Уважаемые посетители! На сайте проводятся технические работы. Некоторые страницы могут быть недоступны.
Уважаемые Дамы и Господа! 22.12.2017г. Наш офис и склад работает до 12:00
Просьба по всем вопросам писать на почту mail@mvif.ru
Уважаемые коллеги! 21.12.2018г. Наш офис и отгрузка товара работают до 11:30.
Просьба по всем вопросам писать на почту mail@mvif.ru

Современные криогенные насосные агрегаты для наполнительных станций

Скачать статью в формате pdf


Бурными темпами развивается применение сжатого природного газа в качестве моторного топлива на автотранспорте. Задача наполнения баллонов газами высокого давления в настоящее время решается оптимальным образом с использованием криогенной техноло-гии, а именно с использованием криогенных поршневых насосных агрегатов средней и малой производительности. Криогенная технология обеспечивает целый ряд технико-экономических преимуществ на всех стадиях производства и доставки сжатых газов конечному потребителю. На первом этапе - это снижение транспортных издержек при доставке криогенных жидкостей (сжиженных продуктов разделения воздуха или сжиженного природного газа) на региональные наполнительные станции. Доставка криогенных жидкостей на большие расстояния в криогенных емкостях низкого давления обходится дешевле, чем транспортировка сжатого газа непосредственно с воздухоразделительных предприятий. На втором этапе криогенная технология обеспечивает дополнительный выигрыш при переводе жидкости в другое агрегатное состояние - газ, сжатый под давлением. Выигрыш состоит в том, что, в отличие от компрессорной технологии, сжатие осуществляется на стадии нахождения рабочей среды в жидкой фазе, т.е. для получения рабочей среды с высоким давлением используется насос, а не компрессор. Получение высокого давления 150, 200, 300 или 400 бар осуществляется в одну стадию, а не в 4 стадий как при компрессии. Нет необходимости отводить тепло сжатия рабочего тела и, как следствие, необходимая механическая мощность на повышение давления жидкости в 8 раз меньше, чем мощность, расходуемая на сжатие эквивалентного количества газа. Таким образом, насосный агрегат является менее энергоемкой, более компактной, простой в обслуживании и более дешёвой машиной, чем компрессор высокого давления.

Можно сказать, что заполнение баллонов газом высокого давления фактически является поэтапным процессом превращения жидкости низкого давления в газ высокого давления. Сначала в цилиндре поршневого насоса происходит повышение давления жидкости. Критическое давление азота 34 атмосферы, аргона 49 атмосфер, а кислорода 50.4 атмосферы. Это означает, что в процессе наполнения баллонов или моноблоков исходная криогенная жидкость покидает цилиндр насоса сначала в жидком виде, а затем, по мере превышения критического давления, переводится в сверхкритическое состояние. Температура исходного продукта при этом не меняется. Испарение и/или нагрев сверх-критической жидкости до температуры окружающей среды осуществляется в атмосферном или электрическом испарителе высокого давления.

Для заполнения баллонов газом высокого давления необходимо иметь оборудование, размещенное в следующей схемно-технологической последовательности:

  1. 1) резервуар низкого давления для хранения и выдачи жидкости;
  2. 2) насосный агрегат высокого давления;
  3. 3) испаритель высокого давления для газификации жидкости;
  4. 4) собственно баллоны или моноблоки и реципиенты для приема и хранения газа высокого давления.

Перечисленные четыре единицы оборудования соединены между собой жидкостными и газовыми трубопроводами и металлорукавами. Также в общий комплект оборудования входят автоматика, контрольно-измерительные приборы и силовое электрооборудование. Ключевым элементом в данной технологической цепочке является, безусловно, насосный агрегат.

Одним из признанных мировых лидеров по производству криогенных насосов является расположенная в Калифорнии (г. Санта-Анна) компания ACD. Криогенные поршневые насосы высокого давления ACD выпускаются с рабочим давлением до 1250 бар и максимальной производительностью до 1350 литров в минуту. Для заполнения баллонов нет необходимости в использовании насосов с такими предельными параметрами. Обычно на наполнительных станциях применяются насосы с рабочим давлением до 414 бар и производительностью до 20 литров в минуту. Этих параметров вполне достаточно для заполнения сотен или даже нескольких тысяч стандартных баллонов в день.

"... криогенная технология заполнения баллонов с помощью современных криогенных поршневых насосных агрегатов и современных средств автоматизации является на сегодня наиболее эффективной, надежной, безопасной и рентабельной..."

Чаще всего на наполнительных станциях применяют насосные агрегаты с горизонтальным расположением холодной насосной части, которые имеют достаточно простую конструкцию и удобны в эксплуатации. Далее остановимся подробнее на насосах типа NDPD, WDPD и ACPD, предназначенных для наполнения баллонов и создания испытательных стендов. Данные насосы предназначены для перекачи-вания азота, кислорода, аргона, водорода, сжиженного природного газа или этилена. Эти модели доступны с плунжерной группой 1.2”х0.79” (30ммх20мм) и 1.2”х1.26” (30ммх32мм). Первое число означает диаметр поршня в дюймах или миллиметрах, а второе ход поршня. Данные плунжерные группы предназначены для эксплуатации при максимальном рабочем давлении 275 бар и максимальной производительности соответственно 6.5 и 10.5 литров в минуту. Насос ACPD предлагается так же с диаметром поршня 1” (25 мм) и с ходом 0.79” (20мм) или 1.26” (32мм). Такие плунжерные пары позволяют работать с давлением до 414 бар при предельных производительностях 4.5 и 7.3 литра в минуту. В зависимости от рабочего давления и производительности насосные агрегаты с этими насосами предлагаются с электродвигателями мощностью 5.6; 7.5 или 11 кВт. В состав агрегата входят:

- единая стальная рама, на которой смонтировано все оборудование;
- электродвигатель;
- ременная передача с защитным кожухом;
- механизм движения, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное;
- холодная насосная часть;
- трубопроводы;
- сепаратор на линии всасывания;
- предохранительный клапан низкого давления на линии всасывания,
- ручной дренажный клапан на линии низкого давления;
- демпфер на линии нагнетания;
- предохранительный клапан высокого давления на линии нагнетания;
- ручной дренажный клапан на линии нагнетания;
- обратный клапан на линии нагнетания;
- манометр на линии нагнетания;
- датчик давления на линии нагнетания;
- датчик температуры на линии всасывания;
- датчик температуры на линии нагнетания;
- датчик температуры в зоне механизма движения;
- электрошкаф с преобразователем частоты.

Отметим некоторые важные отличия таких насосных агрегатов от насосов, сконструированных в прошлом веке:

  • - если ранее для снижения частоты вращения вала механизма движения по сравнению с частотой вращения вала двигателя использовался механический редуктор, то сейчас применяется ременная передача, что существенно упрощает конструкцию и эксплуатацию агрегата;
  • - если ранее изоляция холодной насосной части осуществлялась порошковым материалом (перлитом), для чего требовался специальный кожух, а в реальных условиях эксплуатации порой изоляция отсутствовала вообще, то сейчас холодная насосная часть имеет корпус с вакуумной изоляцией для снижения теплопритока из окружающей среды к перекачиваемой жидкости;
  • - если ранее для регулирования производительности насоса использовался механический способ, связанный с изменением места расположения эксцентрика на валу механизма движения, то сейчас регулирование производительности насоса в широком диапазоне осуществляется с помощью частотного преобразователя, в том числе и плавно при работающем насосе; это более простой и менее затратный способ, достаточно лишь правильно выбрать преобразователь частоты (инвертор) и правильно настроить параметры его работы;
  • - если ранее для защиты двигателя от перегрузки по току использовались токовые и тепловые реле, то сейчас входящий в состав электрошкафа преобразователь частоты обеспечивает как управление насосом (плавный пуск двигателя, контроль параметров напряжения входного и выходного электропитания, мощности, частоты, силы тока и т.д.), так и защиту двигателя насоса от перегрузки по току;
  • - если ранее охлаждение насоса и заполнение его рабочей средой перед пуском осуществлялось по времени и «на глаз», то сейчас для контроля готовности насоса к запуску и исключения «сухого пуска» используются датчики температуры, установленные в линиях всасывания и нагнетания; исключение «сухого пуска» насоса, т.е. пуска насоса в условиях «сухого трения» рабочей пары поршень - втулка цилиндра, повышает ресурс работы насоса и увеличивает продолжительность периода работы насоса между необходимым техническим обслуживанием;
  • - если ранее в случае прекращения подачи жидкости в работающий насос или в случае прогрева этой жидкости и, соответственно кавитационного срыва насоса, снятие питания с двигателя и остановка насоса осуществлялась оператором, то сейчас это выполняет автоматика, использующая сигнал отдатчика температуры в линии нагнетания;
  • - если ранее контроль утечек через уплотнение штока насоса осуществлялся оператором визуально по появлению пара в зоне насоса, разделяющей теплый механизм движения и холодную насосную часть, то сейчас в этой зоне устанавливается датчик температуры, предупреждающий о наличии тенденции к появлению течи, те. сообщающий об износе элементов уплотнения штока, при этом насос автоматически останавливается и, далее, выполняется его техническое обслуживание, связанное с заменой уплотнения штока.

Соединение резервуара и насосного агрегата осуществляется с помощью металлорукава, по которому жидкость из резервуара поступает на всасывание насоса. Наличие металлорукава исклю- чает передачу механических усилий на всасывающий патрубок насоса. Наиболее принципиальным вопросом, связанным с обеспечением устойчивой работы насоса без кавитации и срывов, является вопрос гарантированного поступления жидкой фазы без газовых включений через всасывающий клапан насоса в цилиндр для сжатия. Для снижения тепло-притоков из окружающей среды к жидкости, поступающей в насос, компания «Мониторинг Вентиль и Фитинг» (MV&F) предлагает металлорукава с экранновакуумной теплоизоляцией. Это гибкая двустенная конструкция (рукав в рукаве) с необходимым количеством слоев теплоизоляции, расположенной на внутреннем рукаве, и с отвакуумированным пространством между внутренним и наружным рукавом. На внешней гибкой оболочке имеется клапан для вакууми-рования, который одновременно служит и защитным устройством, предохраняющим наружный кожух от повышения давления вследствие разгерметизации внутреннего гибкого трубопровода.

" Чаще всего на наполнительных станциях применяют насосные агрегаты с горизонтальным расположением холодной насосной части, которые имеет достаточно простую конструкцию и удобны в эксплуатации "

Насосные агрегаты высокого давления являются в настоящее время серийно выпускаемым оборудованием, имеющим высокую надежность и безотказность при правильной эксплуатации и своевременном техническом обслуживании. Интервалы между техническим обслуживанием насоса составляют, как правило, 500 моточасов работы агрегата, что достаточно много и свидетельствует о незначительной цене владения агрегатом.

Следует обратить повышенное внимание на агрегаты, работающие на жидком кислороде. При изготовлении такого агрегата должно быть полностью исключено использование материалов, запрещенных для работы в контакте с кислородом. Запрещено использование минеральных масел. Все используемые смазочные материалы должны быть безопасны в контакте с кислородом. Оборудование любого агрегата, даже работающего на жидком азоте и аргоне, должно быть обезжирено по требованиям работы с кислородом.

Необходимо отметить еще один принципиальный момент, обусловленный общей тенденцией в развитии оборудования. Это желание получить полностью автоматизированную установку, что, во-первых, снижает затраты и, во-вторых, сводит к минимуму риски, связанные с человеческим фактором. Такие агрегаты могут работать в полностью автоматизированном режиме без присутствия оператора. Для этого в составе агрегата необходимо установить дистанционно управляемую арматуру и обеспечить управление этой арматурой по соответствующему алгоритму.

Резюмируя вышеизложенное, можно сказать, что криогенная технология заполнения баллонов с помощью современных криогенных поршневых насосных агрегатов с активным применением экранно-вакуумной изоляции и современных средств автоматизации является на сегодня наиболее эффективной, надежной, безопасной и рентабельной. Специалисты компании «Мониторинг Вентиль и Фитинг» (MV&F) в прошлом году прошли обучение на Европейском заводе ACD CRYO, а в мае этого года на заводе ACD в Калифорнии. Компания MV&F изготавливает серийно как центробежные, так и поршневые насосные агрегаты с применением насосов ACD, соединительные рукава с экран-но - вакуумной изоляцией, испарители высокого давления и системы автоматизированного управления насосными агрегатами.



 

Статьи:

Стабилизация состава водородосодержащих газовых смесейСжиженные газы и емкости для нихСжиженные газы и емкости для нихОсобенности менеджмента качества при изготовлении криогенного и газового оборудованияТрубопроводный транспорт промышленных газовПочему мы выбираем кованые баллоны из легированной стали?Насосные агрегаты с пневматическим приводомАтмосферные испарители для сжиженного природного газаНасосные и компрессорные агрегаты с пневматическим приводомЭксплуатация криогенных насосовКомпрессорные агрегаты с пневматическим приводомВеские причины для применения природного газа на транспортеГлубокая очистка газовИнтервью с директором по продажам компании Worthington IndustriesИнтервью с директором компании MV&FСовременные криогенные насосные агрегаты для наполнительных станцийЦелая вселенная решенийБольшое будущее малых криогенных сосудовВес имеет значениеАвтоматизация для современных технологических процессов – как воздух для живых организмовЭкранно-вакуумная изоляция – настоящее и будущее криогенной техникиКриогенная революция по имени LNGТС-34. Особенности и преимущества погружных центробежных криогенных насосовSEETRU - это безопасностьОборудование для хранения и применения водородаКриогеника и жизньСКПГ. Преимущества и перспективы.Криогенные поршневые насосы: насосов много - P2K одинБезопасность людей - главная задача современной промышленностиИнтервью главный инженер ООО «Мониторинг Вентиль и Фитинг» («МВиФ»)Углекислота, испарители и нагревателиПочему под давлением?Как рассчитать стоимость владения газовыми баллонами?Seetru - это инновации! Интервью с господином Отто Варга, основателем компании SeetruБезопасность сварочных работДавление под контролемКонтроль чистоты технологических газов – основа качества готового продуктаРегазификация СПГКриогенные клапаны с экранно-вакуумной изоляциейВопросы безопасности при эксплуатации баллоновГлубокая очистка газов