающей жидкости привода компрессора.2. Генератор азота по п.1, отличающийся тем, что привод выполнен в виде дизельного двигателя, а компрессор выполнен винтовым, при этом выходной вал двигателя соединен с валом компрессора посредством эластичной муфты.3. Генератор азота по п.1, отличающийся тем, что на входе воздуха компрессора размещен впускной фильтр.4. Генератор азота по п.1, отличающийся тем, что между входом и выходом воздуха подогревателя установлен байпас, вход которого соединен с трехходовым вентилем, размещенным на входе воздуха подогревателя.5. Генератор азота по п.1, отличающийся тем, что система подготовки воздуха содержит соединенные последовательно сепаратор-маслоотделитель, охладитель, сепаратор-влагоотделитель, фильтр грубой очистки, фильтр тонкой очистки и угольный фильтр, при этом вход воздуха сепаратора-маслоотделителя является входом воздуха системы подготовки воздуха, а выход воздуха угольного фильтра соединен со входом воздуха подогревателя.1. A nitrogen generator comprising a compressor driven by an internal combustion engine (ICE), an air preparation system with a heater and a gas separation unit, wherein the compressor air outlet is connected to the air preparation system inlet, the heater air outlet of which is connected to the gas separation unit inlet, characterized in that - the compressor drive contains the inlet and outlet of the coolant, and the heater contains the inlet and outlet of the liquid coolant; - the inlet of the liquid coolant of the heater is connected to the outlet the compressor drive coolant; - the heater fluid outlet is connected to the compressor coolant inlet. 2. The nitrogen generator according to claim 1, characterized in that the drive is made in the form of a diesel engine, and the compressor is made screw, while the output shaft of the engine is connected to the compressor shaft by means of an elastic coupling. The nitrogen generator according to claim 1, characterized in that an inlet filter is located at the compressor air inlet. The nitrogen generator according to claim 1, characterized in that a bypass is installed between the air inlet and outlet of the heater, the inlet of which is connected to a three-way valve located at the air inlet of the heater. The nitrogen generator according to claim 1, characterized in that the air preparation system comprises a separator-oil separator, a cooler, a separator-moisture separator, a coarse filter, a fine filter and a carbon filter connected in series, the air inlet of the oil separator is an air inlet of the preparation system air, and the air outlet of the carbon filter is connected to the air inlet of the heater.

Description

Область техники.The field of technology.

Заявляемая полезная модель относится к области машиностроения, а именно к системам генерирования инертной газовой среды с высоким содержанием азота. Заявляемый генератор азота используется для подачи сжатого газа в качестве источника энергии для технологических процессов, при освоении и ремонте нефтяных скважин, испытании и ремонте трубопроводов, и других целей в различных отраслях промышленности.The inventive utility model relates to the field of engineering, and in particular to systems for generating an inert gas medium with a high nitrogen content. The inventive nitrogen generator is used to supply compressed gas as an energy source for technological processes, in the development and repair of oil wells, testing and repair of pipelines, and other purposes in various industries.

Предшествующий уровень техники.The prior art.

Известен генератор инертной технологической газовой среды, содержащий входной нагнетательный блок к выходу которого через охлаждающий теплообменник подключен блок фильтрации и газоразделительный блок с полупроницаемыми мембранами. Вышеуказанный генератор дополнительно содержит нагревательный теплообменник, выход газа которого подключен к газоразделительному блоку, а вход газа подключен к выходу блока фильтрации. При этом входной нагнетательный блок выполнен, например, в виде компрессора с дизель-генератором (патент РФ №64936 на полезную модель, МПК B01D 53/22, B01J 7/00, 2007 [1]).A known generator of an inert technological gas medium containing an inlet discharge unit to the outlet of which a filtration unit and a gas separation unit with semipermeable membranes is connected through a cooling heat exchanger. The above generator further comprises a heating heat exchanger, the gas outlet of which is connected to the gas separation unit, and the gas inlet is connected to the output of the filtration unit. In this case, the input discharge unit is made, for example, in the form of a compressor with a diesel generator (RF patent No. 64936 for utility model, IPC B01D 53/22, B01J 7/00, 2007 [1]).

Недостатком аналога [1] является относительно большой удельный расход электроэнергии на выработку инертной газовой смеси на основе азота. Электрическая энергия затрачивается на дизель-генератор компрессора, охлаждение дизель-генератора, охлаждение, очистку, нагрев сжатого воздуха в нагревательном теплообменнике и вспомогательные нужды. При этом тепловая энергия, отводимая от дизель-генератора при его охлаждении теряется в окружающую среду. Большие затраты электроэнергии снижают эффективность работы генератора инертной технологической газовой среды.The disadvantage of the analogue [1] is the relatively large specific energy consumption for the production of an inert gas mixture based on nitrogen. Electric energy is expended on the compressor diesel generator, cooling the diesel generator, cooling, cleaning, heating the compressed air in the heating heat exchanger and auxiliary needs. In this case, the thermal energy removed from the diesel generator when it is cooled is lost in the environment. High energy costs reduce the efficiency of the inert process gas generator.

Раскрытие полезной модели.Disclosure of a utility model.

Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель является снижение энергозатрат на получение азота.The technical problem, the solution of which is claimed by the claimed utility model is to reduce energy consumption for nitrogen.

Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемой полезной моделью, является снижение энергозатрат на получение азота за счет утилизации тепла, отводимого от привода компрессора, выполненного в виде ДВС.The technical result provided by the claimed utility model is to reduce energy consumption for nitrogen production by utilizing heat removed from the compressor drive made in the form of an internal combustion engine.

Сущность полезной модели состоит в том, что генератор азота содержит компрессор с приводом в виде ДВС, систему подготовки воздуха с подогревателем и газоразделительный блок, при этом выход воздуха компрессора соединен со входом системы подготовки воздуха, выход воздуха подогревателя которой соединен со входом газоразделительного блока. При этом:The essence of the utility model is that the nitrogen generator contains a compressor with an internal combustion engine drive, an air preparation system with a heater and a gas separation unit, while the compressor air outlet is connected to the air preparation system inlet, the heater air outlet of which is connected to the inlet of the gas separation unit. Wherein:

- привод компрессора содержит вход и выход охлаждающей жидкости, а подогреватель содержит вход и выход жидкого теплоносителя;- the compressor drive contains the inlet and outlet of the coolant, and the heater contains the inlet and outlet of the coolant;

- вход жидкого теплоносителя подогревателя соединен с выходом охлаждающей жидкости привода компрессора;- the inlet of the heat transfer fluid of the heater is connected to the outlet of the coolant of the compressor drive;

- выход жидкого теплоносителя подогревателя соединен со входом охлаждающей жидкости привода компрессора.- the outlet of the heat transfer fluid of the heater is connected to the inlet of the cooling fluid of the compressor drive.

Привод предпочтительно выполнен в виде дизельного двигателя, а компрессор выполнен винтовым, при этом выходной вал двигателя соединен с валом компрессора посредством эластичной муфты.The drive is preferably made in the form of a diesel engine, and the compressor is made screw, while the output shaft of the engine is connected to the compressor shaft by means of an elastic coupling.

На входе воздуха компрессора преимущественно размещен впускной фильтр.At the compressor air inlet, an inlet filter is predominantly arranged.

Между входом и выходом воздуха подогревателя предпочтительно установлен байпас, вход которого соединен с трехходовым вентилем, размещенным на входе воздуха подогревателя.Preferably, a bypass is installed between the inlet and outlet of the heater air, the inlet of which is connected to a three-way valve located at the heater air inlet.

Система подготовки воздуха желательно содержит соединенные последовательно сепаратор-маслоотделитель, охладитель, сепаратор-влагоотделитель, фильтр грубой очистки, фильтр тонкой очистки и угольный фильтр. При этом вход воздуха сепаратора-маслоотделителя является входом воздуха системы подготовки воздуха, а выход воздуха угольного фильтра соединен со входом воздуха подогревателя.The air preparation system preferably comprises a separator-oil separator, a cooler, a separator-moisture separator, a coarse filter, a fine filter and a charcoal filter connected in series. In this case, the air inlet of the oil separator is the air inlet of the air preparation system, and the air outlet of the carbon filter is connected to the air inlet of the heater.

Краткое описание чертежей.A brief description of the drawings.

На фигуре показана принципиальная схема генератора азота. Осуществление полезной модели.The figure shows a schematic diagram of a nitrogen generator. Implementation of a utility model.

Генератор азота содержит компрессор (1) с приводом (2) в виде ДВС, впускной фильтр (3), систему подготовки воздуха и газоразделительный блок (4).The nitrogen generator contains a compressor (1) with a drive (2) in the form of an internal combustion engine, an inlet filter (3), an air preparation system and a gas separation unit (4).

Компрессор (1) предназначен для сжатия атмосферного воздуха с целью создания движущей силы процесса мембранного разделения воздуха на составляющие компоненты. Компрессор (1) предпочтительно выполнен винтовым.The compressor (1) is designed to compress atmospheric air in order to create a driving force for the process of membrane separation of air into constituent components. The compressor (1) is preferably made screw.

Привод (2) компрессора предпочтительно выполнен в виде дизельного двигателя, при этом вал двигателя соединен с валом компрессора (1) посредством эластичной муфты (5). Привод (2) содержит вход (14) и выход (15) охлаждающей жидкости, которая омывает его цилиндры, охлаждая их.The compressor drive (2) is preferably in the form of a diesel engine, the engine shaft being connected to the compressor shaft (1) by means of an elastic coupling (5). The drive (2) contains the inlet (14) and the outlet (15) of the coolant, which washes its cylinders, cooling them.

Впускной фильтр (3) размещен на входе воздуха в компрессор (1) и предназначен для предварительной очистки поступающего на сжатие воздуха от механической пыли.The inlet filter (3) is located at the air inlet to the compressor (1) and is intended for preliminary cleaning of mechanical dust coming into compression air.

Система подготовки воздуха содержит соединенные последовательно сепаратор-маслоотделитель (6), охладитель (7), сепаратор-влагооотделитель (8), фильтр грубой очистки (9), фильтр тонкой очистки (10), угольный фильтр (11) и подогреватель (12). Вход системы подготовки газа соединен с выходом компрессора (1).The air preparation system comprises a separator-oil separator (6) connected in series, a cooler (7), a separator-moisture separator (8), a coarse filter (9), a fine filter (10), a carbon filter (11) and a heater (12). The inlet of the gas preparation system is connected to the outlet of the compressor (1).

Сепаратор-маслоотделитель (6) предназначен для отделения основной части масла от сжатого газа. Вход воздуха сепаратора-маслоотделителя (6) является входом воздуха системы подготовки воздуха. Сепаратор-маслоотделитель (6) содержит корпус, в котором установлен по крайней мере один фильтрующий элемент. Выход масла сепаратора-маслоотделителя (6) соединен со входом масла компрессора (не показано).The oil separator (6) is designed to separate the main part of the oil from the compressed gas. The air inlet of the oil separator (6) is the air inlet of the air preparation system. The oil separator (6) comprises a housing in which at least one filter element is installed. The oil outlet of the oil separator (6) is connected to the compressor oil inlet (not shown).

Охладитель (7) предназначен для охлаждения сжатого и нагретого компрессором (1) воздуха.The cooler (7) is designed to cool compressed and heated air by the compressor (1).

Сепаратор-влагоотделитель (8) предназначен для удаления конденсата и механических примесей из охлажденного в охладителе (7) воздуха.The separator-moisture separator (8) is designed to remove condensate and mechanical impurities from the air cooled in the cooler (7).

Фильтр грубой очистки (9) предназначен для очистки воздушного потока от мелких механических примесей, масляных аэрозолей и капельной жидкости.The coarse filter (9) is designed to clean the air stream from small mechanical impurities, oil aerosols and drip liquids.

Фильтр тонкой очистки (10) предназначен для отделения не задержанных фильтром грубой очистки (9) микрочастиц влаги и масла в виде очень мелкой аэрозоли.The fine filter (10) is designed to separate moisture and oil microparticles not retained by the rough filter (9) in the form of a very fine aerosol.

Угольный фильтр (11) предназначен для адсорбции паров масла и жидкости, не сконденсированных в охладителе (7) и не задержанных в сепараторе-влагоотделителе (8) и фильтрах грубой (9) и тонкой (10) очистки.The carbon filter (11) is designed for adsorption of oil and liquid vapors that are not condensed in the cooler (7) and are not retained in the separator-moisture separator (8) and coarse filters (9) and fine (10).

Подогреватель (12) предназначен для увеличения температуры воздуха до значения, соответствующего оптимальному значению при газоразделении. Подогрев воздуха необходим для предотвращения конденсации не задержанной жидкости на мембранах газоразделительного блока (4). Подогреватель (12) содержит вход (16) и выход (17) жидкого теплоносителя, который нагревает сжатый воздух. Вход (16) жидкого теплоносителя соединен с выходом (15) охлаждающей жидкости привода (2). Выход (17) жидкого теплоносителя соединен со входом (14) охлаждающей жидкости привода (2). Таким образом тепло, отведенное охлаждающей жидкостью от привода (2), используется для нагрева сжатого воздуха в подогревателе (12). Выход воздуха подогревателя (12) соединен со входом газоразделительного блока (4). С целью регулирования степени подогрева сжатого воздуха между входом и выходом воздуха подогревателя (12) установлен байпас (20), вход которого соединен с трехходовым вентилем (13), размещенным на входе воздуха подогревателя (12).The heater (12) is designed to increase the air temperature to a value corresponding to the optimal value during gas separation. Air heating is necessary to prevent condensation of the non-retained liquid on the membranes of the gas separation unit (4). The heater (12) comprises an inlet (16) and an outlet (17) of a heat transfer fluid that heats the compressed air. The inlet (16) of the liquid coolant is connected to the outlet (15) of the coolant of the drive (2). The outlet (17) of the heat transfer fluid is connected to the inlet (14) of the drive coolant (2). Thus, the heat removed by the coolant from the drive (2) is used to heat the compressed air in the heater (12). The air outlet of the heater (12) is connected to the inlet of the gas separation unit (4). In order to regulate the degree of heating of compressed air between the air inlet and outlet of the heater (12), a bypass (20) is installed, the inlet of which is connected to a three-way valve (13) located at the air inlet of the heater (12).

Газоразделительный блок (4) предназначен для получения азота из воздуха. Газоразделительный блок (4) содержит картриджи с полимерными половолоконными мембранами. Газоразделительный блок (4) содержит выход азота (18) и выход газов с высоким содержанием кислорода - пермеат (19).The gas separation unit (4) is designed to receive nitrogen from the air. The gas separation unit (4) contains cartridges with polymer hollow fiber membranes. The gas separation unit (4) contains a nitrogen outlet (18) and a gas outlet with a high oxygen content - permeate (19).

Описание работы.Work description.

Компрессор (1) приводится дизельным двигателем (2) через эластичную муфту (5). Компрессор всасывает атмосферный воздух через воздушный фильтр (3) и затем сжимает. При этом сжимаемый воздух смешивается с маслом. Затем масловоздушная смесь имеющая температуру 100-120°C поступает в сепаратор-маслоотделитель (6), где основная часть масла задерживается фильтрующим элементом. После этого сжатый горячий воздух поступает на охлаждение в охладитель (7). В охладителе (7) сжатый воздух максимально охлаждается. При этом в сжатом воздухе выпадает большое количество капельной влаги - конденсата. Далее, сжатый воздух проходит осушку и очистку в сепараторе-влагоотделителе (8), фильтре грубой очистки (9), фильтре тонкой очистки (10) и угольном фильтре (11). После угольного фильтра (11) сжатый очищенный воздух нагревается в подогревателе (12) до температуры соответствующей оптимальному значению при газоразделении. При этом охлаждающая жидкость дизельного двигателя (2) отдает часть своего тепла сжатому воздуху, подогревая его. После этого охлаждающая жидкость возвращается в привод (2) и охлаждает его. Подогретый же воздух поступает в газоразделительный блок (4). Регулировка степени подогрева сжатого воздуха в подогревателе (12) осуществляется с помощью трехходового вентиля (13), который часть сжатого воздуха направляет по байпасу (20) на вход газоразделительного блока (4), в обход подогревателя (12). В газоразделительном блоке (4) происходит разделение потока сжатого воздуха на два: поток газов с высоким содержанием кислорода - пермеат, и поток газов, обогащенных азотом. Разделение газов происходит за счет различных коэффициентов проницаемости азота и кислорода через полимерную мембрану. Движущей силой разделения является разность парциальных давлений газов на мембране. Поток газов, проникших через мембрану - пермеат, находится при атмосферном давлении. Не проникшая через мембрану инертная газовая смесь на основе азота находится под давлением выше атмосферного. Пермеат с выхода пермеата (19) сбрасывается в атмосферу, а поток газов обогащеных азотом с выхода азота (18) подается потребителю.The compressor (1) is driven by a diesel engine (2) through an elastic coupling (5). The compressor draws in air through the air filter (3) and then compresses it. In this case, the compressed air is mixed with oil. Then the air-oil mixture having a temperature of 100-120 ° C enters the separator-oil separator (6), where the bulk of the oil is retained by the filter element. After that, the compressed hot air enters the cooler (7) for cooling. In the cooler (7), the compressed air is cooled as much as possible. At the same time, a large amount of drip moisture - condensate - drops out in compressed air. Further, the compressed air is dried and cleaned in a separator-moisture separator (8), a coarse filter (9), a fine filter (10) and a carbon filter (11). After the carbon filter (11), the compressed purified air is heated in the heater (12) to a temperature corresponding to the optimum value during gas separation. In this case, the cooling fluid of the diesel engine (2) gives up part of its heat to the compressed air, heating it. After that, the coolant returns to the drive (2) and cools it. Heated air enters the gas separation unit (4). The degree of heating of compressed air in the heater (12) is adjusted using a three-way valve (13), which sends part of the compressed air along the bypass (20) to the inlet of the gas separation unit (4), bypassing the heater (12). In the gas separation unit (4), the compressed air stream is divided into two: a stream of gases with a high oxygen content - permeate, and a stream of gases enriched with nitrogen. The separation of gases occurs due to different coefficients of permeability of nitrogen and oxygen through the polymer membrane. The driving force of separation is the difference in partial pressures of gases on the membrane. The flow of gases penetrating through the membrane - permeate, is at atmospheric pressure. The nitrogen-based inert gas mixture that has not penetrated through the membrane is above atmospheric pressure. Permeate from the outlet of permeate (19) is discharged into the atmosphere, and a stream of gases enriched with nitrogen from the outlet of nitrogen (18) is supplied to the consumer.

Таким образом, из вышеизложенного следует, что в заявляемом генераторе азота заявляемый технический результат: «снижение энергозатрат на получение азота за счет утилизации тепла, отводимого от привода компрессора, выполненного в виде ДВС» достигаются за счет того, что генератор азота содержит компрессор с приводом в виде ДВС, систему подготовки воздуха с подогревателем и газоразделительный блок, при этом выход воздуха компрессора соединен со входом системы подготовки воздуха, выход воздуха подогревателя которой соединен со входом газоразделительного блока. При этом:Thus, from the foregoing, it follows that in the inventive nitrogen generator the claimed technical result: “reduction of energy consumption for nitrogen production due to utilization of heat removed from the compressor drive made in the form of ICE” is achieved due to the fact that the nitrogen generator contains a compressor with a drive in in the form of an internal combustion engine, an air preparation system with a heater and a gas separation unit, while the compressor air outlet is connected to the air preparation system inlet, the heater air outlet of which is connected to the gas inlet Spacer block. Wherein:

У аналога [1] при выработке азота электрическая энергия расходуется на охлаждение дизель-генератора, нагрев сжатого воздуха в нагревательном теплообменнике и другие технологические и вспомогательные нужды. При этом от дизель-генератора в окружающую среду отводится тепловая энергия. Такой расход электрической энергии является невыгодным. У заявляемого генератора азота подогрев воздуха в подогревателе (12) осуществляется путем передачи тепловой энергии ДВС привода (2) сжатому воздуху, поступающему в газоразделительный блок (4), теплоноситель - охлаждающая жидкость. При таком исполнении генератора азота не требуется дополнительных затрат электроэнергии на нагрев воздуха в подогревателе (12) и затрат энергии на охлаждение охлаждающей жидкости привода (2). Таким образом, за счет утилизации тепла, отводимого от привода компрессора (1) снижаются энергозатраты на получение азота.In analogue [1], during the production of nitrogen, electric energy is spent on cooling a diesel generator, heating compressed air in a heating heat exchanger, and other technological and auxiliary needs. In this case, thermal energy is diverted from the diesel generator into the environment. Such an expenditure of electrical energy is disadvantageous. In the inventive nitrogen generator, the air in the heater (12) is heated by transferring the thermal energy of the internal combustion engine of the drive (2) to the compressed air entering the gas separation unit (4), and the coolant is the coolant. With this design of the nitrogen generator, additional energy costs for heating the air in the heater (12) and energy costs for cooling the drive coolant (2) are not required. Thus, due to the utilization of heat removed from the compressor drive (1), the energy consumption for nitrogen production is reduced.

Промышленная применимость.Industrial applicability.

Авторами полезной модели изготовлен опытный образец заявленного генератора азота.The authors of the utility model made a prototype of the claimed nitrogen generator.

Заявляемый генератор азота реализован с использованием промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть изготовлен на машиностроительном предприятии и найдет широкое применение в области химической, угольной и горнодобывающей промышленности, областях добычи, переработки, транспортировки и сбыта нефтяных и газовых продуктов.The inventive nitrogen generator is implemented using industrially produced devices and materials, can be manufactured at a machine-building enterprise and will be widely used in the field of chemical, coal and mining industries, fields of extraction, processing, transportation and marketing of oil and gas products.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.INFORMATION SOURCES.

1. Патент РФ №64936 на полезную модель, МПК B01D 53/22, B01J 7/00, опубл. 2007 г.1. RF patent No. 64936 for utility model, IPC B01D 53/22, B01J 7/00, publ. 2007 year

Claims

1. A nitrogen generator containing a compressor driven by an internal combustion engine (ICE), an air preparation system with a heater and a gas separation unit, wherein the compressor air outlet is connected to the air preparation system inlet, the heater air outlet of which is connected to the gas separation unit inlet, characterized the fact that

- the compressor drive contains the inlet and outlet of the coolant, and the heater contains the inlet and outlet of the coolant;

- the inlet of the heat transfer fluid of the heater is connected to the outlet of the coolant of the compressor drive;

- the outlet of the heat transfer fluid of the heater is connected to the inlet of the cooling fluid of the compressor drive.

2. The nitrogen generator according to claim 1, characterized in that the drive is made in the form of a diesel engine, and the compressor is made screw, while the output shaft of the engine is connected to the compressor shaft by means of an elastic coupling.

3. The nitrogen generator according to claim 1, characterized in that the inlet filter is located at the compressor air inlet.

4. The nitrogen generator according to claim 1, characterized in that a bypass is installed between the inlet and outlet of the heater air, the inlet of which is connected to a three-way valve located at the heater air inlet.

5. The nitrogen generator according to claim 1, characterized in that the air preparation system comprises a separator-oil separator, a cooler, a separator-water separator connected in series, a coarse filter, a fine filter and a carbon filter, while the air inlet of the oil separator is an air inlet air preparation systems, and the air outlet of the carbon filter is connected to the air inlet of the heater.