автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.07, диссертация на тему:Совершенствование технологии и оборудования для очистки поршневых компрессоров от нагаромасляных отложений

и V/ п

5 ЛПР 1993

• ГОСУДАРСТВЕННАЯ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ Я ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АКАДЕМИЯ НЕФТИ И ГАЗА имени И. М. ГУБКИНА

На правах рукописи

МОТУС СЕЕТЛАНА ЭДУАРДОВНА

УДК 621.512:521.7.024

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОРШНЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ 07 НАГАРОМАСЛЯНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ.

' Специальность 05.04.07 - Малины и агрегаты нефтяной и газовой промышленности

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1933

Работа вьтолнена в Государственной ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени академии нефти и газа им. И. V. Губкина.

Научный руководитель - кандидат технических наук Ходырев А. И.

Официальные оппоненты: доктор технических на»:, профессор Писаревсккй В. II кандидат технических наук с. н. с. Смерека Б. М.

Ьедущее предприятие - Московский компрессорный завод "Борец"

Защита состоится " 1993 р. в ^ часов,

на заседании специализированного совета К 053.27.02 в Государственной академик нефти и газа имени И. Е Губкина по адресу: 117317, ГСП-1, Москва, Ленинский пр. ,65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГАНГ им. И. V. Губкина.

Автореферат рззослан " /У/т^

1993 г.

Ученый секретарь

специализированного совета, г1

кандидат технических наук /Ц ' А. К. Беляев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность темы. Пораневые компрессоры широко применяются в нефтяной и газовой промышленности. Наиболее частой причиной взрьшов и пожаров воздушных компрессорных установок являются на-гаромасляные отлодания. Наличие нагаромасляных отлокзюй на поверхности газового тракта обусловлено реакциями окисления смазочного масла, подаваемого в рабочий цилиндр.

Среди разнообразных способов прэуотэрадакия аварий наиболее перспективной является аэрозольная физико-химическая счистка, в ходе которой з поток газа разгруженного компрессора подается распыленный раствор моющего средства, в процессе транспортирования жидкости на поверхности отложений формируется пленка раствора, отделения смачиваются, разрыхляются и разрушается, а затем выкосятся из газового тракта как пленкой, так и потоком газа.

Широкое внедрение аэрозольной технологии ограничено вследствие малой изученности физических процессов, имевде; место при очистке. Неверный выбор режима очистки ножт привести к засорению клапанов и кожухотрубчатых холодильников продуктами очистки и высохшими частицами моющего средства, смыванию смазки в паре "поршень-цилиндр", неравномерному удаления отлозвний. Поэтому задачи разработки метода расчета процессов, происходящих в газовом трасте поршневого компрессора при движении аэрозоля и исследования эффективности удаления нагаромасляных отлохений при различных технологических режимах являются актуальными.

Цель работы. Совервенстованяе технологии и оборудования для счистки поршневых компрессоров от нагаромасляных отлоганий.

Основные задачи исследования:

1. Обоснование расчетной схемы и разработка математической модели, описывающей физические процессы, происходящее как в цилиндре поршневого компрессора, так и в межступекчатых комлунграциях и сосудах при проведении аэрозольной очистки;

2. Проведение численного зксперимекта с целью определения толщины, концентрации, температуры пленки моющего раствора^ на поверхности отложений при различных режимах работы компрессора и оборудования системы впрыска

а Разработка экспериментального стенда и осуществление комплекса исследований для получения качественного представления о механизме взаимодействия пленки моющего раствора с отлохс-шими в процессе очистки, а также проведение сравнительного анализа эффективности удаления стлолнниП при различных технологических рехимах.

4. Еа основании полученных экспериментальных данных и результатов численного моделирования разработать рекомендации по назначению параметров технологического режима счистки, необходимые для проектирования системы впрыска моющего раствора для высокопроизводительных пориневых компрессоров.

Научная новизна. Разработана методика расчета параметров двухфазного дисперсно-кольцевого потока, движущегося по газовому тракту поршневого компрессора. Методика позволяет определять концентрацию, температуру моющего раствора как в гаСочея цилиндре компрессора, так и г межстуиенчатых коьваунккацкях , а такхе расхо;, толщину и скорость дзикекия пленки во всасывающих и наг-

нетательных трубопроводах. 'Методика учитывает процессы ме.тфазкого тепломассообмена и изменение гидродинамических характеристик аэрозоля. Разработанная методика позволяет дифференцированно рассматривать процессы плэнкообразования как з прифореуночксй зоне, так и в установившемся газожидкостном потоке.

Создан экспериментальный стенд, позволяющий проводить исследования эффективности удаления отложений з зависимости от скорости движения аэрозоля и от толщины пленки .жидкости на поверхности.

Сделан анализ результатов, полученных при численном и экспериментальном исследованиях.

Практическая ценность. Разработанные методы расчета процессов в газовом тракте поркнеЕого компрессора при движении аэрозольного потока, реализованные в виде программы на ЭВМ, а так-ж результаты проведенных экспериментальных исследований и промышленных испытаний позволяют проектировать систем впрыска и назначать технологический режим очистки, обеспечивавшие эффэк-тизное удаление нагаромасляных отлохений с внутренней поверхности газового тракта -при минимальных затрата;-; труда, времени и ' материалов.

Апробация и реализация результатов работы. )йтер;:г.1и диссертации нашли практическое применение при разработке оборудования, схемы впрыска и инструкций по плановой очистске компрессоров 50Т-130/200, 4М10-40/70, 6ГМ16-140/200, £05ВП-15/70, 7ВП-50/8.

Результаты работы использованы при реализации и внедренш аэрозольной технологии ка ¡¿псковском коксогазовом заводе, Бала-еихинском кислородном заводе, АПО "Омскхкмпром", ПО "Ставрополь-полимер", Уфимском заводе синтетических спиртов и Минкибаевско! газоперерабатывающем заводе ПО "Татнефть".

Публикации. Материалы диссертации опублкюванк в трех работах. Подучено одно авторское свидетельство.

Структура й объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы к приложений.

Работа содержи 128 страниц машинописного тексза, 26 рисунков, 5 таблиц, список литературы из 117 наименований.

СОДЕРЖАНКЕ РАБОТЫ

Во введении диссертации обосновывается актуальность поставленной задачи исследования, кратко представлена общая характеристика структуры и содержания разделов, основные результаты работы.

В первой главе выполнен обзор работ, посЕященнж проблем! кагарообрззования и известны).! способам ее решения в промьпиленно! эксплуатации воздушных поршнеЕых компрессоров, произведен и. а:-.ализ и сформулированы задачи исследования.

Рассмотрены причины и механизм нагарсоОразования з воздушных поршневых компрессорах. Установлено,что обеспечение безопасности работы установок производится путем подбора компрессорного масла и контролированием его расхода, а также путем обязательного периодического удаления нагаромасляиых отложений.

Исследования, проведенные Кутланом Я, Смертяком й1, Лукашенко С. В., показали, что нормирование расхода масла и улучшение его термоокислительной стабильности пуч-ем введения присадок существенно повышает взрьгаобезопасность эксплуатации компрессоров, но увеличивает себестоимость производства и полностью образование отложзний не предотвращает. В связи с этим особое значение имеют способы удаления отложений из газовго тракта.

Промышленное применение имеют механические и физико-химические способы удаления отложений. Неэффективность механической очистки обусловлена необходимостью полной разборки компрессора и длительными непроизводительными простоями, а также высокими трудозатратами и невозможностью очисти: каналов сложной формы.

Физико-химические способы нашли широкое применение благодаря исследованиям Беренсона С. П., объяснившего коагуляшонньй механизм образования углеродистых отложений и предложившего разрушать их за счет энергии молекулярного воздействия растворителями или растворами мокших средств. Применение растворителей в обьэм случае ужесточает требования техники безопасности, поэтому большее распространение получили водные растворы мокших веществ, содержащие щелочи и поверхностно-активные вещества. Исследовании механизма разрушения отложений с помошьв таких средств, поиску путей его оптимизации посвящены работы Савченко В. К , Тельноза

Б. К. , Корецкого Л. Ф., Кслосаиовой К А., Куликова А. А. я др.

Анализ работ показал, что полного представления о механизме моющего действия технических мощих спедстЕ нет. Псзтому для определения условий эффективной очистки внутренней поверхности га-зоеого тракта компрессора необходимо провести экспериментальные исследования.

Физико-химические способы могут быть реализованы е виде циркуляционной и аэрозольной технологий. Очистка циркуляцией не исключает разборки компрессора, а такле требует косого насосного оборудования и большего расхода моющего средства. Аэрозольная очистка, предполагает существенное сокращение трудозатрат, материалов и непроизводительных простоев компрессора

Разработке аэрозольной технологии удаления кагаромаслякых отлог£нкй посвящены работы Борксенко К. С. , Рябцева Н. Е , Шленова А. А., Еоропая П. К. , У^ыслицкого £. Е , Рахмилевича 3. 3. , проведенные во ВКЖГЕ, ИГМ и ТК км М. М. «»дорога к Ш "Союзхистромэнер-го", МИНХ и ГП им. И. Ы. Губкина.

Из анализа публикаций видно, . что широкого практического применения способ не кашел.так как неверный выбор чокцентрадаи и расхода раствора, режима работы компрессора в процессе очистки г.рпводил 1: ряду негативных последствии: клапаны и холодильники забивались сухи.«: частицами моющего средства к разрушенных отложений, в парс "поршень-цилиндр" смывалась смазка п повргадзлась поверхность зеркала цилиндра, удаление отложений происходило неравномерно. Установлено, что успешное проведение очистки требует ■ точного расчета процессов, происходящих при движении аэрозоля по газовому тракту.

К числу основных процессов, определяющих эффективность аэрозольной счистки отнесены следующие: - диспергирование жидкости при подаче в компрессор; - осаждение капель аэрозоля в пленку; -мгзкфазный тепломассообмен; - движение гаготадкостной смеси на вертикальных участках коммуникаций с восходящим потоком воздуха На основании анализа литературных данных были сформулированы задачи настоящей диссертационной работы.

Во второй главе приведена разработанная автором методика расчета параметров мощэго раствора при гпрыске и движении его по газовому тракту, проанализированы результаты расчетов.

Математическая модель представляет собой дискретный ачатсг реального процесса очистки. Исследуемый участок газового тракта разбивается на конечное тесло j контрольных объемов, характеризующихся кзазистациснарность» протекающих в них процессов. Что дает возможность применять для их описания систему не дифференциальных уравнении, а алгебраических и трансцендентных. Модель реализуется путем последовательного пересчета параметров для калщого контрольного объема с помощью ЭВМ типа IBM.

При впрыске раствора моющего средства в воздушный поток образуется спектр капель разных диаметров. Для центробежной Форсунки распределение числа капель по размерам дозодьно точно описывается формулой Трека-Головкова

Р

Гс

fi2aia ewj-jicunjac)

(i)

где - функция плотности распределения числа кап:

по

аметру; р - постоянный параметр, для всех центробежных форсунок р =0,19; йте , (1в - диаметр наибольшей и произвольно! капли - в спектре в момент впрыска;

Весь спектр капель разбит на фракции, каждая из которых характеризуется диаметром Д;;.. равным среднеарифметическому в ди-

</' /т"

апазоне, охватываемым фракцией, и числом капель Ау.

Формирование пленки начинается в прифорсуночной зоне. Расчет траектории движения каждой капли производится на основ-, равенства сил сопротивления газовой среды и сил терции жидко) шаровой частицы. Если удаление капель от оси форсунки при распиливании превышает радиус трубопровода, то считается, что фракцш этих капель осаждаются на внутренней поверхности трубопровода 1 образуют первичную пленку. Расход жидкости в пленку в прифорсуночной зоне ¡2у находится из уравнения:

3

где - максимальное оставшееся количество фракции в спектре;

- номер фракции, начиная с которого, траектории капель ж ¿-ом контрольном участке ограничены поверхностью трубопровода.

Мелкие капли спектра уносятся газовым потоком и формируют вторичную пленку по длине коммуникаций. Формирование такой плен-га описывается миграционной теорией осаждения диспергировании; частиц Е. Д Медникова с учетом исследований Н. Е Оболенцева, касающихся деформируемости редких капель аэрозоля.

Для определения параметров гадкой фазы потока в псслс-цтазек расчете приняты допущения: поток стационарный, гаа идеаль-

- и -

кый, испарение ;гидкости квазистационаркое внешний теплообмен отсутствует, давление газа постоянно, коагуляцией, цроблением капель можно пренебречь.

Объемный расход жидкости во вторичную п'лзнку 0." рассчитывается по изменению концентрации :сапелъ на исследуемом участке трубопровода:

с -/

где - ¿/'-О су - концентрации капель кзддой фракция в сечениях, огранкчизашцих ¡контрольный участок трубопровода; О.Г - объемный расход газа.

Движение газо:?здкостного потока сопровождается меякюкым тепломассообменом. Объем жидкой фазы уменьшается в результате испарения. Для- расчета параметров испарения капель и пленки принята следующая схематизация: раствор состоит из двух компонентов, один из которых - моязее средство - в мгсссобмекз не участвует, его абсоясаный объем и масса неизменны. Объевшая г-оля мс;о-кего средства в настоящих исследования:: имеет ганюе значение и называется "концентрацией раствора".

Испарение капель списывается законом Срезневского. Концентрация раствора в капле для каэдой фракции рассчитываете* следуто-Е'.М образом:

ц£.. = . (4)

-м ^ ■

В отличие от капель пленка раствора интенсивно обдуваете.-: воздухом, и скорость ее испарения определяется по закону Дальто-

Л1"*

на. Объемный расход жидкости, испаряющейся на пленки Ы ^ на исследуемом участке трубопровода, вычисляется следующим образом:

^ ¿ Л а7г [Ту ъ ) ' (5)

А'и,- число Нусс-ельта; А* - коэффициент диффузии пароз; Гпу -гдсгад!" испаряющейся поверхности пле::ки; - диакетр трубопровода; - ^аьовая постоянная для пара-, давление насыщенных :.ъ.риЬ; парциальное давление пара в воядухе; ^-у'- теьшерату-

ра плечш:: < - температура воздуха; Рв - плотность воды.

о' '

Ссепр расход жидкости в пленке на ;-ом контрольном участке •/1>\-с>оп;.С'Гог5 определяется как сумма расходов:

с

а: = и^* Щ - . (6)

Температура пленки Тпл| определяется иг уравнения теплового Сеанса кваэистадаонарного теплообмена итерационным методом.

лскцснтрация коэдего средства в пденке.у". находится из урав-„ОъЛл массового баланса для исследуемого участка трубопровода*

СС А ист.

.г- Ос - плотное!ъ сухого моюшего средства, - массовый расход

« ^

пл^нкк, поступающей с предкдущэго участка, , - массовые расходы состветстзенко осаждающейся и испаряющейся на кентроль-участке жидкости.

Изменение термодинамических параметров потока и массового соотношения фаз рассчитывается на основании уравнения 1-го начала термодинамики для открытой системы.

Толщина и скорость деихкния пленки определяйся известными соотноиениями для расчета истинных объемных содержаний газа " жидкости в кольцевом двухфазном потоке итерационным методом.

На основании представ тенных внратаний, а также ряда крестных зависимостей составлен первый блок программы для ЭЕМ на ке Паскаль.

С помощью данного блока был проведен анализ злилнпя количества впрыскиваемого раствора,дисперсности распиливания, дазле-ния, скорости и влажности газа па толщину, температуру и концентрацию пленки моющего раствора

Расчеты проводились для условий промышленной зксплу--а^л: системы зпрыека (диаметр трубопроводов 100 - 200 мм, око:;/-,v газа 10 - 40 м/с, давление газа 0,2 - 1.0 МГы, о^лосит^л^-г-злажгость воздуха 20 - 10022, относительный массовый раствора 0,01 - 0,3 кг/кг, диаметр сопла центробежной '{орсунки 1,0 - 2,0 мм,перепад давления на форсунке 0,2 - и.г* ííTa>

Установлено, что наибольшее влияние на изменение овойе?.-.-раствора сказывает влажность воздуха. Наиболее благоприят1';.« проведения аэрозольной очистки является релш от котят i влажностью не ниже 80S. Оптимальным является ре .им этякгс кения воздуха, что способствует стабилизации <о>"".ектрг1эт-вора .температуры и толщины пленки.

3 результате численного эксперимента установлено. -.г; Ь-У мирование пленки происходит з основном в npntopcy;-: ччсй :cí:o, •.

- и -

из установившегося потока в пленку выпадает не более 5Z от объема впрыскиваемой жидкости. Таким образом, изменение относительной толщины и концентрации п£енки по длине очищаемых '.-.оммугака-ш;й определяется прехде всего процессом испарения жидкости.

Массовый поток пара от .жидкости в значительной степени определяется площадью межфазкей поверхности. Площадь поверхности капель превышает площадь поверхности пленки в пределах прифорсу-кочной зоны при любой дисперсности и количестве впрыскиваемого раствора. С увеличением расстояния от Форсунки диаметр капель в результате испарения уменьшается, и кассовый поток от .капель снимется быстрее чем кассовый поток пара от пленки. Поэтому могут возникать режимы с преи;,уществзкко пленочные испарением, что . отрицательно влияет на равномерность распределения кидкостп в пленке, а такав способствует существенному росту концентрации.

Анализ изменения относительной толщины пленки по длине трубопровода позволил заключить, что чем грубее распыл, тем кышэ расход гнидкости з первичную пленку и степень неравномерности распределения ждкоогк по длиае. Бри достижении стабильного состояния относительная толщина пленки растЕсра при максимальном диаузтре капэль в ■ спектре Qr,v~ SO ыкм моле? быть в 1,1 - 1,5. раз вмге. чем при Си^' 160 ыкм. Причем, различие в относитоль-нкх толщинах тем вше.'-км ьйньеэ относительный нассоБЬй расход кщкастк и нике елэкзость воздуха.

Концентрация раствора в процессе очистки ъ oCisj.v: случай будет повышаться. Предварительный расчет показал, что для loro, чтобы сохранить концентраций раствора по всей длине трубопровода в пределах 1,5-относительны;! мзссовьй расход жадности, дол-

жен составлять ке менее 0,2 кг/кг. Г^ри моделировании установлено, что концентрация растЕорз теп меныте отличается от первоначальной концентрации приготовленного раствора, чем больше объемная доля пара, псступамцего в газ от капель. Отнссктелыпй массовый расход раствора для релимов с преимущественно капельным испарением составляет ¿5-0, Зкг/кг. Величина рационального относительного массового расхода определяется из экспериментальных исследований.

?асче1ы показал:!, что уменьшение диаметра сопла ргспылите-лей при оджакош,: расходе жидкости привод;«: к увеличен:® чксла •.ге^лж капель в спектре м способствует более быстро;} стаб^лжг-ц:-к температуры. тэлпины к концентрации плевки раствора..

В ходе моделирования выяснилось, что давление газа еукест-венного влияя:« на параметры пленки не окагнззет.

Второй блок программы- представляет собой математическую модель цилиндра поришегсго компрессора с двг4азккм рабочим тело:,! и предназначен для подбора рззаш роботы ступеней компрессора (степени разгрузки, температура нагнетания, влзяиосги воздуха).

Основу модели составляет ;,-е?оди"ка определения параметров газовой фазы б рабочем цилиндре поршневого компрессора с двух-Фазкш рабочим тело:.-., разработанная л. и. Ходырезым нримевя-гельяс к условиям испарительного охлаждения. Система уравкеняй дополнена завис/'мостя!.?:, сг-ргтасжая! принятую схематизацнс при опрззе-■ченпи концентраций г-гствора в капелькой фззе. Так узесогкЯ расход поды да, который попадает в цилиндр и участвует з процессах испарения и конденсации выражается слйзуяейм образом:,

где Ор- объемный расход раствора;

На стадии всасывания капли участвуют в процессе тепломассообмена неодновременно, что ведет к образованию фракции с различной концентрацией моющего средетза. Влияние режма работы компрессора на параметры жидкой фазы оценивается для капель с максимальной кокцентрацей.

Проведенные расчеты на втором блоке модели позволили исследовать изменение концентрации и температуры раствора в каплях в зависимости от дисперсности распиливания, количества раствора, степени повышекип давления и начальной влажности воздуха

Е результате исследований было установлено, что начальная Елажкость воздуха на степень испарения и концентрацию раствора в каплях влияет незначительно.

Ааназиз различиях рехимов впрыска йидкости показал, что при мелкодисперсном распыжгвакии при наибольшем диаметре капель е спектре £1т, < ЗОмкм, а такав при малом относительном массовом расходе раствора Бр < 0,01 кг/кг существует опасность полного испарения раствора.

Наиболее существенным результатом моделирования является обоснование степени разгрузки поршневого компрессора. Так как эффективное удаление отлокэкий возможно при температуре аэрозольного потока не нияе 70 С, то степень повышения давления на первой ступени компрессора не должна быть менее 2. Однако увеличение степени повышения давления первой ступени более 2,4 может сопровождаться ростом температуры газа СЕЫге 100 0 и значительным испарением раствора не только в цилиндре, ко и в межступен-

чатых коммуникациях.

В третьей глава изложены задачи экспериментального исследования, дано описание установки, методики проведения опытов, приведены результаты экспериментов и сделан их анализ.

В эксперименте рещались следующие задачи:

а) Получение зкспгриместальных данных по влиянию расходных характеристик ггзотадкостного потока на эффективность удаления нагаромасляньк отложний;

б) Сравнение результатов математического моде.гирования и дачных эксперимента, оценка пригодности разработанной методик;-; для определения параметров раствора при очистке.

в) Оценка влияния предварительного замачивания на гйе1ггкз-гость удаления отложений.

Исследования проводились на установке, включавшей двухсту-:енчату» воздуходувку типа "РУТС", ресиЕер,блок подачи моющего застнора, горизонтальный участок трубопровода, сепаратор, !-.зме-дательные приборы и устройства Газовый контур - разомкнутый, заОочая среда - воздух. Впрыскиваемая едкость - 1,5Z раствср

Экспериментальный застоя представляет горизонтальный тру-опровод, собранный из катущек Ду:50 длиной 250 и 500 мм и одной ■атушгз'. ДуЗО длиной 1ССС- од. Ойкая длина участка составила Зм. Начальная катушка предназначена для ввода форсунки. После дующие атузки имгют по четыре симжтричнс расположенных Фланца Ду32 ля установки обгазцов. Отбор жидкости при впрыске осуществля-тск через узлы дкК^рекщкровэннкх плйнкосппмзтслзй.сионтиро-

ванных на выходе кавдой катушки.

Подача раствора осуществлялась многоступенчат: центробежным насосом, развивающим напор 100 м и подачу около 5мЗ/час. Всасывавший патрубок насоса оборудован сетчатым фильтром. Впрыск раствора г.'роизеодился центроЗе:знымя форяуниаьм с диаметром сопла 1,2 мм.

Раствор нагревался электрическим нагревателем в емкости, обгемом 200 л до температуры 70 С. Температура жккэсти измерялась ртутным термометром.

Регулирование расхода воздуха осуществлялось перепуском части воздуха на всасывание и созданием сопротивления задвихкой гл выходе из экспериментального участка. Расход измерялся с помощью измерительной диафрагмы и ртутного дифференциального манометра. Температура с:*атого воздуха контролировалась датчиками сопротивления и ртутным термо!,;етром на Еыходе из ресивера.-

При исследованиях применялись экспериментальные образцы, которые представляли собой круглые стальные шайбы, покрытые слоем отлоаэкиС толазтой до 2-х мм. Часть шайб была покрыта искусственная! отлокеними, приготовленными по методики ГОСКГГИ, другая часть - предварительно устанавливалась на сконструированных при участии автора нагароотборниках в крклке нагнетательных клапанов 1-й ступени компрессора 50Т-1сС/2С0 на Московском коксогазовом заводе и в нагнетательный трубопровод 2-й стугени компрессора 4М10-40/70 ка ПО "Ставропольполи>.:тр" на период до трех месяцев.

Эффективность удаления отложений определялась по относительному изменений массы отлоуекий ео времени. Период экспонпро-

Еания составлял один час, продолжительность каждого эксперимента составляла четыре часа

В эксперименте было установлено, что при промкменко возможных условиях проведения аэрозольной очистки в трубопроводе реализуется дисперсно-кольцевой режим течения газожидкостного потока. Распределение пленки по периметру горизонтального трубопровода имеет серповидный характер. Болыгая часть пленки скапливается в нижней части трубы. С уменьшением скорости движения газового потока серповкдность более Екражэна, и при скорости потока менее 5 м/с режим течения становится расслоенным.

Усредненная по периметру толщина пленки по длине участка в эксперименте отличается от расчетного значения не Солее чем на 8-10%. Установлено, что с ростом толщины пленки эффективность удаления отложений возрастает.

На основании данных эксперимента предложена формула для определения средней скорости удаления отложений Ууд в зависимости от толщины пленки й

ЦА=-331Н^2Б7Н£+ 50,?Н • (9)

Расхождение расчетных и экспериментальных дачных н? превышает 10%. Численный анализ позволил определить рациональную тол-шину пленки, которая составляет около 0,5 мм.

С повышением скорости движения газа эффективность удаления отложений существенно возрастает. Так увеличение скорости газа в четыре раза приводит к росту скорости удаления отложений з два раза.

Исследования показали, что предварительное замачивание от-

дожениЯ в растЕоре способствует сокращенна времени на очистку. Существенное влияние на эффективность отделений оказывает время выдержи образцов во влажном состоянии'после замачивания. Та;: увеличение периода выдержи с 30 минут до 2-х часов приводит к росту скорости удаления отлокений в 1,1 - 1,5 раза соответственно. Ери дальнейшем увеличении периода выдержи скорость удаления отлолений растет незначительно.

Измерения концентрации раствора осуществлялись оптическим методом. В ходе эксперимента было установлено, что расчетная концентрация отло.гяний ним экспериментальной на 3-12%, что свидетельствует о влиянии частиц раствора из испарившихся капель.

Сравнение экспериментальных и расчетных данных показало, что разработанная -методика модет применяться-для расчета процессов, происходящих в газовых коммуникациях поршневого компрессора при аэрозольной очистке.

В четвертой главе предстазлены результаты опытно-промышлея-ных испытаний, проведенных на еоздуеном порщнеЕом компрессоре 50Т-130/2С0, эксплуатирующемся на московском коксогазовом зазо-де. Приведены параметры технологического реаяма, описание систем впрыска 35 результаты работ по очистке других марс-: поршневых компрессоров выполненных с использованием выводов и рекомендаций диссертационной работы.

Перед очисткой толщина кагаромас-ляных отложен;:;': на внутренней поверхности воздушного тракта составляла 2-10 мм.

Для увеличения скорости двияения аэрозоля с третьей, четвертой и пятой ступеней все клапаны были сняты. Даглэкие нагне-

такия первой ступени регулировалось путем перепуска части потока на всасывание и составляло не более 0,1 МПа. На холодильниках и маслоотделителях установки смонтирована система продузок. Расход циркуляционной воды в холодильниках первой и Еторой ступеней был уменьвон примерно вдвое, а на холодильниках более ьисских ступеней педача золы была отключена.

Для счистки был приготовлен раствор УС-15. Температура раствора составляла 70 С, концентрация раствора в емкость поддер/и-:.алась равной 1,5 Z.

Впрыск раствора осуществлялся центробехльии форсунками типа ФХ4, <Н5 и ФХ10, разработанным! з ГАНГ им. И. М. Губкина при участии автора Диаметр сопла распылителей составлял 1,2 мм. Форсунки был:: установлены в крыпки нагнетательных клапанов всех ступеней, во ьсасьшажие патрубки пэрзой и второй ступеней к перед холодильников первой ступени.

Так как всасызаглий патрубок второй ступени вергклзльньй, и поток газа в нем гоехгдящий, то место ввода форсунки было определено ка основании г; едварительнсго расчета числа Кнухсена Кл. Так как K'j<3,2, 1-о форсунка была установлена в верхней части участка.

Давление насоса составляло 1МПа. Очистка ¡:рог:лп*ась 5 часов с перерывом в 2,5 часа для промежуточного ссмотра

В ходе гаягродгкей ревизии установлено уловлет;:pirreдьное качество очистки. ¡Ьгт;рл!:ость коробок кагнетатегькЕк клапанов третьей, четвертой и плтей ступеней, а татак. холодильников второй и четверток ступе:-: ?нй были очинены полностью. Не удаленными остались стлсхения -олвинн ксгогкх до очистки составляла более

10 мм, находящееся 2 застойных зонах нагнетательных коммуникаций первой и второй ступененй. Также не более, чем на 70 X были удалены отложения с поверхности холодильника первой ступени. Неравномерность очистки обусловлена невысокой скоростью газа на низких ступенях компрессора и недостаточной продол;,-'¿цельностью времени ее проведения.

В ходе опытно-промышленных испытаний было установлено, что байпасирование потока на всасывание первой ступени оказывает положительное влияние на эффективность очистки за счет существенного повышения начальной влажности воздуха на выходе из цилиндра и позволяет более продуктивно использовать раствор моющего средства.

Результаты опытно-промышленных испытаний подтвердили. , правильность выводов и практических рекомендаций, разработанных на основании численных и экспериментальных исследований, а также показали перспективность применения аэрозольной технологии для удаления нагаромасляных отложений и получили промышленное применение. Поэтому материалы диссертационной работы были использованы при разработке и внедрении в эксплуатацию инструкции по очистке и системы впрыска для компрессора 6ГМ16-140/200 Еалаши-хинского кислородного завода, а также для компрессоров 305ЕП-16/70, ВП-50/3 Уфимского завода синтетических спиртов. Разработана также инструкция по счистке компрессоров 305ВГ!-16/70 на Миннибаевском ГПЗ ПО "Татнефть".

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Аэрозольный способ удаления отложений нагаромасляных от-ло;;гний, исключающий необходимость продолжительных простоев оборудования, высоких трудозатрат и материальных вложений и.меет ограниченное распространение из-за неизученное™ происходящих при его реализации процессов. Научное обоснование выбора технологических параметров к характеристик оборудования системы впрыска позволяет существенно повысить эффективность применения аэрозольного способа удаления нагаромаеляных отлохений, улучшить качество очистки внутренней поверхности газового тракта воздушного поршневого компрессора и своевременно предупреждать возникновение взрывов и пожаров при эксплуатации компрессорного оборудования.

2. Разработанная методика расчета позволяет определять влияние процессов диспергирования гядкости, осатгенкя капель в пленку и меггДазкогс тепломассообмена, происходя^ г.ри аэрозольной очистке, на изменения температуры, концентрации и толщины пленки раствора на поверхности загрязнений в ме.татупекчатых коммуникациях. С помощью методики мо.*ко определить также теркэдкнз-мнчеекке параметр:-*: газохидкостного псто;са в рабочем цилиндре пориневого компрессора с учетом изменения концентрации раствора в каплях.

3. Равномерность распределения толщины, а так/г стабильность концентрации и температуры пленки раствора по дзгне коммуникаций определяются, в наибольшей степени злажюстьс воздуха Для проведения з(£ф?лтизн0й очистки, влажность воздуха делима быть не менее 60Х. Обеспечение такой влажности непосредственно на вы-

ходе из цилиндра достигается путем байпасирования части газозкид-костного потока во всасывание первой ступени.

4. На основании расчетов установлено, что концентрация моющего средства в приготовленном растворе должна составлять 1,5 -2 X.

5. Эффективная моющая способность раствора реализуется при температуре 70-80 С. Поддержание такой температуры жидкости в потоке возможно путем кемпримирования воздуха на низких ступенях со степенью повышения давления в пределах 2.0-2,4 и при условии, что впрыскиваемый раствор подогрет до температуры 60-70 С.

6. Увеличение скорости движения аэрозоля повышает результативность очистки. Максимально возможные скорости движния газа е такте очищаемого компрессора обеспечиваются путем снятия клапанов со второй и последующих ступеней.

7. Увеличение толщины пленки жидкости на очищаемой поверхности повышает скорость удаления отложний. Рациональная толщина пленки раствора на поверхности газового тракта при очистке составляет 0,5 мм.

S. На основании экспериментальных исследований установлено, что предварительное замачивание отложений путем кратковременного впрыска и последующей выдержки внутренней поверхности газового тракте во влажном состоянии не менее двух часов сокращает время очистки в 1,5 - 2 раза

9. Расположение форсунок на вертикальных участках трубопровода с восходящим потоком газа определяется числом Кнудсена Ки: если Ки <3,2, то Форсунку необходимо устанавливать в верхней части участка, если л з нижнем.

- 25 -

10. Результаты исследований позволили разработать и внедрить в промышленную эксплуатацию аэрозольную технологию и оборудование для очистки от кагаромаеляных отложении компрессора 50Т-130/200 на Московском коксогазовом заводе, компрессора 6ГШ б-140/200 на Балашкхинском кислородном завсде, а таглщ компрессоров ВП-50/8 и 305БП-16/70 на Уфимском заводе синтетических спиртов и Мкннибаезокок газоперерабатывающем заводе.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Ходырев А.)'., уэтус С. 3. Очистка воздушного тракта порс-нерых компрессоров от нзгаромасляныя отложений / Тезисы докладов VIII ВНГК " Создание компрессорных машин и установок, обэспечк-ващчх интенсивное развитие отраслей топливке-злергетического комплекса".- 10-12 октября 1989 г., г. Сумы. - V., Цинтихимнефгемал, 1989 г. -с. 115.

2. Ходырев Л- 21 , Мотус С. Э. Анализ технолога- очистки порз-невых :сомпресссрог ст нагаромасляных отложений. / Тезисы докладов ЕНТК " ПроСлемъ; развития нефтегазового комплекса страны", 4-6 июня 199а г пое. Красны;! курган.- ГАНГ и;.;. ГуС:-з<на, 1991 г. ,-с. 118.

3. А. С. 1742513 (СССР; Аэрозольный спозсб счистки газового тракта компрессора от нагаромзслянчх от дожни?.. Авт. кзсбрет. А. Я Ходырев, С.З. Котус. Олубл в Ей Н23, 1991 г.

4. Ходырев А К , Мэтус С. Э. Промышленное кспьгаки? по аэрозольной очистке компрессоров 50Т-130/200 от катаре масляных отложений// Химическая промышленность. 1992 г. с. :7-£0.