Способ транспорта горючих газов

 

СПОСОБ ТРАНСПОРТА ГОРЮЧИХ ГАЗОВ, преимущественно природного газа, включающий разделение этих газов на два потока,один из которых смешивают с окислителем и сжигают в двигателе внутреннего сгорания, полученную энергию сообщают второму потоку газа, сжимаемому в компрессоре, и подают в газопровод, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат на транспорт газа и уменьшения металлоемкости компрессора, в двигатель внутреннего сгорания подают поток газа в количестве, превышающем необходимое для вьфаботки потребной мощности, а окислитель - в количестве, равном указанной мощности, и выпускные газы выводят из двигателя при давлении, не меньщем давления сжатого газа второго потока, и смешивают с последним перед его подачей в трубопровод. Ф от 4 ел

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

3(51) F 17 D i/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Ä11 3463498/25-08 (22) 02.07.82 (46) 30.11.83. Бюл. № 44 (72) Ю. Н. Васильев и Л. С. Золотаревский (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт природных газов (53) 621.643 (088.8) (56) 1. Деточенко А. В., Михеев А. Л., Волков М. М. Спутник газовика. М., «Недра», 1978.

2. Васильев Ю. Н., Смерека Б. М., Повышение эффективности эксплуатации компрессорных станций, М., «Недра», 1981, с. 11 (прототип) . (54) (57) СПОСОБ ТРАНСПОРТА ГОРЮЧИХ ГАЗОВ, преимущественно природного

„„SU„„1057745 А газа, включающий разделение этих газов на два потока, один из которых смешивают с окислителем и сжигают в двигателе внутреннего сгорания, полученную энергию сообщают второму потоку газа, сжимаемому в компрессоре, и подают в газопровод, огличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат на транспорт газа и уменьшения металлоемкости компрессора, в двигатель внутреннего сгорания подают поток га3а в количестве, превышающем необходимое для выработки потребной мощности, а окислитель — в количестве, равном указанной мощности, и выпускные газы выводят из двигателя при давлении, не меньшем давления сжатого газа второго потока, и смешивают с последним йеред его подачей в трубопровод.

1057745

Изобретение относится к технологии транспорта горючих газов, преимущественно к транспорту природного газа.

Известен способ транспорта горючих газов. заключающийся в увеличении полного давления газа в трубопроводе путем установки центробежных нагнетателей, приводимых от электрических двигателей (1).

Наиболее близким к предлагаемому является способ транспорта газа,преимущественно природного, включающий разделение этого газа на два потока, один из которых смешивают с окислителем и сжигают в двигателе внутреннего сгорания, полученную энергию сообщают второму потоку газа, сжимаемому в компрессоре, и подают в газопровод (2) .

Недостаток известных способов — необходимость перекачки через двигатель внутреннего сгорания некоторого количества воздуха, что влечет за собой дополнительные затраты энергии. В поршневых двигателях эти затраты называют вентиляционными потерями. Кроме того, используемый в двигателях внутреннего сгорания воздух имеет на входе в двигатель параметры окружающей среды; плотность воздуха при этом оказывается в пределах 1,1-1,3 кг/и . Вследствие этого габариты двигателей внутреннего сгорания оказываются сравнимыми или превосходят габариты компрессорных агрегатов, перекачивающих значительно большее, количество газа,но с плотностью 30-70 кг/и. з

Цель изобретения — снижение энергозатрат на транспорт газа и уменьшение металлоемкости компрессора.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу, включаюшему разделение транспортируемого газа на два потока,в двигатель внутреннего сгорания подают поток газа в количестве, превышающем необходимое для выработки потребной мощности, а окислитель — в количестве, равном указанной мощности, и выпускные газы вы- 4р водят из двигателя при давлении, не меньшем повышенного давления сжатого газа второго потока, и смешивают с последним перед его подачей в трубопровод.

При этом протекание сгорания в двигателе должно обеспечиваться любым из из- 45 вестных способов сжигания бедных смесей, например форкамерно-факельным зажиганием в поршневых двигателях или снижением стехиометрической смеси в камере сгорания газотурбинного двигателя с последующим смешением с избытком перекачиваемого газа, направленного в двигатель.

Н качестве окислителя может применяться воздух, кислород, перекись водорода, азотная кислота и др.

На фиг. 1 приведена схема осуществления способа; на фиг. 2 — то же, в случае применения поршневого компрессорного устройства и двигателя; на фиг. 3 — индикаторная диаграмма двигательного цилиндра при четырехтактном осушествлении процесса; на фиг. 4 — схема осушествления способа в случае применения лопаточных машин; на фиг. 5 — термодинамический цикл газотурбинной установки в координатах t — S.

Схема, представленная на фиг. 1 содержит делитель 1 потока газа, компрессорное

2 устройство, двигатель 3 внутреннего сгорания, устройство 4 передачи мощности и источник окислителя 5.

Перекачка газа осуществляется следующим способом.

Газ поступает в делитель 1 потока и распределяется им на два потока. Один поток газа идет непосредственно в компрессорное устройство 2, где его давление повышают до требуемого уровня, после чего газ направляется в трубопровод. Второй поток из делителя 1 направляют в двигатель 3 внутрен. него сгорания, который посредством устройства 4 передачи мощности приводит в действие компрессорное устройство 2. Для осуществления сгорания в двигатель 3 подается окислитель из источника 5 окислителя. Отработавшие газы двигателя 3, представляющие собой в основном перекачиваемый газ с примесью продуктов неполного сгорания, отводятся из двигателя 3 при давлении, соответствующем давлению нагнетания компрессора 2, и подаются в трубопровод газа после компрессора. Для снижения потерь на транспорт газа в трубопроводе отработавшие газы могут предварительно охлаждаться в теплообменном аппарате и подаваться в трубопровод в охлажденном виде.

В этом случае достигается снижение габаритов компрессорного устройства за счет уменьшения расхода перекачиваемого в нем газа; снижение габаритов двигателя внутреннего сгорания в результате снижения мощности, потребной для привода компрессорного устройства, и повышения плотности рабочего тела, а также снижение общих затрат энергии на перекачку газа за счет отсутствия потерь при сжатии и расширении воздуха и снижение абсолютных потерь в компрессорном устройстве вследствие уменьшения его мощности.

При этом имеет место снижение теплоты сгорания перекачиваемого газа вследствие загрязнения его продуктами сгорания, что в свою очередь приводит к увеличению затрат энергии на перекачку единицы условного топлива. Кроме того, могут иметь место затраты энергии на подачу окислителя.

Однако получаемая экономия на 25-35 /о перекрывает указанный перерасход энергии.

При осуществлении способа по схеме, показанной на фиг.2, поршень 6 компрес1057745 з сорного цилиндра 7 приводится в движение коленчатым валом 8, в свою очередь приводящимся от двигательного поршня 9 шатунно-кривошипным механизмом. К мера сгорания двигательного цилиндра 10 снабжена форка мерой 11. Для питания окислителем имеется источник 5. Газ перекачивается из входного участка газопровода 12 в выходной участок трубопровода 13. Часть газа из входного газопровода 12 подается во впускной патрубок компрессорного цилиндра 7, а другая часть — в двигательный цилиндр 10 через форкамеру 11. Окислитель из источника 5 также подается в форкамеру 11 в количестве, обеспечивающем образование смеси, близкой стехиометрическому составу в объеме форкамеры. Воспламенеwe смеси в форкамере может производиться от искры или сжатия. Выходящие из двигательного цилиндра 10 газы соединяются с выходящим из компрессорного цилиндра 7 газом и направляется в выходной патрубок.

На фиг. 3 схематически изображена индикаторная диаграмма двигательного цилиндра при четырехтактном осуществлении процесса. Линия f-а соответствует впуску в цилиндр газа, кривая а- с отображает процесс сжатия, с-z — процесс сгорания, z — в- расширения. Линия в-е означает выталкивание газа и продуктов сгорания в выходной трубопровод. Заштрихованный цикл

f-а-в-е-f изображает работу сжатия газа от давления f-а до давления е-в. Для воздушного двигателя этот цикл соответствует вентиляционным потерям. Работа этого цикла является полезной работой перекачки газа. Таким образом, индикаторная работа, цикла а-с-z-в-а расходуется на привод поршня компрессорного цилиндра, работу по перекачке газа в двигателе (цикл f-а-ве-f) и механические потери.

При осуществлении способа по схеме, приведенной на фиг. 4, предполагается применение лопаточных машин. В этом примере способ осуществляется созданием напора между входным трубопроводом 13 и выходным трубопроводом 14 с помощью ло4 паточного компрсссорного устройства 15 и газотурбинного двигателя 16 внутреннего сгорания, включающего компрессор 17, камеру 18 сгорания, турбину 19, приводящую компрессор 17 и силовую турбину 20, а также источника 5 окислителя. Для осуществления предлагаемого способа перекачиваемый газ из входного трубопровода13 частично направляется в компрессорное устройство

15. Другая часть газа направляется на вход

10 компрессора 17 газотурбинного двигателя

16. Сжатый в компрессоре 17 газ направляется в камеру 18 сгорания, куда подается и окислитель из источника 5. Горячие продукты сгорания после камеры сгорания направляются в турбину 19, где срабатывается часть располагаемой работы. Турбина 19 приводит только компрессор 17, поэтому получаемая на ее валу работа равна работе сжатия газа в компрессоре !7. Из турбины

19 газы направляются в силовую турбину

20, где срабатывается остальная часть располагаемой ими работы, а полное давление выходящих их турбины 20 газов равно полному давлению газов, выходящих из компрессорного устройства 15. Потоки газов из силовой турбины 20 и компрессорного устройства 15 смешиваются и направляются в выходной трубопровод 14. Термодинамический цикл газотурбинной установки в ко-, ординатах t — S приведен на фиг. 5. Процесс сжатия в компрессоре 17 отображен на диаграмме линией а-р с перепадом энтальпий

30 а Сгорание изображается процессомЯ -С.

Расширение в турбине 19 отображено процессом с-d с перепадом энтальпий hip, расширение в турбине 20 — процессом d-f c перепадом энтальпий hi<. Изобара, соответствующая давлению во входном трубопроводе показана линией 1-1, изобара выходного трубопровода — линией 5 -5. Замыкание цикла (f-а) условное вследствие непрерывного поступления газа с параметрами, соответствуюшими точке в1.

40 Использование предлагаемого способа обеспечивает снижение энергозатрат на транспорт газа и уменьшение металлоемкости компрессоров.

12

1057745

Редактор Л. Филь

Заказ 9555(4(Составитель И. Петоян

Техред И. Верес Корректор А. Зимокосов

Тираж 485 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 I 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4