Дожимной компрессор: принцип работы, классификация и критерии подбора

Компрессорное оборудование стандартного исполнения обеспечивает сжатие рабочей среды от атмосферного давления до заданного значения. Для технологических задач, требующих давления выше 15–20 бар (лазерная резка — 40 бар, наполнение аккумуляторов высокого давления — 150–400 бар, газопромысловые операции), применяется дожимной компрессор (ДКС).

Дожимная компрессорная станция (ДКС) представляет собой установку для многоступенчатого сжатия газа. В отличие от компрессора первой ступени, работающего от атмосферы, на вход ДКС подается газ с избыточным давлением от 3 до 15 бар. Выходное давление варьируется от 40 до 1000 бар в зависимости от модели и числа ступеней сжатия.

Назначение и конструктивные узлы ДКС

Дожимные компрессоры применяются в следующих технологических операциях:

• наполнение транспортных и стационарных газовых баллонов;
• лазерная резка и сварка металлов;
• нефтегазовая отрасль (поддержание пластового давления, транспорт газа);
• пневматические испытания трубопроводов и емкостей;
• выдув ПЭТ-тары;
• металлургические и химические процессы.

Типовая конструкция ДКС включает следующие основные узлы:

• Компрессорный блок — непосредственно узел сжатия. Конструкция блока определяет тип компрессора: поршневой, винтовой или мембранный.
• Система охлаждения — предназначена для отвода тепла после каждой ступени сжатия. Исполнение: воздушное или водяное.
• Клапанная группа — впускные, выпускные и обратные клапаны обеспечивают фазированное движение газа по тракту.
• Система управления — контролирует давление, температуру, расход и другие параметры процесса на базе ПЛК.
• Фильтрация — входные и выходные фильтры удаляют механические примеси и конденсат.

Принцип действия дожимного компрессора

Работа ДКС базируется на принципе ступенчатого сжатия. Рабочая среда последовательно проходит несколько компрессионных камер, где ее давление повышается в несколько этапов:

• газ с входным давлением поступает на впуск первой ступени через впускной клапан;
• в компрессионной камере первой ступени давление повышается до промежуточного значения;
• нагретый при сжатии газ направляется в межступенчатый охладитель для снижения температуры;
• охлажденный газ поступает на следующую ступень, где его давление повышается дополнительно;
• после прохождения всех ступеней газ с конечным давлением выходит через выпускной клапан.

Число ступеней сжатия определяется требуемым выходным давлением:

• до 40 бар — 2 ступени;
• до 150 бар — 3 ступени;
• 400–1000 бар — 4 и более ступеней.

Производительность ДКС (объемный расход, приведенный к нормальным условиям) зависит от давления на входе: чем выше входное давление, тем больше массовый расход газа при неизменной геометрии проточной части.

Классификация дожимных компрессоров

На рынке представлены три основных типа ДКС, различающихся по конструкции компрессорного блока.

Поршневой дожимной компрессор

Наиболее распространенный тип. Сжатие реализуется возвратно-поступательным движением поршня в цилиндре. Диапазон параметров: выходное давление 20–150 бар, производительность от 1 нм³/мин, входное давление от 5 бар.

По способу смазки поршневые компрессоры делятся на два исполнения:

• Маслозаполненные (смазываемые) — цилиндро-поршневая группа смазывается компрессорным маслом. Недостаток — неизбежное попадание паров масла в выходной газ.
• Безмасляные (сухие) — смазка в камере сжатия отсутствует. Выходной газ не содержит масляных примесей. Недостатки — более высокая стоимость и сниженный ресурс.

Мембранный компрессор

Вместо поршня используется гибкая металлическая или композитная мембрана. Привод — гидравлический (масло под поршнем давит на мембрану). Масло и сжимаемый газ полностью разделены, что гарантирует отсутствие контакта смазки с рабочей средой.

Диапазон параметров: выходное давление 70–1000 бар, производительность от 3 нм³/час, входное давление 7–15 бар.

Винтовой дожимной компрессор

Сжатие происходит в зазоре между двумя синхронно вращающимися винтовыми роторами (ведущим и ведомым). Характеристики: выходное давление до 40 бар, режим работы — непрерывный (100% цикл), уровень шума и вибрации ниже, чем у поршневых аналогов.

Выбор дожимного компрессора по типу газа

Тип газа определяет конструктивные требования к компрессору.

Дожимной компрессор для азота

Входное давление от адсорбционной станции — до 10 бар, от мембранной — до 13 бар. При чистоте азота менее 99,99% применяется маслозаполненный поршневой компрессор. При чистоте 99,9995% и выше — только безмасляный поршневой или мембранный.

Дожимной компрессор для кислорода

Кислород является сильным окислителем. Маслозаполненные поршневые компрессоры для кислорода запрещены. Допустимые схемы: безмасляный поршневой или мембранный. В смазке механических узлов применяются силиконовые или глицериновые составы. Конструкция — герметичная, с системами автоматического отключения при отклонении параметров.

Дожимной компрессор для воздуха

Ограничений по типу компрессора нет. Наиболее распространен маслозаполненный поршневой как наименее дорогой в закупке и обслуживании.

Критерии подбора дожимного компрессора

При выборе ДКС необходимо указать следующие параметры в техническом задании:

• тип рабочего газа (воздух, азот, кислород, смесь);
• входное давление (бар) — фактическое значение на входном патрубке;
• расход в рабочих условиях (нм³/ч или нм³/мин);
• требования к чистоте газа — наличие примесей, в том числе масла;
• режим работы — периодический или непрерывный (% цикличности);
• требуемое выходное давление (бар);
• условия эксплуатации — помещение/открытая площадка, диапазон температур, запыленность, требования по шуму;
• мобильность — стационарное исполнение или размещение в контейнере.

Техническое примечание: При наполнении баллонов до 150 бар в теплое время года следует выбирать оборудование с запасом на 165 бар. В процессе наполнения газ нагревается; после остывания баллона до температуры окружающей среды давление падает на 10–15%, что не позволяет достичь номинального значения.

Опыт компании АГС

Компания АГС более 15 лет занимается внедрением решений по производству технических газов, включая дожимные компрессорные станции. Мы сопровождаем проект от консультации и техаудита до пуско-наладки и сервисного обслуживания.

АГС поставляет дожимные компрессоры под ключ:

• от компактных решений для одной установки до модульных систем;
• стационарное или контейнерное исполнение;
• сервис, техподдержка, обучение персонала;
• настройка под параметры газа и оборудование заказчика.

Заключение

Дожимной компрессор (ДКС) — оборудование для повышения давления газа от промежуточного значения до конечного, превышающего выходное давление стандартных компрессоров и генераторов.

• для воздуха и технического азота применяются маслозаполненные поршневые компрессоры;
• для кислорода и сверхчистых газов — мембранные или безмасляные поршневые схемы.

Свяжитесь с нами, чтобы:

• получить консультацию по подбору дожимного компрессора;
• рассчитать экономию и срок окупаемости;
• подобрать компрессорную станцию под Ваши задачи;
• узнать больше о решениях АГС для сжатия технических газов.

А еще Вы можете заключить договор сервисного обслуживания вашего оборудования.