RU2110022C1

RU2110022C1 - Turbo-expander regulation system

Info

Publication number: RU2110022C1
Application number: RU96109685/06A
Authority: RU
Inventors: Леонид Иванович Архипов; ченко Виктор Филиппович Гор; Виктор Филиппович Горяченко; Михаил Иванович Новиков; Павел Александрович Рыбин; Симон Залманович Шабашов
Original assignee: Леонид Иванович Архипов; Виктор Филиппович Горяченко; Михаил Иванович Новиков; Павел Александрович Рыбин; Симон Залманович Шабашов
Priority date: 1996-04-29
Filing date: 1996-04-29
Publication date: 1998-04-27

Abstract

FIELD: regulation of turbo-expanders. SUBSTANCE: regulation system is provided with stop valve made in form of two valves letting no gas into separate branch lines. Branch line running to turbo-expander is fitted with regulating member provided with drive and position sensor. Branch line running from stop valve to low- pressure main is fitted with bypass valve provided with drive and position sensor at throughput capacity equal to that of regulating member. Regulating member and bypass valve may be made in form of two valve with single drive. EFFECT: enhanced reliability of supply of gas due to use of turbo-expanders at gas distributing stations. 2 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области турбостроения, например к системам регулирования турбодетандеров. The present invention relates to the field of turbine construction, for example, to systems for regulating turbo expanders.

Известно регулирующее устройство турбодетандера, используемого в качестве разгонного двигателя при пуске газотурбинной установки, где регулирующее устройство управляет расцепной муфтой между валами турбодетандера и компрессора и подачей газа к турбодетандеру [1]. Known regulating device of a turbo expander used as an accelerating engine when starting a gas turbine installation, where the regulating device controls a disconnect clutch between the shafts of the turbo expander and compressor and the gas supply to the turbo expander [1].

Известны системы регулирования паровых и газовых турбин, содержащие на подаче пара или газа к турбине стопорный и регулирующий клапаны [2]. Known control systems for steam and gas turbines, containing on the supply of steam or gas to the turbine stop and control valves [2].

Известна схема опытной установки турбодетандера для выработки электроэнергии, где регулирование подачи газа к турбодетандеру и поддержание давления перед и за ним осуществляется при помощи регулирующих вентилей [3]. There is a known scheme of a pilot installation of a turboexpander for generating electricity, where the regulation of gas supply to the turboexpander and maintaining pressure in front of and behind it is carried out using control valves [3].

Для поддержания необходимо потребителю постоянного давления газа на газопроводах высокого давления, подводимых к потребителю, устанавливают газораспределительные станции (ГРС) (или газорегуляторные пункты (ГРП)), где давление газа регулируют с помощью регулятора давления. Возможна установка на газораспределительных станциях и газорегуляторных пунктах (параллельно им) турбодетандеров (например, для привода электрических генераторов или питательных насосов и т.д.). Как правило, регуляторы давления ГРС (и ГРП) имеют недостаточное быстродействие. Вследствие чего при срабатывании запорного органа на турбодетандере (например, при аварийной остановке) и прекращении пропуска газа через турбодетандер к потребителю регуляторы ГРС не в состоянии быстро восстановить требуемое давление, и потребитель, пусть временно, может оказаться без газа, что, как правило, недопустимо. In order to maintain a constant gas pressure for the consumer, gas distribution stations (GDS) (or gas control points) are installed at high pressure gas pipelines supplied to the consumer, where the gas pressure is regulated using a pressure regulator. It is possible to install turbo expanders at gas distribution stations and gas control points (parallel to them) (for example, to drive electric generators or feed pumps, etc.). As a rule, gas pressure regulators (and hydraulic fracturing) have insufficient speed. As a result, when the shut-off element on the turbo-expander is triggered (for example, during an emergency stop) and gas flow through the turbo-expander is stopped to the consumer, the GDS controllers are not able to quickly restore the required pressure, and the consumer, even temporarily, may be without gas, which, as a rule, is unacceptable .

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности работы газораспределительных станций (и ГРП) с турбодетандерами. The objective of the invention is to increase the reliability of gas distribution stations (and hydraulic fracturing) with turbo expanders.

Существенными признаками предлагаемого изобретения являются управляемые электрическими или гидропневматическими регулирующими устройствами стопорный клапан, регулирующий орган (например, в виде впускного направляющего аппарата) и байпасной клапан, при этом стопорный клапан выполнен в виде механически связанных друг с другом и пропускающих газ в раздельные отводные линии двух (односедельных или двухседельных) клапанов так, что когда один клапан открыт, то второй закрыт, на отводной линии, связывающей стопорный клапан с турбодетандером, установлен регулирующий орган с приводом и датчиком положения, а на отводной линии, связывающей стопорный клапан с магистралью низкого давления, расположен байпасный клапан с приводом и датчиком положения, имеющий возможность синхронного обеспечения одинаковой пропускной способности с регулирующим органом, причем возможно выполнение регулирующего органа и байпасного клапана в виде двух механически связанных между собой клапанов с единым приводом и одинаковой пропускной способностью. The essential features of the present invention are a check valve controlled by electric or hydropneumatic control devices, a control body (for example, in the form of an inlet guide device) and a bypass valve, while the check valve is made in the form of two mechanically connected to each other and passing gas into separate outlet lines ( one-seat or two-seat) valves so that when one valve is open, the second is closed, on a by-pass line connecting the check valve to the turbo expander m, a regulating body with an actuator and a position sensor is installed, and a bypass valve with an actuator and a position sensor is located on the outlet line connecting the shut-off valve to the low-pressure line, which can synchronously provide the same throughput with the regulating body, and it is possible to carry out a regulating organ and a bypass valve in the form of two mechanically interconnected valves with a single drive and the same throughput.

Отличительными признаками предлагаемого изобретения являются выполнение стопорного клапана в виде механически связанных друг с другом и пропускающих газ в раздельные отводные линии двух (односедельных или двухседельных) клапанов так, что когда один клапан открыт, то второй закрыт, при этом на отводной линии, связывающей стопорный клапан с турбодетандером, установлен регулирующий орган с приводом и датчиком положения, а на отводной линии, связывающей стопорный клапан с магистралью низкого давления, расположен байпасный клапан с приводом и датчиком положения, имеющий возможность синхронного обеспечения одинаковой пропускной способности с регулирующим органом, причем возможно выполнение регулирующего органа и байпасного клапана в виде двух механически связанных между собой клапанов с единым приводом и одинаковой пропускной способностью. Distinctive features of the present invention are the implementation of the stop valve in the form of mechanically connected to each other and passing gas into separate outlet lines of two (one-seat or two-seat) valves so that when one valve is open, the second is closed, while on the outlet line connecting the stop valve with a turboexpander, a regulator is installed with an actuator and a position sensor, and a bypass valve with an actuator is located on the outlet line connecting the stop valve to the low pressure line m and position sensor being configured to provide simultaneous equal bandwidth with the regulator, and possibly perform regulator and a bypass valve in the form of two mechanically interconnected valves with a single drive and the same bandwidth.

На фиг. 1 представлен схематично один из вариантов системы регулирования турбодетандера; на фиг. 2 - другой вариант. In FIG. 1 schematically shows one embodiment of a turboexpander control system; in FIG. 2 is another option.

Магистраль высокого давления перед газораспределительной станцией 1 связана через систему отсечных задвижек 2, магистраль 3, клапан 4 быстродействующего стопорного клапана 5, отводную линию 6 и регулирующий орган 7 (например, в виде впускного направляющего аппарата) с приводом 8 (например, электрическим или гидропневматическим) и датчиком положения 9 с турбодетандером 10, связанным также магистралью 11 и системой отсечных задвижек 12 с магистралью низкого давления, т.е. турбодетандер 10 установлен параллельно газораспределительной станции 1. Также магистраль высокого давления соединена с магистралью низкого давления, минуя турбодетандер 10, через систему отсечных задвижек 2, магистраль 3, клапан 13 быстродействующего стопорного клапана 5, отводную линию 14, байпасный клапан 15 с приводом 16 (например, электрическим или гидропневматическим) и датчиком положения 17, магистраль 11 и систему отсечных задвижек 12. Для управления турбодетандером 10 установлена система агрегатной автоматики 18. The high-pressure line in front of the gas distribution station 1 is connected through a system of shut-off valves 2, line 3, valve 4 of a quick-acting stop valve 5, a discharge line 6 and a regulating body 7 (for example, in the form of an inlet guide apparatus) with a drive 8 (for example, electric or hydropneumatic) and a position sensor 9 with a turboexpander 10, also connected by a line 11 and a system of shut-off valves 12 with a low-pressure line, i.e. the turbo expander 10 is installed parallel to the gas distribution station 1. Also, the high-pressure line is connected to the low-pressure line, bypassing the turbo-expander 10, through the shut-off valve system 2, line 3, valve 13 of the quick-acting stop valve 5, by-pass line 14, bypass valve 15 with actuator 16 (for example , electric or hydropneumatic) and a position sensor 17, line 11 and a system of shut-off valves 12. To control the turbo-expander 10, an aggregate automation system 18 is installed.

Работает система регулирования турбодетандера следующим образом. При пуске турбодетандера 10 по команде из системы агрегатной автоматики 18 клапан 4 стопорного клапана 5 открывается и газ поступает к регулирующему органу 7 и далее в турбодетандер 10. Турбодетандер 10 вступает в работу. Клапан 13 в стопорном клапане 5 при этом закрыт, перекрывая путь газа к байпасному клапану 15, но сам байпасный клапан 15 открывается в это время (хотя расхода газа через него нет) по команде из системы агрегатной автоматики 18 по сигналам датчиков положения 9 и 17, синхронно отслеживая положение регулирующего органа 7. При этом пропускная способность байпасного клапана 15 равна пропускной способности регулирующего органа 7. При аварийной остановке турбодетандера 10 клапан 4 в стопорном клапане 5 быстро перекроет поступление газа высокого давления к регулирующему органу 7, следовательно, и к турбодетандеру 10, а откроет клапаном 13 поступление газа в обвод турбодетандера 10 через байпасный клапан 15 (с дросселированием в нем). В результате количество газа (низкого давления), поступающего к потребителю, практически не изменится при остановке турбодетандера 10, а возможные небольшие изменения давления газа откорректируют регуляторы давления на газораспределительной станции. Системы электроприводных задвижек 4 и 12 необходимы для организации правильного и безопасного заполнения газом, пуска, останова турбодетандера 10 и отключения его от магистралей высокого и низкого давлений. В случае выполнения регулирующего органа 7 и байпасного клапана 15 в виде двух механически связанных между собой клапанов (возможно и в одном корпусе) с единым приводом 8 (фиг. 2) работает система регулирования так же, как описано выше (к фиг. 1), только облегчается задача обеспечения одинаковой пропускной способности регулирующего органа 7 и байпасного клапана 15 (не требуются датчик положения 17 и привод 16 на байпасном клапане 15 и алгоритм слежения). The turbo expander control system operates as follows. When starting the turboexpander 10 by command from the aggregate automation system 18, the valve 4 of the stop valve 5 opens and gas flows to the regulatory body 7 and then to the turboexpander 10. The turboexpander 10 comes into operation. The valve 13 in the stop valve 5 is closed, blocking the gas path to the bypass valve 15, but the bypass valve 15 opens at this time (although there is no gas flow through it) by command from the aggregate automation system 18 according to the signals of position sensors 9 and 17, synchronously monitoring the position of the regulator 7. In this case, the throughput of the bypass valve 15 is equal to the throughput of the regulator 7. When the turboexpander 10 stops, the valve 4 in the shut-off valve 5 will quickly shut off the flow of high pressure gas to the regulatory body 7, therefore, to the turbo expander 10, and the valve 13 will open the gas supply to the bypass of the turbo expander 10 through the bypass valve 15 (with throttling in it). As a result, the amount of gas (low pressure) supplied to the consumer will not practically change when the turbo-expander 10 stops, and possible small changes in gas pressure will be corrected by the pressure regulators at the gas distribution station. Electric actuator valve systems 4 and 12 are necessary for organizing the correct and safe filling with gas, start-up, shutdown of the turboexpander 10 and disconnecting it from the high and low pressure lines. In the case of the execution of the regulatory body 7 and the bypass valve 15 in the form of two mechanically interconnected valves (possibly in the same housing) with a single actuator 8 (Fig. 2), the control system works as described above (to Fig. 1), it only facilitates the task of ensuring the same throughput of the regulator 7 and the bypass valve 15 (no position sensor 17 and actuator 16 on the bypass valve 15 and the tracking algorithm are required).

В турбодетандере может быть использовано до 80% расхода газа, идущего через газораспределительную станцию. In a turboexpander, up to 80% of the gas flow through the gas distribution station can be used.

Claims

1. A control system for a turboexpander installed on a gas distribution station between high and low pressure lines, comprising a check valve controlled by electric or hydropneumatic control devices and a control body, characterized in that it contains a bypass valve, and the check valve is made in the form of mechanically connected to each other and letting gas into the separate outlet lines of the two valves so that when one valve is open, the other is closed, while on the outlet line, a check valve with a turbo expander, a regulating body with an actuator and a position sensor is installed, and a bypass valve with an actuator and a position sensor is located on the outlet line connecting the stop valve to the low pressure line, which can synchronously provide the same throughput with the regulator.

2. The system according to claim 1, characterized in that the regulatory body and the bypass valve are made in the form of two mechanically interconnected valves with a single drive and the same throughput.