RU2126938C1

RU2126938C1 - Газораспределительная станция

Info

Publication number: RU2126938C1
Application number: RU97102654/06A
Authority: RU
Inventors: В.Е. Финько; В.В. Финько
Original assignee: Финько Валерий Емельянович
Priority date: 1997-02-17
Filing date: 1997-02-17
Publication date: 1999-02-27

Abstract

Ha газораспределительной станции магистрального газопровода установлены блок снижения и вымораживатель влаги для ее сепарации и очистки от нее потока газа высокого давления. На вымораживателе установлены вихревые трубы, выполненные в виде регуляторов расхода (давления). Выполненная в виде модуля определенной производительности система позволяет без энергозатрат получать сжиженный природный газ и отводить потребителю подогретый газ. 2 ил.

Description

Изобретение относится к газовой промышленности, в частности к газораспределительной станции (ГРС) магистральных газопроводов, где производят понижение высокого давления газа для раздачи его потребителям при низком давлении, но может быть использовано для сжижения газа на малых, заброшенных и шельфовых месторождений при наличии потребителя (утилизатора) газа низкого давления, а также для очистки и осушки газа на всех ГРС вымораживанием влаги.

Известны ГРС магистральных газопроводов, на которых перед подачей газа низкого давления потребителю его очищают и понижают начальное давление с 4,0 -7,5 до 0,3 -1,2 МПа. Понижение давления производят с помощью специальных малорасходных регуляторов давления и на больших ГРС приходится устанавливать значительное их количество, поэтому такие пункты раздачи требуют больших площадей. Кроме того, существующая система понижения давления на ГРС дросселированием имеет следующие недостатки:
не утилизируется энергия сжатого газа магистральных газопроводов, а используемый способ понижения давления приводит к существенным уменьшениям температуры газа, что недопустимо по нормам безопасной эксплуатации;
необходимость размещения большого числа регуляторов расхода, замыкаемые на общий коллектор для пропуска больших объемов газа, приводит к генерации сильных шумов вследствие образования стоячих волн и для обеспечения нормальных условий работы персонала требуется принятие специальных мер (шумозащита, наушники и т.д.);
за регулятором давления температура понижается на 20-45^oC, вследствие чего труба отвода газа и прилегающий к ней грунт замерзает, что приводит к выпячиванию труб из грунта с разрывами;
устранение пучинистости грунта достигается подогревом газа с помощью специальных сетевых подогревателей, требующие до 2% от объема пропускаемого газа и специального оборудования.

Наиболее близким по технической сущности является "Газораспределительная станция" по а.с. N 918719, F 25 B 11/00 , в которой для устранения указанных недостатков вводят дополнительно турбогенератор, движитель внешнего нагрева с горячей и холодной полостями и две тепловые трубы, соединенные между собой и системой подвода газа высокого давления и потребителем газа низкого давления.

Недостатком такого технического решения является:
сложность используемого оборудования, требующее постоянного высококвалифицированного обслуживания, что связано с большими эксплуатационными затратами;
в состав вводимого оборудования включены системы различной инерционности (турбогенератор и тепловые трубы), что невозможно согласовать для обеспечения длительной и надежной работы;
вырабатываемая электроэнергия в такой системе может быть использована для собственных нужд или передана внешнему потребителю только при стабилизации частоты, что трудно обеспечить на ГРС, где всегда присутствуют суточные и сезонные колебания давления (расхода) газа.

Целью данного изобретения является устранение указанных недостатков, а также снижение эксплуатационных затрат с обеспечением надежной работы станции при одновременном получении на ГРС жидкого метана без энергозатрат.

Поставленная цель достигается тем, что станция снабжена блоком сжижения и вымораживателем влаги для ее сепарации и очистки от нее потока газа высокого давления с установленными на нем вихревыми трубами, выполненными в виде регуляторов расхода (давления), при этом коллектор подвода газа высокого давления сообщен с двумя трубопроводами, один из них соединен с входами вихревых труб, холодные отводы которых присоединены к трубной полости низкого давления вымораживателя, а отводы теплого потока вихревых труб присоединены к коллектору раздачи газа низкого давления потребителю, другой трубопровод высокого давления соединен через полость высокого давления вымораживателя с блоком сжижения, газовая полость низкого давления которого через трубную полость вымораживателя соединена с коллектором раздачи газа низкого давления.

Обоснуем, каким образом предлагаемая совокупность новых признаков обеспечивает достижение поставленной цели.

1. Введение на ГРС установки сжижения, выполненной, например, по патенту N 2044973, с вымораживателем влаги, позволяет более эффективно очищать газ за счет использования избытка холода, генерируемого вихревыми трубами, и без энергозатрат получать новый вид энергоносителя - сжиженный природный газ (СПГ).

2. При величине недорекуперации теплообмена в блоке сжижения между входящими и выходящими потоками в пределах 3-5^oC в коллектор подачи газа низкого давления поток будет входить с понижением начальной температуры также на 3-5^oC (худший случай). Следовательно, работа только одного блока сжижения без вымораживателя влаги гарантирует поступление потребителю положительной температуры, что исключает эффект пучинистости грунта и отпадает необходимость в сетевых подогревателях.

3. Так как высокое давление входного потока срабатывается в блоке сжижения, который снабжен силовым корпусом с защитным кожухом и заполнением пространства между ними пенополиуретановой теплоизоляцией, то шумовой эффект вообще отсутствует при эксплуатации блока сжижения, выполненного с применением вихревых охладителей газа. Используемые вихревые охладители (трубы) могут быть размещены внутри силового корпуса, в полости низкого давления, что вообще исключит шум на ГРС.

Учитывая, что до 60% входящего в вихревые охладители газа подогревается на 30-40 градусов, то соединение его с потоком газа из вымораживателя, имеющего температуру на 3-5 градусов ниже, чем входная, обеспечивает в целом подачу потребителю в любое время года теплого газа без его затрат на сжигание.

На фиг. 1 представлена предлагаемая ГРС; на фиг. 2 - сечение места соединения потоков в трубе низкого давления.

ГРС включает: 1 - труба подвода газа высокого давления, 2 - задвижка подачи газа на вымораживатель, 3 - задвижка подачи газа на вихревые охладители (трубы), 4 - вихревые охладители (трубы), 5 - регулировочная задвижка на выходе теплого газа из вихревых труб, 6 - коллектор сбора теплого газа вихревых труб, 6а - коллектор отвода газа низкого давления потребителю, 7 - камера низкого давления вымораживателя, 8 - трубки вымораживателя, закрепленные в трубной доске и собранные в коллектор в нижней части теплообменника, 9 - труба отвода газа высокого давления из вымораживателя, 10 - блок сжижения, 11 - встроенный теплообменник с трубными досками, 12 - вихревые охладители, 13 - отвод СПГ в криостат (условно не показан), 14 - выход несжиженного потока из блока сжижения встречно входному потоку, 15 - коллектор отвода газа низкого давления из вымораживателя, 16 - регулировочная задвижка, 17 - вентиль сброса конденсата влаги, 18 - плита крепления и монтажа блока сжижения и вымораживателя.

Работает предлагаемая ГРС в следующих двух основных режимах. Первый режим включает в работу только вихревые трубы 4 и вымораживатель влаги. Используемые в разработке вихревые охладители являются уникальными генераторами холода, а при небольших изменениях в конструкции подогревать газ аналогично вихревым трубам за счет генерации стоячих волн, что изложено в работе одного из соавторов (ЖТФ, N 9, 1983, стр. 1770-1776).

Открытием задвижки 3 сжатый газ поступает на вихревые трубы 4, где за счет известного эффекта Ранка происходит подогрев до 60% входного потока на 30-40 градусов, который отводится через задвижку 5 в коллектор 6а. Холодный поток из вихревой трубы 4 поступает в камеру низкого давления 7 вымораживателя, далее по спирально витым трубкам опускается, проходит коллектор - отвод 15 и через регулировочную задвижку 16 поступает в коллектор 6а отвода газа низкого давления потребителю. На фиг.2 дано сечение для лучшего восприятия особенностей соединения холодного потока газа низкого давления, вводимого коллектором 15 по оси, где более низкое давление, и периферийного подогретого потока от коллектора 6, подводимого по касательной к коллектору 6а, создавая эжекцию, что позволяет смешивать потоки при разных входных давлениях.

Второй, основной режим работы ГРС предусматривает включение в работу блока сжижения путем подачи в вымораживатель газа высокого давления открытием задвижки 2. Далее поток омывает наружную поверхность трубок вымораживателя 8, где конденсируется влага и по трубке 9 поступает в блок сжижения 10. В него встроен теплообменник с верхней и нижней трубной доской (коллектором), в которых закреплены витые трубки 11, а внутри трубок проходит сжатый газ и поступает далее в вихревые охладители 12. В охладителях происходит понижение температуры потока с частичным сжижением. Несжиженная часть газа низкого давления омывает снаружи трубки входного потока, охлаждая его, и через трубу 14 поступает в камеру низкого давления вымораживателя 7, где смешиваются потоки перед поступлением в коллектор 6а. Сжиженная часть газа из блока сжижения 10 удаляется через отвод 13 в криостат (условно не показано). За счет регулировочных задвижек 3, 5, 16, и 2 достигается требуемый расход подачи газа потребителю и положительная температура при любых внешних условиях. Все режимы подбираются экспериментально в период отладки. В зависимости от насыщенности влагой исходного газа через вентиль 17 обеспечивается сброс конденсата и отепление вымораживателя следующим образом. Кратковременно закрывают сброс газа низкого давления из коллектора потребителю 6а, а газ высокого давления поступает только в вихревые трубы 4, при этом задвижка 2 закрыта. Горячий поток более высокого давления из вихревой трубы 4 по коллектору 6 поступает в трубки вымораживателя и отогревает их, оплавляя намороженную влагу с наружных поверхностей трубок. Далее в камере вымораживателя 7 потоки от вихревых труб отсоединяются и отводятся в блок сжижения 10 по трубе 14, откуда из вихревой части через трубу подачи газа высокого давления 9 попадает в вымораживатель, сдувая влагу с наружной поверхности трубок 8, и через вентиль 17 конденсат поступает в специальный сборник. Так без потерь газа и перерывов в работе ГРС обеспечивается подготовка к работе вымораживателя. Блок сжижения для подготовки к работе низких мероприятий не требует.

Вымораживатель можно выполнить в виде витого трубчатого теплообменника с верхней трубной доской или коллектором. Вихревые трубы лучше установить в камере низкого давления 7, обеспечив их соответствующие соединения с полостями, что позволит эффективно вымораживать влагу за счет увеличения поверхности теплообмена. Наружный корпус вымораживателя в этом случае следует выполнять на рабочее давление 7,5 - 8,3 МПа, характерное магистральным газопроводам. Работа такой ГРС может быть полностью автоматизирована, если все задвижки, используемые в системе, будут выполнены электропроводными. Тогда после отладки и проведения необходимых измерений расходов в специальном замерном узле отрабатывается блок программ с требуемыми и возможными режимами эксплуатации ГРС.

Вихревые трубы 4 подбираются по расходным характеристикам (тарировкам) при стендовых испытаниях, поэтому вопрос повышения точности расхода замера отпускаемого потребителю газа существенно упрощается. Вымораживатель и блок сжижения монтируется на общей плите 18, что позволяет оснащать многочисленные ГРС магистральных газопроводов такими модульными блоками, для включения в работу которых потребуется только соединить входные и выходные фланцы. Высокое октановое число СПГ (105-110) и низкая себестоимость, превышающая стоимость газа всего на 25%, делают предлагаемые ГРС источниками получения одного из самых перспективных на обозримое будущее и экологически чистых топлив.

Площадь, занимаемая блоком сжижения с вымораживателем влаги производительностью по входному потоку, например, до 500000 нм³ в сутки, составит всего 3-4 м², в то время как для существующих ГРС на такие расходы необходимо капитальное здание площадью 30 м² и более с отоплением в зимнее время.

Наличие теплоизоляции на вымораживателе и блоке сжижения делают ГРС в целом бесшумными и они становятся источником получения и раздачи нового вида продукции, что существенно меняет их облик и нормы проектирования.

Claims

Газораспределительная станция магистрального газопровода, содержащая коллектор подвода газа высокого давления, устройства для понижения давления с регулятором расхода и коллектор раздачи газа низкого давления потребителю, отличающаяся тем, что станция снабжена блоком сжижения и вымораживателем влаги для ее сепарации и очистки от нее потока газа высокого давления с установленными на нем вихревыми трубами, выполненными в виде регуляторов расхода (давления), при этом коллектор подвода газа высокого давления сообщен с двумя трубопроводами, один из них соединен с входами вихревых труб, холодные отводы которых присоединены к трубной полости низкого давления вымораживателя, а отводы теплого потока вихревых труб присоединены к коллектору раздачи газа низкого давления потребителю, другой трубопровод высокого давления соединен через полость высокого давления вымораживателя с блоком сжижения, газовая полость низкого давления которого через трубную полость вымораживателя соединена с коллектором раздачи газа низкого давления.