RU2178864C2

RU2178864C2 - Turbine expander control system

Info

Publication number: RU2178864C2
Application number: RU99118079A
Authority: RU
Inventors: Л.И. Архипов; Ю.В. Дюбанов; П.А. Рыбин
Priority date: 1999-08-18
Filing date: 1999-08-18
Publication date: 2002-01-27

Abstract

FIELD: turbine manufacture; turbine expander control systems. SUBSTANCE: control system of turbine expander installed on gas-distributing station between high- and low-pressure gas lines has gas heater, stop valve with actuator, and control element with actuator installed downstream of gas heater at its inlet to turbine expander; system also has bypass and shut-off valves with actuators installed in parallel with turbine expander. Inlet pipe connection of shut-off valve which opens in step with stop valve closure and vice versa is joined to high-pressure gas line upstream gas heater. EFFECT: enhanced reliability of supplying users with of desired parameters. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области турбостроения, в частности к системам регулирования турбодетандеров. The invention relates to the field of turbine construction, in particular 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. (См. Шабашов С. З. и др. Регулирование газотурбинных агрегатов, Ленинград, Недра, 1978, с. 61-65). A control device for a turboexpander, which is used as an accelerating engine when starting a gas turbine installation, is known, where the controller controls a quick coupler between the shafts of the turboexpander and compressor and the gas supply to the turbine expander. (See Shabashov S.Z. et al. Regulation of gas turbine units, Leningrad, Nedra, 1978, p. 61-65).

Известны системы регулирования паровых и газовых турбин, содержащие на подаче пара или газа к турбине стопорный и регулирующий клапаны (см. Кириллов И. И. Автоматическое регулирование паровых турбин и газотурбинных установок, Ленинград, Машиностроение ЛО, 1988, с. 294-301, 339-342). Known control systems for steam and gas turbines, containing on the supply of steam or gas to the turbine stop and control valves (see. I. Kirillov. Automatic control of steam turbines and gas turbine installations, Leningrad, Machine building LO, 1988, pp. 294-301, 339 -342).

Наиболее близкой к изобретению является система регулирования турбодетандера, содержащая стопорный клапан, регулирующий орган и байпасный клапан, перепускающий газ в обход турбодетандера, и где стопорный клапан, открывая проход газа к регулирующему органу, закрывает одновременно проход к байпасному клапану и наоборот, а байпасный клапан при этом имеет возможность синхронно обеспечить одинаковую пропускную способность с регулирующим органом (см. патент РФ 2110022 от 29.04.1996) - прототип. Closest to the invention is a turboexpander control system comprising a stop valve, a regulator and a bypass valve bypassing gas bypassing the turbo expander, and where the stop valve, opening the gas passage to the regulator, closes the passage to the bypass valve and vice versa, while the bypass valve this has the ability to simultaneously provide the same throughput with the regulatory authority (see RF patent 2110022 from 04.29.1996) - prototype.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности снабжения потребителя газом требуемых параметров при использовании потенциальной энергии сжатого газа в турбодетандере. The objective of the invention is to increase the reliability of supplying the consumer with gas of the required parameters when using the potential energy of compressed gas in a turboexpander.

Существенными признаками предлагаемого изобретения являются газоподогреватель, стопорный клапан с приводом и регулирующий орган с приводом, установленные после газоподогревателя на входе газа в турбодетандер, байпасный и установленный перед ним отсечной клапан с приводами, установленные параллельно турбодетандеру, при этом входной патрубок отсечного клапана, открывающегося синхронно с закрытием стопорного клапана и наоборот, соединен с магистралью газа высокого давления перед газоподогревателем. The essential features of the present invention are a gas heater, a check valve with an actuator and a regulating body with an actuator installed after the gas heater at the gas inlet to the turbo expander, a bypass valve and actuators installed in front of it, mounted parallel to the turbo expander, while the inlet of the shut-off valve, which opens synchronously with closing the stop valve and vice versa, is connected to the high-pressure gas line in front of the gas heater.

Отличительным признаком изобретения является то, что входной патрубок отсечного клапана, открывающегося синхронно с закрытием стопорного клапана и наоборот, соединен с магистралью газа высокого давления перед газоподогревателем. A distinctive feature of the invention is that the inlet of the shut-off valve, which opens synchronously with the closing of the stop valve and vice versa, is connected to the high-pressure gas line in front of the gas heater.

На чертеже изображена система регулирования турбодетандера. The drawing shows a system for regulating a turbo expander.

Магистраль газа высокого давления перед газораспределительной станцией 1 через систему отсечных задвижек 2, магистраль 3, газоподогреватель 4, стопорный клапан 5 с приводом 6, регулирующий орган 7 с приводом 8 связан с турбодетандером 9, соединенным также магистралью 10 и системой отсечных задвижек 11 с магистралью газа низкого давления, то есть турбодетандер 9 установлен параллельно газораспределительной станции 1. Также магистраль газа высокого давления соединена с магистралью газа низкого давления, минуя турбодетандер 9 через систему отсечных задвижек 2, магистраль 3, отсечной клапан 12 с приводом 13, байпасный клапан 14 с приводом 15, магистраль 10 и систему отсечных задвижек 11. В магистрали 10 установлен предохранительный клапан 16. Для управления турбодетандером 9 установлена система агрегатной автоматики 17. The high-pressure gas line in front of the gas distribution station 1 through the shut-off valve system 2, line 3, gas heater 4, check valve 5 with actuator 6, the regulating body 7 with actuator 8 is connected to the turbine expander 9, also connected by line 10 and the shut-off valve system 11 to the gas main low pressure, that is, the turboexpander 9 is installed parallel to the gas distribution station 1. Also, the high-pressure gas pipeline is connected to the low-pressure gas pipeline, bypassing the turbine expander 9 through the cutoff gate valves 2, line 3, shut-off valve 12 with actuator 13, bypass valve 14 with actuator 15, line 10 and the system of shut-off valves 11. Relief valve 16 is installed in line 10. To control the turboexpander 9, an aggregate automation system 17 is installed.

Работает система регулирования турбодетандера следующим образом. При пуске турбодетандера 9 по команде из системы агрегатной автоматики 17 приводом 6 открывается стопорный клапан 5, одновременно приводом 13 закрывается отсечной клапан 12. Подогретый в газоподогревателе 4 газ высокого давления поступает к регулирующему органу 7 с приводом 8 и далее в турбодетандер 9. Турбодетандер 9 вступает в работу. Байпасный клапан 14 при этом приводом 15 открывается по команде из системы агрегатной автоматики 17, синхронно отслеживая положение регулирующего органа 7, обеспечивая при этом равную пропускную способность (расхода газа через байпасный клапан в это время нет, так как закрыт отсечной клапан 12). При аварийной остановке турбодетандера 9 стопорный клапан 5 быстро перекроет поступление подогретого в газоподогревателе 4 газа высокого давления к регулирующему органу 7, следовательно, и к турбодетандеру 9. При этом также быстро (по той же команде, что получил и привод 6 стопорного клапана 5), но только откроется приводом 13 отсечной клапан 12, открывая проход не подогретого газа к открытому байпасному клапану 14. В результате количество газа низкого давления (после дросселирования в байпасном клапане 14), поступающего к потребителю, практически не изменится при остановке турбодетандера 9. При этом то, что через байпасный клапан к потребителю поступит газ, не прошедший через газоподогреватель, очень существенно в связи с нижеследующим. The turbo expander control system operates as follows. When starting the turboexpander 9 by a command from the aggregate automation system 17, the shut-off valve 5 opens with the actuator 6, the shut-off valve 12 closes simultaneously with the actuator 13. The high-pressure gas heated in the gas preheater 4 enters the regulator 7 with the actuator 8 and then into the expander 9. to work. In this case, the bypass valve 14 is opened by the actuator 15 upon command from the aggregate automation system 17, synchronously monitoring the position of the regulating body 7, while ensuring equal throughput (there is no gas flow through the bypass valve at this time, since the shut-off valve 12 is closed). When the turbo-expander 9 emergency stops, the shut-off valve 5 will quickly block the flow of high-pressure gas preheated in the gas preheater 4 to the regulating body 7, and therefore, to the turbo-expander 9. It is also quick (by the same command that the check valve 5 was received and received) but only opens with the actuator 13 shut-off valve 12, opening the passage of unheated gas to the open bypass valve 14. As a result, the amount of low-pressure gas (after throttling in the bypass valve 14) supplied to the consumer is practically and will not change when the turbine expander is stopped 9. Moreover, the fact that gas that has not passed through the gas heater will flow through the bypass valve to the consumer is very significant in connection with the following.

Температура газа за турбодетандером (после расширения в нем) намного меньше, чем перед турбодетандером и может достигать существенных отрицательных значений. При этом образуется лед (из-за наличия жидких фракций в газе), происходит зашлаковывание турбопроводов, запорной арматуры, регулирующих и горелочных устройств у потребителя, контрольно-измерительных приборов и т. д. Для того, чтобы избежать всего этого, и устанавливают газоподогреватель, подогревая газ перед турбодетандером настолько (например, до 100^oС и выше), чтобы на выхлопе турбодетандера температура газа была плюсовой (например, 0^oС. . . +10^oС).The gas temperature behind the turbo-expander (after expansion in it) is much lower than before the turbo-expander and can reach significant negative values. In this case, ice is formed (due to the presence of liquid fractions in the gas), turbine pipelines, shut-off valves, regulating and burner devices at the consumer, instrumentation, etc. are slagged. In order to avoid all this, a gas heater is installed, heating the gas before the turbo-expander so much (for example, up to 100 ^o С and higher) that the gas temperature at the exhaust of the turbo-expander is positive (for example, 0 ^o С. ... + 10 ^o С).

Если при этом, в случае остановки турбодетандера, через отсечной и байпасный клапаны на выхлоп турбодетандера (т. е. к потребителю) будет сброшен газ, прошедший через газоподогреватель, т. е. нагретый, то он будет иметь высокую температуру, так как при дросселировании в байпасном клапане существенного снижения температуры не происходит. Высокая температура газа потребителя также не всегда устраивает, точнее нужна постоянная температура подаваемого газа, например, в пределах 0^oС. . . +10^oС.If in this case, in the case of a stop of the expander, through the shut-off and bypass valves to the exhaust of the expander (i.e. to the consumer) the gas passing through the gas heater, i.e. heated, is discharged, then it will have a high temperature, since during throttling the bypass valve does not significantly reduce the temperature. The high gas temperature of the consumer also does not always suit, more precisely, a constant temperature of the supplied gas is needed, for example, within 0 ^o C. . + 10 ^o C.

Claims

A control system for a turboexpander installed on a gas distribution station between high and low pressure gas lines, comprising a gas heater, a check valve with an actuator and an actuating regulator installed after the gas heater at the gas inlet to the expander, a bypass valve and actuator shutoff valves installed in front of it turboexpander, characterized in that the inlet of the shut-off valve, which opens synchronously with the closing of the stop valve and vice versa, with single with the high-pressure gas line in front of the gas heater.