Компрессорная установка - RU2750833C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к области компрессорных машин и может быть использовано при. добыче нефти и газа на суше или на море, в том числе для реализации газлифтного метода эксплуатации скважин.

Известна компрессорная установка, содержащая рабочую камеру, выполненную в виде газо-жидкостного сепаратора, жидкостной насос и эжектор, при этом сопло эжектора гидравлически связано с реверсивным жидкостным насосом, вход камеры смешения эжектора связан через всасывающий газовый клапан с газопроводом низкого давления, а выход камеры смешения эжектора подключен посредством перепускного трубопровода к верхней части газо-жидкостного сепаратора, выход которого по газу подсоединен через нагнетательный газовый клапан к газопроводу высокого давления, а выход по жидкости подключен к источнику рабочей жидкости (RU 2680021, 2019 г.).

Недостатком указанного устройства является низкая энергетическая эффективность компрессорной установки, что обусловлено наличием переходных процессов при смене режима работы реверсивного жидкостного насоса в ходе реализации циклических переключений направлений потоков для жидкости и газа.

Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является компрессорная установка, содержащая рабочую камеру, выполненную в виде газожидкостного сепаратора, жидкостный насос и эжектор, при этом сопло эжектора гидравлически связано с жидкостным насосом, вход камеры смешения эжектора связан через всасывающий газовый клапан с газопроводом низкого давления, а выход камеры смешения эжектора подключен посредством перепускного трубопровода к верхней части газожидкостного сепаратора, выход которого по газу подсоединен через нагнетательный газовый клапан к газопроводу высокого давления, а выход по жидкости гидравлически связан с входным каналом турбогенератора, выходной канал которого сообщается через регулируемую задвижку с источником рабочей жидкости, к которому подключен вход жидкостного насоса (RU 2707989, 2019 г.).

Недостатком указанного устройства является ограниченный диапазон регулирования производительности компрессорной установки, что обусловлено большими затратами рабочего времени на реализацию процесса сепарации газожидкостной смеси в рабочей камере. Последнее в свою очередь негативно отражается на эффективности работы жидкостного насоса, турбогенератора и компрессорной установки в целом.

Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является расширение рабочего диапазона регулирования производительности компрессорной установки и повышение ее энергетической эффективности.

Указанная проблема решается тем, что компрессорная установка, содержит рабочую камеру, выполненную в виде газожидкостного сепаратора, жидкостный насос и эжектор, при этом сопло эжектора гидравлически связано с жидкостным насосом, вход камеры смешения эжектора подключен посредством перепускного трубопровода к нижней части газожидкостного сепаратора, а верхняя часть газожидкостного сепаратора связана через всасывающий газовый клапан с газопроводом низкого давления и через нагнетательный газовый клапан связана с газопроводом высокого давления, выход камеры смешения эжектора через регулируемую задвижку гидравлически связан с входным каналом турбогенератора, выходной канал которого сообщается с источником рабочей жидкости, к которому подключен вход жидкостного насоса.

Достигаемый технический результат заключается в обеспечении условий для поддержания более стабильной нагрузки на жидкостной насос и на турбогенератор за счет сокращения продолжительности рабочего цикла при одновременном увеличении частоты срабатывания регулирующей задвижки.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на котором представлена принципиальная схема заявляемой компрессорной установки.

Компрессорная установка содержит рабочую камеру 1 и эжектор с камерой смешения 2, подключенные к жидкостному насосу 3, перепускной трубопровод 4, всасывающий газовый клапан 5 и нагнетательный газовый клапан 6, которые отделяют полость рабочей камеры 1 от газопровода низкого давления 7 и газопровода высокого давления 8, соответственно. Рабочая камера 1 выполнена в виде газожидкостного сепаратора. Камера смешения 2 эжектора сообщается с жидкостным насосом 3 через сопло 9 эжектора. Вход жидкостного насоса 3 гидравлически связан с источником рабочей жидкости 10. Жидкостной насос 3 подключен к электроприводу 11. Вход в камеру смешения 2 эжектора связан через перепускной трубопровод 4 с нижней частью газожидкостного сепаратора 1. Выход камеры смешения 2 эжектора гидравлически связан с входным каналом 12 турбогенератора 13. Выходной канал 14 (у турбогенератора 13) сообщается с источником рабочей жидкости 10. Входной канал 12 оснащен регулируемой задвижкой 15. В верхней части газо-жидкостного сепаратора 1 размещен нагнетательный газовый клапан 6, отделяющий газо-жидкостной сепаратор 1 от газопровода высокого давления 8. Верхняя часть газожидкостного сепаратора 1 заполнена газом, а нижняя часть газожидкостного сепаратора 1 заполнена рабочей жидкостью, на фиг. 1 показана граница раздела 16 между газообразной фазой и жидкой фазой. В качестве источника рабочей жидкости 10 может быть использована емкость, через которую постоянно циркулирует рабочая жидкость, как показано на чертеже.

Компрессорная установка работает следующим образом.

Жидкостной насос 3 подает рабочую жидкость в сопло 9 эжектора. За счет энергии струи жидкости на входе камеры смешения 2 эжектора понижается давление и в камеру смешения 2 поступает жидкость из рабочей камеры 1 через перепускной трубопровод 4. При этом в рабочую камеру 1 поступает газ через открытый всасывающий газовый клапан 5 из газопровода низкого давления 7. Как в известных гравитационных сепараторах жидкость скапливается в нижней части рабочей камеры 1, а газ в верхней части. Откачка жидкости из нижней части рабочей камеры 1 приводит к смещению границы раздела 16 в направлении сверху вниз. На выходе камеры смешения 2 эжектора повышается давление за счет преобразования кинетической энергии жидкости в потенциальную энергию. Из камеры смешения 2, через открытую регулируемую задвижку 15, жидкость поступает во входной канал 12 турбогенератора 13. Турбогенератор 13 обеспечивает преобразование гидравлической энергии потока жидкости в электрическую энергию, которая далее передается потребителю. После прохода через турбогенератор 13 жидкость поступает в его выходной канал 14, и далее направляется в емкость 10. Таким образом, обеспечивается выработка энергии за счет рационального использования гидравлической энергии потока жидкости при заполнении рабочей камеры 1 газом. Когда граница раздела 16 приблизится к нижнему концу рабочей камеры 1, поступит управляющий сигнал на закрытие регулируемой задвижки 15. При этом жидкость через сопло 9 начнет поступать в рабочую камеру 1 через перепускной трубопровод 4. При нарастании давления закроется всасывающий газовый клапан 5, при этом жидкость продолжит поступать в рабочую камеру 1 через перепускной трубопровод 4. Всасывающий газовый клапан 5 закрывается, отсекая рабочую камеру 1 от газопровода низкого давления 7. Жидкость накапливается в нижней части рабочей камеры 1, а газ при этом сжимается в верхней части рабочей камеры 1. Поскольку регулируемая задвижка (запорно-регулирующее устройство) 15 закрыта, жидкость поступает в рабочую камеру 1 и будет происходить смещение границы раздела 16 в направлении снизу верх. Это приведет к увеличению давления газа в рабочей камере 1. При дальнейшем смещении границы раздела 16 вверх наступит момент, когда давление в рабочей камере 1 сравняется с давлением в газопроводе высокого давления 8. Такое выравнивание давления приведет к открытию нагнетательного газового клапана 6. При дальнейшем смещении границы раздела 16 вверх сжатый газ из рабочей камеры 1 вытесняется в газопровод высокого давления 8 через открытый нагнетательный газовый клапан 6. После завершения цикла вытеснения газа поступит сигнал на регулируемую задвижку 15 для ее открытия. Цикл повторяется.

При использовании заявляемой установки обеспечиваются условия для повышения производительности компрессорной установки и ее энергетической эффективности. Расширяется диапазон регулирования производительности компрессорной установки, поскольку газ и жидкость подаются по различным каналам в рабочую камеру 1 без их активного перемешивания, что, в свою очередь, сокращает затраты рабочего времени на реализацию процесса сепарации газожидкостной смеси в рабочей камере 1. Эти условия позволяют сократить продолжительность рабочего цикла при увеличении частоты срабатывания регулируемой задвижки 15. Одновременно обеспечиваются условия для поддержания более стабильной нагрузки на жидкостной насос 3 и на турбогенератор 13, в итоге обеспечивая более равномерную загрузку электропривода 11 и турбогенератора 13 на протяжении всего рабочего цикла, что позитивно отражается на эффективности самого рабочего процесса при сжатии и перекачке газа. При этом объем и масса рабочей камеры 1 могут быть кратно уменьшены, что положительно отражается на эксплуатационных характеристиках оборудования.

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает расширение рабочего диапазона регулирования производительности компрессорной установки с одновременным повышением ее энергетической эффективности.

Реферат

Изобретение относится к области компрессорных машин и может быть использовано при добыче нефти и газа на суше или на море, в том числе для реализации газлифтного метода эксплуатации скважин. Сущность: компрессорная установка содержит рабочую камеру, выполненную в виде газожидкостного сепаратора, жидкостный насос и эжектор, при этом сопло эжектора гидравлически связано с жидкостным насосом, вход камеры смешения эжектора подключен посредством перепускного трубопровода к нижней части газожидкостного сепаратора, а верхняя часть газожидкостного сепаратора связана через всасывающий газовый клапан с газопроводом низкого давления и через нагнетательный газовый клапан связана с газопроводом высокого давления, выход камеры смешения эжектора через регулируемую задвижку гидравлически связан с входным каналом турбогенератора, выходной канал которого сообщается с источником рабочей жидкости, к которому подключен вход жидкостного насоса. Достигаемый технический результат заключается в обеспечении условий для поддержания более стабильной нагрузки на жидкостный насос и на турбогенератор за счет сокращения продолжительности рабочего цикла при одновременном увеличении частоты срабатывания регулирующей задвижки. 1 ил.

Формула