HU189973B - Apparatus for utilizing the waste heat of compressor stations - Google Patents

Description

A találmány tárgya berendezés «ízvezetéki kompresszorállomások alacsonypotenciálú hulladékhőjének a gázkompressziós körfolyamaton kívüli hőfogyasztóban való hasznosítására. A kisnyomású és nagynyomású gázvezeték között elrendezett, gázmotor vagy gázturbina baj tású turbokompresszorral.

A földgáz.lelőhelyekés a fogyasztók közötti nagy távolságok miatt a földgáz továbbítására nagy- átmérőjű és nagy nyomáson üzemelő csővezetékeket használnak., A csővezetékek mentén egymástól 100-200 km távolságba kompresszorállomásokat helyeznek el, melyek az előző szakasz súrlódási veszteségei következtében a földgáz lecsökkent nyomását dugattyús vagy turbokompresszorok segítségével megnövelik, s ezáltal lehetővé válik, hogy a földgáz az egész csővezeték mentén viszonylag kis fajtérfogattal legyen továbbítható. A kompresszorok meghajtására általában a gázvezetékből elvett földgázzal meghajtott gázmotorokat vagy gázturbinákat alkalmaznak.

Mivel rendszerint többezer km távolságú gázszállításról van szó, a kompresszorok meghajtására felhasznált gázmennyiség a csővezetéken szállított gáz jelentős hányadát teszi ki, azaz a a gáztovábbításra felhasznált energia lényegesen csökkenti a vezetéken továbbított hasznos gáz mennyiségét.

A gáztovábbítás hatásfokának javítása érdekében kifejlesztettek olyan rendszereket, amelyeknél a kompresszor hajtására szolgáló gázturbinákból kiáramló, nagy hőmérsékletű gáz-levegő keverék hőhasznosító kazánban gőz.t termel, s ezzel a gőzzel gőzturbinákat hajtanak, melyek további gázkompresszorok hajtására szolgálnak. Ezzel a rendszerrel a gáz továbbításra felhasznált gáz mennyisége 20- 307í-kal csökkenrhető.

A gáztáwezetéki kompresszorállomások termodinamikai hatásfoka tovább javítható, ha nemcsak a gázturbinákból kiáramló forró gázok, hanem a továbbítandó gáz kompressziója során a gázba bevitt hőenergiát is hasznosítjuk. A továbbítandó földgáz kompressziójakor ugyanis annak hőmérséklete is megnövekszik. A magasabb hőmérséklet miatt nagyobb lesz a gáz térfogata, ami növeli a csővezetéki veszteségeket. Ezért a kompresszió után célszerű a gázt eredeti hőmérsékletére visszahűteni. Erre a célra levegővel hűtött, gáz-levegő hőcserélőket alkal· máznák. Ezek a hőcserélők, valamint a hozzájuk tartozó elosztó csővezetékek a gáz nagy nyomása (80- 100 bar) miatt rendkívül költségesek. Az elosztóvezetékek magas költsége miatt a gázhűtőket általában a kompresszorhoz közel helyezik el, s ez a követelmény ventilátoros léghűtők alkalmazását igényli.

A kompresszorból kilépő meleg gáz a hőcserélőkön ventilátorokkal átáramoltatott levegő hatására kb. a kompresszorba való belépésének megfelelő hőmérsékletre hűl le. A lehűtés során a gázból elvont hőenergia nagyságrendileg megegyezik a kompresszorok által felhasznált energiával. A mostanáig alkalmazott megoldások szerint ennek a hőenergiának legfeljebb néhány százalékát lehetett hasznosítani a komprefcsziós körfolyamat hatásfokának növelésére oly módon, hogy gőzturbinával felszerelt kompreszszorállomásoknál a gőzturbina tápvíz előmelegítését ezzel a hővel végezték.

Hasonló megoldást ismertet a 2 616 594 sz. német szabadalmi leírás. Itt a földgáz visszahűtését abszorpciós hűtéssel végzik, amihez abszorpciós hűtőkészüléket alkalmaznak. Az abszorpciós hűtés energiszükségletét viszont a gázturbina hulladék hőiéből nyerik. Ennek a megoldásnak a révén is lehet nénány százalékkal csökkenteni a folyamat energiaigényét.

Az ismertté vált megoldások közös jellemzője, hogy a kompresszorállomásokon hulladékhőként jelentkező hőmennyiség a segítségükkel csak igen kis százalékban hasznosítható. Miután itt alacsonypotenciálú hulladék hőről van szó, ennek hasznosl· fása az ismert megoldások révén nincs megoldva.

A találmánnyal megoldandó feladat az ismert megoldások hátrányainak kiküszöbölése mellett olyan berendezés kidolgozása, amelynek segítségével a gáztávvezetéki kompresszióállomások termodinamikai hatásfokát növelni lehet a komplirnált gáz visszahűtése során nyert energia hasznosításával.

A találmány alapja az a felismerés, hogy az alacsonypotenciálú hőt is hasznosítani lehet, ha ezt a gázkompressziós körfolyamaton kívüli hőfogyasztóban végezzük.

A találmány szerinti továbbfejlesztés értelmében most már a turbokompresszor után az abból kilépő, nagynyomású, a kompresszió során felmelegedett földgázt lehűtő, folyadékkal hűtött felületi hőcserélő van kapcsolva, ami szivattyúval ellátott folyadékvezeték útján van a gázkompressziós körfolyamaton kívüli hőfogyasztóhoz csatlakoztatva.

Az egyik célszerű kiviteli alak értelmében zárt, levegő hűtésű hűtőtorony van a hőcserélő folyadék vezetékéhez csatlakoztatva és a hűtőtorony hőteljesítmenyének változtatására levegőmennyiség zsalukkal van ellátva.

A találmány értelmében célszerű, ha a hőcserélő vei a gázmotor vagy⁷ gázturbina kipuffogógázaival melegített második hőcserélő van sorba kötve.

A találmány értelnrében célszerű még az a kiviteli alak is, amelyben kazán van rendszeresítve, amelynek vízköre a gázvezetékből származó gázzal van fűtve, és a hőhasznosító hőcserélő vízkörével van sorba kötve.

Más, a találmány értelmében célszerű kiviteli alak esetében hőhasznosító kazán van rendszeresítve, amelynek vízköre a gázmotor vagy gázturbina kipuffogógázaival és/vagy a gázvezetékből származó gázzal van fűtve, és második kompresszorhoz csatlakoztatott gőzturbinához van kötve, mimellett a második kompresszor párhuzamosan van kötve a turbokompresszorral. Ebben az esetben eljárhatunk úgy is, hogy a második kompresszor gázturbinájához a kipufogógőzt lecsapató kondenzátort csatlakoztatunk, amelynek hűtő vízköre hűtőtoronyhoz van kapcsolva. Célszerű azonban a találmány értelmében az is, ha a hőhasznosító kazán gőze a hőhasznosító hőcserélővel sorba kapcsolt hőcserélőbe van vezetve.

Egyszerű kialakítás adódik a találmány értelmében ha a hőhasznosító kazánban termelt gőzzel hajtott gőzturbina kondenzátorának hűtését ellátó hűtőtorony hőcserélői a hőhasznosító hőcserélő folyadékkörébe kapcsolt hűtőtoronyban vannak elhelyezve.

Célszerű végezetül az a kiviteli alak, amelyben a berendezésben lévő hőcserélők folyadékoldalon sorba vannak kapcsolva a hőhasznosító hőcserélővel.

A találmány további részleteit kiviteli példák kapcsán, a mellékelt rajzra való hivatkozással mutatjuk be. A rajzon az l-4b. ábrákon a találmány szerinti hőhasznosító rendszer különböző kiviteli alakjainak vázlatos kapcsolási rajza látható.

Az 1. ábrán mutatott kiviteli alak esetében az

189,973 alacsonynyomású 1 gázvezetéken érkező gáz kompll· málását 2 turbokompresszor végzi. A 2 turbokompresszort 3 gázturbina hajtja meg, amely hajtóenergiáÍt az 1 gázvezetékből leágaztatott 4 vezetéken át apja. A 3. gázturbinában munkát végzett, nagy hőmérsékletű gáz-levegő keverék az 5 kipufogó csövön keresztül a szabadba kerül. A komprimált gáz a 2 turbokompresszorban az adiabatikus állapotváltozáshoz közel eső kompresszió következtében a 6 kiömlő csőbe megnövekedett nyomással és hőmérséklettel érkezik. A magasabb hőmérséklet miatt a gáz térfogata is megnövekszik, ezért a továbbítához szükséges energia csökkentése érdekében a gázt le kell hűteni. Erre a célra szolgál a 7 hőcserélő. A jelen kiviteli alakban a 7 hőcserélő az ismert megoldásoktól eltérően levegő helyett vízzel vagy más folyadékközeggel, pl. fagyálló folyadékkal hűtött.

A hűtésre szolgáló közeg, példaként a víz a 8 vezetéken lép be a 7 hőcserélőbe, majd felmelegedve a 10 vezetéken át távozik. Az általános műszaki gyakorlat szerint a kompresszorból kilépő gázt 90-100°C-ról 40-50 °C-ra szokás lehűteni. A 7 felületi hőcserélő megfelelő kialakításával biztosítható, hogy a 8 vezetéken érkező víz a belépő gáz hőmérsékletét megközelítő hőmérsékletre (60- 80 °Cra) melegedjék fel.

hőcserélőn átáramló gáz lehűlve a 9 nagynyomású gáztávvezetékbejut

A 7 hőcserélő a felmelegedett hűtővíz a 10 vezetéken keresztül a 12 felhasználási helyre jut amely a _x helyi adottságoknak megfelelően lehet távfűtő rendszer, ipari vagy lakossági melegvízszolgáltató rendszer, növényházi fűtőberendezés stb. A víz melynek továbbítására a 11 keringtető szivattyú szolgál a 12 hőfelhasználó rendszerből lehűlve visszakerül a 11 szivattyúhoz, innen pedig a 7 hőcserélőbe.

A 12 hőfogyasztó általában változó mennyiségű hőt igényel. Távfűtőrendszerek vagy növényházak esetében télen nagy a hőszükséglet, nyáron viszont az ilyen rendszerek gyakorlatilag-nem igényelnek hőt.

Mivel a komprimált gáz hűtését a 12 hőfogyasztó igényétől függetlenül mindenkor biztosítani kell, a 10 vízvezetékhez a záróelemmel ellátott 13 vezetéken keresztül 14 hűtőtorony csatlakozik. Ennek levegővel hűtött zárt 15 hőcserélői vannak. A 15 hőcserélőkbe bevezetett víz lehűlve a 14 hűtőtoronyból a záróarmatúiúval ellátott 16 vezetéken át jut vissza a hűtővíz cirkulációs körbe. A példaként bemutatott természetes huzatú 14 hűtőtorony hőteljesítménye a levegőszabályozó 17 zsalukkal változtatható oly módon, hogy a 14 hűtőtorony és a 12 hőfogyasztó együttes hőigénye mindenkor azonos legyen a 7 hőcserélőben a komprimált gázból elvonandó hőmennyiséggel.

Természetes huzatú hűtőtorony helyett alkalmazható ventilátoros torony is. Ennek hőteljesítmény szabályozása a levegő áramoltatásra használt ventilátorok fordulatszámának vagy lapátszögének változtatásával, egyes ventilátorok leállításával vagy beindításával, zsaluk zárásával és nyitásával illetve a lehetőségek kombinációjával valósítható meg.

A fent leírt rendszerrel szemben támasztott másik követelmény, hogy a 12 hőfogyasztó hőigénye is mindenkor biztosítható legyen, olyankor is, amikor a 2 g^zkompresszor csökkentett teljesítménnyel üzemel, ezért a 7 hőcserélőben elvonható hő kevesebb a 12 hőfogyasztó által igényelt mennyiségnél. E feladat megoldását mutatja a 2. ábra. A többlet hő bevitelére a példaként bemutatott megoldás szerint a 20 hőcserélő szolgál. A hőcserélő a 21 belépő és 22 kilépő vezetékekkel csatlakozik a 12 hőfogyasztó vízköréhez. A 20 hőcserélőben áramló vizet a 3 gázturbinából kiáramló kipufogógázok melegítik fel oly mértékig, hogy a 7 és 20 hőcserélőben felvett hő együttesen elegendő legyen a 12 hőfogyasztó igényének ellátására.

A hiányzó hőmennyiség bevitelére alkalmas másik megoldást mutat a 3. ábra. Ez a módszer akkor al· kalmazható, ha előfordulhat a 3 gázturbina leállása olyan esetben, amikor a 12 hőfogyasztó feltétlenül igényel hőt. A 30 kazán példaként a 31 megkerülő vezetéken keresztül az 4 gázvezetékről látható el fűtőenergiával. A lehűlt füstgázok a 32 vezetéken át távoznak. A kazán a 21 belépő és 22 kilépő vezetékkel csatlakozik a 12 hőfogyasztó vízköréhez.

A 4. ábra a találmány szerinti berendezés egy más kiviteli alakját mutatja. Ennél a 3 gázturbina 5 kipufogóvezetékhez a 40 hőhasznosító kazán csatlakozik. A hőhasznosító kazánban gőz fejlődik, amely a 41 csővezetéken át a 42 gőzturbinába kerül. A gőzturbina meghajtja a 43 kompresszort, amely a 2 gázkompresszorral együttesen végzi el az 1 vezetéken érkező földgáz komprimálását.. A 7 hőcserélő gondoskodnak a 2 illetve 43 gázkompresszorokból kiáramló nagynyomású gáz lehűtéséről. A hőcserélők hűtőrendszere azonos az 1. ábrán bemutatottal. Amennyiben a 7 hőcserélőn elvezetett hő kevesebb, minta 12 hőfogyasztó által igényelt hőmennyiség, a különbözetet a gőzzel fűtött 44 hőcserélőn keresztül lehet a vízkörbe bejuttatni. A szükséges gőzt a 45 vezetéken át a 40 kazán szolgáltatja. A 44 hőcserélőben kondenzálódott fűtőgáz kondenzátumának a 47 kondenzátorba való visszavezetésére szolgál a 46 kondenzátum vezeték.

A 47 kondenzátor hűtésére szolgál a 48 hűtőtorony. A 47 kondenzátorban lecsapódó gőz kondenzátumának előmelegítésére ismert megoldás a 2 és 43 kompresszorokból távozó magas hőfokú gázzal való előmelegítés. Jelen találmány sierinti kivitelnél a kondenzátum előmelegítésére a hőhasznosító 7 hőcserélőkben is megtörténhet.

Ugyancsak ismert megoldás a 47 kondenzátor 48 hűtőtoronnyal való hűtése is. Jelen találmány szerinti megoldásnál a 48 hűtőtorony kialakítható a 14 szükséghűtőtorony részeként is, azzal közös köpenyben (4/a. ábra), esetleg közös vízkörrel (4/b. ábra). A gőzturbina mindenkori teljesítményének biztosítására a 40 kazán a 3 gázturbinát megkerülő gázvezetéki csatlakozással és póttüzelő rendszerrel is el van látva.

A 2 és 43 gázkompresszorok üzemszünete esetén a 12 hőfogyasztó hőellátását a 40 kazán póttüzelésével fejlesztett és a 44 hőcserélőben vezetett gőzt látja el.

Természetesen ez a feladat megoldható a 2. vagy 3. ábrákon bemutatott módon is.

A találmány szerinti berendezés nem szorítkozik az ábrákon bemutatott számú gáz és gőzturbinákra és komresszorokra, hanem érvényes több hasonló módon párhuzamosan kapcsolt gépcsoportra vagy csoportokra is.

Claims (9)

1. Szabadalmi igénypontok

   1. berendezés gáztáwezetéki kompresszorállomások alacsonpotenciálú hulladékhőjének a gázkomp-32

   189.973 ressziós körfolyamaton kívüli hő fogy asz tóban való hasznosítására, a kisnyomású gázvezeték és a nagynyomású gázvezeték között elrendezett, gázmotor vagy gázturbina hajtású turbokompresszorral, azzal g jellemezve, hogy a turbokompresszor (2) után az abból kilépő nagynyomású, a kompresszió során felmelegedett föld^zt lehűtő, folyadékkal hűtött felületi hőcserélő (7) van kapcsolva, ami szivattyúval (11) ellátott folyadékvezeték (8) útján van a hőfogyasztóhoz csatlakoztatva. 10
2. 2. Az 1, igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy zárt, levegő hűtésű hűtőtorony (14) van a hőhasznosító hőcserélő (7) folyadékvezetékéhez (8) csatlakoztatva, mimellett a hűtőtorony (14) hő teljesítményét változtató levegőmennyiség szabályozó zsalukkal (17) van ellátva. 15
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti berendezés azzal jellemezve, hogy a hőhasznosító hőcserélővel (7) a gázmotor vagy gázturbina (3) kipufogógázaival melegített második hőcserélő (20) van sorba kötve. λλ
4. 4. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti berendezés azzal jellemezve, hogy kazán (30) van renszeresítve, amelynek vízköre a gázvezetékből (1) származó gázzal van fűtve és a hőhasznosító hőcserélő (7) vízkörrel van sorba kötve.
5. 5. A 2. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy hőhasznosító kazán (40) van, amelynek vízköre a gázmotor vagy gázturbina (3) kipufogógázaival vagy a gázvezetékből (1) származó gázzal van fűtve, és amásodik kompresszorhoz (43) csatlakoztatott gőzturbinához (42) van kötve, mimellett a második kompresszor (43) párhuzamosan van kötve a turbokompresszorral (2).
6. 6. Az 5. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a második kompresszor (43) gázturbinájához (42) a kipufogógőzt lecsapató kondenzátor (47) van csatlakoztatva, amelynek hűtő vízköre hűtőtoronyhoz (48) van kapcsolva.
7. 7. Az 5. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a hőhasznosító kazán (40) gőze a hőhasznosító hőcserélővel (7) sorba kapcsolt harmadik hőcserélőbe (44) van vezetve.
8. 8. A 7. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a hőhasznosító kazánban (40) termelt gőzzel hajtott gőzturbina (42) kondenzátorát (47) hűtő hűtőtorony (48) hőcserélői a hőhasznosító hőcserélő (7) folyadékkörébe kapcsolt hűtőtoronyban (14) vannak elhelyezve.
9. 9. A 8. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a hőcserélők (20,44, 15, 48) folyadékoldalon sorba vannak kapcsolva a hőhasznosító hőcserélővel (7).