Компримирование и компрессоры. Что это такое

Компримирование, или сжатие газа, является ключевым процессом во многих отраслях промышленности, включая нефтепереработку. Этот процесс позволяет увеличить плотность газа или воздуха, что необходимо для различных технологических операций и обеспечения безопасности на производственных предприятиях.

История компрессоров

История компрессоров начинается с древних времён, когда люди использовали свои лёгкие для раздувания огня. Позже появились мехи, которые применялись в кузнечном деле и металлургии. В XVIII веке английский изобретатель Джон Уилкинсон представил более эффективную машину для создания высокого давления воздуха. В конце XIX века, когда инженерная мысль стремительно развивалась, родилась идея компрессоров, устройств, предназначенных для сжатия воздуха и газов. Одними из пионеров в этой области стали известные инженеры Джеймс Перси и Роберт Геррик, которые первыми начали использовать поршневые механизмы для компрессии воздуха. Широкое применение компрессоры нашли и в СССР, особенно в 1930-х годах, когда началось массовое производство компрессоров для различных промышленных нужд.

Первые компрессоры были довольно простыми устройствами, состоящими из цилиндров и поршней. Они были громоздкими и малоэффективными, однако заложили фундамент для дальнейших усовершенствований. В течение XX века компрессоры претерпели значительные изменения, став более компактными, эффективными и надежными. Современные компрессоры оснащены новейшими системами управления, датчиками и высококачественными материалами.

Технология компримирования

Современные промышленные компрессоры бывают различных типов, включая поршневые, винтовые, центробежные, диффузорные, спиральные, роторно-лопастные и мембранные. Каждый тип предназначен для конкретных задач: поршневые для высокой степени сжатия, винтовые для непрерывной подачи, центробежные для больших объемов воздуха, диффузорные для газа, спиральные для компактности и тишины, роторно-лопастные для постоянного давления и мембранные для агрессивных газов. Выбор компрессора зависит от требуемого объема, давления и специфики применения.

Вот, к примеру, как работает центробежный компрессор.

Воздух через воздухозаборник поступает в компрессорную камеру, где начинается его сжатие. Внешне компрессорная камера может выглядеть как мощный цилиндр или корпус сложной, иногда спиральной формы, в зависимости от типа компрессора. Ротор компрессора, оснащенный мощными лопастями, вращается под действием двигателя, захватывая воздушный поток и ускоряя его. В результате этого вращения создается центробежная сила, которая направляет воздух к краям импеллера, увеличивая его кинетическую энергию. Этот этап можно назвать начальной стадией сжатия. Импеллер (часть ротора, на роторе может быть несколько импеллеров) представляет собой вращающееся колесо с лопастями, которое захватывает воздух и ускоряет его, создавая центробежную силу. Этот термин происходит от латинского слова «impellere», что означает «толкать вперёд». В результате вращения импеллера создается центробежная сила, которая направляет воздух к краям импеллера, увеличивая его кинетическую энергию. Этот этап можно назвать начальной стадией сжатия. После того как воздух проходит через импеллеры, он попадает в диффузор. Диффузор — это стационарное устройство в форме трубки или канала, которое постепенно расширяется от входа к выходу и преобразует кинетическую энергию потока воздуха или газа в статическую энергию, увеличивая давление и уменьшая скорость потока. Название «диффузор» происходит от латинского слова «diffundere», что означает «распространять» или «рассеивать».

После диффузора воздух или газ поступает в охладитель, где его температура снижается, затем он проходит через фильтры для удаления оставшихся частиц и влаги. На выходе из компрессора сжатый воздух или газ поступает в накопители-ресиверы (от английского слова «receiver», что означает «приёмник»), где стабилизируется давление, и уже оттуда — к конечным потребителям. Транспортировка осуществляется по трубопроводам и шлангам, а различные регуляторы давления и клапаны контролируют подачу газа или воздуха.

Ресиверы служат буфером между компрессором и конечными потребителями сжатого воздуха, что позволяет сглаживать пульсации и обеспечивать более стабильное давление. В ресиверах также происходит отделение конденсата, образующегося в процессе сжатия, что предотвращает попадание влаги в систему.

От ресиверов сжатый воздух поступает в систему пневматического оборудования и конечным потребителям, таким как пневматические инструменты, производственное оборудование и системы охлаждения. Контроль и мониторинг всего процесса обеспечивается системой управления, которая следит за работой компрессора и вносит необходимые корректировки для поддержания оптимального давления и стабильной работы оборудования.

Применение компрессоров на предприятиях КазМунайГаза

Как на предприятиях нефтедобычи, транспортировки, так и на заводах КазМунайГаз (КМГ) компрессоры играют ключевую роль в обеспечении стабильной работы технологических процессов. Недавняя модернизация на ТОО «ПНХЗ», включающая замену центробежных компрессоров на новые модели Centac C700, позволила значительно повысить надёжность и эффективность производства. Эти компрессоры оснащены интеллектуальной системой управления, что упрощает эксплуатацию и обслуживание, а также снижает энергозатраты и потребление воды для охлаждения.

Ранее, два года назад ТОО «Казахский газоперерабатывающий завод» (КазГПЗ) ввёл в эксплуатацию пять новых компрессорных установок Ariel с газопоршневыми двигателями Waukesha (производства США), что позволило увеличить объём забираемого на переработку газа на 20%. Именно компрессорные агрегаты компримируют исходный газ, а затем сжатый газ направляется на ступень удаления серы. КазГПЗ утилизирует попутный нефтяной газ, добываемый в ходе эксплуатации Узеньского нефтяного месторождения, и является основным поставщиком сжиженного газа в Мангистауской области.

В целом, на предприятиях КМГ используются современные компрессоры различных типов и от разных производителей, включая, например, поршневые компрессоры для нефтепереработки, отличающихся высокой надёжностью и низкими эксплуатационными затратами, а также винтовые компрессоры, которые используются в процессах гидроочистки и других технологических операциях.

Влияние на экономику и экологию

Использование современных компрессоров не только повышает производительность, но и оказывает положительное влияние на экономику и экологию. Благодаря высокой энергоэффективности и снижению потребления ресурсов, предприятия могут значительно сократить эксплуатационные расходы.

Кроме того, отсутствие масляных и иных загрязнений в сжатом воздухе способствует снижению вредного воздействия на окружающую среду. Это позволяет предприятиям соответствовать строгим экологическим стандартам и снижать выбросы вредных веществ.

Таким образом, внедрение современных компрессоров способствует не только экономической выгоде, но и экологичности производства.