UA118378C2 - Газорозподільна станція з енергетичною установкою - Google Patents

Abstract

Газорозподільна станція з енергетичною установкою, що утилізує енергію надлишкового тиску газу, містить магістраль 1 високого тиску, до якої підключені паралельно дроселюючий пристрій 2 та турбодетандер 3 з електрогенератором 4, які виходами пов'язані із сепаратором 5. Рідинна порожнина сепаратора 5 з'єднана з баком 6 конденсату природного газу, а газова порожнина через регулювальний вентиль 7 та нагрівну сторону теплообмінника-підігрівника 8 підключена до магістралі 9 низького тиску. Теплообмінник-рекуператор 12 входом по нагрівній стороні підключений до лінії нагнітання зовнішнього повітря (як низькопотенціального теплоносія) вентилятора 11, а виходом по нагрівній стороні підключений до входу компресора 13. Вихід компресора 13 пов'язаний по гріючій стороні з теплообмінником-рекуператором 12, підключеним на вхід теплообмінника-підігрівника 8, по гріючій стороні пов'язаного з повітряною турбіною 15, яка вихідним патрубком сполучена з атмосферою (вулицею 10). При цьому повітряна турбіна 15 і компресор 13 через вал пов'язані з електродвигуном 14, підключеним до електромережі. Винахід дозволяє підвищити ефективність утилізації надлишкового тиску природного газу та надійність роботи газорозподільної станції.

Description

Винахід належить до енергетики, зокрема до енергетичних установок, що утилізують енергію надлишкового тиску газу магістральних газопроводів, і може бути використаний на газорозподільних станціях для вироблення електроенергії.

Відомий пристрій для одержання додаткової електричної енергії в теплоенергетичній установці ("Влияние детандер-генераторньїх агрегатов на тепловую зкономичность ТЗЦ", З.К.

Аракелян, А.В. Андрюшин, В.С. Агабабов и др., "Електрические станции", спецномер. - 1997. -

С. 77-82)Ї, що містить кінематично з'єднаний з електрогенератором детандер, підключений вхідним патрубком до трубопроводу високого тиску, вихідним патрубком - до трубопроводу низького тиску, теплообмінник для технологічного підігріву газу перед детандером за рахунок енергії, отриманої в результаті спалювання палива в сторонньому джерелі.

Недоліком відомої установки є необхідність використання стороннього джерела енергії для технологічного підігріву газу перед детандером, що призводить до зниження економічності та погіршення екологічних показників внаслідок спалювання палива.

Найбільш близькою за технічною суттю є газорозподільна станція з енергетичною установкою (Пат. РФ 2009389, Е 17 О 1/04, 1994), що містить магістраль високого тиску, редукуючий пристрій та паралельно підключені до нього, послідовно зв'язані по гріючій стороні, теплообмінник-регенератор і теплообмінник-утилізатор, підключений на вхід турбодетандера, кінематично зв'язаного через електрогенератор з газотурбінним двигуном, вихлопну магістраль якого підключено до теплообмінника-утилізатора, а вихід турбодетандера по стороні, що нагрівається, через теплообмінник-регенератор пов'язано з магістраллю низького тиску.

Утилізація надлишкового тиску газу з використанням відомого пристрою не дозволяє найбільш повно реалізувати спрацьовування потенціалу на малому перепаді тиску при великій витраті редуковного газорозподільною станцією природного газу для вироблення додаткової енергопотужності. Пристрій неефективний в роботі через функціонування теплообмінників системи на вихлопних газах газотурбінного двигуна, що потребує додаткового спалювання природного газу, і, особливо, при експлуатації на змінних режимах газотурбінного двигуна і маловитратних режимах газорозподільної станції.

В основу винаходу поставлено задачу створення газорозподільної станції з енергетичною установкою, у якій введенням додаткових конструктивних елементів і зв'язків між ними

Зо реалізовано утилізацію потенціальної енергії природного газу для видачі споживачеві газу заданих термодинамічних параметрів і додаткової електроенергії при виробленні максимальної одиничної потужності на перепаді тиску газу, у тому числі з використанням в технологічній схемі редукування газу, вузла для підвищення низькотемпературного потенціалу атмосферного повітря (з підвищенням кратним теплонасосному коефіцієнту), за рахунок чого досягнуто підвищення ефективності утилізації надлишкового тиску природного газу та надійності роботи газорозподільної станції.

Поставлена задача вирішується тим, що в газорозподільній станції з енергетичною установкою, яка містить магістраль високого тиску, зв'язані паралельно дроселюючий пристрій та турбодетандер з електрогенератором та зв'язані по гріючій стороні перший і другий теплообмінники, згідно з винаходом, підключені паралельно дроселюючий пристрій та турбодетандер з електрогенератором, пов'язані із сепаратором, з'єднаним рідинною порожниною з баком конденсату природного газу, а газовою, через регулювальний вентиль та нагрівну сторону теплообмінника-підігрівника, підключений до магістралі низького тиску, теплообмінник-рекуператор входом по нагрівній стороні підключений до лінії нагнітання зовнішнього повітря (як низькопотенціального теплоносія) вентилятора, а виходом по нагрівній стороні підключеного до входу компресора, виходом зв'язаного по гріючій стороні з теплообмінником-рекуператором, підключеним по гріючій стороні на вхід теплообмінника- підігрівника, виходом, по гріючій стороні, пов'язаного з повітряною турбіною, вихідним патрубком сполученою з атмосферою, при цьому повітряна турбіна і компресор через вал зв'язані з електродвигуном, підключеним до електромережі.

Підключені паралельно дроселюючий пристрій та турбодетандер з електрогенератором пов'язані із сепаратором, з'єднаним рідинною порожниною з баком для збору конденсату природного газу, що дозволяє здійснити відбір рідкої фази з видаленням шкідливих домішок для підвищення якості редукованого газу.

Сепаратор газовою порожниною через регулювальний вентиль та нагрівну сторону теплообмінника-підігрівника підключено до магістралі низького тиску для видачі споживачеві редукованого газу заданих термодинамічних параметрів і підвищення надійності роботи газотранспортної системи.

Вхід теплообмінника-рекуператора по нагрівній стороні підключено до лінії нагнітання бо зовнішнього повітря вентилятора, а вихід по нагрівній стороні підключено до входу компресора,

виходом пов'язаного з теплообмінником-рекуператором по гріючій стороні для підвищення потенціалу зовнішнього повітря як низькопотенціального теплоносія, що дозволяє підвищити ефективність утилізації надлишкового тиску природного газу та надійність роботи газорозподільної станції.

Вихід теплообмінника-підігрівника по гріючій стороні пов'язано з повітряною турбіною, вихідним патрубком сполученою з атмосферою для вироблення додаткової енергії на покриття власних потреб газорозподільної станції (привід компресора) шляхом спрацьовування теплоперепаду в турбіні підвищеного потенціалу (з підвищувальним теплонасосним коефіцієнтом) атмосферного повітря, що дозволяє підвищити ефективність утилізації надлишкового тиску природного газу та надійність роботи газорозподільної станції.

Компресор виходом з'єднаний з теплообмінником-рекуператором по гріючій стороні для підняття параметрів низькопотенціального теплоносія та підвищення ефективності теплонасосного контуру.

Повітряна турбіна та компресор через вал пов'язані з електродвигуном, підключеним до електромережі, для додаткового вироблення електричної потужності на покриття потреб газорозподільної станції, що дозволяє підвищити ефективність утилізації надлишкового тиску природного газу та надійність роботи газорозподільної станції.

На кресленні подано принципову схему газорозподільної станції з енергетичною установкою.

Газорозподільна станція з енергетичною установкою містить магістраль високого тиску 1, дроселюючий пристрій 2, паралельно якому встановлено турбодетандер 3, через вал з'єднаний з електрогенератором 4, що поєднані із входом сепаратора 5. Сепаратор 5 рідинною порожниною з'єднано з баком 6 для збору конденсату, а газовою, через регулювальний вентиль 7 і теплообмінник-підігрівник 8, підключено до магістралі 9 низького тиску.

Пов'язаний з навколишнім середовищем 10 (вулицею) вентилятор 11 по лінії нагнітання зовнішнього повітря (як низькопотенціального теплоносія) пов'язаний з нагрівною стороною теплообмінника-рекуператора 12 (теплонасосного контуру, утвореного вентилятором, компресором, турбіною, електродвигуном і теплообмінником-рекуператором), підключеною на вхід компресора 13, виходом (лінією нагнітання ступенів) по гріючій стороні пов'язаним з

Зо теплообмінником-рекуператором 12. Теплообмінник-рекуператор 12 по гріючій стороні з'єднано із входом теплообмінника-підігрівника 8, вихід якого по гріючій стороні пов'язано з повітряною турбіною 15, вихідним патрубком сполученою з атмосферою. При цьому компресор 13 і повітряну турбіну 15 через вал зв'язано з електродвигуном 14, підключеним до електромережі.

Пристрій працює у такий спосіб. Природний газ із магістрального газопроводу 1 високого тиску надходить в турбодетандер 3, у якому при спрацьовуванні перепаду тиску природного газу механічна енергія передається на електрогенератор 4 з виробленням електроенергії. При цьому вироблена електроенергія використовується на привід компресора 13, покриття власних потреб газорозподільної станції і видачу в енергомережу. У випадку останова турбодетандера З природний газ подається через дроселюючий пристрій 2 на зниження тиску із втратою потенціалу тиску стисненого газу.

В процесі розширення у турбодетандері З відбувається охолодження та часткове зрідження природного газу із утворенням газового конденсату, що надходить до сепаратора 5 для видалення сконденсованої рідини та твердих часток. Відділена у сепараторі 5 рідка фаза газоконденсату надходить у бак б для збору конденсату, а газоподібна фаза надходить для догрівання до потрібної температури (споживача) у теплообміннику-підігрівнику 8, що дозволяє запобігти (у транспортній системі) негативному впливу низьких температур, які призводять до обмерзання технологічного обладнання, обмерзання грунту з випадінням гідратів уздовж трубопроводу, що підвищує ерозійне зношування.

Очищений підігрітий до позитивної температури у теплообміннику-підігрівнику 8 природний газ (при регулюванні вентилем 7) направляється споживачеві по магістралі 9 низького тиску.

Одночасно повітря (низькотемпературного потенціалу), яке надходить з атмосфери 10 (вулиці) по лінії нагнітання вентилятора 11, проганяється по нагрівній стороні через теплообмінник-рекуператор 12, з якого трохи підвищивши свій температурний потенціал надходить на стиск до компресора 13 з приводом від електродвигуна 14 та повітряної турбіни 15. При цьому атмосферне повітря, що забирається від навколишнього середовища шляхом стиснення в компресорі 13, підвищує тепловий потенціал з підвищувальним теплонасосним коефіцієнтом.

Стиснене у компресорі 13 повітря (високого тиску та температури) надходить по гріючій стороні теплообмінника-рекуператора 12 у теплообмінник-підігрівник 8, після часткового 60 охолодження, у якому стиснене повітря високого тиску надходить на спрацьовування теплоперепаду в повітряній турбіні 15 з виробленням механічної енергії на привід компресора 13 для часткової компенсації енерговитрат електродвигуна 14. Розширене у турбіні 15 до атмосферного тиску повітря скидається в атмосферу.

Таблиця

Елемент схеми Найменування -2576 --Б'с 12111111 14151 6 турбодетандер

Теплообмінник (Температуратазу,. С | 1015 17001070 016 | 0 підігрівник

Витрата атмосферного

Тиск атмосферного повітря, повітря, "С

Повітряна турбіна

Проведені розрахункові дослідження з математичного моделювання енергетичного балансу елементів технологічної схеми запропонованої установки у прив'язці до параметрів ГРС "Колончак" Херсонської обл. при температурі повітря мінус 25 "С (таблиця) доводять, що кількість електричної енергії споживаної в системі ГРС електродвигуном, повністю компенсується технологічною схемою з турбодетандером (без додаткового підігріву до і після) на заданому перепаді тиску та витраті природного газу через турбодетандер, а також за рахунок спрацьовуваного (теплоперепаду) в повітряній турбіні підвищеного за допомогою стиснення в компресорі потенціалу (тиску та температури) низькопотенціального атмосферного повітря з виробленням додаткової потужності на покриття потреб технологічної схеми та видачу в енергомережу.

Використання запропонованої газорозподільної станції з енергетичною установкою для утилізації потенціалу високого тиску природного газу при редукуванні надлишкового тиску в турбодетандері з одночасною реалізацією підвищення потенціалу низькопотенціального атмосферного повітря шляхом компресорного стиснення та наступного спрацьовування підвищеного теплоперепаду у повітряній турбіні забезпечує найбільш повне спрацьовування потенціальної енергії редукованого природного газу з покриттям власних потреб установки та виробленням додаткової електричної потужності, що дозволяє підвищити ефективність газорозподільної станції при надійному функціонуванні технологічної схеми.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Газорозподільна станція з енергетичною установкою, що містить магістраль високого тиску, дроселюючий пристрій, підключений паралельно турбодетандеру з електрогенератором, перший і другий теплообмінники, пов'язані по нагрівній стороні, яка відрізняється тим, що

   Зо підключені паралельно дроселюючий пристрій та турбодетандер з електрогенератором, пов'язані із сепаратором, з'єднаним рідинною порожниною з баком конденсату природного газу,

   а газовою, через регулювальний вентиль та нагрівну сторону теплообмінника-підігрівника, підключеним до магістралі низького тиску, теплообмінник-рекуператор входом по нагрівній стороні підключений до лінії нагнітання зовнішнього повітря (як низькопотенціального теплоносія) вентилятора, а виходом по нагрівній стороні, підключений до входу компресора, виходом пов'язаного по гріючій стороні з теплообмінником-рекуператором, підключеним на вхід теплообмінника-підігрівника, по гріючій стороні пов'язаного з повітряною турбіною, вихідним патрубком сполученою з атмосферою, при цьому повітряна турбіна і компресор через вал пов'язані з електродвигуном, підключеним до електромережі. нен х пен фі кв, | нн сенс 7 КУ т Ї і Молнклнннфвм | Е Бон - Домен і й І ГУ | ле Кай вх Й : ве ТК і ! З ри З ї 4 ке сухих ЩУ і В Ак Н і ГО овееюо ЯК КОВО ОО ко. р Б ІК в З і й Ше Шен НІ Що х ше ше и о КЕ ЕН и чн : : Е ше ИН : ; шен Ше і і і со ие і 4 Квишеее «АКОТ ; Ов із мережі