DE2616594C2

DE2616594C2 - Process and system for pipeline transport of natural gas through arctic regions

Info

Publication number: DE2616594C2
Application number: DE19762616594
Authority: DE
Inventors: Kurt Dr.-Ing. 4050 Mönchengladbach Gruber
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1976-04-14
Filing date: 1976-04-14
Publication date: 1981-10-29
Also published as: DE2616594A1

Description

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 und das verdichtete Erdgas auf eine Temperatur unter 0° Celsius im Wärmeaustausch mit einem Kühlmittel abgekühlt wird.The invention relates to a method for pipeline transport of natural gas through arctic areas, in which the natural gas by means of turbo compressors, which through Gas turbines are driven, compressed to a line pressure of over 50 bar and the compressed Natural gas is cooled to a temperature below 0 ° Celsius in heat exchange with a coolant.

Erdgasfundstätten in der Arktis gewinnen zunehmend an Bedeutung. Es wurden große Gasfelder in Alaska, in Nordkanada, am Mackenzie-Delta, in Spitzbergen und in Nordostsibirien gefunden. Diese Felder liegen einige tausend Kilometer von den Verbraucherzentren entfernt. 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. Der feste Zusammenhang zwischen den Steinen wird nur durch das Eis bewirkt. Wird dem Eis Wärme zugeführt, z. B. durch Wärmeleitung aus einem Rohrsystem, dann versinkt die Leitung im Boden und es kann zu Rohrleitungsbrüchen kommen.Natural gas sites in the Arctic are becoming increasingly important. There were large gas fields in Alaska, in Found in northern Canada, the Mackenzie Delta, Svalbard, and northeast Siberia. These fields lie some a thousand kilometers from the consumer centers. The development of such natural gas fields makes the bridging of areas in the zones of permafrost is necessary. Are permafrost areas however, it is particularly dangerous for the stability of laid cables. There are many areas with permafrost made of rubble and small stones. The solid connection between the stones is only made possible by the ice causes. If heat is added to the ice, e.g. B. by conduction from a pipe system, then sinks Pipe in the ground and pipe breaks can occur.

Es ist bekannt (DD-B. Boberg, Engshuber, Garstka: »Erdgas«, VEB Deutscher Verlag f. Grundstoffind., Leipzig 1, Auflage 1974, Seite 97), Erdgas in unterkühltem Zustand zu transportieren, um dadurch auch in Rohrleitungen die Transportmöglichkeiten zu verbessern. It is known (DD-B. Boberg, Engshuber, Garstka: »Erdgas«, VEB Deutscher Verlag f. Grundstoffind., Leipzig 1, 1974 edition, page 97) to transport natural gas in a supercooled state, thereby also in Pipelines to improve transport options.

Der Transport von Erdgas kann aus Gründen der Wirtschaftlichkeit nur durch Rohrleitungssysteme unter hohem Druck und durch Stahlrohre erfolgen, die einen vergleichsweise großen Durchmesser von beispielsweise 1000—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. Gasleitungen für d«s 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 ίο besonderen Maße Gasturbinen, bei denen jedoch nur etwa ¹A der Wärmemenge, die in diesen Turbinen verbraucht wird, als mechanische Energie an die Turbokompressoren abgegeben wird, während der erhebliche Rest als Wärme der Auspuffgase anfällt.
Zur Erhöhung der Effektivität einer Gasturbinenanlage, ist es allerdings auch bekannt, die im Abgas der Gasturbine vorhandene Energie auszunutzen, um das eintretende Gas vorzuwärmen (US-B. »Handbook of natural Gas Engineering«, McGraw Hill Book Company Inc. New York, Seite 645).For reasons of economy, natural gas can only be transported through pipeline systems under high pressure and through steel pipes which have a comparatively large diameter of, for example, 1000-1500 mm. In a known way, the gas is first subjected to some cleaning processes at the site and then compressed by turbo compressors to a line pressure of approx. 100 to 200 bar. For economic reasons, gas lines for the purpose in question must always be designed for large annual flow rates, at least about 15-20 billion normal cubic meters. This inevitably means that appropriately dimensioned compressors must be used to compress the natural gas. Gas turbines are particularly suitable for their drive, but only about ¹ A of the amount of heat that is consumed in these turbines is transferred to the turbo compressors as mechanical energy, while the considerable rest is obtained as heat from the exhaust gases.
To increase the effectiveness of a gas turbine system, however, it is also known to use the energy present in the exhaust gas of the gas turbine in order to preheat the incoming gas (US-B. "Handbook of natural gas engineering", McGraw Hill Book Company Inc. New York, page 645).

Aufgabe der Erfindung ist es, die Abwärme für die Kühlung des Erdgases zu nutzen.The object of the invention is to use the waste heat for cooling the natural gas.

Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, daß die Kühltemperatur des Kühlmittels durch Absorptionskühlung unter Ausnutzung der Abgaswärme der Gasturbine erzeugt wird. Im weiteren ist vorgesehen, daß bei einer mehrstufigen Verdichtung des Erdgases mehrstufig gekühlt wird.According to the invention it is therefore proposed that the cooling temperature of the coolant by absorption cooling is generated using the exhaust gas heat of the gas turbine. It is also provided that with a multi-stage compression of the natural gas is cooled in several stages.

Auf eine weitere in dem Unteranspruch 3 niedergelegte Ausgestaltung der Erfindung, die eine entsprechende Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt, wird hingewiesen.On a further embodiment of the invention laid down in dependent claim 3, which has a corresponding Includes system for carrying out the method according to the invention, is pointed out.

Die Abbildungen zeigen in schematischer Darstellung Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäß gestalteten Anlagen.The figures show a schematic representation of exemplary embodiments of those designed according to the invention Investments.

Es zeigtIt shows

F i g. 1 eine Anlage zum Verdichten und Kühlen von Erdgas,F i g. 1 a plant for compressing and cooling natural gas,

Fig.2 eine Kompressorstation innerhalb einer längeren Rohrleitung,Fig. 2 a compressor station within a longer pipeline,

F i g. 3 eine Einzelheit aus F i g. 2,F i g. 3 shows a detail from FIG. 2,

Fig.4 eine Anlage mit Vor- und Nachkühlung des Erdgases.4 shows a system with pre- and post-cooling of the Natural gas.

In Fig. 1 sind dargestellt, ein Turbokompressor 1, eine Gasturbine 2, deren Welle 5 den Turbokompressor 1 treibt, ein Absorptions-Kühlaggregat 3 und ein Kühler 4.1 shows a turbo compressor 1, a gas turbine 2, the shaft 5 of which is the turbo compressor 1 drives, an absorption cooling unit 3 and a cooler 4.

Mit Pfeilen versehene Striche und strichpunktierte Linien stellen Rohrleitungen dar. Eine Zuführleitung 10 führt (in F i g. 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. Der Turbokompressor 1 verdichtet das Erdgas und führt es über eine Zwischenleitung 12 dem Kühler 4 zu. Die beim Verdichten des Erdgases anfallende Wärme wird durch dem Turbokompressor 1 zugeordnete, nicht dargestellte Kühler abgeführt, die über Kühlmittelleitungen 32,33 an das Absorptions-Kälteaggregat 3 angeschlossen sind. Von diesen führen weitere Kühlmittelleitungen 30, 31 zum Kühler 4, in dem das verdichtete Erdgas auf die gewünschte Endtemperatur von beispielsweise — 8° Celsius gebracht wird, um schließlich einer Druckleitung 13 zugeführt zu werden.
h^r> Der Energiebedarf des Absorptions-Kühlaggregates Λ wird durch die Abgaswärme der Gasturbine 2 gedeckt, deren Abgasleitung 20 an das Absorptions-Kälteaggregat 3 angeschlossen ist. Das Abgas der GasturbineLines provided with arrows and dash-dotted lines represent pipelines. A supply line 10 feeds natural gas (uncompressed in FIG. 1) to the intake port of the turbo compressor 1. A partial flow of the natural gas can be withdrawn via a branch line 11 and used to drive the gas turbine 2. The turbo compressor 1 compresses the natural gas and feeds it to the cooler 4 via an intermediate line 12. The heat generated during the compression of the natural gas is dissipated by the cooler (not shown) assigned to the turbo compressor 1 and connected to the absorption refrigeration unit 3 via coolant lines 32, 33. From these, further coolant lines 30, 31 lead to the cooler 4, in which the compressed natural gas is brought to the desired final temperature of, for example, -8 ° Celsius, in order to finally be fed to a pressure line 13.
h ^r > The energy requirement of the absorption cooling unit Λ is covered by the exhaust gas heat from the gas turbine 2, the exhaust gas line 20 of which is connected to the absorption cooling unit 3. The exhaust gas from the gas turbine

verläßt das Absorptions-Kühlaggregat 3 über eine Leitung 21.leaves the absorption cooling unit 3 via a line 21.

In Fig.2 ist eine ankommende Gas-Pipeline 6 und eine abgehende Gas-Pipeline 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 Kühlmittelleitungen 34, 35 dargestellt. Dabei wird der Kühlmittelrücklauf 34 des Kühlers 4 ;um Kühlen des Turbokompressors 1 benutztIn 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 from 50 bar to 80 bar, for example. Another circuit of the coolant circuit is also through further coolant lines 34, 35 are shown. The coolant return 34 of the cooler is 4; um Cooling of the turbo compressor 1 used

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellten Schaltungen sind beliebig austauschbar und jeweils auf die tatsächlichen Gegebenheiten abzustimmen.The in the F i g. 1 and 2 circuits shown are arbitrarily interchangeable and each based on the to match 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 Γ des Turbokompressors 1 aufgegeben und von dort über den Kanal 14 der zweiten Stufe 1" und schließlich über den Kanal 15 der driven Stufe V" zugeführt. An jede Stufe \',\" und Γ" schließt sich eine Zwischenkühlung an, v/ofür Kühlmittelleitungen 36, 37 und 38 vorgesehen sind. Auch das in F i g. 3 Dargestellte kann sinngemäß auf F i g. 1 übertragen werden.In Figure 3, only the multi-stage compression and the multi-stage cooling are to be indicated. The natural gas to be compressed is fed via the supply line 10 of the first stage Γ of the turbo compressor 1 and from there via the channel 14 to the second stage 1 "and finally via the channel 15 to the driven stage V" . Each stage \ ', \ " and Γ" is followed by intermediate cooling, v / o for coolant lines 36, 37 and 38 are provided. Also that in FIG. 3 can be applied analogously to FIG. 1 are transmitted.

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 jahreszeitlich bedingten hohen Temperaturdifferenzen von 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 Vorkühler 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, essentially has the task of undertake to provide the desired final temperature, for this reason at least the Cooler 4 can be regulated within wide limits. Due to the controllability of the other in detail not cooling devices shown can be combined with the controllability of the cooler 4 a high Reach regular activity because of the seasonal high temperature differences of 80 ° Celsius must be secured. A circuit according to is recommended, particularly for the pressure boosting stations Fig. 4. The turbo compressor 1, if there are several turbo compressors each turbo compressor, a pre-cooler 8, the resulting frictional heat in the pipe system and for after-cooling the cooler 4, the eliminates the heat of compression.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Method of pipeline transport of natural gas through arctic areas in which the natural gas by means of turbo compressors driven by gas turbines to a line pressure of Compressed over 50 bar and the compressed natural gas to a temperature of 0 ° Celsius in heat exchange is cooled with a coolant, characterized in that the cooling temperature of the coolant is generated by absorption cooling using the exhaust gas heat of the gas turbine.

2. The method according to claim 1, characterized in that in a multi-stage compression of the natural gas is cooled in several stages.

3. Plant for performing the method according to one of claims 1 and 2, with a feed line for the compressed natural gas, at least one turbo compressor connected to it, a gas turbine for driving the turbo compressor, a pressure line for receiving the compressed natural gas and at least one cooler (4) for the compressed natural gas, characterized in that whose coolant supply runs through an absorption refrigeration device (3) to which the Exhaust pipe (20) of the gas turbine (2) is connected.