RU2033581C1

RU2033581C1 - Plant for recovery of gas energy in underground gas storage

Info

Publication number: RU2033581C1
Authority: RU
Inventors: Г.Э. Одишария; В.И. Мурин; Н.И. Изотов; Н.В. Даки; И.В. Ткаченко; Ю.А. Трейко
Original assignee: Всероссийский научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий
Priority date: 1991-03-11
Filing date: 1991-03-11
Publication date: 1995-04-20

Abstract

FIELD: transportation and storage of natural gas. SUBSTANCE: plant has "n" power units operating in parallel. Each unit consists of turbo-expander with synchronous generator on the shaft and frequency converter. Plant is also provided with separator for gas condensate which is fed to closed circulating loop. Auxiliary power unit is provided with auxiliary turbine connected to closed loop and synchronous generator with frequency converter. Potential energy of gas from underground storage is recovered by means of main power units and is transferred to power supply line. Cooled natural gas obtained at outlet of turbo-expanders is used for operation of auxiliary turbine working in heat-transfer agent closed circulating loop. Auxiliary power unit is used for recovery of thermal energy of gas from underground storage and air from surrounding medium. Mode of extraction of gas from underground storage is regulated by means of frequency converters of main power units controlled by signal from flow regulator. EFFECT: enhanced reliability. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике хранения и транспортировки природного газа и может быть использовано на подземных хранилищах газа и на промыслах в газовой промышленности. The invention relates to techniques for storage and transportation of natural gas and can be used in underground gas storages and in fields in the gas industry.

Известны установки для утилизации энергии газа, в том числе и на подземных хранилищах газа, содержащие турбодетандеры с электрическими генераторами на валу и подводящие трубопроводные линии высокого и низкого давления. В известных установках избыточную энергию сжатого газа с помощью турбодетандеров и электрических генераторов преобразуют в электрическую, которую затем передают в сеть электроснабжения. Known installations for the utilization of gas energy, including in underground gas storages, containing turboexpander with electric generators on the shaft and supply piping lines of high and low pressure. In known installations, the excess energy of the compressed gas is converted into electrical energy by means of turboexpander and electric generators, which is then transferred to the power supply network.

Известные установки обладают низкой эффективностью, поскольку утилизируют лишь часть энергии газа его потенциальную энергию сжатого состояния. Known plants have low efficiency, since they utilize only part of the energy of the gas and its potential energy of a compressed state.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является установка для утилизации энергии газа, которая может быть использована и на подземном хранилище газа. Установка содержит замкнутый циркуляционный контур, заполненный теплоносителем (этаном), с включенными в него циркуляционным насосом, испарителем, первым и вторым теплообменниками. энергоблок, включающий в себя турбодетандер с установленным на его валу синхронным генератором, соединенным с сетью электроснабжения. Кроме того, установка содержит трубопроводную линию газа высокого и низкого давления, магистральный газопровод. В известной установке замкнутый циркуляционный контур, заполненный этаном, обеспечивает требуемый тепловой режим для достижения необходимых кондиций транспортируемого газа, исключающий формирование гидратных пробок в турбодетандере. Closest to the invention in technical essence and the achieved result is a plant for the utilization of gas energy, which can be used in an underground gas storage. The installation contains a closed circulation circuit filled with a heat carrier (ethane), with a circulation pump, an evaporator, and first and second heat exchangers included in it. power unit, including a turboexpander with a synchronous generator installed on its shaft, connected to the power supply network. In addition, the installation contains a pipeline line of high and low pressure gas, a gas main. In the known installation, a closed circulation loop filled with ethane provides the required thermal regime to achieve the necessary conditions for the transported gas, eliminating the formation of hydrate plugs in the turboexpander.

Недостатком известной установки является низкая эффективность утилизации энергии газа, поскольку в ней используется лишь часть энергии газа его потенциальная энергия сжатого состояния. Кроме того, в известной установке не обеспечиваются требуемые кондиции транспортируемого газа при его смешивании с газом в магистральном газопроводе. В этом случае из-за различия температур газа в магистральном газопроводе и газа на выходе из установки возможно образование гидратных пробок в магистральном газопроводе, что резко снижает его пропускную способность. A disadvantage of the known installation is the low efficiency of gas energy recovery, since it uses only part of the gas energy and its potential energy of a compressed state. In addition, the known installation does not provide the required condition of the transported gas when it is mixed with gas in the main gas pipeline. In this case, due to the difference in gas temperatures in the main gas pipeline and gas at the outlet of the installation, hydrate plugs may form in the main gas pipeline, which sharply reduces its throughput.

Цель изобретения повышение эффективности утилизации энергии газа. The purpose of the invention is to increase the efficiency of utilization of gas energy.

Цель достигается тем, что в установку для утилизации энергии газа на подземном хранилище газа, содержащую энергоблок, включающий в себя синхронный генератор с установленным на его валу турбодетандером, трубопроводную линию газа высокого давления, трубопроводную линию газа низкого давления, магистральный газопровод, замкнутый циркуляционный контур и последовательно включенные в него циркуляционный насос, испаритель и теплообменник, при этом магистральный газопровод соединен с трубопроводной линией газа низкого давления, трубопроводная линия газа высокого давления через первую полость теплообменника соединена с входом турбодетандера, а вторая полость теплообменника соединена с трубопроводной линией газа высокого давления, введены конденсатор, блок очистки-осушки газа, сепаратор, первый и второй регулирующие вентили, регулятор расхода газа, первый и второй датчики расхода газа, вспомогательный энергоблок, включающий в себя вспомогательную турбину с установленным на ее валу вспомогательным синхронным генератором и вспомогательный преобразователь частоты, n энергоблоков, где n 1, 2, 3, каждый из которых включает в себя преобразователь частоты, подсоединенный входом к выходу соответствующего синхронного генератора, а выходом к сети электроснабжения. При этом входы всех турбодетандеров соединены между собой и с первым выходом сепаратора, вход которого соединен с выходом первой полости теплообменника, а выходы всех турбодетандеров, выполненных со сменными проточными частями, соединены между собой и с входом первой полости конденсатора, выход которой соединен с второй полостью теплообменника. Кроме того, к входу трубопроводной линии газа высокого давления подсоединен блок очистки-осушки газа, а выход вспомогательной турбины через вторую полость конденсатора соединен с циркуляционным насосом. Вход вспомогательной турбины через третью полость теплообменника соединен с выходом испарителя, а второй выход сепаратора соединен с входом первого и второго регулирующих вентилей. Выход первого регулирующего вентиля соединен с выходом первой полости конденсатора, а выход второго регулирующего вентиля соединен с входом испарителя и выходом циркуляционного насоса. Выход первого датчика расхода газа, установленного на магистральном газопроводе, соединен с первым входом регулятора расхода газа, второй вход которого соединен с выходом второго датчика расхода газа, установленного на трубопроводной линии газа низкого давления, а выход регулятора расхода газа соединен с управляющими входами преобразователей частоты энергоблоков и управляющими входами турбодетандеров. The goal is achieved by the fact that in the installation for the utilization of gas energy in the underground gas storage containing the power unit, which includes a synchronous generator with a turbo expander installed on its shaft, a high pressure gas pipeline, a low pressure gas pipeline, a gas main, a closed circulation circuit and a circulation pump, an evaporator and a heat exchanger sequentially included therein, while the main gas pipeline is connected to the low pressure gas pipeline line, the pipeline the first high-pressure gas line through the first cavity of the heat exchanger is connected to the inlet of the turbine expander, and the second cavity of the heat exchanger is connected to the high-pressure gas pipeline line, a condenser, a gas cleaning-drying unit, a separator, first and second control valves, a gas flow regulator, the first and second are introduced gas flow sensors, auxiliary power unit, including an auxiliary turbine with an auxiliary synchronous generator installed on its shaft and an auxiliary frequency converter, n energy blocks, where n 1, 2, 3, each of which includes a frequency converter coupled to the output of the corresponding input of the synchronous generator, and output to the power network. The inputs of all turbo-expanders are connected to each other and to the first output of the separator, the input of which is connected to the output of the first cavity of the heat exchanger, and the outputs of all turbo-expanders made with replaceable flow parts are connected to each other and to the input of the first cavity of the condenser, the output of which is connected to the second cavity heat exchanger. In addition, a gas cleaning-drying unit is connected to the inlet of the high-pressure gas pipeline line, and the output of the auxiliary turbine is connected to the circulation pump through the second cavity of the condenser. The input of the auxiliary turbine through the third cavity of the heat exchanger is connected to the output of the evaporator, and the second output of the separator is connected to the input of the first and second control valves. The output of the first control valve is connected to the output of the first cavity of the condenser, and the output of the second control valve is connected to the input of the evaporator and the output of the circulation pump. The output of the first gas flow sensor installed on the main gas pipeline is connected to the first input of the gas flow regulator, the second input of which is connected to the output of the second gas flow sensor installed on the low pressure gas pipeline, and the output of the gas flow regulator is connected to the control inputs of the frequency converter of power units and control inputs of turbo expanders.

В установку введены первый и второй двухполостные теплообменники, при этом трубопроводная линия газа высокого давления через первые полости первого и второго двухполостного теплообменника соединена с входом сепаратора, трубопроводная линия газа низкого давления через вторую полость второго двухполостного теплообменника соединена с выходом первой полости конденсатора, а вход вспомогательной турбины через вторую полость первого двухполостного теплообменика соединен с выходом испарителя. The first and second two-cavity heat exchangers are introduced into the installation, while the high-pressure gas pipeline through the first cavities of the first and second two-cavity heat exchangers is connected to the separator inlet, the low-pressure gas pipeline through the second cavity of the second two-cavity heat exchanger is connected to the output of the first condenser cavity, and the auxiliary turbines through the second cavity of the first two-cavity heat exchange are connected to the outlet of the evaporator.

Известны технические решения, в которых осуществляются утилизация энергии сжатого газа и дальнейшее ее преобразование в электрическую с помощью турбин и электрических генераторов. Однако в известных решениях отсутствуют средства для дополнительного преобразования низкотемпературной тепловой энергии в электрическую, не обусловленную потенциальной энергией сжатого газа. В известных решениях отсутствуют также средства для изменения режима магистрального газопровода и режима отбора газа из подземного хранилища газа с помощью регулируемого преобразователя частоты, связанного с сетью электроснабжения и синхронным генератором, имеющего переменную частоту вращения, что подтверждает соответствие заявленного технического решению критерию "существенные отличия". Known technical solutions in which the utilization of the energy of compressed gas is carried out and its further conversion into electrical energy using turbines and electric generators. However, in the known solutions there are no means for additional conversion of low-temperature thermal energy into electrical energy, not caused by the potential energy of the compressed gas. Known solutions also lack means to change the regime of the main gas pipeline and the regime of gas extraction from the underground gas storage using an adjustable frequency converter connected to the power supply network and a synchronous generator having a variable speed, which confirms the compliance of the claimed technical solution with the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 приведена технологическая схема установки для утилизации энергии газа на подземном хранилище газа; на фиг. 2 технологическая схема установки с двумя двухполостными теплообменниками. In FIG. 1 shows the technological scheme of the installation for the utilization of gas energy in an underground gas storage; in FIG. 2 technological scheme of the installation with two two-cavity heat exchangers.

Установка (фиг. 1) содержит блок 1 очистки-осушки газа, соединенный с подземным хранилищем 2 газа с помощью системы скважин 3 и посредством трубопроводной линии 4 газа высокого давления с входом первой полости трехполостного теплообменника 5. Установка содержит n одинаковых энергоблоков, каждый из которых состоит из турбодетандера 6 с установленным на его валу синхронным генератором 7 и преобразователя 8 частоты, вход которого соединен с выходом синхронного генератора 7, а выход с сетью 9 электроснабжения. Выходы всех турбодетандеров соединены между собой и с входом первой полости конденсатора 10. Выход первой полости конденсатора 10 через вторую полость теплообменника 5 соединен с трубопроводной линией 11 газа низкого давления, которая соединена с магистральным газопроводом 12. Вспомогательный энергоблок содержит вспомогательную турбину 13 с установленным на ее валу синхронным генератором 14 и вспомогательный преобразователь 15 частоты, вход которого соединен с выходом вспомогательного синхронного генератора 14, а выход с сетью 9 электроснабжения. Выход вспомогательной турбины 13 через вторую полость конденсатора 10 соединен с входом циркуляционного насоса 16, а его выход через испаритель 17, третью полость теплообменника 5 соединен с входом вспомогательной турбины 13. Управляющие входы преобразователей 8 частоты соединены между собой, с управляющими входами турбодетандеров и с выходом регулятора 18 расхода газа, первый вход которого соединен с выходом первого датчика 19 расхода газа, установленного на магистральном газопроводе 12, а второй вход с выходом второго датчика 20 расхода газа, установленного на трубопроводной линии 11 газа низкого давления. Выход первой полости теплообменника 5 соединен с входом сепаратора 21, первый выход которого соединен с входами турбодетандеров 6, а второй выход с входами первого 22 и второго 23 регулирующих вентилей. Выход первого регулирующего вентиля 22 соединен с выходом первой полости конденсатора 10, а выход второго регулирующего вентиля 23 с входом испарителя 17. The installation (Fig. 1) contains a gas cleaning-drying unit 1 connected to an underground gas storage 2 by means of a well system 3 and by means of a high-pressure gas pipeline line 4 with an inlet to the first cavity of a three-cavity heat exchanger 5. The installation contains n identical power units, each of which consists of a turboexpander 6 with a synchronous generator 7 mounted on its shaft and a frequency converter 8, the input of which is connected to the output of the synchronous generator 7, and the output to the power supply network 9. The outputs of all turbo-expanders are connected to each other and to the inlet of the first cavity of the condenser 10. The output of the first cavity of the condenser 10 through the second cavity of the heat exchanger 5 is connected to the low pressure gas pipe line 11, which is connected to the main gas pipeline 12. The auxiliary power unit contains an auxiliary turbine 13 with it installed the shaft with a synchronous generator 14 and an auxiliary frequency converter 15, the input of which is connected to the output of the auxiliary synchronous generator 14, and the output to the power supply network 9 eniya. The output of the auxiliary turbine 13 through the second cavity of the condenser 10 is connected to the input of the circulation pump 16, and its output through the evaporator 17, the third cavity of the heat exchanger 5 is connected to the input of the auxiliary turbine 13. The control inputs of the frequency converters 8 are connected to each other, to the control inputs of the turbine expanders and to the output gas flow controller 18, the first input of which is connected to the output of the first gas flow sensor 19 installed on the gas main 12, and the second input to the output of the second gas flow sensor 20, installed on the pipeline line 11 of low pressure gas. The output of the first cavity of the heat exchanger 5 is connected to the input of the separator 21, the first output of which is connected to the inputs of the turbo-expanders 6, and the second output with the inputs of the first 22 and second 23 control valves. The output of the first control valve 22 is connected to the output of the first cavity of the capacitor 10, and the output of the second control valve 23 with the input of the evaporator 17.

Установка (фиг. 2) содержит первый двухполостный теплообменник 24 и второй двухполостный теплообменник 25, первые полости которых соединены последовательно между собой. Выход первой полости второго двухполостного теплообменника 25 соединен с входом сепаратора 21, а вход первой полости первого двухполостного теплообменника 24 соединен с трубопроводной линией 4 газа высокого давления. Выход первой полости конденсатора 10 через вторую полость второго двухполостного теплообменника 25 соединен с трубопроводной линией 11 газа низкого давления, а выход испарителя 17 через вторую полость первого двухполостного теплообменника 24 соединен с входом вспомогательной турбины 13. The installation (Fig. 2) contains a first two-cavity heat exchanger 24 and a second two-cavity heat exchanger 25, the first cavities of which are connected in series with each other. The output of the first cavity of the second two-cavity heat exchanger 25 is connected to the input of the separator 21, and the entrance of the first cavity of the first two-cavity heat exchanger 24 is connected to the high pressure gas pipeline 4. The output of the first cavity of the condenser 10 through the second cavity of the second two-cavity heat exchanger 25 is connected to the low pressure gas pipe line 11, and the output of the evaporator 17 through the second cavity of the first two-cavity heat exchanger 24 is connected to the input of the auxiliary turbine 13.

Установка (фиг. 1) работает следующим образом. Installation (Fig. 1) works as follows.

В режиме отбора газа из подземного хранилища 2 газ высокого давления (100-150 ати) через систему скважин 3 поступает на блок 1 очистки-осушки газа, где он очищается от механических примесей и осушается от водяных паров. После блока очистки-осушки газа газ высокого давления через трубопроводную линию 4 поступает в первую полость теплообменника 5, где он отдает тепло теплоносителю из замкнутого циркуляционного контура. С выхода первой полости теплообменника 5 холодный газ поступает в сепаратор 21, в котором из поступающего газа выделяется газовый конденсат. Очищенный от газового конденсата газ высокого давления через первый выход сепаратора 21 поступает на входы всех турбодетандеров 6. Природный газ расширяется в проточной части турбодетандеров 6, при этом потенциальная энергия сжатого газа преобразуется в механическую и передается на вал синхронных генераторов 7, а затем электроэнергия через преобразователи 8 частоты поступает в сеть 9 электроснабжения. Охлажденный до температуры ниже температуры конденсации теплоносителя газ низкого давления с выхода всех турбодетандеров 6 поступает в первую полость конденсатора 10, где осуществляет конденсацию теплоносителя из второй полости конденсатора 10, включенного в замкнутый циркуляционный контур. В качестве теплоносителя замкнутого циркуляционного контура используется газовый конденсат, который поступает из сепаратора 21 через его второй выход, а затем через второй регулирующий вентиль 23 в замкнутый циркуляционный контур на вход испарителя 17. Поступление газового конденсата из сепаратора 21 в замкнутый циркуляционный контур компенсирует потери теплоносителя этого контура, а оставшееся количество газового конденсата из сепаратора 21 через первый регулирующий вентиль 22 подается в газ низкого давления, поступающий в магистральный газопровод 12 для увеличения его теплотворной способности. Сжиженный газовый конденсат из второй полости конденсатора 10 с помощью циркуляционного насоса 16 подается в испаритель 17, где, используя тепло наружного воздуха, частично испаряется. Затем частично испаренный конденсат поступает в третью полость теплообменника 5, где он полностью испаряется за счет теплообмена с газом, поступающим из подземного хранилища 2 газа (температура газа высокого давления на выходе из подземного хранилища составляет 15-20^оС). Нагретый парообразный теплоноситель после теплообменника 5 поступает в проточную часть вспомогательной турбины 13, где расширяется с передачей энергии на вал вспомогательного синхронного генератора и далее в сеть 9 электроснабжения через вспомогательный преобразователь 15 частоты. После вспомогательной турбины 13 газовый конденсат поступает во вторую полость конденсатора 10, где он конденсируется, а затем поступает на вход циркуляционного насоса 16. С выхода первой полости конденсатора 10 природный газ низкого давления поступает во вторую полость теплообменника 5, где он нагревается, и затем через трубопроводную линию 11 газа низкого давления поступает в магистральный газопровод 12. В установке (фиг. 1) потенциальная энергия сжатого газа, поступающего из подземного хранилища 2, утилизируется с помощью турбодетандеров 6 энергоблоков, а тепловая энергия газа от подземного хранилища 2 и (частично) тепловая энергия окружающего воздуха утилизируются с помощью вспомогательного энергоблока (вспомогательная турбина 13, вспомогательный синхронный генератор 14 и вспомогательный преобразователь 15 частоты). Природный газ, поступающий через трубопроводную линию 11 газа низкого давления в магистральный газопровод 12, имеет примерно одинаковые температуру и давление с газом магистрального газопровода 12. Это позволяет исключить образование гидратных пробок в магистральном газопроводе и обеспечить требуемую производительность магистрального газопровода при смешении двух потоков газа. Регулирование режима отбора газа из подземного хранилища 2 обеспечивают с помощью преобразователей 8 частоты, которые имеют возможность изменить величину электрической мощности, отдаваемую в сеть 9 электроснабжения, в зависимости от соотношения расходов газа в магистральном газопроводе 12 и в трубопроводной линии 11 газа низкого давления. Контроль величины расходов газа в упомянутых объектах осуществляют первый 19 и второй 20 датчики расхода. Регулятор 18 расхода газа осуществляет преобразование соотношения расходов в электрический сигнал, который поступает на управляющие входы всех n преобразователей 8 частоты и на управляющие входы турбодетандеров 6. Величина электрической мощности, отдаваемой энергоблоком в сеть 9 электроснабжения (следовательно, и тормозной момент на валу турбодетандеров 6), определяется углом открывания тиристоров (не показаны) преобразователей 8 частоты, который изменяется сигналом от регулятора 18 расхода. Кроме того, использование регулируемых по упомянутому выше параметру преобразователей 8 частоты в энергоблоке позволяет обеспечить устойчивый режим синхронных генераторов 7 с сетью 9 электроснабжения при различной частоте вращения турбодетандеров 6. По-существу, при несинхронной работе синхронных генераторов 7 между собой и с сетью электроснабжения обеспечивается стабильная частота сети электроснабжения, которая определяется частотой в данной энергосистеме (около 50 Гц). При этом частота каждого синхронного генератора 7 различна и определяется режимом работы соответствующего турбодетандера 6 и балансом мощности, отдаваемой в сеть 9 электроснабжения и развиваемой соответствующим турбодетандером.In the mode of gas extraction from the underground storage 2, high-pressure gas (100-150 ati) through the well system 3 enters the gas cleaning-drying unit 1, where it is cleaned of mechanical impurities and drained of water vapor. After the gas cleaning-drying unit, the high-pressure gas through the pipeline line 4 enters the first cavity of the heat exchanger 5, where it transfers heat to the heat carrier from the closed circulation loop. From the output of the first cavity of the heat exchanger 5, cold gas enters the separator 21, in which gas condensate is released from the incoming gas. Purified high pressure gas from the gas condensate through the first output of the separator 21 enters the inputs of all turbo-expanders 6. Natural gas expands in the flow part of the turbo-expanders 6, while the potential energy of the compressed gas is converted into mechanical and transmitted to the shaft of synchronous generators 7, and then the electricity through the converters 8 frequencies enters the network 9 power supply. Cooled to a temperature below the condensation temperature of the coolant, the low-pressure gas from the outlet of all turbo-expanders 6 enters the first cavity of the condenser 10, where it condenses the coolant from the second cavity of the condenser 10, which is included in the closed circulation circuit. Gas condensate is used as the coolant of the closed circulation circuit, which flows from the separator 21 through its second outlet, and then through the second control valve 23 to the closed circulation circuit to the inlet of the evaporator 17. The gas condensate from the separator 21 to the closed circulation circuit compensates for the loss of the heat carrier of this circuit, and the remaining amount of gas condensate from the separator 21 through the first control valve 22 is supplied to the low-pressure gas entering the mains pipeline 12 to increase its calorific value. The liquefied gas condensate from the second cavity of the condenser 10 is supplied to the evaporator 17 by means of a circulation pump 16, where, using the heat of the outside air, it partially evaporates. The partially vaporized condensate enters the third cavity of the heat exchanger 5 where it is completely vaporized by heat exchange with gas from underground gas storage 2 (the high-pressure gas temperature at the exit of the underground storage of 15-20 ° ^C). The heated vaporous coolant after the heat exchanger 5 enters the flow part of the auxiliary turbine 13, where it expands with the transfer of energy to the shaft of the auxiliary synchronous generator and then to the power supply network 9 through the auxiliary frequency converter 15. After the auxiliary turbine 13, gas condensate enters the second cavity of the condenser 10, where it condenses, and then enters the inlet of the circulation pump 16. From the output of the first cavity of the condenser 10, low-pressure natural gas enters the second cavity of the heat exchanger 5, where it is heated, and then through the pipeline 11 of low pressure gas enters the main gas pipeline 12. In the installation (Fig. 1) the potential energy of the compressed gas coming from the underground storage 2 is utilized using turboexpanders 6 e ergoblokov, and the thermal energy of the gas from the underground storage 2 and (partially) ambient thermal energy utilized by an auxiliary power unit (auxiliary turbine 13, an auxiliary synchronous generator 14 and the auxiliary frequency converter 15). Natural gas entering through the low-pressure gas pipeline 11 to the gas main 12 has approximately the same temperature and pressure as the gas of the main gas 12. This eliminates the formation of hydrate plugs in the main gas and ensures the required performance of the main gas when two gas flows are mixed. The regulation of the mode of gas extraction from the underground storage 2 is provided by frequency converters 8, which have the ability to change the amount of electric power supplied to the power supply network 9, depending on the ratio of gas flow rates in the main gas pipeline 12 and in the low-pressure gas pipeline 11. The control of the gas flow rate in the mentioned objects is carried out by the first 19 and second 20 flow sensors. The gas flow controller 18 converts the flow rate ratio into an electrical signal that goes to the control inputs of all n frequency converters 8 and to the control inputs of the turbo expanders 6. The amount of electric power given by the power unit to the power supply network 9 (and therefore the braking torque on the shaft of the turbo expanders 6) is determined by the opening angle of the thyristors (not shown) of the frequency converters 8, which is changed by the signal from the flow controller 18. In addition, the use of frequency converters 8 adjustable in accordance with the above parameter in the power unit makes it possible to ensure stable operation of synchronous generators 7 with a power supply network 9 at different speeds of turbo expanders 6. In essence, when the synchronous generators 7 are not synchronized between themselves and with a power supply network, a stable the frequency of the power supply network, which is determined by the frequency in the given power system (about 50 Hz). The frequency of each synchronous generator 7 is different and is determined by the operating mode of the corresponding turbo expander 6 and the balance of power given to the power supply network 9 and developed by the corresponding turbo expander.

В режиме закачки газа в подземном хранилище 2 производят замену проточных частей турбодетандеров 6, которые переводят в режим центробежных нагнетателей, а синхронные генераторы 7 переводят в режим синхронных электродвигателей с регулируемой частотой вращения и с питанием от преобразователей 8 частоты. Отбор газа для закачки в подземном хранилище 2 производят через трубопроводную линию 11 газа низкого давления, вторую полость теплообменника 5, первую полость конденсатора 10, турбодетандеры 6 (работающие в режим нагнетателей), где газ компримируют. Компримируемый газ затем через сепаратор 21, первую полость теплообменника 5, трубопроводную линию 4 газа высокого давления, блок 1 очистки-осушки газа подается на систему скважин 3. В режиме закачки газа закрыты регулирующие вентили 22 и 23, а вспомогательный энергоблок не работает. Теплообменник 5 в этом случае может выполнять функции аппарата охлаждения закачиваемого газа. При этом циркуляция теплоносителя осуществляется, минуя вспомогательную турбину 13. In the gas injection mode in the underground storage 2, the flowing parts of the turbo-expanders 6 are replaced, which are transferred to the centrifugal supercharger mode, and the synchronous generators 7 are switched to the synchronous electric motors with an adjustable speed and powered by frequency converters 8. The selection of gas for injection in the underground storage 2 is carried out through the low pressure gas line 11, the second cavity of the heat exchanger 5, the first cavity of the condenser 10, turbo expanders 6 (operating in the supercharger mode), where the gas is compressed. The compressed gas is then passed through the separator 21, the first cavity of the heat exchanger 5, the high pressure gas pipeline line 4, the gas cleaning-drying unit 1 is supplied to the well system 3. In the gas injection mode, the control valves 22 and 23 are closed, and the auxiliary power unit does not work. The heat exchanger 5 in this case can perform the functions of an apparatus for cooling the injected gas. While the circulation of the coolant is bypassing the auxiliary turbine 13.

Установка (фиг. 2) работает следующим образом. Installation (Fig. 2) works as follows.

Газ высокого давления из подземного хранилища 2, проходя через первую полость первого двухполостного теплообменника 24, отдает тепло газовому конденсату из второй полости двухполостного теплообменника 24, вызывая его испарение. Затем газ высокого давления поступает в первую полость второго двухполостного теплообменника 25, где дополнительно охлаждается газом, поступающим с выхода первой полости конденсатора 10, после чего газ поступает в сепаратор 21 и затем на входы турбодетандеров 6. С выхода всех турбодетандеров охлажденный газ поступает в первую полость конденсатора 10, где он вызывает конденсацию газового конденсата из его первой полости (образующий замкнутый циркуляционный контур). В магистральный газопровод 12 газ низкого давления поступает через трубопроводную линию 11. Замкнутый циркуляционный контур с теплоносителем газовым конденсатом (преимущественно легкие фракции пропан, бутан или их смеси) включает в себя вспомогательную турбину 13, вторую полость двухполостного теплообменника 24, испаритель 17, циркуляционный насос 16, вторую полость конденсатора 10. Регулирование режима отбора газа из подземного хранилища 2 осуществляют с помощью преобразователей 8 частоты и направляющими аппаратами турбодетандеров 6 сигналом от регулятора 18 расхода газа. Использование двухполостных теплообменников 24 и 25 взамен трехполостного (фиг. 1) позволяет упростить технологическое оборудование и снизить его стоимость. High pressure gas from the underground storage 2, passing through the first cavity of the first two-cavity heat exchanger 24, transfers heat to the gas condensate from the second cavity of the two-cavity heat exchanger 24, causing it to evaporate. Then, the high-pressure gas enters the first cavity of the second two-cavity heat exchanger 25, where it is additionally cooled by the gas coming from the outlet of the first cavity of the condenser 10, after which the gas enters the separator 21 and then to the inputs of the turbo-expanders 6. From the output of all turbo-expanders, the cooled gas enters the first cavity condenser 10, where it causes condensation of gas condensate from its first cavity (forming a closed circulation loop). Low pressure gas enters the main gas pipeline 12 through the pipeline 11. A closed circulation circuit with a gas condensate coolant (mainly light propane, butane or their mixtures) includes an auxiliary turbine 13, a second cavity of the two-cavity heat exchanger 24, an evaporator 17, and a circulation pump 16 , the second cavity of the condenser 10. The regulation of the mode of gas extraction from the underground storage 2 is carried out using frequency converters 8 and the guiding devices of the turbo expanders 6 signal ohm from the regulator 18 of the gas flow. The use of two-cavity heat exchangers 24 and 25 instead of a three-cavity (Fig. 1) allows us to simplify process equipment and reduce its cost.

В режиме закачки газа в подземном хранилище 2 (фиг. 2) производят замену проточных частей турбодетандеров 6, которые переводят в режим центробежных нагнетателей. Переводят синхронные генераторы 7 в режим синхронных электродвигателей с регулируемой частотой вращения и с питанием от сети 9 электроснабжения через преобразователи 8 частоты. В этом случае теплообменник 24 может выполнять функции аппарата охлаждения закачиваемого газа, а вспомогательный энергоблок не работает. В режиме закачки газа регулирующие вентили 22 и 23 закрыты. In the mode of gas injection in the underground storage 2 (Fig. 2), the flow parts of the turbo-expanders 6 are replaced, which are transferred to the centrifugal supercharger mode. Synchronous generators 7 are switched to synchronous electric motors with an adjustable speed and powered by a power supply network 9 through frequency converters 8. In this case, the heat exchanger 24 can act as an injection gas cooling apparatus, and the auxiliary power unit does not work. In gas injection mode, the control valves 22 and 23 are closed.

Поскольку отбор газа из подземного хранилища производят, как правило, в зимнее время, а закачку производят в летнее время, то для повышения мощности вспомогательной турбины 13 испаритель 17 может быть выполнен с возможностью обогрева продуктами сгорания природного газа. Эти условия могут возникать при дефиците генерирующих мощностей в энергосистеме во время максимума нагрузок. Since the selection of gas from the underground storage is carried out, as a rule, in the winter, and the injection is carried out in the summer, then to increase the capacity of the auxiliary turbine 13, the evaporator 17 can be made with the possibility of heating with natural gas combustion products. These conditions can occur when there is a shortage of generating capacities in the power system during maximum loads.

В установке (фиг. 1 и 2) обеспечивается высокая эффективность утилизации энергии газа на подземном хранилище, поскольку кроме утилизации потенциальной энергии сжатого газа (утилизируемой турбодетандерами) утилизируют также тепловую энергию подземных пластов и воздуха окружающей среды. Это стало возможным благодаря использованию технологической схемы с получением низкотемпературного газа на выходе турбодетандера и использованию этого холода. Для установки с тремя энергоблоками мощностью 6,3 МВт каждый требуемая мощность вспомогательного агрегата (турбина 13, генератор 14) составляет 4,5-6 МВт. The installation (Figs. 1 and 2) ensures high efficiency of gas energy utilization at the underground storage, since in addition to utilizing the potential energy of compressed gas (utilized by turbo expanders), the thermal energy of underground formations and ambient air is also utilized. This became possible due to the use of the technological scheme with obtaining low-temperature gas at the outlet of the turbo-expander and the use of this cold. For an installation with three 6.3 MW power units, each required power of the auxiliary unit (turbine 13, generator 14) is 4.5-6 MW.

Экономическая эффективность использования данной установки определяется величиной электрической энергии, отдаваемой в сеть электроснабжения, с учетом того, что выработка электроэнергии и ее передача в энергосистему осуществляются во время дефицита при зимнем максимуме электропотребления. The economic efficiency of using this installation is determined by the amount of electric energy supplied to the power supply network, taking into account the fact that the generation of electricity and its transmission to the power system are carried out during a shortage with a winter maximum power consumption.

Claims

1. INSTALLATION FOR DISPOSAL OF GAS ENERGY AT UNDERGROUND GAS STORAGE, comprising a power unit, including a turboexpander with a generator, low and high pressure pipelines, a main pipeline, a closed circulation circuit with a condenser, a heat exchanger and an evaporator included in it, characterized in that, with In order to increase the efficiency of the gas energy recovery process, the heat exchanger is made three-cavity, and the installation additionally contains a gas cleaning-drying unit, a circulation pump, a separator, the first and second control valves, gas flow regulator, first and second gas flow sensors, auxiliary electric unit, including an auxiliary turbine with a synchronous generator and a frequency converter, n power units, where n ≥ 1, each of which includes a frequency converter connected via a synchronous generator to power supply network, and the high-pressure pipeline is connected in series through the cleaning-drying unit and the first cavity of the heat exchanger to the input to the separator, the inputs are connected to the first output of the last of all turbo-expanders connected in parallel to each other, the outputs of the turbo-expanders through the first cavity of the condenser, the output of the first control valve, the second cavity of the heat exchanger and the low pressure pipe are connected to the main pipe, and the second output of the separator with the inputs of the first and second control valves, the output of the first control valve is connected to the circuit between the first cavity of the condenser and the second cavity of the heat exchanger, and the output of the second control valve between the circulation pump and ispa The output of the auxiliary turbine through the second cavity of the condenser, the circulation pump, the output of the second control valve, the evaporator and the third cavity of the heat exchanger is connected to the turbine inlet, and the output of the first gas flow sensor installed on the main gas pipeline is connected to the first input of the gas flow regulator, the second input which is connected to the output of the second gas flow sensor installed on the low pressure gas pipeline, the output of the gas flow regulator is connected to the control inputs of the turbo expanders and frequency converters of power units.

2. Installation for utilization of gas energy in an underground gas storage, comprising a power unit, including a turboexpander with a generator, low and high pressure pipelines, a main pipeline, a closed circulation circuit with a condenser, heat exchanger and evaporator included in it, characterized in that, in order to increase the efficiency of the gas energy recovery process, the installation is equipped with a gas cleaning-drying unit, a circulation pump, a separator, another heat exchanger, the first and second control valves, gas flow regulator, first and second gas flow sensors, auxiliary electrical unit, including auxiliary turbines with a synchronous generator and a frequency converter, n power units, where n ≥ 1, each of which includes a frequency converter connected through a generator to the power supply network, moreover, the heat exchangers are made of two-cavity, the inputs of all turbo-expanders with replaceable flow parts are connected in parallel with each other and with the first output of the separator, and the outputs of all turbo-expanders are connected interconnected and through the first cavity of the condenser, the output of the first control valve, the first cavity of the other heat exchanger and the low pressure pipe with the main pipe, the output of the first control valve connected to the circuit between the first cavity of the condenser and the first cavity of the other heat exchanger, and the output of the second control valve between circulation pump and evaporator, the high pressure pipe is connected in series through the cleaning-drying unit and the second cavity of the heat exchangers to the input in the separator, the second output of the latter is connected to the inputs of the first and second control valves, the auxiliary turbine is included in the circulation circuit in front of the second cavity of the condenser and after the first cavity of the heat exchanger, and the circulation pump between the second cavity of the condenser and the evaporator, the output of the first gas flow sensor mounted on the main gas pipeline, connected to the first input of the gas flow regulator, the second output of which is connected to the output of the second gas flow sensor installed on the pipeline aza of low pressure, and the output of the gas flow regulator is connected to the control inputs of the turbo expanders and frequency converters of power units.