RU2208713C1

RU2208713C1 - Method of cooling compressable air and compressor plant for realization of this method

Info

Publication number: RU2208713C1
Application number: RU2001130158A
Authority: RU
Inventors: М.С. Ахмеров
Original assignee: Ахмеров Марат Серажетдинович
Priority date: 2001-11-09
Filing date: 2001-11-09
Publication date: 2003-07-20

Abstract

FIELD: compressor plants for cooling and compressing air. SUBSTANCE: air is cooled in vertical inter-section and final coolers of compressor by means of counter-flow sprinkling cooling of gas by its natural condensate circulated through inner loop which is cooled in water-to-water heat exchanger by water of external loop. Coolers are made in form of cylindrical vertical vessels mounted after compression sections and connected with delivery branch pipes in their lower portion and with suction branch pipes of compression sections in their upper portion. Pipe lines provided with hot condensate adjusting fittings are connected to lower portion of sectional cooler and are provided with free drainage of condensate into cooler neck wherefrom cooled condensate is fed by pump to upper portion of air coolers through adjusting fittings and pipe lines for sprinkling. EFFECT: reduced power requirements; enhanced efficiency of cooling; reduced consumption of return cycle water. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для сжатия и охлаждения воздуха на компрессорных установках. The invention relates to energy and can be used to compress and cool air in compressor plants.

Известен способ охлаждения газа в процессе сжатия за счет впрыска собственного охлажденного конденсата во всасывающий патрубок каждой секции сжатия газа турбокомпрессоров. Конденсат, выделяющийся в промежуточных холодильниках, охлаждается оборотной водой в теплообменниках после каждой из секций сжатия, для использования его в качестве хладоагента при испарительном охлаждении. Испарительное охлаждение применяют на осевых и центробежных турбокомпрессорах (RU 2059920, F 17 D 1/07, F 04 D 25/00). A known method of cooling gas in the compression process by injecting its own cooled condensate into the suction pipe of each gas compression section of the turbocompressors. The condensate evolved in the intercoolers is cooled by circulating water in the heat exchangers after each of the compression sections, for use as a refrigerant in evaporative cooling. Evaporative cooling is used on axial and centrifugal turbochargers (RU 2059920, F 17 D 1/07, F 04 D 25/00).

Недостатком известного способа является то, что при сжатии в секциях сжатия газа с конденсатом последний, нагреваясь, испаряется, занимая дополнительный (парциальный) объем. Это приводит к тому, что на сжатие паровоздушной смеси в секциях и на охлаждение испарившегося конденсата (пара) в межсекционных холодильниках турбомашины затрачивается дополнительная энергия, а это приводит к снижению эффективности работы установки в целом. The disadvantage of this method is that when compressed in the compression sections of the gas with condensate, the latter, when heated, evaporates, occupying an additional (partial) volume. This leads to the fact that additional energy is spent on compressing the steam-air mixture in the sections and cooling the evaporated condensate (steam) in the intersectional coolers of the turbomachine, and this reduces the overall efficiency of the installation.

Также известен способ охлаждения сжимаемого газа в секциях компрессора, где впрыск собственного, охлажденного водой оборотного цикла, конденсата в общем водо-водяном теплообменнике впрыскивают в нагнетательные патрубки секций сжатия турбокомпрессора с помощью циркуляционного насоса, это создает "мокрый" режим работы всех теплообменников по газовой полости и улучшает работу промежуточных и концевого холодильников за счет прямого контакта между газом и впрыскиваемым конденсатом. Как показали проведенные опытно-промышленные испытания, "влажный" режим работы воздушных турбокомпрессоров (К-500, К-905, К-1500) в течение длительного периода (8250 часов) опасения коррозии и эрозии турбоколес и направляющего аппарата не оправдались, а отложения сажистых отложений в проточных ступенях всех турбомашин отсутствовали (RU 2074335, F 17 D 1/07, F 04 D 29/58, 27.02.1997). There is also a known method of cooling compressible gas in compressor sections, where the injection of proprietary water-cooled reverse cycle condensate in a common water-to-water heat exchanger is injected into the discharge pipes of the turbocompressor compression sections using a circulation pump, this creates a “wet” mode of operation of all heat exchangers in the gas cavity and improves the operation of intermediate and end refrigerators due to direct contact between the gas and the injected condensate. As shown by pilot tests, the “wet” mode of operation of air turbochargers (K-500, K-905, K-1500) over a long period (8250 hours) of fear of corrosion and erosion of the turbo wheels and the guide apparatus did not materialize, and soot deposits There were no deposits in the flow stages of all turbomachines (RU 2074335, F 17 D 1/07, F 04 D 29/58, 02.27.1997).

Недостатком этого способа является наличие проектных межсекционных и концевого теплообменников трубчатого типа, расположенных горизонтально, с охлаждением газа значительным количеством воды оборотного цикла. The disadvantage of this method is the presence of design intersectional and terminal heat exchangers of a tubular type, arranged horizontally, with gas cooling, a significant amount of water in the reverse cycle.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является способ охлаждения газа на выходе из компрессора, предусматривающий многоступенчатое сжатие газа и охлаждение его на выходе после каждой из секций сжатия в межсекционных и концевом вертикальных холодильниках газа оросительного типа с насадкой путем непосредственного контакта направляемых в оросительный холодильник противотоком охлаждаемого газа и хладоагента (US 4417847, F 04 D 29/58, 29.11.1983). В известном способе в качестве хладоагента используется вода (неиспаряющаяся охлаждающая жидкость) и конденсат (испаряющаяся охлаждающая жидкость). Недостатком известного способа являются значительные энергозатраты, связанные с непроизводительными затратами на охлаждение воды, а не охлаждение газа. В известном способе описывается также компрессорная установка, состоящая из последовательно рассположенных секций сжатия газа с установленными за ними холодильниками газа в виде вертикальных цилиндрических сосудов, заполненных насадкой и выполненных с возможностью подачи в верхнюю часть на орошение хладоагента (воды и конденсата) и соединенных в нижней части с нагнетательными патрубками секции сжатия, а в верхней части (выше подачи хладоагента на орошение) со всасывающим патрубком последующей секции сжатия для отвода охлажденного газа. Установка снабжена холодильниками для охлаждения хладоагента. The closest technical solution to the claimed one is a method of cooling gas at the outlet of the compressor, providing for multi-stage compression of gas and cooling it at the outlet after each of the compression sections in the intersection and end vertical gas coolers of the irrigation type with a nozzle by direct contact of the gas countercurrent to the irrigation refrigerator and refrigerant (US 4417847, F 04 D 29/58, 11.29.1983). In the known method, water (non-evaporating cooling liquid) and condensate (evaporating cooling liquid) are used as a refrigerant. The disadvantage of this method is the significant energy costs associated with the overhead of cooling water, and not gas cooling. The known method also describes a compressor installation consisting of successively arranged gas compression sections with gas refrigerators installed behind them in the form of vertical cylindrical vessels filled with a nozzle and configured to supply refrigerant (water and condensate) to the upper part for irrigation and connected to the lower part with discharge pipes of the compression section, and in the upper part (higher than the supply of refrigerant for irrigation) with a suction pipe of the subsequent compression section to discharge the cooled ha behind. The unit is equipped with refrigerators for cooling the refrigerant.

Техническим результатом изобретения является снижение энергозатрат, повышение эффективности охлаждения газа в межсекционных холодильниках, сокращение расхода охлаждающей воды оборотного цикла, продление межремонтного периода компрессорных машин, упрощение конструкции межсекционных и концевого холодильников воздуха. The technical result of the invention is to reduce energy consumption, increase the efficiency of gas cooling in intersectional refrigerators, reduce the consumption of circulating cooling water, extend the overhaul period of compressor machines, simplify the design of intersectional and terminal air coolers.

Достигается это тем, что в предлагаемом способе охлаждения воздуха, включающем его охлаждение на выходе после каждой из секций сжатия с помощью вертикальных межсекционных и концевого оросительных холодильников воздуха, заполненных насадкой или без нее, путем непосредственного контакта направляемых в оросительный холодильник противотоком охлаждаемого воздуха и хладоагента, в качестве хладоагента для охлаждения воздуха используют собственный, выделяющийся водяной конденсат, охлажденный оборотной водой внешнего контура охлаждения с помощью водо-водяного вертикального холодильника, в верхнюю часть которого подают горячий конденсат, отводимый с нижней части холодильников воздуха, а с нижней части принудительно подают охлажденный конденсат на орошение в холодильники воздуха. This is achieved by the fact that in the proposed method of cooling the air, including cooling it at the outlet after each of the compression sections using vertical intersection and end irrigation air coolers, filled with or without a nozzle, by direct contact of the counterflow of cooled air and refrigerant sent to the irrigation refrigerator, as a refrigerant for air cooling use their own, released water condensate, cooled by the circulating water of the external cooling circuit with with the help of a water-to-water vertical cooler, in the upper part of which hot condensate is discharged from the lower part of the air coolers, and from the lower part the cooled condensate is forcibly supplied for irrigation to the air refrigerators.

Кроме того, в компрессорной установке, включающей последовательно расположенные секции сжатия с установленными за ними холодильниками воздуха в виде вертикальных цилиндрических сосудов, заполненных насадкой или без нее и выполненных с возможностью подачи в верхнюю часть на орошение хладоагента и соединенных в нижней части с нагнетательным патрубком секции сжатия для подачи воздуха на охлаждение, а в верхней части, выше подачи хладоагента на орошение - со всасывающим патрубком последующей секции сжатия для отвода охлажденного воздуха, дополнительно введен водо-водяной холодильник для сбора и охлаждения хладоагента - выделяющегося водяного конденсата, и выполненный в виде вертикального цилиндрического сосуда, соединенного своей верхней частью с нижней частью холодильников воздуха трубопроводами отвода горячего конденсата и нижней частью - трубопроводами принудительной подачи с помощью циркуляционного насоса охлажденного конденсата на орошение в холодильники воздуха. In addition, in a compressor installation including successively arranged compression sections with air coolers installed behind them in the form of vertical cylindrical vessels filled with or without a nozzle and configured to supply refrigerant to the upper part for irrigation and connected at the lower part to the discharge pipe of the compression section for supplying air for cooling, and in the upper part, above the supply of refrigerant for irrigation, with the suction pipe of the subsequent compression section for the removal of cooled air, additionally, a water-water refrigerator was introduced to collect and cool the refrigerant, which is water condensate, and is made in the form of a vertical cylindrical vessel, connected with its upper part to the bottom of the air coolers by hot condensate drain pipes and the lower part by forced supply pipelines using a cooled condensate circulation pump for irrigation in air refrigerators.

Сущность изобретения заключается в том, что вертикальное расположение межсекционных, оросительных холодильников, использующих для охлаждения газа (воздуха) противотоком, при прямом контакте газ-вода, только собственный охлажденный водяной конденсат (внутренний контур охлаждения), позволяет увеличить эффект охлаждения газа и избавиться от отложения жестких солей (накипи) на охлаждаемых поверхностях. Охлаждение горячего конденсата производят в водо-водяном холодильнике (теплообменнике) водой оборотного цикла (внешний контур охлаждения). The essence of the invention lies in the fact that the vertical arrangement of inter-sectional, irrigation refrigerators, which use countercurrent flow for gas (air) cooling, with direct gas-water contact, only their own cooled water condensate (internal cooling circuit), allows to increase the effect of gas cooling and get rid of deposits hard salts (scale) on cooled surfaces. Cooling of the hot condensate is carried out in a water-water refrigerator (heat exchanger) with reverse cycle water (external cooling circuit).

Сравнение предлагаемых способа и устройства с известным уровнем техники показывает, что изобретение является новым, отвечает условию охраноспособности "изобретательский уровень". Comparison of the proposed method and device with the prior art shows that the invention is new, meets the eligibility condition "inventive step".

Изобретение промышленно применимо, поскольку предусматривает использование конструктивно упрощенных холодильников, двойного контура охлаждения, и снижение энергопотребления при работе компрессоров. The invention is industrially applicable because it involves the use of structurally simplified refrigerators, a dual cooling circuit, and reduced energy consumption during operation of the compressors.

На чертеже представлена схема компрессорной установки для реализации способа охлаждения воздуха. The drawing shows a diagram of a compressor unit for implementing the method of cooling the air.

Установка содержит последовательно установленные секции сжатия 1, 2, 3 с установленными за ними межсекционными (промежуточными) оросительными холодильниками воздуха 4, 5, 6, имеющими встроенные оросительные усройства и общий сборник-охладитель конденсата 7, подключенный трубопроводом через запорную арматуру 10 к всасывающему патрубку циркуляционного насоса конденсата 8, а через запорные вентили слива горячего конденсата 14, 15, 16 и трубопроводы с межсекционными (промежуточными) холодильниками 4, 5, 6. Насос конденсата по нагнетающему патрубку через запорный вентиль 9 и трубопровод соединен с запорно-регулирующей арматурой 11, 12, 13 с оросительными устройствами промежуточных холодильников воздуха 4, 5, 6. На линии подачи конденсата в насос врезан трубопровод слива конденсата из холодильника с вентилем 17 и трубопровод с вентилем подпитки конденсата 18. Все промежуточные холодильники 3, 4, 5 в верхней части соединены с всасывающими патрубками секций компрессора соответственно 1, 2, 3, а по нижней части с нагнетающими патрубками проточной части компрессора, кроме выходного трубопровода воздуха на потребитель 19, после холодильника 6. The installation contains sequentially installed compression sections 1, 2, 3 with intersectional (intermediate) irrigation air coolers 4, 5, 6 installed behind them, having built-in irrigation devices and a common condensate collector-cooler 7, connected by a pipeline through the shut-off valve 10 to the suction pipe condensate pump 8, and through the shut-off valves for draining hot condensate 14, 15, 16 and pipelines with intersectional (intermediate) refrigerators 4, 5, 6. The condensate pump through the discharge pipe h cut-off valve 9 and the pipeline is connected to shut-off and control valves 11, 12, 13 with irrigation devices of intermediate air coolers 4, 5, 6. A condensate drain pipe from the refrigerator with valve 17 and a pipeline with a condensate recharge valve are cut into the condensate supply line to the pump 18. All intermediate refrigerators 3, 4, 5 in the upper part are connected to the suction nozzles of the compressor sections, respectively, 1, 2, 3, and on the lower part to the discharge nozzles of the compressor flow section, except for the air outlet pipe ear to consumer 19, after the refrigerator 6.

Установка работает следующим образом. Installation works as follows.

При сжатии воздуха, содержащего пары жидкости, в секциях сжатия 1, 2, 3 и его охлаждения в промежуточных 4, 5, 6 вертикально расположенных холодильниках оросительного типа (с насадкой или без насадки) поступающий снизу холодильника горячий воздух охлаждается противотоком сверху охлажденным конденсатом (внутренний контур охлаждения), подаваемым через циркуляционный насос 8 из холодильника конденсата 7, запорно-регулирующую арматуру 11, 12, 13 и оросительное (разбрызгивающее) устройство, который стекает вниз по насадке (или в пустую полость холодильника 4, 5, 6, орошаемую распыленным, мелкодисперсным конденсатом через ряд форсунок (разбрызгивающих устройств), расположенных в верхней части холодильника). Эффект охлаждения воздуха происходит только за счет нагрева охлажденного конденсата, не допускающего его испарения в каждом холодильнике. В этом случае за счет прямого контакта воздуха с жидкостью происходит интенсивный теплообмен, а количество подаваемого конденсата в холодильники на охлаждение воздуха должно быть достаточным для охлаждения его до температур не выше, предусмотренных технической характеристикой компрессора после каждой секции сжатия. Горячий конденсат из промежуточных холодильников по трубопроводам через запорные вентили 14, 15, 16 стекает в холодильник конденсата 7, где охлаждается водой оборотного цикла (внешний контур охлаждения) с температуры от 90-60 до 25-35 ^oС. Контроль полного слива конденсата из хлодильников 4, 5, 6 производится по разрыву струи через вентили 14, 15, 16 сливаемого конденсата в холодильник.When compressing air containing liquid vapors in the compression sections 1, 2, 3 and cooling it in intermediate 4, 5, 6 vertically located irrigation-type refrigerators (with or without a nozzle), the hot air coming from the bottom of the refrigerator is cooled by counterflow from above with cooled condensate (internal cooling circuit) supplied through the circulation pump 8 from the condensate cooler 7, shut-off and control valves 11, 12, 13 and an irrigation (spray) device that flows down the nozzle (or into an empty cavity nika 4, 5, 6, irrigated pulverized, finely divided condensate through a series of nozzles (spraying device) arranged in the upper part of the refrigerator). The effect of air cooling occurs only due to the heating of the cooled condensate, preventing its evaporation in each refrigerator. In this case, due to direct contact of air with the liquid, intense heat exchange occurs, and the amount of condensate supplied to the refrigerators for air cooling should be sufficient to cool it to temperatures not higher than those provided by the technical characteristics of the compressor after each compression section. Hot condensate from intermediate refrigerators through pipelines through shut-off valves 14, 15, 16 flows into the condensate cooler 7, where it is cooled by reverse cycle water (external cooling circuit) from a temperature of 90-60 to 25-35 ^o С. 4, 5, 6 is made by breaking the stream through valves 14, 15, 16 of the condensate to be drained into the refrigerator.

Таким образом, ожлаждение воздуха в секциях только обессоленным конденсатом внутреннего циркуляционного контура, например, при использовании изобретения в компрессорах (центробежных, винтовых и поршневых) для сжатия воздуха, охлаждаемого оборотной водой внешнего контура, позволяет получить:
- эффективный теплосъем температуры охлаждаемого воздуха после секций сжатия при уменьшении расхода в системе оборотного водоснабжения;
- более низкую температуру охлаждаемого воздуха после секций сжатия и, как следствие, снизить потребляемую мощность компрессора (энергозатраты) или повысить их производительность;
- упростить конструкцию существующих холодильников с трубными пучками на холодильники с насадкой (или без нее) оросительного типа;
- полностью избавиться от отложений накипи в холодильниках ввиду отсутствия растворенных солей в водяном конденсате внутреннего охлаждающего контура.Thus, cooling the air in the sections only with demineralized condensate of the internal circulation circuit, for example, when using the invention in compressors (centrifugal, screw and reciprocating) to compress air cooled by the circulating water of the external circuit, allows to obtain:
- effective heat removal of the temperature of the cooled air after the compression sections while reducing the flow rate in the circulating water supply system;
- lower temperature of the cooled air after the compression sections and, as a result, reduce the compressor power consumption (energy consumption) or increase their productivity;
- to simplify the design of existing refrigerators with tube bundles for refrigerators with a nozzle (or without it) of irrigation type;
- completely get rid of scale deposits in refrigerators due to the absence of dissolved salts in the water condensate of the internal cooling circuit.

При отсутствии отложений накипи в холодильниках и сажистых отложений в проточных частях компрессора, являющихся основными причинами проведения ремонтных работ, можно увеличить межремонтный период компрессоров не менее чем в два раза. In the absence of scale deposits in refrigerators and soot deposits in the compressor flow paths, which are the main reasons for repair work, the overhaul period of compressors can be increased by at least two times.

Claims

1. The method of cooling compressed air, including cooling it at the outlet after each of the compression sections using vertical intersection or end irrigation gas refrigerators filled with or without a nozzle, by direct contact of the counterflow of gas and refrigerant directed to the irrigation refrigerator, characterized in that as a refrigerant for air cooling, use your own, released water condensate cooled by the circulating water of the external cooling circuit with Strongly vertical water-cooled cooler, the top of which serves a hot condensate withdrawn from the bottom of the air coolers and from the bottom is fed forcedly cooled condensate for irrigation in air coolers.

2. Compressor installation, including sequentially arranged compression sections with gas (air) refrigerators installed behind them in the form of vertical cylindrical vessels filled with or without a nozzle and made with the possibility of supplying refrigerant to the upper part for irrigation and connected to the lower part with the discharge branch pipe compression for supplying gas (air) for cooling, and in the upper part, higher than the supply of refrigerant for irrigation, with the suction pipe of the subsequent compression section for discharging cooled gas (in air), characterized in that it is additionally equipped with a water-water refrigerator for collecting and cooling a refrigerant - water condensate, and made in the form of a vertical cylindrical vessel, connected with its upper part to the bottom of the air coolers by piping for the removal of hot condensate and the lower part by forced piping supply using a circulating pump of cooled condensate for irrigation in air refrigerators.