RU2213915C1 - Turbo-expander plant - Google Patents
Turbo-expander plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2213915C1 RU2213915C1 RU2002102020/06A RU2002102020A RU2213915C1 RU 2213915 C1 RU2213915 C1 RU 2213915C1 RU 2002102020/06 A RU2002102020/06 A RU 2002102020/06A RU 2002102020 A RU2002102020 A RU 2002102020A RU 2213915 C1 RU2213915 C1 RU 2213915C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- expander
- turbo
- gas
- turboexpander
- vortex tube
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2260/00—Purposes of gas storage and gas handling
- F17C2260/02—Improving properties related to fluid or fluid transfer
- F17C2260/025—Reducing transfer time
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области газовой промышленности, к энергетике и холодильной технике и, в частности, к установкам по утилизации потенциальной энергии давления газа. The invention relates to the field of the gas industry, to energy and refrigeration and, in particular, to installations for the utilization of potential energy of gas pressure.
Известны турбодетандерные установки (ТДУ), утилизирующие потенциальную энергию давления природного газа. Known turboexpander units (TDU) utilizing the potential pressure energy of natural gas.
Известна ТДУ, содержащая расширительную машину (например, турбину) и генератор электрического тока, герметическую камеру и проходные изоляторы [Патент РФ 2151971, кл. F 25 В 11/00, 2000]. Known TDU containing an expansion machine (for example, a turbine) and an electric current generator, a hermetic chamber and bushings [RF Patent 2151971, cl. F 25
Недостатком данной установки является то, что из-за значительного понижения температуры при расширении природного газа будет происходить выпадение из него твердых частиц гидратов, конденсация паров воды и высококипящих компонентов природного газа, что может привести к обледенению рабочих поверхностей турбодетандера и засорению трубопроводов для транспортировки расширившегося газа. The disadvantage of this installation is that due to a significant decrease in temperature during the expansion of natural gas, hydrate solid particles will fall out of it, condensation of water vapor and high-boiling components of natural gas will lead to icing of the working surfaces of the turbine expander and clogging of pipelines for transporting expanded gas .
Этот недостаток преодолевается в известной ТДУ, содержащей турбодетандер, электрогенератор и газоводяной теплообменник для подогрева природного газа перед детандером [А.А. Степанец. Об эффективности детандер-генераторных агрегатов в тепловой схеме ТЭЦ // Энергетик. - 4, 1999 г., с.2]. This disadvantage is overcome in the well-known TDU containing a turboexpander, an electric generator and a gas-water heat exchanger for heating natural gas before the expander [A.A. Stepanets. On the effectiveness of expander-generator units in the thermal scheme of a thermal power plant // Energetik. - 4, 1999, p.2].
Недостатком данной установки является то, что для подогрева природного газа перед турбодетандером необходимо наличие источников бросового тепла. The disadvantage of this installation is that for the heating of natural gas in front of the expander, the presence of waste heat sources is necessary.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой ТДУ является турбодетандерная установка, содержащая турбодетандер, лопаточную машину и теплообменники [Патент РФ 2148218, кл. F 25 В 11/00, 2000]. The closest in technical essence and the achieved result to the claimed TDU is a turboexpander installation containing a turboexpander, a blade machine and heat exchangers [RF Patent 2148218, cl. F 25
Недостатком данной установки является значительное понижение температуры при расширении природного газа, в результате чего будет происходить выпадение из него твердых частиц гидратов, конденсация паров воды и высококипящих компонентов природного газа, что может привести к обледенению рабочих поверхностей турбодетандера и засорению трубопроводов для транспортировки расширившегося газа. The disadvantage of this installation is a significant decrease in temperature during the expansion of natural gas, which will result in the precipitation of solid hydrate particles, condensation of water vapor and high-boiling components of natural gas, which can lead to icing of the working surfaces of the turbine expander and clogging of pipelines for transporting expanded gas.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, является предотвращение обледенения рабочих поверхностей турбодетандера и засорения теплообменников холодильной камеры за счет применения турбодетандера с подогреваемыми рабочими поверхностями и сепаратора, установленного между турбодетандером и холодильной камерой. The problem to which the claimed invention is directed is to prevent icing of the working surfaces of the turboexpander and clogging of the heat exchangers of the refrigeration chamber through the use of a turbine expander with heated working surfaces and a separator installed between the turbine expander and the refrigeration chamber.
Поставленная задача решается тем, что в ТДУ, содержащей турбодетандер, в отличие от прототипа установлены электрогенератор, находящийся на одном валу с турбодетандером, вихревая труба, имеющая вход, который присоединен к линии подачи газа в турбодетандер, выход горячего потока газа из вихревой трубы, присоединенный к турбодетандеру для обогрева его рабочих поверхностей, и выход холодного потока газа из вихревой трубы, присоединенный к линии низкого давления за турбодетандером, и холодильная камера, соединенная линией низкого давления с турбодетандером через установленный между ними сепаратор. The problem is solved in that in the TDU containing the turboexpander, in contrast to the prototype, an electric generator is installed, located on the same shaft with the turboexpander, a vortex tube having an inlet that is connected to the gas supply line to the turbo expander, the outlet of the hot gas stream from the vortex tube, connected to a turbo-expander for heating its working surfaces, and the exit of a cold gas stream from the vortex tube, connected to the low pressure line behind the turbo-expander, and a cooling chamber, connected by a low pressure line to turboexpander through a separator installed between them.
Существо устройства поясняется чертежами (фиг.1 и фиг.2). На фиг.1 представлена схема предлагаемой установки, а на фиг.2 - схема обогрева рабочих поверхностей ступени турбодетандера. The essence of the device is illustrated by drawings (figure 1 and figure 2). Figure 1 presents a diagram of the proposed installation, and figure 2 is a diagram of the heating of the working surfaces of the turbine expander stage.
Турбодетандерная установка (фиг.1) содержит турбодетандер 1, присоединенный к линии высокого давления и находящийся на одном валу с электрогенератором 2, вихревую трубу 3, имеющую вход 4, который подсоединен к линии высокого давления, выход горячего потока газа 5 из вихревой трубы 3, соединенный с турбодетандером 1, и выход холодного потока газа 6 из вихревой трубы 3, соединенный с линией низкого давления за турбодетандером 1, холодильную камеру 7, которая соединена с турбодетандером 1 линией низкого давления через установленный между ними сепаратор 8. На фиг.2 показана схема обогрева рабочих поверхностей ступени турбодетандеpa 1. Эта ступень состоит из соплового аппарата 9 и лопатки рабочего колеса 10. Выход горячего потока газа 6 вихревой трубы 3 соединен с коллектором 11 соплового аппарата 9 и с лопатками рабочего колеса 10, внутри которых проделаны каналы 12. The turboexpander unit (Fig. 1) contains a turboexpander 1 connected to the high pressure line and located on the same shaft as the electric generator 2, a vortex tube 3 having an inlet 4 that is connected to the high pressure line, the outlet of the hot gas stream 5 from the vortex tube 3, connected to the turbo-expander 1, and the exit of the cold gas stream 6 from the vortex tube 3, connected to the low pressure line behind the turbo-expander 1, a cooling chamber 7, which is connected to the turbo-expander 1 by the low-pressure line through a separator installed between them torus 8. Figure 2 shows the heating circuit of the working surfaces of the turbo expander stage 1. This stage consists of a
Работа установки осуществляется следующим образом. Природный газ из линии высокого давления поступает в турбодетандер 1, где происходит его расширение с понижением температуры. При этом потенциальная энергия давления газа преобразуют в механическую работу на валу турбодетандера 1, которую в свою очередь трансформируют в электрическую энергию в электрогенераторе 2. В потоке газа происходит конденсация паров воды и высококипящих компонентов, выпадение твердых частиц - гидратов, которые могут привести к обледенению рабочих поверхностей турбодетандера 1 и засорению теплообменников холодильной камеры 7. Для предотвращения этого обогревают рабочие поверхности турбодетандера 1 и устанавливают между турбодетандером 1 и холодильной камерой 7 сепаратор 8 для улавливания сконденсировавшийся жидкости и твердых частиц. Повышение температуры газа, необходимое для обогрева рабочих поверхностей турбодетандера 1, осуществляют в вихревой трубе 3, в которую направляют часть природного газа из линии высокого давления. В вихревой трубе поток разделяют на холодную и горячую части. Температура горячей части получается достаточно высокой и составляет около 50...75oC [Мартынов А.В., Бродянский В.А. Что такое вихревая труба? М.: Энергия, 1976, стр.3]. Эту часть потока направляют на обогрев рабочих поверхностей турбодетандера 1, схема которого показана на фиг.2. Схема обогрева соплового аппарата 9 и лопаток рабочего колеса 10 выполнена по аналогии со схемами охлаждения камер сгорания жидкостного ракетного двигателя [Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. - М.: Машиностроение, 1968. - с. 117, 118] и лопаток высокотемпературных газовых турбин авиационных ГТД [Крюков А.И. Некоторые вопросы проектирования ГТД: Учебное пособие. - М.: Изд-во МАИ, 1993. - с.85, 86] соответственно. Горячий газ поступает в коллектор 11, а из него в обогреваемый тракт, выполненный в виде каналов 12 в сопловом аппарате 9. Проходя по каналам 12, газ обогревает стенки соплового аппарата 9 и при этом охлаждается сам. Для возможности обогрева лопаток рабочего колеса 10 в них проделаны вертикальные каналы 12, в которые снизу подают горячий газ, который, пройдя по каналу 12, выходит вверх и смешивается с остальным газом. Уровень температуры холодной части потока около 0oС, поэтому он смешивается с остальным потоком природного газа за турбодетандером 1. Далее природный газ поступает в сепаратор 8, в котором происходит отделение гидратов и конденсата. Затем очищенный природный газ направляют в холодильную камеру 7.The installation is as follows. Natural gas from the high pressure line enters the turbine expander 1, where it expands with decreasing temperature. In this case, the potential energy of the gas pressure is converted into mechanical work on the shaft of the turboexpander 1, which, in turn, is converted into electrical energy in the generator 2. In the gas stream, water vapor and high-boiling components condense, precipitation of solid particles - hydrates, which can lead to icing of workers surfaces of the turbine expander 1 and clogging of the heat exchangers of the refrigeration chamber 7. To prevent this, the working surfaces of the turboexpander 1 are heated and installed between the turbine expander 1 and the refrigerating chamber 7 separator 8 for trapping condensed liquid and solid particles. The increase in gas temperature necessary for heating the working surfaces of the turboexpander 1 is carried out in a vortex tube 3, into which part of the natural gas is directed from the high pressure line. In a vortex tube, the flow is divided into cold and hot parts. The temperature of the hot part turns out to be quite high and is about 50 ... 75 o C [Martynov A.V., Brodyansky V.A. What is a vortex tube? M .: Energy, 1976, p. 3]. This part of the flow is directed to the heating of the working surfaces of the turboexpander 1, a diagram of which is shown in figure 2. The heating circuit of the
Предлагаемая схема турбодетандерной установки позволяет наиболее полно использовать потенциальную энергию давления газа магистральных трубопроводов, которая в данное время рассеивается на газораспределительных станциях (ГРС) и пунктах (ГРП) при редуцировании давления газа от величины магистрального уровня до уровня, необходимого потребителю. The proposed turboexpander installation scheme allows the fullest possible use of the potential gas pressure energy of the main pipelines, which is currently dissipated at gas distribution stations (GDS) and points (hydraulic fracturing) while reducing the gas pressure from the value of the main level to the level required by the consumer.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002102020/06A RU2213915C1 (en) | 2002-01-21 | 2002-01-21 | Turbo-expander plant |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002102020/06A RU2213915C1 (en) | 2002-01-21 | 2002-01-21 | Turbo-expander plant |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2213915C1 true RU2213915C1 (en) | 2003-10-10 |
Family
ID=31988741
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002102020/06A RU2213915C1 (en) | 2002-01-21 | 2002-01-21 | Turbo-expander plant |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2213915C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006045712A1 (en) * | 2004-10-21 | 2006-05-04 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Device for generating highly compressed gas |
-
2002
- 2002-01-21 RU RU2002102020/06A patent/RU2213915C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006045712A1 (en) * | 2004-10-21 | 2006-05-04 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Device for generating highly compressed gas |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6990797B2 (en) | Methods and apparatus for operating gas turbine engines | |
RU2719413C2 (en) | Systems with closed regenerative thermodynamic cycle of electric power generation and methods of their operation | |
Jaber et al. | Assessment of power augmentation from gas turbine power plants using different inlet air cooling systems | |
WO2000053907A8 (en) | Method of operation of a gas turbine engine power plant and a gas turbine engine power plant | |
US20130199202A1 (en) | System and method for gas turbine inlet air heating | |
WO2002014662A1 (en) | Method for recovering the energy of gas expansion and a recovery device for carrying out said method | |
RU2613100C2 (en) | Gas turbine (versions) and method of gas turbine operation | |
US20180229850A1 (en) | Anti-icing system for gas turbine engine | |
US9822705B2 (en) | Power augmentation system for a gas turbine | |
US20160290174A1 (en) | Heat pipe aftercooling system for a turbomachine | |
Lamfon et al. | Modeling and simulation of combined gas turbine engine and heat pipe system for waste heat recovery and utilization | |
RU2338908C1 (en) | Gas turbine unit | |
US20160290231A1 (en) | Heat pipe intercooling system for a turbomachine | |
RU2213915C1 (en) | Turbo-expander plant | |
US11384687B2 (en) | Anti-icing system for gas turbine engine | |
RU2549004C1 (en) | Regenerative gas-turbine expansion unit | |
RU2541080C1 (en) | Auxiliary power gas turbine expander unit for compressor stations of gas-main pipelines | |
RU2557834C2 (en) | Gas turbine expansion power plant of gas-distributing station | |
DK0613518T3 (en) | Combined gas-steam turbine plant for the production of electrical energy | |
RU2540213C1 (en) | Low pressure part of steam turbine | |
Petrucci et al. | Heat Pipe Turbine Vane Integration in Gas Turbine Engines | |
RU2150641C1 (en) | Method of operation of expansion unit and device for realization of this method | |
RU2576556C2 (en) | Compressor station of main gas line with gas turbine expander power plant | |
RU2403406C1 (en) | Turbine expander plant | |
RU2545261C2 (en) | Gas turbine plant of raised efficiency |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040122 |