RU2482302C2 - Gas turbine plant for conversion of associated petroleum gas into power - Google Patents

Gas turbine plant for conversion of associated petroleum gas into power Download PDF

Info

Publication number
RU2482302C2
RU2482302C2 RU2011114620/06A RU2011114620A RU2482302C2 RU 2482302 C2 RU2482302 C2 RU 2482302C2 RU 2011114620/06 A RU2011114620/06 A RU 2011114620/06A RU 2011114620 A RU2011114620 A RU 2011114620A RU 2482302 C2 RU2482302 C2 RU 2482302C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
turbine
compressor
gas
associated petroleum
petroleum gas
Prior art date
Application number
RU2011114620/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011114620A (en
Inventor
Юрий Николаевич Авдеев
Иван Георгиевич Лачугин
Анатолий Иванович Сухов
Александр Петрович Шевцов
Дмитрий Валерьевич Черноиванов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью Финансово-промышленная компания "Космос-Нефть-Газ"
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 Общество с ограниченной ответственностью Финансово-промышленная компания "Космос-Нефть-Газ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью Финансово-промышленная компания "Космос-Нефть-Газ"
Priority to RU2011114620/06A priority Critical patent/RU2482302C2/en
Publication of RU2011114620A publication Critical patent/RU2011114620A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2482302C2 publication Critical patent/RU2482302C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: power engineering.
SUBSTANCE: gas turbine plant for conversion of associated petroleum gas into power comprises an air compressor, a turbine, a combustion chamber, a power generator and a device o air heating downstream the compressor, comprising a heat exchange regenerator device arranged in an exhaust pipe. The combustion chamber with the exhaust pipe are arranged in the form of a surface flare for burning of associated petroleum gas. The compressor is equipped with an electric drive. The turbine at the outlet side is communicated with environment with the help of an autonomous pipe. The surface flare at the side of associated petroleum gas supply is made with a device of atmospheric air intake.
EFFECT: expanded area of gas turbine plant application, increased efficiency of carbon fuel usage and improved environmental capability of environment.
2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в нефтедобывающей отрасли на месторождениях, где имеют место постоянные выбросы попутного нефтяного газа (ПНГ).The invention relates to the field of energy and can be used in the oil industry in fields where there are constant emissions of associated petroleum gas (APG).

Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемому изобретению являются находящиеся в эксплуатации ОАО «Газпром» газотурбинные установки (ГТУ) мощностью 6 МВт типа ГТ-750-6 и мощностью 10 МВт ГТК-10-4 (А.И.Рыбников и др. «Эффективность контроля технического состояния и безопасности эксплуатации турбоагрегатов ГТК-10-4 и ГТ-750-6», Ж. Территория Нефтегаз, №2, 2009 г.), выполненные с регенеративным циклом (см. ГОСТ Р 51852-20001. Установки газотурбинные. Термины и определения (ИСО 3977-1), содержащие воздушный компрессор, турбину, камеру сгорания, устройство подогрева воздуха после компрессора, включающее в себя теплообменный аппарат-регенератор, смонтированный в выхлопной трубе, нагнетатель для газоперекачивающего агрегата (ГПА) или электрогенератор для выработки электроэнергии (прототип). Суть регенеративного цикла состоит в том, что воздух, поступающий в камеру сгорания после компрессора, предварительно подогревается в теплообменном аппарате-регенераторе, установленном в выхлопной трубе, за счет тепла выходящих газов после турбины, а необходимая температура перед турбиной обеспечивается путем сгорания природного газа в камере сгорания.The closest in technical essence to the invention are gas turbine units (GTU) of 6 MW type GT-750-6 and 10 MW GTK-10-4 (A.I. Rybnikov et al. monitoring the technical condition and operation safety of turbine units ГТК-10-4 and ГТ-750-6 ”, J. Territory Neftegaz, No. 2, 2009), performed with a regenerative cycle (see GOST R 51852-20001. Gas turbine units. Terms and definitions (ISO 3977-1) containing an air compressor, a turbine, a combustion chamber, devices heating the air after the compressor, which includes a heat exchanger-regenerator mounted in the exhaust pipe, a supercharger for a gas pumping unit (GPU) or an electric generator for generating electricity (prototype). The essence of the regenerative cycle is that the air entering the combustion chamber after the compressor is preheated in a heat exchanger-regenerator installed in the exhaust pipe, due to the heat of the exhaust gases after the turbine, and providing the necessary temperature in front of the turbine etsya by combustion of natural gas in the combustion chamber.

Недостатком газотурбинной установки чисто с регенеративным циклом является то, что в ней не представляется возможным использовать ПНГ без специальной подготовки (без очистки газа и повышения давления).The disadvantage of a purely regenerative gas turbine unit is that it is not possible to use APG in it without special preparation (without gas purification and pressure increase).

Технической задачей данного изобретения является расширение области применения ГТУ с регенеративным циклом в интересах топливно-энергетического комплекса, а также повышение эффективности использования углеводородного топлива и улучшение экологии окружающей среды за счет снижения вредных выбросов по оксидам азота NOx и окислам углерода СО при сжигании ПНГ.The technical task of this invention is to expand the scope of the GTU with a regenerative cycle in the interests of the fuel and energy complex, as well as to increase the efficiency of the use of hydrocarbon fuels and to improve the environment by reducing harmful emissions of nitrogen oxides NOx and carbon oxides CO during the combustion of associated gas.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемой ГТУ, содержащей воздушный компрессор, турбину, камеру сгорания, электрогенератор и устройство подогрева воздуха после компрессора, включающее в себя теплообменный аппарат-регенератор, расположенный в выхлопной трубе, согласно изобретению камера сгорания с выхлопной трубой выполнена в виде наземной факельной установки сжигания попутного нефтяного газа. Компрессор оснащен электроприводом, турбина со стороны выхода сообщена с окружающей средой с помощью автономной трубы, а наземная факельная установка со стороны подвода попутного нефтяного газа выполнена с устройством забора атмосферного воздуха.The problem is achieved in that in the proposed gas turbine unit containing an air compressor, a turbine, a combustion chamber, an electric generator and a device for heating the air after the compressor, including a heat exchanger-regenerator located in the exhaust pipe, according to the invention, the combustion chamber with the exhaust pipe is made in the form surface flare unit for flaring associated petroleum gas. The compressor is equipped with an electric drive, the turbine on the outlet side is connected to the environment using an autonomous pipe, and the ground flare installation on the side of the supply of associated petroleum gas is made with a device for intake of atmospheric air.

Совмещенная компоновка выхлопной трубы и камеры сгорания и выполнение их в виде наземной факельной установки сжигания попутного нефтяного газа с конструктивным исполнением, обеспечивающим соответствующие требования, изложенные в нормативно-технической документации, позволяетThe combined layout of the exhaust pipe and the combustion chamber and their implementation in the form of a surface flare unit for flaring associated petroleum gas with a design that provides the relevant requirements set forth in the normative and technical documentation allows

- обеспечить безопасность, повысить экономичность процесса и экологию окружающей среды;- ensure safety, increase the efficiency of the process and the environment;

- осуществить нагрев рабочего тела турбины в теплообменном аппарате до требуемой температуры, что обеспечивает высокую равномерность температурного поля рабочего тела (чистого воздуха) перед сопловым аппаратом турбины;- to carry out the heating of the working fluid of the turbine in the heat exchanger to the required temperature, which ensures high uniformity of the temperature field of the working fluid (clean air) in front of the nozzle of the turbine;

- организовать процесс горения попутного нефтяного газа с низким давлением (менее 0,1 МПа) и без специальной подготовки, что упрощает технологию, снижает трудоемкость и обеспечивает меньшие вредные выбросы.- organize the combustion process of associated petroleum gas with low pressure (less than 0.1 MPa) and without special preparation, which simplifies the technology, reduces the complexity and provides less harmful emissions.

Соединение полости после турбины с окружающей средой через полость наземной факельной установки, в том числе, повышает мощностные характеристики ГТУ, так как наземные факельные установки выполняются с инжекционными свойствами по проточному тракту, что обеспечивает более высокую степень расширения рабочего тела на турбине, а следовательно, большую ее мощность.The connection of the cavity after the turbine with the environment through the cavity of the ground-based flare unit, in particular, increases the power characteristics of gas turbines, since ground-based flare units are injected along the flow path, which provides a higher degree of expansion of the working fluid on the turbine, and therefore, a greater her power.

Выполнение компрессора с другим приводом, а именно с электроприводом, и соединение полости после турбины с окружающей средой отдельной трубой актуально при выработке электроэнергии нескольких десятков кВт и при низких степенях сжатия компрессора (порядка 2). Данное техническое решение значительно упрощает конструкцию установки, но будет иметь место ограничение по максимальной величине мощности, так как турбина электрогенератора должна вырабатывать в электрогенераторе еще мощность, необходимую для привода компрессора электродвигателем.The implementation of the compressor with another drive, namely with an electric drive, and the connection of the cavity after the turbine with the environment as a separate pipe is relevant for generating electricity of several tens of kW and at low compression ratios of the compressor (about 2). This technical solution greatly simplifies the design of the installation, but there will be a limitation on the maximum power value, since the turbine of the electric generator must generate in the electric generator still the power necessary to drive the compressor with an electric motor.

Предлагаемая газотурбинная установка изображена схематично на чертежах фиг.1 и 2.The proposed gas turbine installation is shown schematically in the drawings of figures 1 and 2.

На фиг.1 представлена газотурбинная установка по предложенному техническому решению.Figure 1 presents the gas turbine installation according to the proposed technical solution.

На фиг.2 схематично представлен фрагмент установки для варианта компрессора с электроприводом.Figure 2 schematically shows a fragment of the installation for a variant of the compressor with electric drive.

Газотурбинная установка содержит воздушный компрессор 1, турбину 2, электрогенератор 3 и устройство 4 для подогрева воздуха после компрессора (см. фиг.1). В свою очередь, устройство 4 включает в себя теплообменный аппарат-регенератор 5, который установлен в выхлопной трубе 6, и камеру сгорания 7, выполненную совместно с трубой 6 в виде наземной факельной установки сжигания попутного газа. Компрессор подключается к турбине 2 (см. фиг.1) или к электродвигателю 8 (см. фиг.2). Электрогенератор в обоих случаях подключен к турбине 2. Выходная полость после компрессора 1 сообщена с теплообменным аппаратом-регенератором 5 с помощью трубопровода 9, а выход из теплообменного аппарата сообщен с полостью турбины 2 с помощью трубопровода 10. Полость после турбины 2 сообщается с полостью наземной факельной установки с помощью трубопровода 11 или с окружающей средой через автономную трубу 12 (см. фиг.2). В последнем случае наземная факельная установка выполнена с устройством 13 забора атмосферного воздуха.The gas turbine installation contains an air compressor 1, a turbine 2, an electric generator 3 and a device 4 for heating the air after the compressor (see figure 1). In turn, the device 4 includes a heat exchanger-regenerator 5, which is installed in the exhaust pipe 6, and a combustion chamber 7, made in conjunction with the pipe 6 in the form of a ground flare associated gas burning unit. The compressor is connected to the turbine 2 (see figure 1) or to an electric motor 8 (see figure 2). The generator in both cases is connected to the turbine 2. The outlet cavity after the compressor 1 is connected to the heat exchanger-regenerator 5 using the pipeline 9, and the outlet from the heat exchanger is connected to the cavity of the turbine 2 using the pipeline 10. The cavity after the turbine 2 communicates with the ground flare cavity installation using the pipe 11 or with the environment through an autonomous pipe 12 (see figure 2). In the latter case, the ground flare unit is made with a device 13 for intake of atmospheric air.

Газотурбинная установка работает следующим образом.Gas turbine installation operates as follows.

С помощью пневмо- или электростартеров (на фиг.1 не показаны), а для варианта, приведенного на фиг.2, с помощью электродвигателя 8 производится раскрутка компрессора. Воздух после компрессора поступает в теплообменный аппарат-регенератор 5 и на турбину 2, которая приводит во вращение электрогенератор. При определенной величине давления после компрессора подается попутный нефтяной газ в наземную факельную установку, где организовывается его сжигание. Образовавшееся тепло нагревает в теплообменном аппарате воздух, который с необходимой температурой поступает на турбину для увеличения ее мощности. При величине мощности турбины, превышающей потребляемую мощность компрессора, предварительная раскрутка ротора прекращается и ГТУ выходит на режим, обеспечивающий необходимую частоту и напряжение тока электрогенератора. Вырабатываемая электроэнергия расходуется на собственные нужды месторождения и направляется различным потребителям.Using pneumatic or electric starters (not shown in figure 1), and for the variant shown in figure 2, using the electric motor 8, the compressor is unwound. The air after the compressor enters the heat exchanger-regenerator 5 and the turbine 2, which drives the generator. At a certain pressure value, after the compressor, associated petroleum gas is supplied to the ground flare unit, where its combustion is organized. The resulting heat heats the air in the heat exchanger, which, with the required temperature, enters the turbine to increase its power. When the turbine power exceeds the power consumption of the compressor, the preliminary rotation of the rotor stops and the gas turbine enters a mode that provides the necessary frequency and voltage of the generator. The generated electricity is spent on the own needs of the field and is sent to various consumers.

Оценочные расчеты с использованием фактических объемов постоянных выбросов ПНГ на различных месторождениях и исходных данных ГТУ типа ГТ-750-6 (мощностью 6 МВт) и ГТК-10-4 (мощностью 10 МВт) показывают, что с помощью указанных ГТУ и предложенного технического решения можно переработать в электроэнергию небольшую часть от общего объема сбрасываемого ПНГ на месторождениях, но при этом сэкономить потребление природного газа от 20 до 30 млн нм3/год, что с точки зрения экономической эффективности очень актуально. С другой стороны, ничто не мешает для реализации данного проекта применить более мощные ГТУ или осуществить их модернизацию в большем количестве на одном месторождении.Estimated calculations using the actual volumes of constant APG emissions at various fields and the initial data of gas turbines of the GT-750-6 type (with a capacity of 6 MW) and GTK-10-4 (with a capacity of 10 MW) show that using these gas turbines and the proposed technical solution, to process a small part of the total APG discharged into fields into electricity, but at the same time save natural gas consumption from 20 to 30 million nm 3 / year, which is very important from the point of view of economic efficiency. On the other hand, nothing prevents the implementation of this project to use more powerful gas turbines or to modernize them in larger quantities at one field.

Предложенное устройство для переработки попутного нефтяного газа в электроэнергию позволяет упростить технологию его использования, так как организовано сжигание ПНГ при низком давлении (после последней ступени сепарации) и без специальной очистки. Более того, сжигание ПНГ в наземной факельной установке с активной подачей воздуха позволяет улучшить процесс горения, а следовательно, уменьшить вредные выбросы NOx и СО.The proposed device for processing associated petroleum gas into electricity allows us to simplify the technology of its use, as organized combustion of APG at low pressure (after the last stage of separation) and without special treatment. Moreover, the combustion of APG in a surface flare unit with active air supply improves the combustion process and, consequently, reduces harmful emissions of NOx and CO.

Claims (2)

1. Газотурбинная установка для переработки попутного нефтяного газа в электроэнергию, содержащая воздушный компрессор, турбину, камеру сгорания, электрогенератор и устройство подогрева воздуха после компрессора, включающее в себя теплообменный аппарат-регенератор, расположенный в выхлопной трубе, отличающаяся тем, что камера сгорания с выхлопной трубой выполнена в виде наземной факельной установки сжигания попутного нефтяного газа.1. A gas turbine installation for processing associated petroleum gas into electricity, comprising an air compressor, a turbine, a combustion chamber, an electric generator and a device for heating the air after the compressor, including a heat exchanger-regenerator located in the exhaust pipe, characterized in that the combustion chamber has an exhaust the pipe is made in the form of a ground flare unit for the flaring of associated petroleum gas. 2. Газотурбинная установка по п.1, отличающаяся тем, что компрессор оснащен электроприводом, турбина со стороны выхода сообщена с окружающей средой с помощью автономной трубы, а наземная факельная установка со стороны подвода попутного нефтяного газа выполнена с устройством забора атмосферного воздуха. 2. The gas turbine installation according to claim 1, characterized in that the compressor is equipped with an electric drive, the turbine on the outlet side is in communication with the environment using an autonomous pipe, and the ground flare installation on the side of the supply of associated petroleum gas is made with an atmospheric air intake device.
RU2011114620/06A 2011-04-13 2011-04-13 Gas turbine plant for conversion of associated petroleum gas into power RU2482302C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011114620/06A RU2482302C2 (en) 2011-04-13 2011-04-13 Gas turbine plant for conversion of associated petroleum gas into power

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011114620/06A RU2482302C2 (en) 2011-04-13 2011-04-13 Gas turbine plant for conversion of associated petroleum gas into power

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011114620A RU2011114620A (en) 2012-10-20
RU2482302C2 true RU2482302C2 (en) 2013-05-20

Family

ID=47145036

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011114620/06A RU2482302C2 (en) 2011-04-13 2011-04-13 Gas turbine plant for conversion of associated petroleum gas into power

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2482302C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2540386C1 (en) * 2013-08-23 2015-02-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Method and gas turbine plant for disposal of associated petroleum gas
RU2573541C1 (en) * 2014-07-02 2016-01-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Санкт-Петербургская электротехническая компания" Power system based on organic rankine cycle for combustion of associated petroleum gas
RU2650452C1 (en) * 2017-01-26 2018-04-13 Общество с ограниченной ответственностью Финансово-промышленная компания "Космос-Нефть-Газ" Gas turbine plant for processing associated petroleum gas to electric power

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU106143A1 (en) * 1955-02-03 1956-11-30 Д.Я. Свет A method of measuring the ratio of the amplitudes of a voltage of two or several pulses of exponential or bell shape
GB1468311A (en) * 1974-02-16 1977-03-23 Linde Ag Recovery of energy from liquefied gases
US4751814A (en) * 1985-06-21 1988-06-21 General Electric Company Air cycle thermodynamic conversion system
US4922709A (en) * 1987-11-26 1990-05-08 Turbo Consult B.V. Plant for the generation of mechanical energy, and a process for generating the energy
RU2013616C1 (en) * 1992-12-29 1994-05-30 Проектно-строительное предприятие "Инсерв" Method of operating combination gas-turbine system of gas distribution and apparatus for carrying out the method
RU2149273C1 (en) * 1996-11-22 2000-05-20 Научно-исследовательский институт энергетического машиностроения Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана Gas turbine plant operating on high-pressure gaseous fuel

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU106143A1 (en) * 1955-02-03 1956-11-30 Д.Я. Свет A method of measuring the ratio of the amplitudes of a voltage of two or several pulses of exponential or bell shape
GB1468311A (en) * 1974-02-16 1977-03-23 Linde Ag Recovery of energy from liquefied gases
US4751814A (en) * 1985-06-21 1988-06-21 General Electric Company Air cycle thermodynamic conversion system
US4922709A (en) * 1987-11-26 1990-05-08 Turbo Consult B.V. Plant for the generation of mechanical energy, and a process for generating the energy
RU2013616C1 (en) * 1992-12-29 1994-05-30 Проектно-строительное предприятие "Инсерв" Method of operating combination gas-turbine system of gas distribution and apparatus for carrying out the method
RU2149273C1 (en) * 1996-11-22 2000-05-20 Научно-исследовательский институт энергетического машиностроения Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана Gas turbine plant operating on high-pressure gaseous fuel

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2540386C1 (en) * 2013-08-23 2015-02-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Method and gas turbine plant for disposal of associated petroleum gas
RU2573541C1 (en) * 2014-07-02 2016-01-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Санкт-Петербургская электротехническая компания" Power system based on organic rankine cycle for combustion of associated petroleum gas
RU2650452C1 (en) * 2017-01-26 2018-04-13 Общество с ограниченной ответственностью Финансово-промышленная компания "Космос-Нефть-Газ" Gas turbine plant for processing associated petroleum gas to electric power

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011114620A (en) 2012-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2467187C2 (en) Method of operating gas turbine unit
JP2009185809A (en) Method and system for reforming combined-cycle working fluid and promoting its combustion
JP2011530034A (en) System and method for operating a gas turbine engine with an alternative working fluid
CA2499529A1 (en) Lng system and process with electrically powered refrigerant compressors and combined power generation cycle
JP2013527357A5 (en)
JP2011530033A (en) System and method for operating a gas turbine engine with an alternative working fluid
JP2009185813A (en) Device and method for starting of power generation plant
RU2013150959A (en) COMBUSTION CHAMBER, COMBUSTION METHOD, ELECTRICITY PRODUCTION DEVICE AND METHOD OF ELECTRICITY PRODUCTION ON SUCH DEVICE
WO2014152320A4 (en) Power-producing apparatus and method
CN106121822A (en) A kind of coal gasification distributed energy resource system and operation method thereof
RU2482302C2 (en) Gas turbine plant for conversion of associated petroleum gas into power
CN102305109B (en) Oxygen enrichment-coal gasification flue gas reheating combined cycle power system
JP2013148092A (en) Liquid fuel heating system
RU2570296C1 (en) Regenerative gas turbine expander unit for compressor station
RU2650238C1 (en) Gas distribution station power plant or the gas control unit operation method
WO2012162923A1 (en) Gas and steam turbine system
RU2599082C1 (en) Gas turbine expander power plant of compressor station of main gas line
RU2011151759A (en) GAS-TURBINE INSTALLATION WITH INJECTION LIQUID IN THE GTU CIRCUIT
RU2713785C1 (en) Gas-turbine unit for processing associated oil and various low-pressure gases into electric energy
RU2272914C1 (en) Gas-steam thermoelectric plant
RU2647013C1 (en) Method of operation of the compressed-air power station
CN201786457U (en) Electricity generating device utilizing tail gas of fuel gas turbine
RU2328045C2 (en) Method of operating atomic steam-turbine power generating system and equipment for implementing method
US20100300099A1 (en) Air-medium power system
RU2573857C2 (en) Method of start and gas supply to electrical green gas turbine plant and device for its realisation

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140414