HU188994B - Connection arrangement for utilizing the energy of natural gas - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya kapcsolási elrendezés földgáz potenciális energiájának hasznosítására, különösen gáznemű közeg, előnyösen levegő sűrítésére. A találmány szerinti kapcsolási elrendezés lényege az 1. ábra szerint az, hogy legalább egy - adott esetben többfokozatú - expanziós gépegységet (2), célszerűen detandert, továbbá legalább egy - adott esetben többfokozatú - energiahasznosító gépegységet (3) előnyösen kompresszort és legalább egy hőcserélőt (1) tartalmaz, mimellett az expanziós gépegység (2) legalább egyik bemenő vezetéke és az energiahasznosító gépegység (3) előnyösen kompresszor, legalább egyik kimenő vezetéke közvetlenül vagy további hőátviteli rendszeren keresztül a hőcserélő (1) egymástól elhatárolt tereivel van összeköttetésben. —1--------------- -1-

Description

A találmány tárgya kapcsolási elrendezés földgáz energiájának hasznosítására, különösen gá/nemű közeg, előnyösen levegő sűrítésére.

A távvezetéki földgázszállítás mennyiségi követelményei cs a csővezeték gazdaságos kihasználása, valamint a gázhálózat területi eloszlása megköveteli a szállított földgáz nyomásának megfelelően nagy szinten történő tartását a távvezetékben. Ez a nyomás általában nagyobb mint a fogyasztó gá/cgöjc által igényelt nyomásszint, A hagyományos technológiai megoldásokban a gáz nyomását ún. fojtószelepes gázátadó állomásokon csökkentik. Ebben az esetben az jzcntulp expanzió során a nyomáskülönbség által biztosított potenciális energiát nem hasznosítják.

A nyomáskülönbség energetikai felhasználása csak expanziós gépegységek, expanziós turbinák, ún. detanderck segítségével lehetséges, amelyekben a gáz közel izentróp folyamat során expandál.

A kitermelt mechanikai munkát külonbo/ő munkagépek, pl. kompresszor, szivattyú, generátor meghajtására használhatjuk fel, ismeretes olyan megoldás, amelynél a kitermelt munkát hűtőkör hűtőkompresszorának meghajtására, vagy a dctanderből kijövő gáz rekomprimálására használjuk fel.

Az expandáló közeg a gyakorlatban az expanzió következtében lehűl. Amennyiben a lehűlés következtében a közeg - adott esetben a földgáz — hőmérséklete kisebb lesz, mint a hidrátképződés hőmérsékletszintje, úgy a kiváló szilárd hidrátrészecskék zavarják a detander üzemelését, eróziót okoznak a járókerekek lapátjain. Kedvezőtlenebb esetben üzemzavart is okozhatnak.

Az ismert megoldásoknál ezt a földgáz előzetes szárításával igyekeznek elkerülni.

A jejen találmány célja a földgáz potenciális energiájának hasznosítása mellett a hidrátképződés szárítóberendezés alkalmazása nélküli mcggátlása.

A találmány feladata- olyan megoldás Kialakítása, amelyben a földgáz potenciális energiája hasznosítható, ugyanakkor a földgáz hőmérséklete az üzemszerű működés során a hidrátképződés hőmérsékletszintjére nem csökken le. A jelen találmány szerint a fenti feladatot olyan kapcsolási elrendezéssel oldjuk meg, amely legalább egy- - adott esetben többfokozatú — expanziós gépegységet, célszerűen detandert, továbbá legalább egy— adott esetben többfokozatú — energiahasznosító gépegységet, előnyösen kompresszort és legalább egy hőcserélőt tartalmaz, mimellett az expanziós gépegység legalább egyik bemenő vezetéke és az. energiahasznosító gépegység, előnyösen kompresszor, legalább egyik kimenő vezetéke közvetlenül vagy további hőátviteli rendszeren keresztül a hőcserélő egymástól elhatárolt tereivel van összeköttetésben.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezés egyik előnyös kiviteli alakjánál az expanziós gépegység kétfokozatú detander, amelynél a két fokozat további hőcserélőn keresztül van összekötve, továbbá az energiahasznosító gépegység kétfokozatú kompresszor, amelynél az első fokozat kimenete a második fokozat bemenetével a hőcserélőn keresztül van összekapcsolva, a második fokozat kimenete pedig a további hőcserélőhöz van csatlakoztatva.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezés további előnyös kiviteli alakjánál az expanziós gépegység kétfokozatú detander, az energiahasznosító gépegység pedig kétfokozatú kompresszor, ahol a kétfokozatú detander 2 fokozatai a további hőcserélőn keresztül vannak összekapcsolva, a kétfokozatú kompresszor első fokozatának kimeneté pedig a második fokozat bemenetével a további hőcserélőn keresztül van összekötve, az első fokozat kimenete pedig a hőcserélőhöz van csatlakoztatva.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezés további előnyös kiviteli alakjánál az expanziós gépegység kétfokozatú detander, az cnergiahasznosító gépegység háromfokozatú kompresszor, az. expanziós gépegység két fokozata a további hőcserélőn keresztül van egymással összekapcsolva, továbbá a kompresszor első fokozatának kimenete a második fokozat bemenetéhez a hőcserélőn keresztül vau csatlakoztatva, a kompresszor második fokozatának kimenete a harmadik fokozat bemenetéhez á további hőcserélőn keresztül van csatlakoztatva, a harmadik fokozatának kimenete pedig kimeneti hőcserélő egyik teréhez van kapcsolva, a kimeneti hőescclő másik tere pedig az expanziós gépegység második ‘okozatának kimenetéhez van kötve,

Λ találmány szerinti kapcsolási elrendezés további előnyös kiviteli alakjánál az cnergiahasznosító gépegység, előnyösen kompresszor kimenő vezetékébe másodlagos hőcserélő van beiktatva, amelynek másik tere szivattyú közbeiktatásával a hőcserélővel van összekapcsolva.

Λ találmány szerinti kapcsolási elrendezést és működését a mellékelt rajzokon ábrázolt példakénti kiviteli alakok alapján részletesebben ismertetjük.

A rajzokon az 1. ábra a találmány szerinti kapcsolási elrendezés egyfokozatú expanziós gépegységgel és egy fokozatú cnergiahasznosító gc (Egységgel, adott esetben kompresszorral kialakított példakénti kiviteli alakja, a

2. ábra a találmány szerinti kapcsolási elrendezés kétfokozatú expanziós gépegységgel, cs kétfokozatú kompresszorral kialakított példakénti kiviteli alakjának egyik változata, a

3. ábra a találmány szerinti kapcsolási elrendezés kétfokozatú expanziós gépegységgel és kétfokozatú energiahasznosító gépegységgel, adott esetben kompresszorral kialakított példakénti kiviteli alakjának egy további változata, a

4. ábra a találmány szerinti kapcsolási elrendezés kétfokozatú expanziós gépegységgel és háromfokozatú kompresszorral kialakított példakénti kiviteli alakja, az

5. ábra pedig a találmány szerinti kapcsolási elrendezés további höátadó körrel kialakított példakénti kiviteli alakja,

A találmány szerinti kapcsolási elrendezés 1. ábrán látható példakénti kiviteli alakja 1 hőcserélőt, 2 expanziós gépegységet, adott esetben detandert, 3 energiahasznosító gépegységet, adott esetben kompresszort és 4 szűrőegységet tartalmaz.

A kapcsolási elrendezés műkdése azon alapszik, hogy több energiahasznosító gép működése során jelentős mennyiségű hő ^keletkezik az áramlási és az egyéb veszteségek miatt. Így pl. ha az energiahasznosító gép, mint. a példakénti kiviteli alakoknál — kompresszor, sűrítés közben a komprimált közeg — általában levegő — jelentősen felmelegszik. Nagy kompresszió viszony esetén a komprimált közeg túlzott felmelegedése miatt közbenső hűtést kell alkalmazni.

A működés lényege, hogy a 3 energiahasznosító gépegység működése közben keletkező hőt a 2 expanziós gépegységbe, adott esetben detanderbe belépő közeg

188 994 előmelegítésére használjuk fel az expanzió gyűjtőhatásának kompenzálása érdekében. A 3 energiahasznosító gépegységgel, azaz kompresszorral komprimált levegő hőjét az 1 hőcserélőben felhasználjuk a 2 expanziós gépegységbe, adott esetben detanderbe, nyomáscsökkentés céljából bevezetett földgáz előmelegítésére. Az előmelegítéssel így elkerülhetjük az alacsony hőmérsékletszintet a detanderben, s így a hidrátképződményt is. Ezen kívül a magasabb hőmérsékletről történő expandáltatás következtében nö az azonos expanzióviszony mellett kinyerhető hasznos energia is.

A 4 szűrőegység a komprimálandó közeg, adott esetben levegő, ill. a földgáz szűrésére használható.

A működés során tehát a földgáz az 1 hőcserélőn keresztül a 2 expanziós gépegységbe kerül, és ott nyomását elvesztve a 2 expanziós gépegységet meghajtja. A 2 expanziós gépegység meghajtja a 3 energiahasznositó gépegységet, adott esetben kompresszort, amely a belépő levegő nyomását megnöveli, ami által a kimenő oldalon megjelenő sűrített levegő felmelegszik, A kimenő oldalon megjelenő sűrített levegőt az 1 hőcserélő másik terébe vezetjük, amelynek hője így előmelegíti a 2 expanziós gépegységbe beáramló földgázt, miközben a levegő lehűl. A felmelegedés, illetve lehűlés konkrét mértéke természetesen a mindenkori nyomás és hőmérsékleti viszonyoktól függ.

A 2. ábra szerinti példakénti kiviteli alaknál mind a 2 expanziós gépegység, mind pedig a 3 energiahasznosító gépegységet alkotó kompresszor kétfokozatú. A detander két fokozata egymáshoz 5 további hőcserélőn keresztül van csatlakoztatva, amely 5 további hőcserélő másik tere a kompresszor második fokozatának kimenetéhez van kapcsolva. A kompresszor első fokozatának kimenete és második fokozatának bemenete az 1 hőcserélőn keresztül van egymással összekötve. Ez a megoldás különösen nagy expanzió-viszony esetén használható.

A 3. ábra szerinti kapcsolási elrendezésnél a 2. ábrán látható példakénti kiviteli alakhoz képest a kompreszszor fokozatainak kimenetei egymásközt fel vannak cserélve, amely megoldás a földgázhálózat változó nyomásviszonyaihoz történő alkalmazkodást, valamint a komprimált közeg szükséges végnyomásának biztosítását teszi adott esetben lehetővé.

Ezen példakénti kiviteli változatok az egy-egy fokozatban célszerűen megvalósítható expanzióviszony, illetve kompresszióviszony miatt szükségesek,

A 4. ábrán látható példakénti kiviteli alaknál a 3 energiahasznosító gépegység háromfokozatú kompreszszor, és az ábrázolt példakénti kiviteli alak 6 kimeneti hőcserélőt tartalmaz. Az itt ábrázolt kapcsolási elrendezés hasonló a 2. ábra szerinti kapcsolási elrendezéshez, de az 5 további hőcserélőből kilépő közeg nem a felhasználási helyre, hanem a kompresszor harmadik fokozatába kerül, a kompresszor harmadik fokozatának kimenete pedig a 6 kimeneti hőcserélő egyik terével van összekötve, a 6 kimeneti hőcserélő másik tere pedig a detander kimenetével van összekötve. A találmány szerinti kapcsolási elrendezés 5. ábrán látható kiviteli alakjánál a kapcsolási elrendezés 7 másodlagos hőcserélővel van kiegészítve, amelynek egyik terébe a kompresszor kimenővezetéke van csatlakoztatva. Az 1 hőcserélő egyik tere a 2 expanziós gépegység bemenő vezetékébe van beiktatva, míg az 1 hőcserélő másik tere és a 7 másodlagos hőcserélő másik tere 8 szivattyún keresztül csővezetékkel egymással össze van kötve, így további hőátviteli rendszert alkot. Ily módon a kompresszor által komprimált közeg hője nem közvetlenül, hanem közvetve melegíti fel az 1 hőcserélőn keresztüláramló földgázt.

Ez az alkalmazások egy részénél üzembiztonsági, illetve hőátviteli körülmények miatt indokolt lehet.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezés előnye, hogy igen jól alkalmazható olyan kohászati és vegyipari létesítményeknél, ahol az üzemet nagynyomású gázhálózatról látják el földgázzal és az üzemnek sűrített levegő szükséglete van, pl. pneumatikus berendezések üzemel· tetésére, oxigén-gyártásra stb.

A kapcsolási elrendezés további előnye, hogy ezenkívül alkalmazható bármilyen közeg expandáltatására és az így felszabadult energiával bármilyen gáznemű közeg koinprimálására.

Ugyancsak előnyös, hogy a kitermelt mechanikai munka kompresszoron kívül bármilyen más hőt termelő munkagépben is felhasználható, az itt ismerteti kapcsolást elrendezésnek megfelelően.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezésnek földgáz nyomáscsökkentésére való felhasználásakor kedvező tulajdonsága, hogy a gázátadó állomásokon korábban nem hasznosított nyomáslépcsőt, sűrített közeg, adott esetben sűrített levegő, előállítására hasznosítja és a komprimálás közben felmelegedett közeget a technológiába belépő földgáz előmelegítésével hűti vissza. Ezzel egyidejűleg megoldja a földgáz egyébként is szükséges előmelegítését a hidrátzóna elkerülése érdekében.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezés előnye, hogy többszörös szabadsági fokkal, azaz szabályozási lehetőséggel, rendelkezik, mert a levegő mennyiségének, az átáramló földgáz mennyiségének, valamint a földgáz expanziós viszonyának változtatásával az energetikailag összekapcsolt földgáz-levegő rendszer viszonylag rugalmasan üzemeltethető.

Claims (4)

1. Szabadalmi igénypontok

   1. Kapcsolási elrendezés földgáz energiájának hasznosítására, amely legalább egy- - adott esetben többfokozatú — expanziós gépegységet, célszerűen detandert, továbbá legalább egy— adott esetben többfokozatú — energiahasznosító gépegységet, előnyösen kompresszort és legalább egy hőcserélőt tartalmaz, azzal jellemezve, hogy az expanziós gépegység (2) legalább egyik beme; nő vezetéke és az energiahasznosító gépegység (3) előnyösen kompresszor, legalább egyik kimenő vezetéke közvetlenül, vagy további hőátviteli rendszeren keresztül a hőcserélő (1) egymástól elhatárolt tereivel van öszszeköttetésben.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti kapcsolási elrendezés kiviteli alakja azzal jellemezve, hogy az expanziós gépegység (2) kétfokozatú detandert, amelynél a két fokozat további hőcserélőn (5) keresztül van összekötve, továbbá az energiahasznosító gépegység (3) kétfokozatú kompresszor, amelynél az első fokozat kimenete a második fokozat bemenetével a hőcserélőn (1) keresztül van összekapcsolva, a második fokozat kimenete pedig a további hőcserélöhöz (5) van csatlakoztatva.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti kapcsolási elrendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az expanziós gépegység (2) kétfokozatú detander, az energiahasznosító

   188 994 gépegység (3) háromfokozatú kompresszor, az expanziós gépegység (2) két fokozata a további hőcserélőn (5) keresztül van egymással összekapcsolva, továbbá a kompresszor első fokozatának kimenete a második fokozat bemenetéhez a hőcserélőn (1) keresztül van csatlakoz- 5 tatva, a kompresszor második fokozatának kimenete a harmadik fokozat bemenetéhez a további hőcserélőn (5) keresztül van csatlakoztatva, a harmadik fokozatának kimenete pedig kimeneti hőcserélő (6) egyik teréhez van kapcsolva, a kimeneti hőcserélő (6) másik tere pedig 10 az expanziós gépegység (2) második fokozatának kimenetéhez van kötve.
4. 4. Áz 1. igénypont szerinti kapcsolási elrendezés kiviteli alakja azzal jettémezve, hogy az energiahasznosító gépegység (3) előnyösen kompresszor, kimenő vezetékébe másodlagos hőcserélő (7) van beiktatva, amelynek másik tere szivattyú (8) közbeiktatásával a hőcserélővel (1) van összekapcsolva.