DE2616594A1 - Natural gas transport in arctic regions - by cooling compressed gas through absorption refrigerator using gas turbine exhaust - Google Patents
Natural gas transport in arctic regions - by cooling compressed gas through absorption refrigerator using gas turbine exhaustInfo
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Abstract
Description
Verfahren und Anlage zum Rohrleitungstransport von Erdgas durchProcess and system for pipeline transport of natural gas through
arktische Gebiete" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Rohrleitungstransport von Erdgas durch arktische Gebiete, bei dem das Erdgas mittels Turbokompressoren, die durch Gasturbinen angetrieben werden auf einen Leitungsdruck von über 50 bar verdichtet wird Erdgasfundstätten in der Arktis gewinnen zunehmend an Bedeutung. arctic areas "The invention relates to a method of pipeline transportation of natural gas through arctic areas, in which the natural gas by means of turbo compressors, which are driven by gas turbines to a line pressure of over 50 bar Increasing density Natural gas sites in the Arctic are becoming increasingly important.
Es wurden große Gasfelder in Alaska, in Nordkanada, am Mackenzie-Delta, in Spitzbergen und in Nordostsibirien gefunden. Diese Felder liegen einige tausend Kilometer von der Verbraucherzentren entfernt.There were large gas fields in Alaska, in Northern Canada, on the Mackenzie Delta, found in Svalbard and Northeast Siberia. These fields are a few thousand Kilometers from the consumer centers.
Die Erschließung derartiger Erdgasfelder macht die Überbrückung von Gebieten erforderlich, die in den Zonen von Dauerfrost liegen. Permafrostgebiete sind jedoch für die Stabilität verlegter Leitungen besonders gefährlich. Flächen mit Permafrost bestehen vielfach aus Geröll und kleinen Steinen, die etwa eine Größe haben wie sie für die Herstellung von Beton üblich sind. Der feste Zusammenhang zwischen den Steinen wird nur durch das Eis bewirkt. Wird dem Eis Wärme zugeführt, z. B.The development of such natural gas fields makes the bridging of Areas required that are in the zones of permafrost. Permafrost areas however, they are particularly dangerous for the stability of installed cables. Surfaces with permafrost often consist of rubble and small stones that are about one size as they are usual for the production of concrete. The fixed connection between the stones is only effected by the ice. If heat is added to the ice, z. B.
durch Wärmeleitung aus einem Rohrsystem, dann versinkt die Leitung im Boden und es kann zu Rohrleitungsbrüchen kommen.by conduction from a pipe system, then the pipe sinks in the ground and pipeline breaks can occur.
Unter allen Umständen ist daher ein Wärmeübergang zu vermeiden.Heat transfer must therefore be avoided under all circumstances.
Diese Aufgabe ist wegen der starken Temperaturgegensätze zwischen Polarwinter und Polarsommer mit üblichen Rohrisoiationen nicht zu lösen. Im Polarwinter treten Temperaturen auf, die bei -6o0C liegen während im Polarsommer + 200 C erreicht werden. Es besteht also die Gefahr, daß durch die Sonneneinstrahlung auf die Rohroberfläche während des langen Polarsommers und durch zu hohe Gastemperaturen das Rohrbett schmilzt.This task is because of the strong temperature differences between Polar winter and polar summer cannot be solved with the usual pipe insulation. In the polar winter temperatures occur that are -6o0C while in polar summer + 200 C can be reached. So there is a risk of exposure to sunlight on the pipe surface during the long polar summer and due to excessively high gas temperatures the tube bed melts.
Ein Beispiel, wie ernst die Ölgesellschaften dieses Problem werten, bietet die soeben fertiggestellte Alaska-Ölleitung.An example of how seriously the oil companies take this problem, offers the recently completed Alaska Oil Pipeline.
Bei dieser Leitung werden die Rohre in Permafrostgebieten auf hohe Stützen über dem Boden montiert. Damit die Stützen keine Wärme übertragen, wurde jede einzelne Stütze mit einem kleinen Kälteaggregat ausgerüstet, welches seine Energie aus Solarzellen entnehmen kann. Dieses komplizierte System ist bei Ölleitungen erforderlich, weil das Öl unterhalb + 200 C seine Pumpfähigkeit verlieren würde.With this line, the pipes in permafrost areas are on high Supports mounted above the ground. So that the supports do not transfer heat, was every single support is equipped with a small cooling unit, which its Can take energy from solar cells. This complicated system is with oil lines required because below + 200 C the oil would lose its pumpability.
Der Transport von Erdgas kann aus Gründen der Wirtschaftlicha keit nur durch Rohrleitungssystem unter hohem Druck und durch Stahlrohre erfolgen, die einen vergleichsweise großen Durchmesser von beispielsweise iooo - 1500 mm haben. In bekannter Weise wird das Gas an der Fundstätte zunächst einigen Reinigungsprozessen unterworfen und dann durch Turbokompressoren auf einen Leitungsdruck von ca. 100 bis 200 bar komprimiert.The transport of natural gas can be for reasons of economy only through piping systems under high pressure and through steel pipes that have a comparatively large diameter of, for example, iooo - 1500 mm. As is known, the gas is first subjected to some cleaning processes at the site subjected and then through turbo compressors to a line pressure of approx. 100 compressed to 200 bar.
Nach einigen hundert Kilome-tern Förderstrecken vermindert sich der Druck infolge der Rohrreibung. Üblicherweise wird dieser Druckabfall auf das Druckverhältnis 1,3 beschränkt, so daß dann ein von beispielsweise 200 bar auf 154 bar abgesunkener Förderdruck in einer Kompressorstation wieder auf den Anfangsdruck von 200 bar gebracht werden muß. Die Anzahl dieser Druckerhöhungsstationen richtet sich nach der Gesamtlänge des Fördersystems. Gasleitungen für den in Rede stehenden Zweck müssen aus wirtschaftlichen Gründen immer für große Jahresfördermengen, mindestens etwa 15 - 20 Milliarden Normalkubikmeter ausgelegt werden. Daraus ergibt sich zwangsläufig, daß zum Komprimieren des Erdgases entsprechend dimensionierte Kompressoren einzusetzen sind. Für deren Antrieb eignen sich im besonderen Maße Gasturbinen, bei denen jedoch nur etwa 1/4 der Wärmemenge, die in diesen Turbinen verbraucht wird, als mechanische Energie an die Turbokompressoren abgegeben wird, während der erhebliche Rest als Wärme der Auspuffgase bisher ungenutzt verloren geht.After a few hundred kilometers of conveyor lines, it decreases Pressure due to pipe friction. Usually this pressure drop will affect the pressure ratio 1.3 limited, so that then a dropped from, for example, 200 bar to 154 bar The delivery pressure in a compressor station was brought back to the initial pressure of 200 bar must become. The number of these pressure boosting stations depends on the total length of the conveyor system. Gas pipes for the purpose in question must be from economic Reasons for large annual flow rates, at least around 15-20 billion normal cubic meters be interpreted. This inevitably results in the need to compress the natural gas Correspondingly dimensioned compressors are to be used. Suitable for their drive themselves especially gas turbines, but only about 1/4 the amount of heat consumed in these turbines as mechanical energy is given off to the turbo compressors, while the substantial rest as heat of the Exhaust gases are lost so far unused.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Abwärme für den Rohrleitungstransport des Erdgases unter den geschilderten schwierigen Umweltsbedingungen zu nutzen.The object of the invention is to use this waste heat for pipeline transport of the natural gas under the difficult environmental conditions described.
Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, daß das verdichtete Erdgas auf 0 eine Temperatur unter 0 Celsius im Wärmetausch mit einem Kühlmittel abgekühlt und die Kühltemperatur des Kühlmittels durch Absorbtionskühlung unter Ausnutzung der Abgaswärme der Gasturbine erzeugt wird. Im weiteren ist vorgesehen, daß entsprechend einer mehrstufigen Verdichtung des Erdgases mehrstufig gekühlt wird.According to the invention it is therefore proposed that the compressed natural gas cooled to a temperature below 0 Celsius in heat exchange with a coolant and the cooling temperature of the coolant by utilizing absorption cooling the exhaust heat of the gas turbine is generated. It is also provided that accordingly a multi-stage compression of the natural gas is cooled in several stages.
Während Rohöi, wie bereits ausgeführt, seine Pumpfähigkeit schon weit über dem Gefrierpunkt verliert, läßt sich Erdgas auch bei tiefen TemDeraturen fördern.While crude oil, as already mentioned, its pumpability is already far loses above freezing point, natural gas can also be pumped at low temperatures.
Durch die Erfindung wird nun erreicht, daß das ganze Gas- Rohrsystem an keiner Stelle Temperaturen erreicht, die über dem Gefrierpunkt liegen Diese technische Aufgabe wird durch die Erfindung in wirtschaftlicher Weise durch Ausnutzung der Abgaswärme der Gasturbine zur Erzeugung der tiefen Temoeraturen des Gases selbst gelöst. Es versteht sich dabei von selbst, daß die Temperatur des verdichteten Gases so niedrig eingestellt wird, daß auch die Wärmeeinwirkung durch Sonneneinstrahlung ausgeglichen werden kann.The invention now ensures that the entire gas pipe system never reaches temperatures above freezing point This technical The object is achieved by the invention in an economical manner by utilizing the Exhaust heat from the gas turbine to generate the low temperatures of the gas itself solved. It goes without saying that the temperature of the compressed gas is set so low that the heat from solar radiation is also affected can be compensated.
Auf in den Unteransprüchen niedergelegte Ausgestaltungen der Erfindung, die auch eine entsprechende Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt, wird hingewiesen.On embodiments of the invention laid down in the subclaims, which also has a corresponding system for carrying out the method according to the invention is included.
Die beigefügten Abbildungen zeigen in schematischer Darstellung Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäß gestalteten Anlagen.The attached figures show a schematic representation of exemplary embodiments of systems designed according to the invention.
Es zeigt Fig. 1 eine Anlage zum Verdichten und Kühlen von Erdgas Fig. 2 eine Kompressorstation innerhalb einer längeren Rohrleitung Fig. 3 eine Einzelheit aus Fig. 2 Fig. 4 eine Anlage mit Vor- und Nachkühlung des Erdgases.1 shows a system for compressing and cooling natural gas. 2 shows a compressor station within a longer pipeline. FIG. 3 shows a detail from Fig. 2 Fig. 4 shows a system with pre- and post-cooling of the natural gas.
In Fig. 1 sind dargestellt, ein Turbokomoressor 1, eine Gasturbine 2, deren Welle 5 den Turbokompressor 1 treibt, ein Absorptions-Kühlaggregat 3 und ein Kühler 4.In Fig. 1 are shown a turbo compressor 1, a gas turbine 2, the shaft 5 of which drives the turbo compressor 1, an absorption cooling unit 3 and a cooler 4.
Mit Pfeilen versehene Striche und strichpunktierte Linien stellen Rohrleitungen dar. Eine Zuführleitung 10 führt (in Fig. 1 unverdichtetes) Erdgas dem Ansaugstutzen des Turbokompressors 1 zu. Ein Teilstrom des Erdgases kann über eine Zweigleitung 11 entnommen und zum Antrieb der Gasturbine 2 benutzt werden.Make dashes and dash-dotted lines with arrows Pipelines. A supply line 10 carries natural gas (uncompressed in FIG. 1) the intake of the turbo compressor 1. A partial flow of the natural gas can over a branch line 11 can be removed and used to drive the gas turbine 2.
Der Turbokompressor 1 verdichtet das Erdgas und führt es über eine Zwischenleitung dem Kühler 4 zu. Die beim Verdichten des Erdgases anfallende Wärme wird durch dem Turbokompressor 1 zugeordnete, nicht dargestellte Kühler abgeführt, die über Kühlmittel leitungen 32, 33 an das Absorptions-Kälteaggregat3 angeschlossen sind. Von diesen führen weitere Kühlmittel leitungen 30, 31 zum Kühler 4, in dem das verdichtete Erdgas auf die gewünschte Endtemperatur von beispielsweise - 80 Celsius gebracht wird5 um schließlich einer Druckleitung 13 zugeführt zu werden.The turbo compressor 1 compresses the natural gas and leads it over a Intermediate line to the cooler 4. The heat generated when compressing the natural gas is discharged by the turbo compressor 1 assigned, not shown cooler, which are connected via coolant lines 32, 33 to the absorption refrigeration unit3 are. Of these lead further coolant lines 30, 31 to the cooler 4, in which the compressed natural gas to the desired final temperature of, for example -80 Celsius is brought5 in order to finally be fed to a pressure line 13.
Der Energiebedarf des Absorptions-Kühlaggregates 3 wird durch die Abgaswärme der Gasturbine 2 gedeckt, deren Abgasieitung 20 an das Absorptions-Kälteaggregat 3 angeschlossen ist. Das Abgas der Gasturbine veriäßt das Absorptions-Kühlaggregat 3 über eine Leitung 21.The energy requirement of the absorption cooling unit 3 is through the Exhaust heat of the gas turbine 2 covered, the exhaust gas line 20 to the absorption refrigeration unit 3 is connected. The exhaust gas from the gas turbine leaves the absorption cooling unit 3 via a line 21.
In Fig. 2 ist eine ankommende Gas-Pipeline 6 und eine abgehende Gas-Piueline 7 angedeutet. Die dargestellte Station dient hier lediglich der Druckerhöhung von beispielsweise 50 bar auf 80 bar. Auch ist eine andere Schaltung des Kühlmittel-Kreislaufes durch weitere Kühlmittel leitungen 34, 35 dargestellt. Dabei wird der Kühlmittel rücklauf 34 des Kühlers 4 zum Kühlen des Turbokomoressors 1 benutzt.In Fig. 2 is an incoming gas pipeline 6 and an outgoing gas pipeline 7 indicated. The station shown here only serves to increase the pressure of for example 50 bar to 80 bar. There is also another circuit of the coolant circuit through further coolant lines 34, 35 shown. This is the coolant return 34 of the cooler 4 for cooling the turbo compressor 1 is used.
Die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Schaltungen sind beliebig austauschbar und jeweils auf die tatsächlichen Gegebenheiten abzustimmen.The circuits shown in Figures 1 and 2 are arbitrary interchangeable and tailored to the actual circumstances.
In Fig. 3 soll lediglich die mehrstufige Verdichtung und die mehrstufige Kühlung angedeutet werden. Das zu verdichtende Erdgas wird über die Zuführleitung 10 der ersten Stufe 1 des Turbokompressors 1 aufgegeben und von dort über den Kanal 14 der zweiten Stufe 1'' und schließlich über den Kanal 15 der dritten Stufe 1''' zugeführt. An jede Stufe 1', 1" und 1''' schließt sich eine Zwischenkühlung an, wofür Kühlmittelleitungen 36, 37 und 38 vorgesehen sind. Auch das in Fig. 3 Dargestellte kann sinngemäß auf Fig. 1 übertragen Werden.In Fig. 3, only the multi-stage compression and the multi-stage Cooling are indicated. The natural gas to be compressed is supplied via the supply line 10 abandoned the first stage 1 of the turbo compressor 1 and from there via the channel 14 of the second stage 1 '' and finally via channel 15 of the third stage 1 '' ' fed. Each stage 1 ', 1 "and 1' '' is followed by intermediate cooling, for which coolant lines 36, 37 and 38 are provided. Also that shown in FIG. 3 can be transferred analogously to FIG. 1.
Insbesondere der Kühler 4, der in allen Figuren Endkühler ist, hat im wesentlichen die Aufgabe zu übernehmen, die gewünschte Endtemperatur zur Verfügung zu stellen, aus diesem Grunde ist zumindest der Kühler 4 in weiten Grenzen regelbar. Durch eine Regelbarkeit auch der anderen im einzelnen nicht dargestellten Kühleinrichtungen läßt sich in Kombination mit der Regelbarkeit des Kühlers 4 eine hohe Regeltätigkeit erreichen, die wegen der jahreszeitl ich bedingten hohen Temperaturdifferenzen von 0 80° Celsius gesichert sein muß. Insbesondere bei den Druckerhöhungsstationen empfiehlt sich eine Schaltung gemäß Fig. 4. Dabei erhält der Turbokompressor 1, bei mehreren Turbokompressoren Jeder Turbokompressor, einen Vorkuhler 8, der die entstandene Reibungswärme im Rohrsystem und zur Nachkühlung den Kühler 4, der die Kompressionswärme beseitigt.In particular, the cooler 4, which is the end cooler in all figures, has essentially taking on the task of providing the desired final temperature For this reason, at least the cooler 4 can be regulated within wide limits. By regulating the other cooling devices, not shown in detail In combination with the controllability of the cooler 4, a high level of control activity can be achieved Achieve the high temperature differences of 0 80 ° Celsius must be ensured. Particularly recommended for the pressure booster stations a circuit according to FIG. 4. The turbo-compressor 1 receives, if there are several Turbo compressors Each turbo compressor, a pre-cooler 8, the resulting Frictional heat in the pipe system and for aftercooling the cooler 4, which takes the heat of compression eliminated.
Zur Ergänzung der Beschreibung sei noch ein Zahlenbeispiel angeEUhrt: Bei einem Rohrdurchmesser von 1200 mm lassen sich mit 10 m/sec.A numerical example is given to supplement the description: With a pipe diameter of 1200 mm, 10 m / sec.
Strömungsgeschwindigkeit, bei einem Heizwert von 8500 WE/Ncbm 15,9 . 706 WE/sec. fördern. Voraussetzung für diese hohe Förderleistung ist ein Kompressoranfangsdruck von 200 bar und die Anwendung von Betriebstemperaturen im Leitungssystem von 255 0K.Flow rate at a calorific value of 8500 WE / Ncbm 15.9 . 706 WE / sec. support financially. An initial compressor pressure is a prerequisite for this high delivery rate of 200 bar and the use of operating temperatures in the pipe system of 255 0K.
Nach einigen hundert Kilometer Förderstrecke befindet sich die erste Druckerhöhungsstation und in gewissen Abständen weitere Druckerhöhungsstationen,in denen der auf größenordnungsmäßig 150 bar abgesunkene Gasdruck wieder auf 200 bar erhöht wird.The first is after a few hundred kilometers of conveyor Pressure increasing station and at certain intervals further pressure increasing stations, in those of the gas pressure, which has dropped to the order of 150 bar, back to 200 bar is increased.
Die Gasturbinen zum Antrieb der Turbokompressoren für eine derartige Station müssen in-diesem Falle für eine Gesamtleistung von etwa 64.ooo KW ausgelegt sein. Um im Leitungssystem die gewünschten tiefen Temperaturen-trotz Rohrreibung, Kompressionswärme und Sonneneinstrahlung aufrechtzuerhalten, muß praktisch die gesamte Kompressionsarbeit weggekühlt werden. Hierfür stehen sehr große Mengen an Abgasenergie der Gasturbine zur Verfügung; denn es kann davon ausgegangen werden, daß der Massenfluß inneralb der Gasturbinen mit der genannten Gesamtleistung mit ca.The gas turbines to drive the turbo compressors for such In this case, the station must be designed for a total output of around 64,000 KW be. In order to achieve the desired low temperatures in the pipe system - despite pipe friction, To maintain heat of compression and exposure to sunlight, practically the entire must Compression work to be cooled off. Very large amounts of exhaust gas energy are available for this the gas turbine available; because it can be assumed that the mass flow inside the gas turbines with the stated total output of approx.
X00kg/sec angesetzt werden kann. Da die Abgase mit einer-Temperatur von ca. 5000 C anfallen, ist tatsächlich genügend Energie für die erfindungsgemäß vorgeschlagene Kühlung.vorhanden.X00kg / sec can be set. Because the exhaust gases have a temperature of about 5000 C incurred, is actually enough energy for the invention proposed cooling. available.
Claims (3)
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|---|---|---|---|
| DE19762616594 DE2616594C2 (en) | 1976-04-14 | 1976-04-14 | Process and system for pipeline transport of natural gas through arctic regions |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE19762616594 DE2616594C2 (en) | 1976-04-14 | 1976-04-14 | Process and system for pipeline transport of natural gas through arctic regions |
Publications (2)
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| DE2616594A1 true DE2616594A1 (en) | 1977-11-03 |
| DE2616594C2 DE2616594C2 (en) | 1981-10-29 |
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ID=5975451
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|---|---|---|---|---|
| DE3032550A1 (en) * | 1980-08-29 | 1982-04-15 | AEG-Kanis Turbinenfabrik GmbH, 8500 Nürnberg | METHOD FOR OPERATING COMPRESSOR DEVICES FOR GASES |
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-
1976
- 1976-04-14 DE DE19762616594 patent/DE2616594C2/en not_active Expired
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| CN110986418B (en) * | 2019-12-14 | 2021-07-30 | 中国海洋大学 | Absorption type circulating system based on temperature rising and pressure rising technology |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2616594C2 (en) | 1981-10-29 |
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