Способ осушки сжатого газа

Способ осушки сжатого газа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу осушки сжатого газа, в частности сжатого газа, выходящего из компрессорного устройства.

В частности, изобретение относится к способу осушки сжатого газа с помощью осушителя, имеющего, по меньшей мере, два сосуда высокого давления, которые заполнены влагопоглотителем или осушающим веществом, и эти сосуды высокого давления работают попеременно, так что когда один сосуд высокого давления осушает сжатый газ, другой сосуд высокого давления регенерируется.

Уровень техники

Такой способ осушки уже известен, в соответствии с которым для осушки сжатого газа, выходящего из компрессорного устройства, часть газа сначала охлаждается в охладителе и затем направляется через осушающий сосуд высокого давления, и в соответствии с которым для регенерации другого сосуда высокого давления неохлажденная часть газа направляется через сосуд высокого давления регенерации с целью абсорбции адсорбированной влаги из осушающего средства с помощью теплоты сжатия, имеющейся в этой части газа, который должен быть осушен.

Недостатком известных способов осушки сжатого газа является то, что точка росы при некотором давлении осушенного сжатого газа у выпускного отверстия осушителя, зависящая от рабочих условий осушителя и компрессорного устройства, может быть относительно высокой.

Таким образом, с помощью известных способов в окружающей среде с низкой влажностью воздуха часто достигаются лучшие результаты, чем в жарких и влажных окружающих условиях.

Известно, что для устранения этой проблемы надо дополнительно нагреть часть неохлажденного газа, который используется для регенерации осушающего вещества, с помощью нагревательного элемента, предусмотренного с этой целью, например с помощью электрического нагревательного элемента, чтобы получить требуемую точку росы.

Поскольку требуется нагреть только часть газа, которая используется для регенерации одного из сосудов высокого давления, нагревательный элемент будет небольшим и, таким образом, дешевым и компактным, и для нагрева вышеуказанного ограниченного потока газа потребуется лишь относительное малое количество энергии.

Поскольку энергия нагрева нагревательного элемента ограничена, необходимо уделить внимание тому, что объем газа, который направляется к этому нагревательному элементу для регенерации сосуда высокого давления регенерации, является не слишком большим. Поэтому, если этот частичный поток к нагревательному элементу становится слишком большим, намеченное повышение температуры потока газа не может быть достигнуто, в результате чего осушитель не сможет больше функционировать, как требуется.

Кроме того, ограничение этого неохлажденного потока газа к нагревательному элементу является преимущественным в том отношении, что могут использоваться меньшие трубопроводы меньших диаметров и клапаны меньших размеров, так что для внедрения способа осушки может быть предусмотрен более дешевый монтаж.

Для регулирования потока неохлажденной части сжатого газа, протекающего к нагревательному элементу, согласно известным способам осушки применяется измерение расхода потока газа к нагревательному элементу, и объем неохлажденного газа, который подается из потока газа, подлежащего осушке при поступлении в осушитель, регулируется на основе вышеуказанного измерения расхода потока, выполняемого с помощью расходомера, предусмотренного с этой целью в линии, направленной к нагревательному элементу по известному способу.

Главным фактором, который делал до настоящего времени необходимым такое измерение расхода, является то, через нагревательный элемент всегда должен проходить минимальный поток газа, чтобы:

- нагревательный элемент не мог быть поврежден из-за перегрева; и чтобы

- обеспечить возможность точного измерения температуры газа, поскольку измеряемая температура (имеющая решающее значение для величины точки росы при некотором давлении у выпускного отверстия осушителя) должна быть передана на температурный датчик, предусмотренный с этой целью, что требует такого минимального потока газа.

Однако измерение расхода с помощью расходомера является неэффективным, поскольку:

- такой расходомер является дорогостоящим,

- для выполнения точного измерения требуется стабильный поток газа на расходомере, и с этой целью должна быть обеспечена минимальная длина прямой линии до и после расходомера, что имеет отрицательное влияние на размеры и стоимость осушителя и, кроме того, приводит к тому, что конструкция осушителя сильно отличается от вариантов выполнения без нагревательного элемента, в результате чего детали не будут взаимозаменяемыми и, таким образом, должны изготавливаться в небольших количествах, что сравнительно дорого,

- имеет место падение давления и, соответственно, потеря энергии, когда поток газа протекает по расходомеру или через него,

- надежность осушителя полностью зависит от надлежащего рабочего состояния расходомера; и

- в случае, когда частичный поток к нагревательному элементу поддерживается на постоянном уровне, потребуется регулирование для включения и выключения вышеуказанного нагревательного элемента, чтобы предотвратить слишком большое отклонение температуры от заданного значения. В результате имеющаяся энергия нагрева используется не оптимально, и этап нагрева должен быть немного продлен, так что должно быть предусмотрено больше осушающего вещества, в результате чего увеличивается продолжительность нагрева с целью регенерации имеющегося количества осушающего вещества.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение также предназначено для устранения вышеуказанных и других недостатков.

С этой целью настоящее изобретение относится к способу осушки сжатого газа с помощью осушителя, содержащего, по меньшей мере, два сосуда высокого давления, которые заполнены влагопоглотителем или осушающим веществом, и эти сосуды высокого давления работают попеременно, так что когда один сосуд высокого давления осушает сжатый газ, другой сосуд высокого давления регенерируется; этот способ содержит этапы направления первой части сжатого газа, подлежащего осушке при поступлении в осушитель, в охладитель по регулирующей линии с установленным в ней регулирующим клапаном, и последующей осушки охлажденной первой части газа в осушительном сосуде высокого давления; и нагрева второй части газа, который должен быть осушен, для регенерации сосуда высокого давления регенерации; если температура в сосуде высокого давления регенерации поднимается выше заданного верхнего предела, вышеуказанный регулирующий клапан будет постепенно перемещаться в направлении закрытого положения, и если температура в сосуде высокого давления регенерации падает ниже заданного нижнего предела, регулирующий клапан будет постепенно перемещаться в направлении полностью открытого положения; настройка регулирующего клапана позволяет установить требуемую температуру сжатого газа.

Преимущество такого способа по изобретению состоит в том, что расходомер больше не требуется, что обеспечивает следующие дополнительные преимущества:

- осушитель может быть изготовлен с меньшими затратами, чем типовые осушители, снабженные таким расходомером,

- не требуется обеспечивать стабильный поток газа, в результате чего размеры и стоимость осушителя снижаются по сравнению с размерами и стоимостью существующих осушителей с расходомером, и в результате чего не будет конструктивных различий по сравнению с вариантами выполнения без нагревательного элемента, так что детали будут взаимозаменяемыми, и, таким образом, они могут изготавливаться в больших количествах, что снижает затраты на производство,

- ввиду отсутствия расходомера не будет происходить падения давления и, таким образом, не будут иметь место потери энергии, возникающие при прохождении расходомера,

- повышается надежность расходомера, поскольку она не зависит рабочего состояния расходомера; и

- вся имеющаяся энергия нагрева используется непрерывно, так что требуемое время регенерации сводится к минимуму, что уменьшает необходимое количество осушающего вещества в сосудах высокого давления.

Другое преимущество способа по изобретению состоит в том, что, несмотря на то, что не выполняется измерение расхода, сжатый газ, тем не менее, может быть отрегулирован на требуемую температуру.

По предпочтительной характеристике способ по изобретению также содержит этапы определения падения давления на регулирующем клапане и, как только падение давления на регулирующем клапане падает ниже заданного минимального порогового предела, прекращения дальнейшего открывания регулирующего клапана, например, за счет медленного закрывания вышеуказанного регулирующего клапана до тех пор, пока падение давления на вышеуказанном регулирующем клапане снова не поднимется выше заданного минимального порогового предела, и последующей настройки на основе измерения температуры в сосуде высокого давления регенерации.

Преимущественным является обеспечение того, что вторая часть газа, которая направляется к нагревательному элементу, всегда имеет достаточно большой расход, так чтобы не допустить перегрева вышеуказанного нагревательного элемента при всех окружающих условиях.

Другое преимущество такого способа состоит в том, что рабочие условия осушителя могут изменяться в любое время во время регулировки без влияния на работу осушителя при условии непрерывного контроля минимального требуемого потока газа через нагревательный элемент.

Краткое описание чертежей

Для лучшего объяснения характеристик настоящего изобретения следующий предпочтительный способ по изобретению описан только в качестве примера без каких-либо ограничений со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:

фиг.1 - компрессорное устройство для применения способа по изобретению;

фиг.2 - компрессорное устройство из фиг.1 во время его эксплуатации.

Осуществление изобретения

Фиг.1 показывает компрессорное устройство 1, которое в основном состоит из компрессора 2 с впускным отверстием 3 и выпускным отверстием 4; линии 5 сжатого воздуха, которая соединяет выпускное отверстие 4 компрессора 2 с сетью 6 потребителя, и осушителя 7, который встроен в вышеуказанную линию 5 сжатого воздуха.

В этом случае компрессор 2 состоит из ступени 8 низкого давления и ступени 9 высокого давления, соединенных последовательно с помощью нагнетательного трубопровода 10, в который один за другим встроены холодильник 11 и водоотделитель 12.

Осушитель 7 содержит первый сосуд 13 высокого давления с впускным отверстием 14 и выпускным отверстием 15, содержащий силикагель или какое-либо другое осушающее вещество; второй сосуд 16 высокого давления с впускным отверстием 17 и выпускным отверстием 18, который также содержит осушающее вещество.

Кроме того, осушитель 7 снабжен распределительным устройством 19, состоящим из трех линий: первой линии 20, второй линии 21 и третьей линии 22 соответственно, причем эти три линии 20-22 соединены параллельно друг другу с помощью их соответствующих дальних концов 23 и 24.

В каждой из линий 20-22 в этом случае предусмотрено два отсечных клапана, соединенных последовательно: отсечные клапаны 25 и 26 в первой линии 20, отсечные клапаны 27 и 28 во второй линии 21 и отсечные клапаны 29 и 30 в третьей линии 22 соответственно.

Каждое из выпускных отверстий 15 и 18 обоих сосудов 13 и 16 высокого давления соединено посредством вышеуказанных первой и третьей линий 20 и 22 и посредством отсечного клапана 25 и 29, 26 и 30 соответственно, в каждой части 20А и 22А линии, продолжающейся в соответствующей линии 20 и 22 между отсечными клапанами 25 и 26, 29 и 30 соответственно, с главной линией 5 сжатого воздуха, в соответствии с чем эта линия 5 сжатого воздуха имеет разрыв между вышеуказанными соединениями частей 20А и 22А линии на линии 5 сжатого воздуха.

Впускные отверстия 14 и 17 взаимно соединены посредством трех соединительных линий: первой соединительной линии 31 с двумя отсечными клапанами 32 и 33, второй соединительной линии 34 с обратными клапанами 35 и 36, действующими в противоположных направлениях, и третьей соединительной линии 37 также с двумя обратными клапанами 38 и 39, действующими в противоположных направлениях соответственно.

В данном примере вышеуказанные обратные клапаны 35 и 36 во второй соединительной линии 34 расположены таким образом, что они обеспечивают протекание в направлении от одного обратного клапана к другому обратному клапану в соответствующей линии 34, и вышеуказанные обратные клапаны 38 и 39 в третьей соединительной линии 37 расположены таким образом, что они обеспечивают протекание в направлении от другого обратного клапана в соответствующей линии 37.

Первая и вторая соединительная линии соединены с помощью охладителя 40, который соединен со второй соединительной линией 34 через свое впускное отверстие, а именно между обратными клапанами 35 и 36 в вышеуказанной линии 34, и который соединен с первой соединительной линией 31 через его выпускное отверстие, а именно между отсечными клапанами 32 и 33 вышеуказанной линии 31.

Предусмотрен перепускной трубопровод 41, который соединен с третьей соединительной линией 37 с помощью одного дальнего конца, а именно между обратными клапанами 38 и 39 в вышеуказанной линии 37, и который соединен с вышеуказанной второй линией 21 с помощью другого дальнего конца, а именно с частью 21А линии вышеуказанной линии 21, которая продолжается между отсечными клапанами 27 и 28 в линии 21.

Кроме того, осушитель 7 содержит регулирующую линию 42, которая соединена с вышеуказанной линией 5 сжатого воздуха, а именно между выпускным отверстием 4 компрессора 2 и соединением части 20А линии с вышеуказанной линией 5 сжатого воздуха.

В вышеуказанной регулирующей линии 42 предусмотрен регулирующий клапан, который в этом случае имеет форму управляемого клапана.

Компрессорное устройство 1 предпочтительно также снабжено регулятором 44, который позволяет открывать или закрывать отсечные клапаны 25-30, 32 и 33, и этот регулятор 44 в этом случае также соединен с регулирующим клапаном с целью его настройки.

Компрессорное устройство 1, кроме того, оборудовано измерительными устройствами для измерения, например, температур и давлений, и, при необходимости, точки росы, и эти измерительные устройства соединены с вышеуказанным регулятором 44 для контроля компрессорного устройства 1.

По изобретению вышеуказанные измерительные устройства содержат, по меньшей мере, два датчика температуры, а именно датчик 45, 46 температуры соответственно в каждом сосуде 13, 16 высокого давления соответственно.

В этом случае, но не обязательно, вышеуказанные измерительные устройства также содержат измерительное средство 47 для определения падения давления на регулирующем клапане 43.

При необходимости измерительные устройства также могут содержать измерительное средство 48 для определения падения давления в осушителе 7.

И, наконец, осушитель 7 по изобретению, кроме того, снабжен нагревательными элементами 49, 50 соответственно, каждый из которых в этом случае предусмотрен в соответствующем сосуде 13, 16 высокого давления для нагрева потока газа регенерации, но которые также могут быть предусмотрены в частях 51, 52 линии соответственно, продолжающихся между вышеуказанным распределительным устройством 19 с одной стороны и сосудом 13, 16 высокого давления соответственно с другой стороны, или в другом месте, что делает возможным нагрев части потока газа.

Кроме того, вышеуказанные нагревательные элементы 49 и 50 могут быть соединены с вышеуказанным регулятором 44 по изобретению с целью включения или выключения вышеуказанных нагревательных элементов 49 и 50.

Принцип действия компрессорного устройства 1 и осушителя 7 очень простой и показан с помощью фиг.2, где отсечные клапаны 25-30, 32 и 33 обозначены черным цветом в закрытом положении и обозначены белым цветом в открытом положении и где траектория, по которой проходит газ, обозначена жирными линиями. В этом примере управление отсечными клапанами 25-30, 32 и 33, включение и выключение нагревательных элементов 49 и 50, настройка положения регулирующего клапана 43 и обработка измеряемых сигналов выполняется с помощью одного и того же регулятора 44; однако само собой разумеется, что для управления всеми вышеуказанными компонентами также может быть использовано два или более отдельных регуляторов или что некоторые из вышеуказанных компонентов могут переключаться вручную.

В случае, показанном на фиг.2, сосуд 16 высокого давления действует как осушающий сосуд высокого давления, в то время как сосуд 13 высокого давления регенерируется.

С этой целью поток газа, который должен быть осушен, перекачивается, начиная от выпускного отверстия 4 в линии 5 сжатого воздуха, после чего вышеуказанный поток газа разделяется на два параллельных потока.

Первая часть сжатого газа перекачивается по регулирующей линии 42 и через регулирующий клапан 43 в охладитель 40, после чего охлажденный газ через открытый отсечной клапан 33 направляется к впускному отверстию 17 осушительного сосуда 16 высокого давления для осушения с помощью осушающего вещества.

Нагревательный элемент 50 в осушительном сосуде 16 высокого давления выключен.

После прохода через сосуд 16 высокого давления первая часть сжатого газа, которая теперь является сухой, перекачивается через открытый отсечной клапан 30 в линию 5 сжатого воздуха и затем в сеть 6 потребителя.

Вторая часть сжатого газа, который должен быть осушен, поступающая в осушитель 7, направляется по линии 5 сжатого воздуха в распределительное устройство 19, а именно в часть 20А линии первой линии 20, и затем направляется через открытый отсечной клапан 25 к выпускному отверстию 15 сосуда 13 высокого давления регенерации.

Вторая часть газа, которая должна быть осушена, затем протекает по включенному нагревательному элементу 49, предусмотренному в сосуде 13 высокого давления для дальнейшего нагрева вышеуказанной второй части газа, после чего газ протекает противотоком через осушающее вещество в сосуде 13 высокого давления к впускному отверстию 14 для регенерации осушающего вещества.

Нагревательный элемент 49 остается включенным на протяжении всей стадии регенерации сосуда 13 высокого давления регенерации.

После прохода через сосуд 13 высокого давления вторая часть газа, который должен быть осушен, протекает через обратный клапана 35 во второй соединительной линии 34 в регулирующую линию 42, где вышеуказанная вторая часть газа смешивается с первой частью газа, который должен быть осушен, после чего весь поток газа протекает в охладитель 40.

Способ по изобретению отличается тем, что в случае, когда температура, которая измеряется датчиком температуры 45 в сосуде 13 высокого давления регенерации, поднимается выше заданного верхнего предельного значения, вышеуказанный регулирующий клапан 43 закрывается, и когда температура в сосуде 13 высокого давления регенерации опускается ниже заданного нижнего предельного значения, регулирующий клапан 43 открывается.

Применение такого управления делает ненужным использование расходомера, что, помимо прочего, уменьшает расходы и позволяет упростить конструкцию осушителя 7.

Под термином «регулирующий клапан 43 закрывается» понимается, что положение регулирующего клапана 43 постепенно изменяется в направлении полностью закрытого положения, но это не означает, что клапан обязательно полностью и незамедлительно закрывается. Аналогично, под термином «регулирующий клапан 43 открывается» понимается, что положение регулирующего клапана 43 постепенно изменяется в направлении полностью открытого положения, но полностью открытое положение не обязательно должно быть достигнуто в действительности или достигнуто быстро.

С целью обеспечения того, чтобы заданный минимальный поток сжатого газа непрерывно протекал к включенному нагревательному элементу 45 в сосуде 13 высокого давления регенерации, способ по изобретению предпочтительно содержит этап определения падения давления с помощью измерительного средства 47 и, как только измеряемое падение давления на регулирующем клапане 43 упадет ниже заданного минимального порогового значения, регулирующий клапан 43 больше не будет открываться.

Вышеуказанное может быть достигнуто, например, за счет начальной калибровки регулирующего клапана 43, в соответствии с чем эта начальная калибровка состоит в фиксации положения регулирующего клапана 43, которое соответствует заданной минимальной потере давления на вышеуказанном регулирующем клапане 43, соответствующей минимально требуемому протеканию сжатого воздуха, который должен быть осушен, к сосуду 13 высокого давления регенерации, при этом регулирующий клапан настраивается, используя вышеуказанное фиксированное положение клапана в качестве максимально открытого положения для вышеуказанного регулирующего клапана 43.

Другой способ для достижения указанного выше состоит, после того как измеренное падение давления на регулирующем клапане 43 упадет ниже вышеуказанного заданного минимального порогового значения, в медленном закрывании регулировочного клапана до тех пор, пока измеренное падение давления на вышеуказанном регулирующем клапане 43 снова не поднимется выше заданного минимального порогового значения и последующей настройке на основе измерения температуры в сосуде 13 высокого давления регенерации.

Последний способ также может быть дополнительно расширен, в соответствии с чем используется принцип гистерезиса и в соответствии с чем, как только измеряемое падение давление на регулирующем клапане 43 упадет ниже первого заданного порогового значения, регулирующий клапан 43 медленно закрывается до тех пор, пока измеряемое падение давление на регулирующем клапане 43 не станет выше второго порогового значения, которое превышает вышеуказанное первое пороговое значение, или до тех пор, пока падение давления не станет выше указанного ранее первого порогового значения в течение некоторого минимального промежутка времени.

Тем самым обеспечивается, что управление регулирующим клапаном 43 не остается в промежуточном состоянии, в результате чего регулирующий клапан 43 открывается и закрывается, поскольку колебания измеряемого падения давления округляются до требуемого значения, которое соответствует заданному минимальному протеканию сжатого газа, протекающего в сосуд 13 высокого давления регенерации.

Как уже упомянуто выше, регулирующий клапан 43 в этом случае настраивается с помощью регулятора 44; с этой целью в регуляторе был запрограммирован требуемый алгоритм управления с соответствующими пороговыми и/или предельными значениями температуры в сосудах 13 высокого давления регенерации и падения давления на регулирующем клапане 43.

Согласно случаю, представленному на фиг.2, где сосуд 13 высокого давления регенерируется и сосуд 16 высокого давления используется для осушки сжатого газа, поток через осушитель 7 изменяется посредством переключения отсечных клапанов известным способом, в результате чего сосуд 13 высокого давления охлаждается и затем становится осушительным сосудом высокого давления, в то время как сосуд 16 высокого давления будет регенерироваться.

Настоящее изобретение никоим образом не ограничивается до способов и вариантов выполнения, описанных в качестве примера и представленных на приложенных чертежах; наоборот, такой способ по изобретению для осушки сжатого газа может быть реализован многими способами, оставаясь при этом в объеме изобретения.

1. Способ осушки сжатого газа с помощью осушителя (7), содержащего, по меньшей мере, два сосуда (13 и 16) высокого давления, которые заполнены влагопоглотителем или осушающим веществом, и эти сосуды (13 и 16) высокого давления работают попеременно, так что когда один сосуд (16) высокого давления осушает сжатый газ, другой сосуд (13) высокого давления регенерируется; этот способ содержит этапы направления первой части сжатого газа, подлежащего осушке при поступлении в осушитель (7), в охладитель (40) по регулирующей линии (42) с установленным в ней регулирующим клапаном (43), и последующей осушки охлажденной первой части газа в осушительном сосуде (16) высокого давления; и нагрева второй части газа, который должен быть осушен для регенерации сосуда (13) высокого давления регенерации, отличающийся тем, что если температура в сосуде (13) высокого давления регенерации поднимается выше заданного верхнего предела, вышеуказанный регулирующий клапан (43) будет закрываться, и если температура в сосуде (13) высокого давления регенерации падает ниже заданного нижнего предела, регулирующий клапан (43) будет открываться, при этом способ не использует расходомер.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что он содержит этап определения падения давления на регулирующем клапане (43), и как только измеренное падение давления на регулирующем клапане (43) падает ниже заданного минимального порогового значения, прекращения дальнейшего открывания вышеуказанного регулирующего клапана.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что он содержит этап медленного закрывания регулирующего клапана (43), как только измеренное падение давления на регулирующем клапане (43) падает ниже заданного минимального порогового значения, до тех пор, пока измеренное падение давления на регулирующем клапане (43) снова не поднимется выше заданного минимального порогового значения, и последующей настройки на основе измерения температуры в сосуде (13) высокого давления регенерации.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что он содержит этап медленного закрывания регулирующего клапана (43), как только измеренное падение давления на регулирующем клапане (43) падает ниже первого заданного порогового значения, либо до тех пор, пока измеренное падение давления на вышеуказанном регулирующем клапане (43) не поднимется выше второго порогового значения, которое превышает вышеуказанное первое пороговое значение, либо до тех пор, пока падение давления не поднимется выше упомянутого ранее первого порогового значения в течение некоторого минимального промежутка времени.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что он содержит этап начальной калибровки регулирующего клапана (43), в соответствии с чем эта начальная калибровка состоит в фиксации положения регулирующего клапана (43), которое соответствует заданной минимальной потере давления, соответствующей минимально требуемому протеканию сжатого воздуха, который должен быть осушен, к сосуду (13) высокого давления регенерации, при этом регулирующий клапан (43) настраивается, используя вышеуказанное положение клапана в качестве максимально открытого положения для вышеуказанного регулирующего клапана.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что регулирующий клапан (43) управляется с помощью регулятора (44), который соединен с измерительным устройством (47) для определения падения давления на регулирующем клапане (43) и датчиками (45 и 46) температуры в соответствующих сосудах (13 и 16) высокого давления.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что вторая часть газа, который должен быть осушен, нагревается с помощью нагревательного элемента (49 и 50), предусмотренного с этой целью, который включается и выключается с помощью вышеуказанного регулятора (44).

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что он содержит этап поддержания нагревательного элемента (49 или 50) во включенном положении для нагрева второй части газа в течение всего этапа регенерации.