PL240698B1

PL240698B1 - Układ technologiczny instalacji do kompensowania fluktuacji zapotrzebowania na gaz w sieciach gazu ziemnego i sposób realizacji tej kompensacji

Info

Publication number: PL240698B1
Application number: PL432254A
Authority: PL
Inventors: Marek Rudkowski; Jarosław Michałowski; Zdzisław Borowiec; Dominik Staśko
Original assignee: Borowiec Zdzislaw; Michalowski Jaroslaw; Marek Rudkowski; Stasko Dominik
Priority date: 2019-12-17
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2022-05-23
Also published as: PL432254A1; EP3839321A1; EP3839321B1

Description

PL 640 698 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ technologiczny instalacji do kompensowania fluktuacji zapotrzebowania na gaz w sieciach gazu ziemnego w postaci instalacji sprężająco-magazynująco-rozprężającej zawierającej sprężarkę, magazyn sprężonego gazu oraz moduł redukcji ciśnienia i sposób realizacji tej kompensacji.

Gaz ziemny transportowany jest ze źródeł do miejsc użytkowania siecią rurociągów średnioi wysokociśnieniowych pracujących zwykle pod ciśnieniem 3-8 MPa. Na ogół przed dostarczeniem gazu użytkownikom końcowym, zwłaszcza komunalnym, ciśnienie gazu musi być zredukowane do wartości poniżej 0,35 MPa. Dlatego przy rurociągach przesyłowych lokalizuje się sieciowe stacje redukcyjne, gdzie dokonuje się redukcji ciśnienia gazu do poziomu wymaganego w sieciach dystrybucyjnych.

Sieci rurociągów gazu ziemnego nie pracują w warunkach ustalonych, bowiem zapotrzebowanie na gaz zmienia się zarówno w cyklach godzinowych, dobowych, tygodniowych, jak i sezonowych związanych z porami roku lato - zima. Takie fluktuacje zapotrzebowania wymagają kompensowania, bowiem mogą w skrajnych powodować okresowe niedobory gazu u odbiorców.

Rurociągi średnio- i wysokociśnieniowe charakteryzują się możliwością kompensowania fluktuacji zapotrzebowania na gaz wynikającą z pracy w pewnym zakresie ciśnień, co umożliwia magazynowanie gazu w ilości uzależnionej od średnicy i długości oraz dopuszczalnego zakresu zmian ciśnienia pracy. Nie są to zwykle ilości wystarczające do kompensowania fluktuacji zapotrzebowania na gaz i w rezultacie mogą występować okresowe niedobory gazu, zwłaszcza w końcowych strefach rurociągów, gdzie mogą pojawić się duże spadki ciśnienia, uniemożliwiające poprawną pracę sieci gazowej.

Znany jest układ z polskiego opisu PL 198956 jest układ rurociągów rozdzielczej stacji gazowej z wielokierunkowym zasilaniem i rozbiorem który jest wyposażony z zawory zaporowe i zwrotne oraz zespoły filtracyjne.

Znany jest też polskiego opisu PL203759 układ rurociągów rozdzielczej stacji gazowej z wielokierunkowym zasilaniem i rozbiorem, który dzięki wyposażeniu go w rurociągi krzyżowe rozwiązuje problemy ruchowe stacji rozdzielczej.

Znany jest sposób kompensowania fluktuacji zapotrzebowania na gaz w sieciach gazu ziemnego polegający na sprężaniu do wysokiego ciśnienia gazu pobieranego w okresach obniżonego zapotrzebowania na gaz, magazynowaniu sprężonego gazu i rozprężaniu zmagazynowanego gazu do sieci gazowej w okresach wystąpienia zwiększonego zapotrzebowania na gaz.

Sposób ten charakteryzuje się wysokim zużyciem energii na sprężanie gazu - stosowane do sprężania gazu sprężarki są napędzane silnikami elektrycznymi lub spalinowymi, głównie gazowymi. Dlatego stosowany jest głównie w ogólnokrajowych sieciach do strategicznego kompensowania zmiennego zapotrzebowania na gaz w układzie sezonowym, związanego z porami roku lato - zima.

Istotą wynalazku jest to, że układ technologiczny instalacji do kompensowania fluktuacji zapotrzebowania na gaz w sieciach gazu ziemnego w postaci instalacji sprężająco-magazynująco-rozprężającej zawierającej sprężarkę, magazyn sprężonego gazu oraz moduł redukcji ciśnienia charakteryzuję się tym, że jako sprężarkę stosuje się sprężarkę tłokową napędzaną gazem pobieranym rurociągiem z rurociągu przesyłowego, a sprężarka posiada odprowadzenie rurociągiem rozprężonego gazu do rurociągu dystrybucyjnego, oraz odprowadzenie rurociągiem sprężonego gazu do zbiornika magazynowego, połączonego rurociągiem z modułem redukcji ciśnienia mającego połączenie z rurociągiem przesyłowym, a instalacja sprężająco-magazynująco-rozprężająca usytuowana jest przy sieciowej stacji redukcyjnej która posiada rurociąg do pobierania gazu z rurociągu przesyłowego oraz odprowadzenie rozprężonego gazu do rurociągu dystrybucyjnego. Ponadto układ posiada dodatkowo podłączony do rurociągu zestaw pomiarowo-dystrybucyjny do wydawania sprężonego gazu jako paliwa CNG do pojazdów samochodowych. Rurociąg, będący odgałęzieniem od rurociągu, prowadzi do modułu skraplania gazu opartego na rozprężaniu gazu, przy czym moduł skraplania posiada odprowadzenie rurociągiem rozprężonego gazu do rurociągu dystrybucyjnego oraz odprowadzenie rurociągiem skroplonego gazu do niskotemperaturowych zbiorników magazynowych, zaś zbiorniki magazynowe połączone są rurociągiem z parownicą i dalej z rurociągiem. Ponadto układ posiada dodatkowo podłączony do rurociągu zestaw pomiarowo-dystrybucyjny do wydawania skroplonego gazu jako paliwa LNG do odbiorców zewnętrznych.

Istotą sposobu kompensowania fluktuacji zapotrzebowania na gaz w sieciach gazu ziemnego polegający na sprężaniu do wysokiego ciśnienia gazu pobieranego z rurociągu przesyłowego średnio

PL 240 698 B1 ciśnieniowego lub wysokociśnieniowego w okresach obniżonego zapotrzebowania na gaz, magazynowaniu sprężonego gazu i rozprężaniu zmagazynowanego gazu do rurociągu w okresach wystąpienia zwiększonego zapotrzebowania na gaz jest to, że do sprężania wykorzystuje się energię rozprężania gazu średnio- lub wysokociśnieniowego, a gaz o zredukowanym ciśnieniu ze sprężania kieruje się do niskociśnieniowego rurociągu dystrybucyjnego. Oraz to, że zmagazynowany sprężon y gaz poprzez zestaw pomiarowo-dystrybucyjny wydaje się jako paliwo CNG do pojazdów samochodowych i to że sprężony gaz skrapla się z wykorzystaniem efektu Joule’a-Thomsona przy na rozprężaniu gazu, magazynuje się skroplony gaz, a w okresach zwiększonego zapotrzebowania odparowuje się i wprowadza do sieci. A ponadto, że zmagazynowany skroplony gaz poprzez zestaw pomiarowo-dystrybucyjny wydaje się jako paliwo LNG do odbiorców zewnętrznych.

Według wynalazku układ technologiczny instalacji do kompensowania fluktuacji zapotrzebowania na gaz w sieciach gazu ziemnego zawierający sprężarkę, magazyn sprężonego gazu oraz moduł redukcji ciśnienia charakteryzuje się tym, że jako sprężarkę stosuje się sprężarkę tłokową napędzaną gazem pobieranym z rurociągu przesyłowego średniociśnieniowego lub wysokociśnieniowego. Gaz o zredukowanym ciśnieniu ze sprężarki kieruje się do niskociśnieniowego rurociągu dystrybucyjnego, zaś sprężony gaz magazynuje się w zbiornikach ciśnieniowych a w okresach wystąpienia zwiększonego zapotrzebowania na gaz zmagazynowany gaz rozpręża się i kieruje do rurociągu przesyłowego. Według wynalazku instalacja sprężająco-magazynująco-rozprężająca usytuowana jest przy sieciowej stacji redukcyjnej.

Stosowana w sposobie według wynalazku sprężarka tłokowa, do napędzania której wykorzystuje się energię gazu doprowadzanego z średnio- lub wysokociśnieniowego rurociągu przesyłowego, może być w wersji jednostronnej lub korzystnie dwustronnej, na przykład sprężarka według opisu patentowego PL 235574.

Jako zbiorniki magazynowe sprężonego gazu można stosować dowolne zbiorniki ciśnieniowe takie jak stacjonarne zbiorniki złożone z wiązek butli stalowych lub kompozytowych.

Korzystnie układ technologiczny instalacji według wynalazku posiada dodatkowo podłączony do zbiorników magazynowych zestaw pomiarowo-dystrybucyjny do wydawania sprężonego gazu jako paliwa CNG do pojazdów samochodowych.

Korzystnie układ technologiczny instalacji według wynalazku posiada dodatkowo moduł skraplania gazu oparty na rozprężaniu gazu z wykorzystaniem efektu Joule’a-Thomsona oraz co najmniej jeden zbiornik i parownicę ciekłego gazu.

Korzystnie układ technologiczny instalacji według wynalazku posiada dodatkowo podłączony do zbiorników magazynowych zestaw pomiarowo-dystrybucyjny do wydawania skroplonego gazu jako paliwa LNG do odbiorców zewnętrznych.

Według wynalazku sposób kompensowania fluktuacji zapotrzebowania na gaz w sieciach gazu ziemnego polega na sprężaniu do wysokiego ciśnienia gazu pobieranego z rurociągu przesyłowego średnio- lub wysokociśnieniowego w okresach obniżonego zapotrzebowania na gaz, przy czym do sprężania wykorzystuje się energię rozprężania gazu średnio- lub wysokociśnieniowego. Sprężony gaz magazynuje się i w okresach wystąpienia zwiększonego zapotrzebowania na gaz zmagazynowany gaz rozpręża się i kieruje do rurociągu przesyłowego, zaś gaz o zredukowanym ciśnieniu z sprężania kieruje się do niskociśnieniowego rurociągu dystrybucyjnego.

Korzystnie zmagazynowany sprężony gaz poprzez zestaw pomiarowo-dystrybucyjny może być wydawany jako paliwo ekologiczne CNG (z angielskiego Compressed Natural Gas) do pojazdów samochodowych.

Według wynalazku w sposobie kompensowania fluktuacji zapotrzebowania na gaz w sieciach gazu ziemnego korzystnie dodatkowo sprężony gaz skrapla się przez rozprężanie gazu z wykorzystaniem efektu Joule’a-Thomsona, magazynuje się skroplony gaz a w okresach zwiększonego zapotrzebowania odparowuje się i wprowadza do sieci.

Korzystnie zmagazynowany skroplony gaz poprzez zestaw pomiarowo-dystrybucyjny może być wydawany jako paliwo LNG (z angielskiego Liquefied Natural Gas) do odbiorców zewnętrznych, na przykład jako paliwo ekologiczne do pojazdów samochodowych.

Zastosowanie sposobu według wynalazku do kompensowania fluktuacji zapotrzebowania na gaz w sieciach gazu ziemnego i opartego na tym sposobie układu technologicznego instalacji umożliwia bezenergetyczne sprężanie i magazynowanie sprężonego gazu, zwłaszcza w rozproszonych końcowych strefach rurociągów przesyłowych, gdzie najczęściej występują spowodowane zwiększonym zapotrzebowaniem na gaz spadki ciśnienia, uniemożliwiające poprawną pracę sieci gazowej.

Claims

PL 640 698 B1

Układ technologiczny instalacji do kompensowania fluktuacji zapotrzebowania na gaz w sieciach gazu ziemnego i sposób realizacji tej kompensacji według wynalazku zostanie objaśniony w przykładzie wykonania w oparciu o rysunek (fig. 1) przedstawiający blokowy schemat technologiczny instalacji w pełnym rozwinięciu z wszystkimi opcjami wraz z sieciową stacją redukcji ciśnienia.

P r z y k ł a d

W powszechnie stosowanych rozwiązaniach w sieciach gazowych rurociąg przesyłowy 1 połączony jest rurociągiem 2 z wejściem sieciowej stacji redukcyjnej 3, zaś wyjście stacji redukcyjnej 3 podłączone jest do rurociągu dystrybucyjnego 4. Wejście sprężarki tłokowej dwustronnego działania 5 połączone jest rurociągiem 6 z rurociągiem przesyłowym 1, zaś wylot ze sprężarki 5 połączony jest rurociągiem 7 z rurociągiem dystrybucyjnym 4.

Wylot sprężonego gazu ze sprężarki 5 połączony jest rurociągiem 8 ze zbiornikiem magazynowym 9. Wylot ze zbiornika magazynowego 9 połączony jest rurociągiem 10 poprzez moduł redukcji ciśnienia 11 z rurociągiem przesyłowym 1. Do rurociągu 10 podłączony jest zestaw pomiarowodystrybucyjny 12 do wydawania sprężonego gazu jako paliwa CNG. Do rurociągu 10 podłączon y jest również rurociągiem 13 moduł skraplania gazu 14, oparty na rozprężaniu gazu z wykorzystaniem efektu Joule’a-Thomsona.

Wyjście gazu o zredukowanym ciśnieniu połączone jest rurociągiem 15 z rurociągiem dystrybucyjnym 4, zaś wyjście skroplonego gazu połączone jest rurociągiem 16 z zestawem niskotemperaturowych zbiorników magazynowych 17. Wylot ze zbiorników magazynowych 17 połączony jest rurociągiem 18 poprzez parownicę 19 z rurociągiem przesyłowym 1. Do rurociągu 18 podłączony jest zestaw pomiarowo-dystrybucyjny 20 do wydawania skroplonego gazu jako paliwa LNG.

Sposób działania układu technologicznego instalacji do kompensowania fluktuacji zapotrzebowania na gaz w sieciach gazu ziemnego jest następujący:

Gaz ziemny transportowany jest rurociągiem przesyłowym średnio- lub wysokociśnieniowym 1 pod ciśnieniem zwykle 3-8 MPa. Z tego rurociągu pobierany jest gaz do sieciowej stacji redukcyjnej 3, gdzie po redukcji ciśnienia do zwykle poniżej 0,35 MPa gaz kierowany jest do rurociągu dystrybucyjnego 4. Również z rurociągu przesyłowego 1 obierany jest gaz do sprężarki tłokowej dwustronnego działania 5. Część pobranego gazu z rurociągu przesyłowego 1 jest czynnikiem roboczym i w wyniku rozprężenia wykonuje pracę sprężenia pozostałej części pobranego gazu. Gaz spręża się zwykle do ciśnienia powyżej 20 MPa, najczęściej do 20-25 MPa. Rozprężony gaz kierowany jest do rurociągu dystrybucyjnego 4 zaś sprężony gaz kierowany jest do zbiornika magazynowego 9, w postaci zastawu równolegle połączonych butli ciśnieniowych. W okresach zwiększonego zapotrzebowania sprężony gaz ze zbiornika magazynowego 9 kierowany jest poprzez moduł redukcji ciśnienia 11 do rurociągu przesyłowego 1.

Sprężony gaz ze zbiornika magazynowego 9 może być wydawany przez zestaw pomiarowodystrybucyjny 12 jak paliwo CNG.

Sprężony gaz ze zbiornika magazynowego 9 może być również kierowany do modułu skraplania gazu 14, opartego na rozprężaniu gazu z wykorzystaniem efektu Joule’a-Thomsona. W module skraplania gazu 14 część gazu jest skraplana a pozostała część o obniżonym ciśnieniu kierowana jest do rurociągu dystrybucyjnego 4. Skroplony gaz kierowany jest do niskotemperaturowych zbiorników magazynowych 17. W okresach zwiększonego zapotrzebowania skroplony gaz ze zbiornika magazynowego 17 kierowany jest poprzez parownicę 19 do rurociągu przesyłowego 1.

Skroplony gaz ze zbiorników magazynowych 17 może być wydawany przez zestaw pomiaro wodystrybucyjny 20 jak paliwo LNG.

Zastrzeżenia patentowe

1. Układ technologiczny instalacji do kompensowania fluktuacji zapotrzebowania na gaz w sieciach gazu ziemnego w postaci instalacji sprężająco-magazynująco-rozprężającej zawierającej sprężarkę, magazyn sprężonego gazu oraz moduł redukcji ciśnienia, znamienny tym, że jako sprężarkę stosuje się sprężarkę tłokową (5) napędzaną gazem pobieranym rurociągiem (6) z rurociągu przesyłowego (1), a sprężarka (5) posiada odprowadzenie rurociągiem (7) rozprężonego gazu do rurociągu dystrybucyjnego (4), oraz odprowadzenie rurociągiem (8) sprężonego gazu do zbiornika magazynowego (9) , połączonego rurociągiem (10) z modułem redukcji ciśnienia (11) mającego połączenie z rurociągiem przesyłowym (1), a in

PL 240 698 B1 stalacja sprężająco-magazynująco-rozprężająca usytuowana jest przy sieciowej stacji redukcyjnej (3) która posiada rurociąg (2) do pobierania gazu z rurociągu przesyłowego (1) oraz odprowadzenie rozprężonego gazu do rurociągu dystrybucyjnego (4).
2. Układ technologiczny instalacji do kompensowania fluktuacji według zastrz. 1, znamienny tym, że posiada dodatkowo podłączony do rurociągu (10) zestaw pomiarowo-dystrybucyjny (12) do wydawania sprężonego gazu jako paliwa CNG do pojazdów samo chodowych.
3. Układ technologiczny instalacji do kompensowania fluktuacji według zastrz. 1 i 2, znamienny tym, że dodatkowo posiada rurociąg (13), będący odgałęzieniem od rurociągu (10), prowadzący do modułu skraplania gazu (14) opartego na rozprężaniu gazu, przy czym moduł skraplania (14) posiada odprowadzenie rurociągiem (15) rozprężonego gazu do rurociągu dystrybucyjnego (4) oraz odprowadzenie rurociągiem (16) sk roplonego gazu do niskotemperaturowych zbiorników magazynowych (17), zaś zbiorniki magazynowe (17) połączone są rurociągiem (18) z parownicą (19) i dalej z rurociągiem (1).
4. Układ technologiczny instalacji do kompensowania fluktuacji według zastrz. 1-3, znamienny tym, że posiada dodatkowo podłączony do rurociągu (18) zestaw pomiarowo-dystrybucyjny (20) do wydawania skroplonego gazu jako paliwa LNG do odbiorców zewnętrznych.
5. Sposób kompensowania fluktuacji zapotrzebowania na gaz w sieciach gazu ziemnego polegający na sprężaniu do wysokiego ciśnienia gazu pobieranego z rurociągu przesyłowego średniociśnieniowego lub wysokociśnieniowego w okresach obniżonego zapotrzebowania na gaz, magazynowaniu sprężonego gazu i rozprężaniu zmag azynowanego gazu do rurociągu w okresach wystąpienia zwiększonego zapotrzebowania na gaz, znamienny tym, że do sprężania wykorzystuje się energię rozprężania gazu średnio- lub wysokociśnieniowego, a gaz o zredukowanym ciśnieniu ze sprężania kieruje się do niskociśnieniowego rurociągu dystrybucyjnego.
6. Sposób kompensowania fluktuacji zapotrzebowania na gaz ziemny według zastrz. 5, znamienny tym, że zmagazynowany sprężony gaz poprzez zestaw pomiarowo-dystrybucyjny wydaje się jako paliwo CNG do pojazdów samochodowych.
7. Sposób kompensowania fluktuacji zapotrzebowania na gaz ziemny według zastrz. 5, znamienny tym, że sprężony gaz skrapla się z wykorzystaniem efektu Joule’a-Thomsona przy na rozprężaniu gazu, magazynuje się skroplony gaz, a w okresach zwiększonego zapotrzebowania odparowuje się i wprowadza do sieci.
8. Sposób kompensowania fluktuacji zapotrzebowania na gaz ziemny według zastrz. 7, znamienny tym, że zmagazynowany skroplony gaz poprzez zestaw pomiarowo-dystrybucyjny wydaje się jako paliwo LNG do odbiorców zewnętrznych.