RU2049293C1 - Gas energy recovery plant on underground gas storage - Google Patents

Gas energy recovery plant on underground gas storage Download PDF

Info

Publication number
RU2049293C1
RU2049293C1 SU4917498A RU2049293C1 RU 2049293 C1 RU2049293 C1 RU 2049293C1 SU 4917498 A SU4917498 A SU 4917498A RU 2049293 C1 RU2049293 C1 RU 2049293C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
cavity
output
heat exchanger
main
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
А.М. Яценко
В.И. Иванов
А.Ф. Комягин
Н.В. Даки
И.В. Ткаченко
Е.П. Акоев
Original Assignee
Всероссийский научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Всероссийский научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий filed Critical Всероссийский научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий
Priority to SU4917498 priority Critical patent/RU2049293C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2049293C1 publication Critical patent/RU2049293C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: gas industry. SUBSTANCE: plant has main and auxiliary power units. Main power unit functions to recover potential energy of compressed gas from underground storage by means of turbo-expander with shaft-mounted synchronous generator and frequency changer. Auxiliary power unit serves to recover gas heat from underground storage and ambient atmosphere by means of auxiliary turbine inserted in closed coolant circulating loop with auxiliary synchronous generator and frequency changer. Gas take-off from underground storage is controlled by frequency changers of main units which are controlled by signal coming from flow regulator. EFFECT: improved design. 2 cl, 4 dwg

Description

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

Известны установки для утилизации энергии газа, в том числе и на подземных хранилищах газа, содержащие турбодетандеры включенные в трубопроводы высокого давления теплообменники, электрические генераторы, сочлененные с турбодетандерами. В известных установках избыточную энергию сжатого газа с помощью турбодетандера и электрического генератора преобразуют в электрическую, которую затем передают в сеть электроснабжения. Известные установки обладают низкой эффективностью из-за использования лишь части избыточной энергии газа его потенциальной энергии сжатого состояния. Known installations for the utilization of gas energy, including in underground gas storages containing turbo-expanders, heat exchangers included in high-pressure pipelines, electric generators coupled to turbo-expanders. In known installations, the excess energy of the compressed gas is converted into electrical energy by means of a turboexpander and an electric generator, which is then transferred to the power supply network. Known plants have low efficiency due to the use of only part of the excess energy of the gas of its potential energy of a compressed state.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является установка для утилизации энергии газа, которая может использоваться на подземном хранилище газа. Установка содержит замкнутый циркуляционный контур, заполненный этапом с включенным в него циркуляционным насосом, испарителем, первым и вторым теплообменниками, энергоблок, включающий в себя синхронный генератор с установленным на его валу турбодетандером и с выходом, подключенным в сеть энергоснабжения, трубопроводную линию газа высокого давления, магистральный газопровод, трубопроводную линию газа низкого давления. В известной установке замкнутый циркуляционный контур выполняет функции промежуточного теплоносителя для обеспечения требуемых кондиций транспортируемого газа, при которых исключается образование газовых гидратов в турбодетандере. The closest in technical essence and the achieved result is the installation for the utilization of gas energy, which can be used in an underground gas storage. The installation comprises a closed circulation loop, filled with a stage with a circulation pump, an evaporator, first and second heat exchangers included in it, a power unit including a synchronous generator with a turboexpander installed on its shaft and with an output connected to the power supply network, a high-pressure gas pipeline line, gas main, low pressure gas pipeline line. In a known installation, a closed circulation circuit acts as an intermediate coolant to provide the required conditions of the transported gas, in which the formation of gas hydrates in the turbine expander is excluded.

Недостатками известной установки является низкая эффективность утилизации энергии газа, поскольку используется лишь часть энергии газа, т.е. его потенциальную энергию сжатого состояния. Это обусловлено тем, что преобразование энергии возможно лишь при постоянной скорости вращения энергоблока (обусловленная синхронной скоростью электрогенератора, работающего параллельно с сетью электроснабжения), не используют тепловую энергию газа и тепло окружающей среды. The disadvantages of the known installation is the low efficiency of gas energy recovery, since only a part of the gas energy is used, i.e. its potential energy is a compressed state. This is due to the fact that energy conversion is possible only at a constant speed of rotation of the power unit (due to the synchronous speed of the generator operating in parallel with the power supply network), they do not use the thermal energy of the gas and the heat of the environment.

Кроме того, в известной установке не обеспечиваются требуемые кондиции транспортируемого газа при смешивании магистрального газа с газом, выходящим из установки. В этом случае из-за различия температур указанных потоков возможно образование газовых гидратов в магистральном газопроводе. In addition, in the known installation, the required conditions of the transported gas are not provided when mixing the main gas with the gas leaving the installation. In this case, due to the temperature differences of these flows, the formation of gas hydrates in the main gas pipeline is possible.

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 известной установке для утилизации энергии газа на подземном хранилище газа, содержащей замкнутый циркуляционный контур и последовательно включенные в него циркуляционный насос, испаритель, первую полость теплообменника, энергоблок, включающий в себя синхронный генератор с турбодетандером на валу, трубопроводная линия газа высокого давления, трубопроводная линия газа низкого давления, магистральный газопровод, соединенный с трубопроводной линией газа низкого давления, при этом трубопроводная линия газа высокого давления через вторую полость теплообменника соединена с трубопроводной линией газа низкого давления, установка дополнительно содержит конденсатор, блок очистки-осушки газа, регулятор расхода газа, первый и второй датчики расхода газа, а энергоблок дополнительно содержит преобразователь частоты и сочлененную посредством муфты с турбодетандером вспомогательную турбину, выход которой через первую полость конденсатора соединен циркуляционным насосом, а вход соединен с первой полостью теплообменника. The goal is achieved in that in a known installation for the recovery of gas energy in an underground gas storage containing a closed circulation circuit and a circulation pump, an evaporator, a first heat exchanger cavity, a power unit including a synchronous generator with a turboexpander on the shaft, a gas pipeline high pressure, low pressure gas pipeline, main gas pipeline connected to the low pressure gas pipeline, while the gas pipeline in high pressure through the second cavity of the heat exchanger is connected to the pipeline of low pressure gas, the installation additionally contains a condenser, a gas cleaning-drying unit, a gas flow regulator, a first and second gas flow sensors, and the power unit further comprises a frequency converter and an auxiliary turbine connected by means of a coupling with a turbine expander the output of which through the first cavity of the condenser is connected by a circulation pump, and the input is connected to the first cavity of the heat exchanger.

Третья полость теплообменника через первую полость конденсатора соединена с выходом трубодетандера, а к входу линии высокого давления газа включен блок очистки-осушки газа. The third cavity of the heat exchanger is connected through the first cavity of the condenser to the outlet of the expander, and a gas cleaning-drying unit is connected to the inlet of the high-pressure gas line.

Выход первого датчика расхода газа, установленного на магистральном газопроводе соединен с первым входом регулятора расхода, второй вход которого соединен с выходом второго датчика расхода газа, установленного на трубопроводной линии газа низкого давления. Выход регулятора расхода соединен с управляющим входом турбодетандера и преобразователя частоты, выход которого соединен с сетью электроснабжения, а вход с выходом синхронного генератора. The output of the first gas flow sensor installed on the gas main is connected to the first input of the 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. The output of the flow controller is connected to the control input of the turboexpander and the frequency converter, the output of which is connected to the power supply network, and the input to the output of the synchronous generator.

Кроме того, энергоблок выполнен в виде самостоятельных основного и вспомогательного агрегата, при этом основной агрегат содержит основной турбодетандер с установленным на его валу синхронным генератором, к выходу которого подключен основной преобразователь частоты, соединенный своим выходом с сетью электроснабжения, а управляющим входом с выходом регулятора расхода и управляющим входом турбодетандера, а вспомогательный агрегат содержит вспомогательную турбину с установленным на ее валу вспомогательным синхронным генератором, к выходу которого подключен вспомогательный преобразователь частоты, соединенный своим входом с сетью электроснабжения. In addition, the power unit is made in the form of independent main and auxiliary units, while the main unit contains a main turboexpander with a synchronous generator installed on its shaft, to the output of which a main frequency converter is connected, connected by its output to the power supply network, and by a control input with the output of the flow regulator and the control input of the turboexpander, and the auxiliary unit contains an auxiliary turbine with an auxiliary synchronous generator installed on its shaft, to ode which is connected auxiliary frequency converter connected with its input to the mains.

Известны технические решения, в которых осуществляется утилизация энергии сжатого газа и дальнейшее ее преобразование в электрическую с помощью электрических генераторов. Known technical solutions in which the utilization of the energy of compressed gas is carried out and its further conversion into electrical energy using electric generators.

В этих решениях отсутствует средство для дополнительного преобразования низкотемпературной тепловой энергии в электрическую, не обусловленную потенциальной энергии сжатого газа. В этих решениях отсутствуют также средства для изменения режима магистрального газопровода и режима отбора газа из подземного хранилища газа с помощью преобразователя частоты, связанного с сетью электроснабжения и синхронным генератором, имеющего нестабильную частоту вращения. In these solutions, there is no means for the additional conversion of low-temperature thermal energy into electrical energy, not caused by the potential energy of the compressed gas. These solutions also lack the means to change the regime of the main gas pipeline and the regime of gas extraction from the underground gas storage using a frequency converter connected to the power supply network and a synchronous generator having an unstable speed.

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; на фиг.3 технологическая схема установки разделенным энергоблоком; на фиг.4-технологическая схема установки с разделенным энергоблоком и двумя двухполостными теплообменниками. Figure 1 shows the technological scheme of the installation for the utilization of gas energy in an underground gas storage; figure 2 technological scheme of the installation with two two-cavity heat exchangers; figure 3 technological diagram of the installation of a divided power unit; figure 4 is a technological diagram of the installation with a divided power unit and two two-cavity heat exchangers.

Установка (фиг.1) содержит блок очистки-осушки газа 1, соединенный с подземным хранилищем газа 2 с помощью системы скважин 3 и посредством трубопроводной линии газа высокого давления 4 с трехполостным теплообменником 5. Энергоблок включает в себя синхронный генератор 6 с установленным на валу турбодетандером 7, который посредством муфты 8 сочленен с вспомогательной турбиной 9, а также преобразователь частоты 10, вход которого соединен с выходом синхронного генератора 6, а выход с сетью электроснабжения 11. The installation (Fig. 1) contains a gas cleaning-drying unit 1 connected to an underground gas storage 2 using a well system 3 and through a high-pressure gas pipeline line 4 with a three-cavity heat exchanger 5. The power unit includes a synchronous generator 6 with a turboexpander installed on the shaft 7, which is coupled by means of a clutch 8 to an auxiliary turbine 9, as well as a frequency converter 10, the input of which is connected to the output of the synchronous generator 6, and the output to the power supply network 11.

Первая полость теплообменника 5 соединена с трубопроводной линией высокого давления газа 4 и с входом турбодетандера 7, а выход турбодетандера 7 через первую полость конденсатора 12, вторую полость теплообменника 5 соединен с трубопроводной линией газа низкого давления 13, соединенного с магистральным газопроводом 14. The first cavity of the heat exchanger 5 is connected to the pipeline of the high pressure gas 4 and to the inlet of the turbo expander 7, and the output of the turbo expander 7 through the first cavity of the condenser 12, the second cavity of the heat exchanger 5 is connected to the pipeline of the low pressure gas 13 connected to the main gas pipeline 14.

Выход вспомогательной турбины 9 через вторую полость испарителя 12 соединен с входом циркуляционного насоса 15, выход которого через испаритель 16, третью полость теплообменника 5 соединен с входом вспомогательной турбины 9. Управляющий вход преобразователя частоты 10 и управляющий вход турбодетандера 7 соединен с выходом регулятора расхода 17, первый вход которого соединен с выходом первого датчика расхода газа 18, установленного на магистральном газопроводе 14, а второй вход регулятора расхода 17 соединен с выходом второго датчика расхода газа 19, установленного на трубопроводной линии газа низкого давления 13. Установка (фиг.2) вместо трехполостного теплообменника 5 (фиг.1) содержит первый двухполостной теплообменник 20 и второй двухполостной теплообменник 21. The output of the auxiliary turbine 9 through the second cavity of the evaporator 12 is connected to the input of the circulation pump 15, the output of which through the evaporator 16, the third cavity of the heat exchanger 5 is connected to the input of the auxiliary turbine 9. The control input of the frequency converter 10 and the control input of the turbine expander 7 are connected to the output of the flow regulator 17, the first input of which is connected to the output of the first gas flow sensor 18 installed on the main gas pipeline 14, and the second input of the flow regulator 17 is connected to the output of the second gas flow sensor and 19, installed on the pipeline of low pressure gas 13. The installation (figure 2) instead of a three-cavity heat exchanger 5 (figure 1) contains a first two-cavity heat exchanger 20 and a second two-cavity heat exchanger 21.

Выход блока очистки-осушки газа 1 через трубопроводную линию высокого давления газа 4, первую полость первого теплообменника 20, первую полость второго теплообменника 21 соединен с входом турбодетандера 7. Выход турбодетандера 7 через первую полость конденсатора 12, вторую полость второго теплообменника 21 и трубопроводной линии газа низкого давления 13 соединен с магистральным газопроводом 14. Вторая полость первого теплообменника 20 соединена с выходом испарителя 16 и входом вспомогательной турбины 9. The output of the gas cleaning-drying unit 1 through the gas high-pressure pipe line 4, the first cavity of the first heat exchanger 20, the first cavity of the second heat exchanger 21 is connected to the inlet of the turbo expander 7. The output of the turbo-expander 7 through the first cavity of the condenser 12, the second cavity of the second heat exchanger 21 and the gas pipe line low pressure 13 is connected to the main gas pipeline 14. The second cavity of the first heat exchanger 20 is connected to the output of the evaporator 16 and the input of the auxiliary turbine 9.

В установке (фиг.3) энергоблок выполнен в виде самостоятельных основного и вспомогательного агрегата. Основной агрегат содержит турбодетандер 7 с синхронным генератором 6 и преобразователем частоты 10. Вспомогательный агрегат содержит вспомогательную турбину 9 с установленным на валу вспомогательным синхронным генератором 22, выход которого соединен с входом вспомогательного преобразователя частоты 23, подключенного своим выходом к сети электроснабжения 11. Установка (фиг.4) выполнена с разделенным энергоблоком и двумя двухполостными теплообменниками 20 и 21. Трубопроводная линия высокого давления газа 4 через первую полость первого двухполостного теплообменника 20, первую полость второго двухполостного теплообменника 21 соединена с входом турбодетандера 7. Выход турбодетандера 7 через первую полость конденсатора 12, вторую полость второго двухполостного теплообменника 21, трубопроводную линию низкого давления газа 13 соединен с магистральным газопроводом 14. Выход вспомогательной турбины 9 через вторую полость конденсатора 12, циркуляционный насос 15, испаритель 16 соединен с входом второй полости первого двухполостного теплообменника 20, выход которой соединен с входом вспомогательной турбины 9. In the installation (figure 3), the power unit is made in the form of independent main and auxiliary unit. The main unit contains a turboexpander 7 with a synchronous generator 6 and a frequency converter 10. The auxiliary unit contains an auxiliary turbine 9 with an auxiliary synchronous generator 22 mounted on the shaft, the output of which is connected to the input of the auxiliary frequency converter 23, which is connected to the power supply 11 by its output. Installation (Fig. .4) is made with a divided power unit and two two-cavity heat exchangers 20 and 21. A high-pressure pipeline of gas 4 through the first cavity of the first two-channel of the remaining heat exchanger 20, the first cavity of the second two-cavity heat exchanger 21 is connected to the inlet of the turbo expander 7. The output of the turbo expander 7 through the first cavity of the condenser 12, the second cavity of the second two-cavity heat exchanger 21, the low-pressure gas pipeline 13 is connected to the main gas pipeline 14. The output of the auxiliary turbine 9 through the second the condenser cavity 12, the circulation pump 15, the evaporator 16 is connected to the inlet of the second cavity of the first two-cavity heat exchanger 20, the output of which is connected to the inlet atelnoy turbine 9.

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

При отборе газа из подземного хранилища газа 2 с помощью системы скважин 3 газ высокого давления (100-150 атм) поступает на блок очистки-осушки газа 1, где его очищают от механических примесей, осушают от водяных паров и удаляют газовый конденсат. Газ высокого давления через трубопроводную линию высокого давления газа 4, первую полость теплообменника 5 поступает на вход турбодетандера 7. Потенциальная энергия сжатого газа с помощью синхронного генератора 6 и преобразователя частоты 10 передается в сеть электроснабжения 11. Охлажденный газ низкого давления с выхода турбодетандера 7 поступает в первую полость конденсатора 12, где осуществляет конденсацию теплоносителя из второй полости конденсатора 12. В качестве теплоносителя замкнутого циркуляционного контура (вспомогательная турбина 9, вторая полость конденсатора 12, циркуляционный насос 15, испаритель 16, третья полость теплообменника 5) используется пропан, углекислый газ, аммиак, смеси этан-пропан-бутан или другие смеси. Сжиженный теплоноситель из конденсатора 12 с помощью циркуляционного насоса 15 по-дают в испаритель 16, где используя тепло наружного воздуха теплоноситель частично испаряется. Затем теплоноситель поступает в третью полость теплообменника 5, где используя тепло газа, поступающего из подземного хранилища газа 2, теплоноситель полностью испаряется и поступает на вспомогательную турбину 9. Во вспомогательной турбине 9 парообразный теплоноситель расширяют с передачей энергии на вал синхронного генератора 6 через муфту 8, а затем снова подают во вторую полость конденсатора 12, где он конденсируется. В установке (фиг.1) кроме утилизации потенциальной энергии сжатого газа из подземного хранилища (с учетом КПД турбодетандера) производят утилизацию тепловой энергии газа, поступающего из подземного хранилища, а также тепла окружающей среды с помощью вспомогательной турбины 9 и элементов замкнутого циркуляционного контура. When taking gas from an underground gas storage 2 using a well system 3, high-pressure gas (100-150 atm) enters the gas cleaning-drying unit 1, where it is cleaned of mechanical impurities, drained of water vapor and gas condensate is removed. High-pressure gas through the gas high-pressure pipe line 4, the first cavity of the heat exchanger 5 enters the inlet of the turbo-expander 7. The potential energy of the compressed gas is transferred to the power supply network via a synchronous generator 6 and the frequency converter 10. The cooled low-pressure gas from the output of the turbo-expander 7 enters the first cavity of the condenser 12, where it carries out the condensation of the coolant from the second cavity of the condenser 12. As a coolant closed loop circuit (auxiliary turb Inna 9, the second cavity of the condenser 12, the circulation pump 15, the evaporator 16, the third cavity of the heat exchanger 5) propane, carbon dioxide, ammonia, ethane-propane-butane mixtures or other mixtures are used. The liquefied heat carrier from the condenser 12 is fed to the evaporator 16 using a circulation pump 15, where the heat carrier partially evaporates using the heat of the outside air. Then the coolant enters the third cavity of the heat exchanger 5, where using the heat of the gas coming from the underground gas storage 2, the coolant is completely evaporated and enters the auxiliary turbine 9. In the auxiliary turbine 9, the vaporous coolant is expanded with energy transfer to the shaft of the synchronous generator 6 through the coupling 8, and then again served in the second cavity of the capacitor 12, where it condenses. In the installation (Fig. 1), in addition to utilizing the potential energy of compressed gas from the underground storage (taking into account the efficiency of the turboexpander), the thermal energy of the gas coming from the underground storage and the heat of the environment are also utilized using an auxiliary turbine 9 and elements of a closed circulation circuit.

Газ, поступающий через трубопроводную линию низкого давления 13 в магистральный газопровод 14, имеет примерно одинаковую температуру и давление с газом в магистральном газопроводе. Это позволяет исключить образование гидратных пробок в магистральном газопроводе и обеспечить требуемую производительность магистрального газопровода при смешении двух потоков газа (из подземного хранилища и газ в магистральном газопроводе). Для регулирования режима отбора газа из подземного хранилища газа 2 используется преобразователь частоты 10, измеряющий величину электрической мощности, отдаваемой в сеть электроснабжения 11 в зависимости от соотношения расходов в магистральном газопроводе 14 и трубопроводной линии газа низкого давления 13. Указанное соотношение воспринимается с помощью первого 18 и второго 19 датчика расхода газа и в регуляторе расхода 17 преобразуется в электрический сигнал, поступающий на управляющий вход преобразователя частоты 10 и на управляющий вход турбодетандера 7. Величина мощности, отдаваемой энергоблоком в сеть электроснабжения 11, определяется углом открытия тиристоров (не показаны) преобразователя частоты 10, который изменяют сигналом от регулятора расхода 18. Кроме того, использование регулируемого по упомянутому выше параметру тиристорного преобразователя частоты 10 в энергоблоке позволяет обеспечить устойчивый режим синхронного генератора 6 с сетью электроснабжения 11 при различной частоте вращения турбодетандера 7. По существу при несинхронной работе синхронного генератора 6 с сетью электроснабжения 11 (частота сети стабильна и определяется частотой в энергосистеме около 50 Гц, а частота синхронного генератора изменяется в соответствии с режимом работы турбодетандера 7 и балансом мощностей, отдаваемой в сеть электроснабжения и развиваемой турбодетандером) обеспечивается требуемый тепловой режим элементов установки. The gas entering through the low pressure pipeline 13 to the main gas pipeline 14 has approximately the same temperature and pressure as the gas in the main gas pipeline. This eliminates the formation of hydrate plugs in the main gas pipeline and ensures the required performance of the main gas pipeline when two gas flows are mixed (from the underground storage and gas in the main gas pipeline). To regulate the mode of gas extraction from the underground gas storage 2, a frequency converter 10 is used, which measures the amount of electric power supplied to the power supply network 11 depending on the ratio of costs in the main gas pipeline 14 and the low pressure gas pipeline 13. This ratio is perceived using the first 18 and second 19 gas flow sensor and in the flow regulator 17 is converted into an electrical signal fed to the control input of the frequency Converter 10 and to the control input urban expander 7. The value of the power given by the power unit to the power supply network 11 is determined by the opening angle of the thyristors (not shown) of the frequency converter 10, which is changed by a signal from the flow controller 18. In addition, the use of a thyristor frequency converter 10 adjustable in accordance with the above parameter allows to ensure stable mode of the synchronous generator 6 with the power supply network 11 at different speeds of the turbo expander 7. In essence, when the synchronous generator is not synchronized and 6 with the power supply network 11 (the frequency of the network is stable and is determined by the frequency in the power system of about 50 Hz, and the frequency of the synchronous generator changes in accordance with the operating mode of the turboexpander 7 and the balance of powers given to the power supply network and developed by the turboexpander), the required thermal mode of the installation elements is provided.

При заполнении подземного хранилища газа 2 производят замену проточной части турбодетандера 7 и отсоединяют вспомогательную турбину 9 от вала турбодетандера 7 с помощью муфты 8. В этом случае синхронный генератор 6 работает в режиме синхронного электродвигателя с питанием от преобразователя частоты 10. Отбор газа из магистрального газопровода 14 производят через трубопроводную линию газа низкого давления 13, теплообменник 5, первую полость конденсатора 12. Газ компримируют турбодетандером 7 (работающий в режиме нагнетателя) и подают в систему скважин 3. Испаритель 16 в режиме закачки может выполнять функции аппарата охлаждения закачиваемой в подземном хранилище газа. When filling the underground gas storage 2, the flow part of the turbo-expander 7 is replaced and the auxiliary turbine 9 is disconnected from the shaft of the turbo-expander 7 using the coupling 8. In this case, the synchronous generator 6 operates in a synchronous electric motor mode powered by a frequency converter 10. Gas extraction from the main gas pipeline 14 produced through the piping line of low pressure gas 13, a heat exchanger 5, the first cavity of the condenser 12. The gas is compressed with a turboexpander 7 (operating in the supercharger mode) and fed into the system wells 3. The evaporator 16 in the injection mode can act as a cooling apparatus for the gas injected into the underground storage.

Установка на фиг. 2 работает аналогично установке на фиг.1. Однако, двухполостные теплообменники 20 и 21 значительно проще и экономичнее, чем трехполостные (фиг.1). Кроме того, с точки зрения утилизации энергии газа с наибольшей эффективностью установки на фиг.1 и 2 эквивалентны. The installation of FIG. 2 works similarly to the installation in figure 1. However, two-cavity heat exchangers 20 and 21 are much simpler and more economical than three-cavity heat exchangers (Fig. 1). In addition, from the point of view of utilization of gas energy with the highest efficiency, the installations in FIGS. 1 and 2 are equivalent.

Установка (фиг.3) работает следующим образом. Installation (figure 3) works as follows.

Газ высокого давления из подземного хранилища 2, через трубопроводную линию высокого давления газа 4, теплообменник 5 поступает на турбодетандер 7 основного агрегата. Потенциальную энергию сжатого газа через синхронный генератор 6, преобразователь частоты 10 передают в сеть электроснабжения 11. По выходе из турбодетандера 7 охлажденный газ низкого давления поступает в конденсатор 12, где во второй полости конденсируется теплоноситель замкнутого циркуляционного контура (циркуляционный насос 15, испаритель 16, третья полость теплообменника 5, вспомогательная турбина 9, вторая полость конденсатора 12, циркуляционный насос 15). В качестве теплоносителя в замкнутом циркуляционном контуре используются такие же смеси, как и в схеме фиг.1 и 2. Жидкий теплоноситель подают с помощью циркуляционного насоса 15 в испаритель 16, где используя тепло окружающего воздуха теплоноситель частично испаряется. Полностью теплоноситель испаряется в третьей полости теплообменника 5, после чего парообразный теплоноситель поступает на вспомогательную турбину 9, где отдает свою энергию. С помощью вспомогательного синхронного генератора 22 и вспомогательного преобразователя частоты 23, тепловая энергия, отбираемая от природного газа из подземного хранилища (температура газа на выходе подземного хранилища газа составляет 10-15оС), а также от окружающего воздуха преобразуют в электрическую и передают в сеть электроснабжения. Функция регулирования режима отбора газа из подземного хранилища осуществляет преобразователь частоты 10 на управляющий вход которого поступает сигнал от регулятора расхода 17. Режим работы вспомогательной турбины 9 и мощность, отдаваемая в сеть вспомогательным синхронным генератором 22 через вспомогательный преобразователь частоты 23, зависит от температуры окружающего воздуха, температуры газа в подземном хранилище, а также от соотношения расходов газа в магистральном газопроводе 14 и подземном хранилище газа 2. По этим причинам специального регулирования вспомогательного преобразователя 23 в функции соотношения расходов датчиков 18 и 19 не требуется.High-pressure gas from the underground storage 2, through the gas high-pressure pipeline 4, the heat exchanger 5 enters the turbine expander 7 of the main unit. The potential energy of the compressed gas through the synchronous generator 6, the frequency converter 10 is transferred to the power supply network 11. Upon leaving the turbo expander 7, the cooled low-pressure gas enters the condenser 12, where the coolant of the closed circulation circuit condenses in the second cavity (circulation pump 15, evaporator 16, third the cavity of the heat exchanger 5, the auxiliary turbine 9, the second cavity of the condenser 12, the circulation pump 15). As a heat carrier in a closed circulation circuit, the same mixtures are used as in the circuit of FIGS. 1 and 2. Liquid heat carrier is supplied by means of a circulation pump 15 to the evaporator 16, where the heat carrier partially evaporates using ambient heat. The coolant completely evaporates in the third cavity of the heat exchanger 5, after which the vaporous coolant enters the auxiliary turbine 9, where it gives off its energy. Using auxiliary synchronous generator 22 and the auxiliary frequency converter 23, the heat energy drawn from the natural gas from underground storage (outlet gas temperature underground gas storage 10-15 ° C) as well as from ambient air is converted into electrical energy and is transmitted to the network power supply. The function of regulating the mode of taking gas from the underground storage is carried out by the frequency converter 10 to the control input of which a signal from the flow regulator 17 is received. The operation mode of the auxiliary turbine 9 and the power supplied to the network by the auxiliary synchronous generator 22 through the auxiliary frequency converter 23 depends on the ambient temperature, the gas temperature in the underground storage, as well as the ratio of gas consumption in the main gas pipeline 14 and the underground gas storage 2. For these reasons, special nogo regulation of the auxiliary inverter 23 as a function of the ratio detectors 18 and 19 expenditure is required.

В режиме закачки газа в подземном хранилище производят замену проточной части турбодетандера 7 для работы в режиме нагнетателя, а синхронный генератор 6 переводят в режим синхронного двигателя с питанием от преобразователя частоты 10. В режиме закачки газа вспомогательный агрегат (турбина 9) не работает, а газ из магистрального газопровода 14 через трубопроводную линию газа низкого давления 13 компримиpуют в турбодетандере 7 (работающий в режиме нагнетателя) и по-дают через систему скважин 3 в подземном хранилище 2. В режиме закачки газа теплообменник 5 выполняет функции аппарата охлаждения закачиваемого газа за счет использования газа из магистрального газопровода и промежуточного теплоносителя замкнутого циркуляционного контура. In the gas injection mode in the underground storage, the flow part of the turbo expander 7 is replaced to operate in the supercharger mode, and the synchronous generator 6 is switched to the synchronous motor mode powered by the frequency converter 10. In the gas injection mode, the auxiliary unit (turbine 9) does not work, and the gas from the main gas pipeline 14 through the low pressure gas pipeline 13 are compressed in a turboexpander 7 (operating in a supercharger mode) and supplied through a well system 3 in an underground storage 2. In a gas injection mode, heat exchanger 5 acts as an apparatus for cooling the injected gas through the use of gas from the main gas pipeline and an intermediate coolant of a closed circulation circuit.

Установка на фиг.4 работает аналогично установкам на фиг.2 и 3. При этом использование двухполостных теплообменников 20 и 21 значительно повышает экономичность оборудования, упрощает их эксплуатацию. Вспомогательный агрегат (турбина 9) работает в автономном режиме, используя тепловую энергию окружающего воздуха и тепла газа из подземного хранилища 2. Поскольку отбор газа из подземных хранилищ производят как правило в зимнее время, а закачку производят в летнее время, то для повышения мощности вспомогательного агрегата (вспомогательная турбина 9 на фиг.1-4) испаритель 16 может быть выполнен с возможностью обогрева продуктами сгорания природного газа. Режим турбодетандера изменяют с помощью его направляющего аппарата сигналом от регулятора 17. Эти условия могут возникнуть при дефиците энергии в энергосистеме во время максимума нагрузок. В установке (фиг.1-4) обеспечивается высокая эффективность утилизации энергии газа на подземном хранилище, поскольку кроме потенциальной энергии сжатого газа, утилизируемой турбодетандером, утилизируется также тепловая энергия пластов и воздуха окружающей среды. Это стало возможным благодаря использованию технологической схемы с выделением низкотемпературного газа на выходе турбодетандера. Для турбодетандерного агрегата мощностью 6,3 МВт мощность вспомогательного агрегата составляет 1,5-2 МВт. The installation in figure 4 works similarly to the settings in figure 2 and 3. In this case, the use of two-cavity heat exchangers 20 and 21 significantly increases the efficiency of the equipment, simplifies their operation. The auxiliary unit (turbine 9) operates autonomously, using the thermal energy of the ambient air and the heat of the gas from the underground storage 2. Since gas is taken from underground storage facilities as a rule in winter and injection is performed in summer, it is necessary to increase the capacity of the auxiliary unit (auxiliary turbine 9 in FIGS. 1-4), the evaporator 16 may be configured to be heated by natural gas combustion products. The mode of the turboexpander is changed with the help of its directing device by a signal from the regulator 17. These conditions can occur when there is a shortage of energy in the power system during maximum loads. In the installation (Figs. 1-4), high efficiency of gas energy utilization at the underground storage is provided, since in addition to the potential energy of the compressed gas utilized by the turboexpander, the thermal energy of the formations and the ambient air is also utilized. This became possible due to the use of the technological scheme with the release of low-temperature gas at the outlet of the turboexpander. For a 6.3 MW turbo expander unit, the auxiliary unit capacity is 1.5-2 MW.

Экономическая эффективность использования данной установки определяется величиной электрической энергии, вырабатываемой энергоблоком с учетом того, что выработка электроэнергии и ее передача в энергосистему производится во время дефицита при зимнем максимуме электропотребления. The economic efficiency of the use of this installation is determined by the amount of electric energy generated by the power unit, taking into account the fact that electricity is generated and transferred to the power system during a shortage with a winter maximum power consumption.

Claims (2)

1. УСТАНОВКА ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ЭНЕРГИИ ГАЗА НА ПОДЗЕМНОМ ХРАНИЛИЩЕ ГАЗА, содержащая замкнутый циркуляционный контур с последовательно включенными в него конденсатором, первой полостью теплообменника и испарителем, энергоблок, включающий турбодетандер с генератором, трубопроводы низкого и высокого давлений и магистральный трубопровод, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности утилизации энергии газа, установка дополнительно содержит блок очистки-осушки газа, циркуляционный насос, регулятор расхода газа, первый и второй датчики расхода газа, а энергоблок преобразователь частоты и муфту, соединяющую турбодетандер со сменной проточной частью и турбину, выход которой через вторую полость конденсатора соединен с входом циркуляционного насоса, выход насоса через испаритель и первую полость теплообменника соединен с входом турбины, причем трубопровод высокого давления подключен последовательно через блок осушки-очистки и третью полость теплообменника к входу в турбодетандер, а выход последнего через первую полость конденсатора, вторую полость теплообменника и трубопровод низкого давления соединен с магистральным трубопроводом, при этом 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 трубопроводе низкого давления, выход регулятора расхода газа соединен с управляющими входами турбодетандера и преобразователя частоты, выход которого соединен с сетью электроснабжения, а выход с выходом синхронного генератора. 1. INSTALLATION FOR UTILIZATION OF GAS ENERGY IN THE UNDERGROUND GAS STORAGE, containing a closed circulation circuit with a condenser in series, a first heat exchanger cavity and an evaporator, a power unit including a turboexpander with a generator, low and high pressure pipelines and a main pipeline, characterized in that in order to increase the efficiency of gas energy recovery, the installation additionally contains a gas cleaning-drying unit, a circulation pump, a gas flow regulator, the first and second sensors gas flow, and the power unit is a frequency converter and a coupling connecting the turboexpander to a replaceable flowing part and a turbine, the output of which through the second cavity of the condenser is connected to the inlet of the circulation pump, the output of the pump through the evaporator and the first cavity of the heat exchanger is connected to the turbine inlet, and the high pressure pipe is connected sequentially through the drying-cleaning unit and the third cavity of the heat exchanger to the inlet of the turbine expander, and the output of the latter through the first cavity of the condenser, the second cavity of the heat exchanger and the low pressure pipeline is connected to the main pipeline, while the output of the first gas flow sensor installed on the gas main 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, the output of the flow regulator gas is connected to the control inputs of the turboexpander and a frequency converter, the output of which is connected to the power supply network, and the output to the output of the synchronous generator. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит вторые синхронный генератор и преобразователь частоты, электрически связанные между собой, а генератор подключен к турбине. 2. Installation according to claim 1, characterized in that it further comprises a second synchronous generator and a frequency converter, electrically connected to each other, and the generator is connected to the turbine.
SU4917498 1991-03-11 1991-03-11 Gas energy recovery plant on underground gas storage RU2049293C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4917498 RU2049293C1 (en) 1991-03-11 1991-03-11 Gas energy recovery plant on underground gas storage

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4917498 RU2049293C1 (en) 1991-03-11 1991-03-11 Gas energy recovery plant on underground gas storage

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2049293C1 true RU2049293C1 (en) 1995-11-27

Family

ID=21564073

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4917498 RU2049293C1 (en) 1991-03-11 1991-03-11 Gas energy recovery plant on underground gas storage

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2049293C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998009110A1 (en) * 1996-08-30 1998-03-05 Dmitry Timofeevich Aksenov Method for using the energy generated by a pressure drop in a natural-gas source, energy-actuated cooling device and energy-actuated drive with a vaned machine
RU2509215C2 (en) * 2008-06-16 2014-03-10 Сименс Акциенгезелльшафт Method to control gas-steam-turbine plant with frequency converter

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 1576806, кл. F 25B 11/00, опублик. 1990. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998009110A1 (en) * 1996-08-30 1998-03-05 Dmitry Timofeevich Aksenov Method for using the energy generated by a pressure drop in a natural-gas source, energy-actuated cooling device and energy-actuated drive with a vaned machine
RU2509215C2 (en) * 2008-06-16 2014-03-10 Сименс Акциенгезелльшафт Method to control gas-steam-turbine plant with frequency converter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1016775B1 (en) Waste heat recovery in an organic energy converter using an intermediate liquid cycle
RU2126098C1 (en) Geothermal high-pressure fluid-medium power plant and its module
CN109340066B (en) Supercritical carbon dioxide solar power generation and energy storage integrated system
US3877218A (en) Brayton cycle system with refrigerated intake and condensed water injection
US5483797A (en) Method of and apparatus for controlling the operation of a valve that regulates the flow of geothermal fluid
US6422019B1 (en) Apparatus for augmenting power produced from gas turbines
CN102094690B (en) Engine exhaust gas and waste heat utilization system based on single-screw expansion engine
KR20140145134A (en) Heat cycle for transfer of heat between media and for generation of electricity
US4227374A (en) Methods and means for storing energy
CN205805818U (en) A kind of thermal power station tail water retracting device
US7950214B2 (en) Method of and apparatus for pressurizing gas flowing in a pipeline
CN107882603A (en) Construct low-temperature receiver energy-recuperation system, heat engine system and energy reclaiming method
RU2049293C1 (en) Gas energy recovery plant on underground gas storage
JPS6213490B2 (en)
JPH08177409A (en) Steam turbine plant
US9540961B2 (en) Heat sources for thermal cycles
CN106052174A (en) Recycling device for thermal power station tail water and utilizing method
KR20140042323A (en) Energy saving system for using waste heat of ship
RU2027124C1 (en) Gas energy recovery set for under ground gas storage
CN210289855U (en) Steam turbine lubricating oil quick auxiliary cooling device of steam power plant
US20180066547A1 (en) System and method for generation of electricity from any heat sources
CN209539413U (en) A kind of low parameter heat recovery system
RU2033581C1 (en) Plant for recovery of gas energy in underground gas storage
CN206959107U (en) A kind of heating once net and secondary network system for matching low temperature well formula nuclear heat supplying pile
JP2001241304A (en) Combined power generation system utilizing gas pressure energy