DD247953A1 - Verfahren zur steuerung der gasvorwaermung mittels waermeuebertrager - Google Patents

Abstract

Das erfindungsgemaesse Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuerung der Gasvorwaermung realer Gase mit einer geringen Systemzeitkonstante realisiert wird. Mit dem entwickelten Verfahren lassen sich schnelle Aenderungen des Volumenstromes optimal ausregeln und den Energieaufwand fuer den Vorwaermprozess auf das technisch erforderliche Minimum reduzieren. Die Erfindung bezieht sich auf die Vorwaermung von Gasen, die auf Grund des Joule-Thomson-Effektes bei der Druckreduzierung eine Abkuehlung erfahren. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Erwärmung von veränderlichen Stoffströmen mit Hilfe von durch flüssige oder dampfförmige Wärmeträger beheizte Wärmeübertrager.

Sie bezieht sich auf die Vorwärmung von Gasen, die auf Grund des Joule-Thomson-Effektes bei der Druckreduzierung eine Abkühlung erfahren.

Die Erfindung führt bei Anwendung in Druckreduzier- und Druckregelstationen vorzugsweise in Erdgasübernahmestationen _r großer Leistung zur Verminderung des spezifischen Energieaufwandes für die Gasvorwärmung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Vorwärmung von Erdgas zur Kompensation des mit der Entspannung verbundenen Joule-Thomson-Effektes wird vor der Druckreduzierung mit Hilfe von Wärmetauschern realisiert, die in Strang- oder Gruppenbauweise angeordnet sein können. Die Wärmetauscher werden im allgemeinen in zwei unterschiedlichen Varianten zum Einsatz gebracht.

In der ersten Variante durchströmt das Erdgas einen Wärmeübertrager, der von einem Heizmedium durchströmt wird. Die Temperatur des Erdgases wird am Ausgang des Wärmeübertragers gemessen und als Regelgröße einem Temperaturregelkreis aufgeschaltet, der den Durchfluß des Heizmediums so steuert, daß die fest eingestellte Solltemperatur des Erdgases erreicht

Die Störgrößen dieses Regelkreises sind der Vordruck, die Gaseingangstemperatur und der momentane Volumenstrom.

Während der Vordruck und die Gaseingangstemperatur unter normalen Betriebsbedingungen geringe Änderungsgeschwindigkeiten aufweisen, ist die Änderungsgeschwindigkeit des Volumenstromes relativ groß.

Die beschriebene Regelkreisstruktur weist eine hohe Systemzeitkonstante auf. Damit ist die Ausregelung der Störgröße Volumenstromänderung nicht optimal. Um die Anlagen betriebssicher betreiben zu können, wird die Gasausgangstemperatur höher gewählt als technisch notwendig wäre. Damit wird mehr Wärme zugeführt, als erforderlich. Das vermindert den gesamtenergetischen Wirkungsgrad.

Ein weiteres bekanntes Verfahren stellt die Vorwärmung von Erdgas mittels Heater dar. Mit der Art und Weise der Vorwärmung durch ein großvolumiges, massebehaftetes Wasserbad ist eine extrem hohe Systemzeitkonstante verbunden. Auf Grund dieser Tatsache muß die Gasaustrittstemperatur wieder höher als technisch notwendig gewählt werden. Das hat einen Eigengasverbrauch zur Folge, der erheblich höher als erforderlich ist.

Es sind weder aus der nationalen bzw. internationalen Fach- oder Patentliteratur, noch aus anderen Veröffentlichungen Verfahren bekannt, die diese Regelungsaufgabe, d. h. Regelung der Vorwärmung eines Gasstromes unter Berücksichtigung der Störgrößen Vordruck, Gaseingangstemperatur und vor allem Volumenstrom, unter Vermeidung der genannten Mängel, zufriedenstellend lösen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Steuerung der Vorwärmung realer Gase zu entwickeln, welches sich durch eine geringe Systemzeitkonstante auszeichnet. Mit diesem Verfahren sind schnelle Änderungen des Volumenstromes optimal ausregelbar.

Der Energieaufwand für den Vorwärmprozeß kann mit Hilfe dieses Verfahrens auf das technisch erforderliche Minimum reduziert werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung der Erdgasvorwärmung mittels Wärmeübertrager zu entwickeln, welches die entnommene Wärmeleistung mißt und einem Wärmeleistungsregelkreis als Regelgröße aufschaltet. Dieser Regelkreis ist durch eine Führungsgröße zu beeinflussen, welche die Störgrößen Vordruck, Eingangstemperatur und Volumenstrom beinhaltet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die entnommene Wärmeleistung über die im Heizkreislauf gemessenen Größen Vorlauftemperatur, Rücklauftemperatur und Durchfluß ermittelt wird und als Regelgröße einer Regeleinrichtung aufgeschaltet wird. Diese Regeleinrichtung steuert ein im Vorlauf des Heizkreislaufes angeordnetes Zwei-Wege-Ventil, das einen variablen Teilstrom zum Wärmeerzeuger zurückführt.

gebildet wird.	=
Dabei bedeuten:	=
Qsoii	=
Vn	=
Cp	=
	=
Pe
Pa

Der erfindungsgemäße Regelkreis wird durch einen Sollwert geführt, der aus den Meßgrößen: Volumenstrom, Gaseingangsdruck und Gaseingangstemperatur nach der Gleichung

üsoii = V_n Cp · [μ (p_e - p_a) - t_e + t_a]

SollwertdesWärmeleistungsregelkreises in MJ/h

vorzuwärmender Erdgasvolumenstrom in 10³m_n/h

spezifische Wärme des Gases inKJ/rfi_nK

Joule-Thomson-Koeffizient inK/MPa

Gaseingangsdruck in MPa

Gasausgangsdruck nach Druckreduzierung in MPa

t_e = GaseingangstemperaturvorWärmeübertrager in°C

t_a = Gasausgangstemperatur nach Druckreduzierung in ⁰C

Die Größe t_a wird an der sollwerterzeugenden Meßeinrichtung gewählt, die Größe p_a kann je Anwendungsfall variiert werden, d. h. als Meßgröße oder als wählbare Größe.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand der Zeichnung erläutert werden.

Das ausgewählte Verfahrensbeispiel bezieht sich auf eine Erdgasdruckreduzierstation.

Das Erdgas gelangt in die Druckreduzierstation am Gaseingang 1, durchströmt die Volumenstrommessung 8/F, die Temperaturmessung 8/T und die Druckmessung 8/P.

Die Meßgrößen können folgende Werte annehmen:

Eingangstemperatur 2...18⁰C

Eingangsdruck 2,5...5,5MPa(LI)

Volumenstrom 10...300 10³m_n/h

Danach durchströmt das Erdgas die je nach Menge in variabler Anzahl parallel geschalteten Wärmeübertrager 4. Nach der Erwärmung wird das Erdgas der Druckreduzierung 2 zugeführt.

Der Ausgangsdruck nach der Reduzierung wird konstant auf 0,6 MPa (Ü) geregelt. Dazu wird dem sollwertleitenden Rechenglied 7 dieser Wert vorgegeben. Ebenfalls wird dem Rechenglied 7 die Gasausgangstemperatur der Druckreduzierung als Sollwert vorgegeben.

Das Rechenglied 7 bildet den Sollwert der zu übertragenden Wärmeleistung aus den gemessenen und vorgegebenen Größen nach der Beziehung

Qsoll = V_n · Cp [μ (Pe - Pa) ~ t_e + t_a]

und übergibt die Sollgröße als analoges Signal dem Wärmeleistungsregler 6.

Der Heizkreislauf 3 wird von Heißwassererzeugern gespeist. Das System arbeitet mit Temperaturen von 90/70⁰C.

Die Förderung des Heißwassers erfolgt mittels Umwälzpumpen. Im Vorlauf dieses Heizkreislaufes ist ein Zwei-Wege-Stellventil 5 angeordnet. Das Heißwasser wird durch dieses Ventil stufenlos regelbar zwischen den Grenzzuständen „gesamte Warmwassermenge über die Wärmeübertrager" und „gesamte Warmwassermenge zum Rücklauf" geführt.

Angesteuert wird dieses Ventil vom Wärmeleistungsregler 6. Dieser erhält seine Regelgröße von dem Wärmemengenrechner

10. Der Wärmemengenrechner errechnet aus den im Warmwasserkreisiauf durch die Meßstellen 9 gemessenen Größen Vorlauftemperatur, Rücklauftemperatur und Wassermenge die entnommene Wärmeleistung und formt diese in ein analoges Signal um.

Claims (2)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Verfahren zur Steuerung derGasvorwärmung mittels Wärmeübertrager, gekennzeichnet dadurch, daß durch einen zusätzlich integrierten Wärmeleistungsregelkreis, welcher geführt wird von den Meßgrößen Volumenstrom, Gaseingangsdruck und Gaseingangstemperatur und dem über ein Rechenglied ermittelten Sollwert der Wärmeleistung, gesteuert durch ein im Volauf des Heizkreislaufes angeordnetes Zwei-Wege-Stellventil, das einen variablen Teilstrom zum Wärmeerzeuger zurückführt und damit den zur Kompensation des bei der Entspannung des Gases auftretenden Joule-Thomson-Effekt notwendigen Wärmeleistungsbedarf bereitstellt.
2. 2. Verfahren gemäß Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Gasausgangstemperatur an der sollwerterzeugenden Meßeinrichtung gewählt wird und der Gasausgangsdruck je Anwendungsfall variiert werden kann.