RU2620624C1 - Expander-generator set - Google Patents

Expander-generator set Download PDF

Info

Publication number
RU2620624C1
RU2620624C1 RU2016128415A RU2016128415A RU2620624C1 RU 2620624 C1 RU2620624 C1 RU 2620624C1 RU 2016128415 A RU2016128415 A RU 2016128415A RU 2016128415 A RU2016128415 A RU 2016128415A RU 2620624 C1 RU2620624 C1 RU 2620624C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
air motor
expander
valve
control valve
Prior art date
Application number
RU2016128415A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Артём Евгеньевич Белоусов
Олег Васильевич Кабанов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет"
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 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет"
Priority to RU2016128415A priority Critical patent/RU2620624C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2620624C1 publication Critical patent/RU2620624C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17DPIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D1/00Pipe-line systems
    • F17D1/02Pipe-line systems for gases or vapours
    • F17D1/04Pipe-line systems for gases or vapours for distribution of gas

Landscapes

  • Control Of Turbines (AREA)

Abstract

FIELD: oil and gas industry.
SUBSTANCE: invention can be used in the composition of the gas distribution stations (GDS) and gas control points (GCP) for gas flow energy utilisation. An expander-generator set with a control system, including an electric generator, a drive-operated regulating device, a signal amplifier and a comparison unit, characterized in that a volumetric air motor is additionally installed in the reduction line between the safety shut-off valve and the pressure regulator. The output of the volumetric air motor is connected to its input via a control valve, the pressure difference sensor on the volumetric air motor is connected to the comparison element, the signal amplifier and the actuator connected to the control valve.
EFFECT: possibility of an expander-generator set operation with relatively low pressures and costs, regardless of the unevenness of gas withdrawal by consumers and changes in the moment of resistance, as well as an increase in the utilized energy.
1 dwg

Description

Изобретение относится к области газоснабжения и может быть использовано в составе газораспределительных станций (ГРС) и газорегуляторных пунктов (ГРП) для утилизации энергии потока газа.The invention relates to the field of gas supply and can be used as part of gas distribution stations (GDS) and gas control points (HF) to utilize the energy of the gas stream.

Известна установка для утилизации энергии расширения природного газа (патент РФ №2206838, опубл. 20.06.2003 г.). Изобретение обеспечивает выработку больших количеств энергии и холода путем подключения к скважине или магистральному газопроводу утилизационной энергетической установки, содержащей детандер с кинематически связанным электрогенератором и два или более теплообменника.A known installation for utilizing the energy of expansion of natural gas (RF patent No. 2206838, publ. 06/20/2003). The invention provides the generation of large amounts of energy and cold by connecting to a well or main gas pipeline a waste power plant containing an expander with a kinematically coupled electric generator and two or more heat exchangers.

Недостатком является необходимость для ее эффективной работы высоких входного давления и расхода газа, что ограничивает круг объектов для ее применения.The disadvantage is the need for its effective operation of high inlet pressure and gas flow, which limits the range of objects for its application.

Известен способ устойчивого газоснабжения газораспределительной станцией с энергохолодильным комплексом, использующим для выработки электрической энергии и холода энергию избыточного давления природного газа и система для реализации способа (патент РФ №2346205, опубл. 10.02.2009 г.). Группа изобретений осуществляют одновременную выработку электрической энергии и холода с использованием включенного параллельно ГРС энергохолодильного блока, содержащего детандер-генераторные агрегаты с теплообменниками и автоматическую систему синхронизации открытия / закрытия линий редуцирования с остановкой / включением детандер-генераторных агрегатов.There is a method of sustainable gas supply to a gas distribution station with an energy-refrigerating complex that uses natural gas overpressure energy and a system to implement the method for generating electric energy and cold (RF patent No. 2346205, published on 02/10/2009). The group of inventions simultaneously generates electric energy and cold using an energy refrigeration unit connected in parallel with the GDS, containing expander-generator units with heat exchangers and an automatic synchronization system for opening / closing reduction lines with stopping / turning on the expander-generator units.

Недостатком является переменная подача газа потребителям, кроме этого для устойчивой работы необходимы высокие давление и расход газа.The disadvantage is a variable gas supply to consumers, in addition, for stable operation, high pressure and gas flow are necessary.

Известен пневматический детандер-генераторный агрегат (патент РФ №2525027, опубл. 10.08.2014 г.), способный работать при невысоких величинах входного давления и объемного расхода газа при помощи использования в качестве расширительной машины шестеренного пневмодвигателя.Known pneumatic expander-generator unit (RF patent No. 2525027, publ. 08/10/2014), capable of operating at low inlet pressure and volumetric gas flow by using a gear air motor as an expansion machine.

Недостатком является отсутствие системы регулирования, которая необходима для работы при переменных расходах газа в связи с неравномерностью отбора газа потребителями.The disadvantage is the lack of a regulatory system that is necessary to operate with variable gas flow rates due to uneven gas sampling by consumers.

Известно устройство регулирования турбодетандера (патент РФ №2579301, опубл. 10.04.2016 г.), принятое за прототип, устанавливаемое параллельно газораспределительной станции и содержащее турбодетандер, генератор, стопорный клапан, два регулирующих органа с приводами, байпасный клапан, переключатель режимов работы, сумматор, три элемента сравнения, датчики давления и нагрузки внешней электрической сети, частотный преобразователь, фильтр и выпрямитель. Данное устройство позволяет регулировать работу турбодетандера в зависимости от величины нагрузки внешней электрической сети, снизить колебания давления газа в магистрали низкого давления, а также повысить надежность работы турбодетандера.A device for regulating a turboexpander (RF patent No. 2579301, publ. 04/10/2016), adopted as a prototype installed in parallel with a gas distribution station and containing a turboexpander, generator, stop valve, two regulating bodies with actuators, a bypass valve, an operating mode switch, an adder , three elements of comparison, pressure and load sensors of an external electric network, a frequency converter, a filter and a rectifier. This device allows you to adjust the operation of the turbo-expander depending on the load of the external electrical network, to reduce fluctuations in gas pressure in the low-pressure line, and also to increase the reliability of the turbo-expander.

Недостатками этого устройства являются возможность эффективной работы детандер-генераторной установки в целом лишь на стабильных относительно высоких давлениях и расходах газа, а также чрезмерная сложность системы с высокими потерями энергии потока газа.The disadvantages of this device are the possibility of efficient operation of the expander-generator set as a whole only at stable relatively high pressures and gas flows, as well as the excessive complexity of the system with high losses of gas flow energy.

Техническим результатом является возможность работы детандер-генераторной установки с относительно малыми давлениями и расходами, независимо от неравномерности отбора газа потребителями и изменения момента сопротивления, а также увеличение доли утилизированной энергии.The technical result is the ability to operate the expander-generator set with relatively low pressures and costs, regardless of the uneven selection of gas by consumers and changes in the moment of resistance, as well as an increase in the share of utilized energy.

Технический результат достигается тем, что на линии редуцирования между предохранительным запорным клапаном и регулятором давления дополнительно установлен объемный пневмодвигатель, при этом выход объемного пневмодвигателя соединен с его входом через регулирующий клапан, датчик перепада давлений на объемном пневмодвигателе соединен с элементом сравнения, усилителем сигнала и исполнительным устройством, связанным с регулирующим клапаном.The technical result is achieved by the fact that on the reduction line between the safety shut-off valve and the pressure regulator, a volume air motor is additionally installed, while the output of the volume air motor is connected to its input via a control valve, the differential pressure sensor on the volume air motor is connected to the comparison element, signal amplifier and actuator associated with the control valve.

Устройство поясняется следующей фигурой:The device is illustrated by the following figure:

фиг. 1 - принципиальная схема детандер-генераторного агрегата с системой его регулирования на примере линии редуцирования газорегуляторного пункта, где:FIG. 1 is a schematic diagram of an expander-generator unit with a control system for it as an example of a reduction line of a gas control station, where:

1 - детандер-генераторный агрегат с системой его регулирования;1 - expander-generator unit with a system for its regulation;

2 - линия редуцирования давления газа;2 - gas pressure reduction line;

3 - запорный кран;3 - shut-off valve;

4 - фильтр;4 - filter;

5 - предохранительный запорный клапан;5 - safety shutoff valve;

6 - регулятор давления газа;6 - gas pressure regulator;

7 - предохранительный сбросной клапан;7 - safety relief valve;

8 - объемный пневмодвигатель;8 - volume air motor;

9 - электрогенератор;9 - electric generator;

10 - регулирующий клапан;10 - control valve;

11 - датчик перепада давлений на объемном пневмодвигателе;11 - differential pressure sensor on a volumetric air motor;

12 - элемент сравнения;12 - element of comparison;

13 - усилитель сигнала;13 - signal amplifier;

14 - исполнительное устройство.14 - actuator.

Детандер-генераторный агрегат с системой его регулирования 1 (фиг. 1), находящийся на линии редуцирования 2 между предохранительным запорным клапаном 5 и регулятором давления газа 6, включает: объемный пневмодвигатель 8, расположенный непосредственно на линии редуцирования 2 и связанный кинематически с электрогенератором 9, выход пневмодвигателя 8 соединен с его входом через регулирующий клапан 10, который приводится в действие исполнительным механизмом 14 через усилитель сигнала 13, элемент сравнения 12 и датчик перепада давлений на объемном пневмодвигателе 11.An expander-generator unit with its control system 1 (Fig. 1) located on the reduction line 2 between the safety shut-off valve 5 and the gas pressure regulator 6 includes: a volume air motor 8 located directly on the reduction line 2 and kinematically connected with the electric generator 9, the output of the air motor 8 is connected to its input through a control valve 10, which is driven by an actuator 14 through a signal amplifier 13, a comparison element 12 and a differential pressure sensor on the volumetric nevmodvigatele 11.

На линии редуцирования 2 последовательно располагаются: запорный кран 3, фильтр 4, предохранительный запорный клапан 5, детандер-генераторный агрегат с системой его регулирования 1, регулятор давления 6, запорный кран 3, предохранительный сбросной клапан 7.On the reduction line 2 are sequentially located: shut-off valve 3, filter 4, safety shut-off valve 5, expander-generator unit with its control system 1, pressure regulator 6, shut-off valve 3, safety relief valve 7.

Устройство работает следующим образом. Во время отбора газа потребителями газ проходит через запорный кран 3, фильтр 4 и предохранительный запорный клапан 5, объемный пневмодвигатель 8, регулирующий клапан 10, регулятор давления газа 6, запорный кран 3.The device operates as follows. During gas sampling by consumers, gas passes through a shut-off valve 3, a filter 4 and a safety shut-off valve 5, a volume air motor 8, a control valve 10, a gas pressure regulator 6, a shut-off valve 3.

После предохранительного запорного клапана 5 поток разделяется в зависимости от степени открытия регулирующего клапана 10. Часть проходит через объемный пневмодвигатель 8, где, теряя энергию, совершает работу, которая преобразуется в механическую, а затем, при помощи электрогенератора 9, в электрическую энергию. Другая часть проходит через параллельную линию, которая соединяет выход объемного пневмодвигателя 8 с его входом и содержит регулирующий клапан 10.After the safety shut-off valve 5, the flow is divided depending on the degree of opening of the control valve 10. The part passes through a volumetric air motor 8, where, losing energy, it performs work that is converted into mechanical, and then, using an electric generator 9, into electrical energy. The other part passes through a parallel line that connects the output of the volumetric air motor 8 with its input and contains a control valve 10.

Угловая скорость ротора электрогенератора зависит от момента на его валу, который определяется электрической нагрузкой и перепадом давлений на объемном пневмодвигателе. Перепад давлений, соответствующий номинальной угловой скорости, определяется расчетом и является уставкой для системы регулирования.The angular velocity of the rotor of the electric generator depends on the moment on its shaft, which is determined by the electric load and the pressure drop across the volume air motor. The pressure difference corresponding to the nominal angular velocity is determined by calculation and is the set point for the control system.

Для регулирования объемного пневмодвигателя 8 датчик 11 формирует сигнал, пропорциональный перепаду давлений, который сравнивается на элементе сравнения 12 с сигналом уставки, после чего создается сигнал управляющего воздействия, который через усилитель сигнала 13 передается на исполнительное устройство 14, связанное с регулирующим клапаном 10.To regulate the volumetric air motor 8, the sensor 11 generates a signal proportional to the pressure differential, which is compared on the comparison element 12 with the setpoint signal, after which a control signal is generated, which is transmitted through the signal amplifier 13 to the actuator 14 connected to the control valve 10.

При уменьшении отбора газа потребителями давление после объемного пневмодвигателя растет, а перепад на нем соответственно уменьшается ниже значения уставки, что выявляется элементом сравнения 12. Для его поддержания при помощи усилителя сигнала 13 и исполнительного устройства 14 регулирующий клапан 10 закрывается, увеличивая таким образом поток газа, проходящий через объемный пневмодвигатель до тех пор, пока перепад давлений на пневмодвигателе не сравняется с уставкой.With a decrease in gas sampling by consumers, the pressure after the volumetric air motor increases, and the differential on it decreases accordingly below the setpoint, which is revealed by the comparison element 12. To maintain it using the signal amplifier 13 and actuator 14, the control valve 10 closes, thereby increasing the gas flow, passing through the volumetric air motor until the pressure differential across the air motor is equal to the setpoint.

При увеличении отбора газа потребителями работа устройства происходит в обратном порядке.With an increase in gas sampling by consumers, the device operates in the reverse order.

Claims (1)

Детандер-генераторный агрегат с системой его регулирования, включающий электрогенератор, регулирующий орган с приводом, усилитель сигнала и блок сравнения, отличающийся тем, что на линии редуцирования между предохранительным запорным клапаном и регулятором давления дополнительно установлен объемный пневмодвигатель, при этом выход объемного пневмодвигателя соединен с его входом через регулирующий клапан, датчик перепада давлений на объемном пневмодвигателе соединен с элементом сравнения, усилителем сигнала и исполнительным устройством, связанным с регулирующим клапаном.An expander-generator unit with its regulation system, including an electric generator, a regulating body with a drive, a signal amplifier and a comparison unit, characterized in that an additional air motor is additionally installed on the reduction line between the safety shut-off valve and the pressure regulator, while the output of the air motor is connected to it the entrance through the control valve, the differential pressure sensor on the volumetric air motor is connected to the comparison element, the signal amplifier and actuator Twomey, associated with the control valve.
RU2016128415A 2016-07-12 2016-07-12 Expander-generator set RU2620624C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016128415A RU2620624C1 (en) 2016-07-12 2016-07-12 Expander-generator set

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016128415A RU2620624C1 (en) 2016-07-12 2016-07-12 Expander-generator set

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2620624C1 true RU2620624C1 (en) 2017-05-29

Family

ID=59031862

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016128415A RU2620624C1 (en) 2016-07-12 2016-07-12 Expander-generator set

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2620624C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2662784C1 (en) * 2017-11-27 2018-07-31 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" Expander-generator regulator of pressure of natural gas

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5685154A (en) * 1993-07-22 1997-11-11 Ormat Industries Ltd. Pressure reducing system and method for using the same
RU2110022C1 (en) * 1996-04-29 1998-04-27 Леонид Иванович Архипов Turbo-expander regulation system
US8067851B2 (en) * 2008-12-01 2011-11-29 Pgi International, Ltd. Differential pressure generator
RU2579301C1 (en) * 2014-12-29 2016-04-10 Открытое акционерное общество "Газпром газораспределение Тула" Turbo-expander control device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5685154A (en) * 1993-07-22 1997-11-11 Ormat Industries Ltd. Pressure reducing system and method for using the same
RU2110022C1 (en) * 1996-04-29 1998-04-27 Леонид Иванович Архипов Turbo-expander regulation system
US8067851B2 (en) * 2008-12-01 2011-11-29 Pgi International, Ltd. Differential pressure generator
RU2579301C1 (en) * 2014-12-29 2016-04-10 Открытое акционерное общество "Газпром газораспределение Тула" Turbo-expander control device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2662784C1 (en) * 2017-11-27 2018-07-31 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" Expander-generator regulator of pressure of natural gas

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10830156B2 (en) Fuel supply pipeline system for gas turbine
RU2620624C1 (en) Expander-generator set
CN103334799B (en) Method and system for controlling air inflow of double air inflow condensation-type turbine
RU158931U1 (en) FUEL-FREE INSTALLATION FOR CENTRALIZED COMBINED ELECTRIC AND COOLING SERVICES
RU2579301C1 (en) Turbo-expander control device
AU2015263777B2 (en) Method for expanding a gas flow and device thereby applied
CN105003310A (en) Pressure energy electricity generation compression system of natural gas pipe network
RU2662784C1 (en) Expander-generator regulator of pressure of natural gas
CN105507969B (en) A kind of energy recovery utilizing system and application method for LNG liquefaction plants
CN209742979U (en) heat load balance distribution control device for multiple steam turbine generator units
JPS60222511A (en) Thermal power generating equipment
CN103363514B (en) Novel OTSG secondary loop water feed device
RU2587021C1 (en) Device for pressure regulation in gas line
KR101965122B1 (en) Electricity generation system and electricity generation system control method
RU2634161C1 (en) Device for controlling turbo-expander with adaptation to external load
JP6290652B2 (en) Power generation system and method for controlling power generation system
CN107559051B (en) Steam turbine shaft seal first-gear steam leakage amount adjusting system and adjusting method thereof
RU81767U1 (en) GAS DISTRIBUTION STATION WITH ELECTRIC GENERATING DEVICE
RU2611120C1 (en) Device adaptive control of expansion turbines
CN114251144A (en) Method and device for expanding a fluid
CN205477772U (en) Temperature and pressure reduction steam -turbine plant
US2232852A (en) Turbine apparatus
RU2767847C1 (en) Expander-generator pressure regulator with additional electrical control
CN104234752B (en) Decompressor differential pressure power generating system and control method thereof
CN109340576A (en) A kind of oil pipeline regulator and its oil pipeline pressure regulation method

Legal Events

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

Effective date: 20200713