Установка утилизации энергии сжатого природного газа

 

Использование: в области газоснабжения и может быть использовано для утилизации энергии сжатого природного газа на газораспределительных станциях и пунктах системы газоснабжения. Сущность изобретения: установка утилизации энергии сжатого природного газа, преимущественно для газораспределительных станций и пунктов системы газоснабжения, содержащая подогреватель газа, выполненный с патрубками подвода и отвода конденсата, и турбину (детандер), связанную с потребителем ее мощности, последовательно установленные по ходу газа в трубопроводе, соединяющем между собой газопроводы высокого и низкого давлений, снабжена дополнительным подогревателем газа, размещенным в упомянутом трубопроводе за турбиной и подключенным по греющей среде к патрубку отвода конденсата парового подогревателя. 1 ил.

Изобретение относится к области газоснабжения и может быть использовано для утилизации энергии сжатого природного газа на газораспределительных станциях (ГРС) и пунктах (ГРП) системы газоснабжения.

Известна система газоснабжения, содержащая газопроводы природного газа высокого и низкого давлений, соединенные между собой трубопроводом с клапаном, связанным с регулятором давления "после себя" /1/.

В этой системе снижение давления природного газа до требуемых потребителю значений осуществляется посредством редукционного клапана, что не экономично. Кроме того, при дросселировании газа его температура уменьшается и может достигать существенных отрицательных значений, что неблагоприятно влияет на надежность работы газопровода низкого давления, установленных в нем фильтров, арматуры и пр. а также связанных с ним потребителей газа, в основном в связи с образованием при этих температурах (ок.минус 20^o C и ниже) газгидратов в виде кристаллов льда (см. например, "Справочник по транспорту горючих газов" под редакцией К.С.Зарембо, ГНТИ нефтяной и горно-топливной литературы, М. 1962 г. стр. 190).

Известна установка утилизации энергии сжатого природного газа, преимущественно для газораспределительных станций и пунктов системы газоснабжения, содержащая турбину (детандер), связанную с потребителем ее мощности, и подогреватель газа, выполненный в виде конденсата холодильной машины, последовательно установленные в трубопроводе, соединяющем между собой газопроводы высокого и низкого давлений /2/.

В указанной установке снижение давления газа до требуемого потребителям значения осуществляется в турбине, вырабатываемая которой полезная мощность передается, например генератору электрического тока и т.п. а нагрев газа в конденсаторе холодильной машины, что в совокупности обеспечивает утилизацию энергии сжатого природного газа на ГРС и ГРП.

Однако мощность, развиваемая этой турбиной, недостаточно велика. Кроме того, потребность в холоде обычно увеличивается в летний период, когда потребность в природном газе резко снижается (практически в два раза), в зимний период наоборот. Указанное рассогласование не позволяет достаточно эффективно эксплуатировать установку и обеспечивать надежность работы системы газоснабжения.

Известна также установка утилизации энергии сжатого природного газа, преимущественно для газораспределительных станций и пунктов системы газоснабжения, содержащая подогреватель газа, выполненный с патрубками подвода пара и отвода конденсата, и турбину (детандер), связанную с потребителем ее мощности, последовательно установленные по ходу газа в трубопроводе, соединяющем между собой газопроводы высокого и низкого давлений /3/.

Это решение принято нами за прототип.

Подогрев газа перед турбиной до значений, обеспечивающих его положительную температуру за ней, позволил существенно увеличить полезную мощность, развиваемую этой турбиной (в два три раза в зависимости от расхода и величины подогрева газа) с одновременным обеспечением круглогодичной надежной работы системы газоснабжения. Вместе с тем расход пара на подогрев газа при этом составил заметную величину.

Задачей настоящего изобретения является повышение экономичности установки.

Эта задача достигается тем, что известная установка утилизации энергии сжатого природного газа, преимущественно для газораспределительных станций и пунктов системы газоснабжения, содержащая подогреватель газа, выполненный с патрубками подвода пара и отвода конденсата, и турбину (детандер), связанную с потребителем ее мощности, последовательно установленные по ходу газа в трубопроводе, соединяющем между собой газопроводы высокого и низкого давлений, снабжена дополнительным подогревателем газа, размещенным в упомянутом трубопроводе за турбиной и подключенным по греющей среде к патрубку отвода конденсата парового подогревателя.

При этом причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого устройства и достигаемым при его использовании техническим результатом состоит в следующем.

Повышение экономичности установки в результате ее снабжения дополнительным подогревателем газа, размещенным и подключенным описанным выше образом, обусловлено большей утилизацией тепла конденсата, чем это может быть достигнуто в установке-прототипе. В предлагаемой установке газ за турбиной может быть переохлажден путем расширения в турбине до температуры, меньшей его температуры до парового подогревателя. В результате разность температур между газом и конденсатом в дополнительном подогревателе может быть достигнута большей, чем эта разность (так называемый температурный напор) составляет в основном (паровом) подогревателе. За счет этого достигается больший теплосъем от конденсата, а следовательно, повышается экономичность установки, т.к. требуемая потребителю температура газа может быть достигнута при меньшем расходе пара через основной подогреватель (на ок. 7% как показали проведенные расчеты).

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема предлагаемой установки.

Установка содержит подогреватель газа 1, выполненный с патрубками 2 и 3, соответственно подвода пара и отвода конденсата, и турбину 4, связанную с потребителем 5 ее мощности, например генератором электрического тока, последовательно установленные по ходу газа в трубопроводе 6, соединяющем между собой газопроводы 7 и 8 соответственно высокого и низкого давлений. Кроме того, установка снабжена дополнительным подогревателем газа 9, размещенным в трубопроводе 6 за турбиной 4 и подключенным по греющей среде трубопроводом 10 к патрубку 3 отвода конденсата парового подогревателя газа 1. Регулирующий клапан 11 турбины 4 связан с регулятором 12, соединенным импульсной линией 13 с датчиком 14 давления, размещенным в газопроводе 8, а паровой регулирующий клапан 15 подогревателя 1 связан с регулятором 16, соединенным импульсной линией 17 с датчиком температуры 18, размещенным в газопроводе 6 за подогревателем 9.

Установка работает следующим образом.

Природный газ высокого давления (обычно 35-75 кгс/см²) от компрессорной станции (на чертеже не показана) поступает по газопроводу 7 в газопровод 6, проходит его и последовательно расположенные в нем подогреватель 1, турбину 4, подогреватель 1, турбину 4, подогреватель 9 и далее по газопроводу 8 поступает к потребителям газа низкого давления (обычно 3-12 кгс/см²), например котлам ТЭЦ на чертеже не показано. При этом газ во избежание образования в нем газгидратов подогревается до положительных температур подогревателями 1 и 9: в подогревателе 1 до величины, обеспечивающей достижение температуры газа после его расширения в турбине 4 значений ок.-10-0^oC (допустимых по условиям отсутствия выпадения газогидратов), а в подогревателе 9 до величины ок.5-10^oC, гарантирующей отсутствие газгидратов даже при условии дальнейшего охлаждения газа в зимних условиях при его перемещении к потребителю по теплоизолированному газопроводу 8. Указанный подогрев обеспечивается регулятором 16 подогревателя 1, который по управляющему сигналу, поступающему к нему по импульсной линии 17 от датчика температуры 18, осуществляет изменение степени открытия связанного с ним клапана 15 (а значит, и расхода пара в подогреватель 1 через патрубок 2): при увеличении температуры от заданного значения уменьшает ее, при снижении - увеличивает. При этом соответственно изменяется расход конденсата через патрубок 3 и трубопровод 10 в подогреватель 9.

Требуемое потребителю значение давления газа в газопроводе 8 поддерживает регулятор 12, который по управляющему сигналу, поступающему к нему по импульсной линии 13 от датчика давления 14, осуществляет изменение степени открытия, связанного с ним клапана 11: при увеличении давления от заданного значения уменьшает ее, при снижении увеличивает.

Развиваемая турбиной 4 мощность передается связанному с ней потребителю 5. При этом в случае использования в качестве такового генератора тока частота вращения последнего, а значит, и частота тока поддерживается электрической сетью, к которой он подключен (на чертеже не показано), для чего ее мощностью должна существенно (в 10 и более раз) превышать мощность генератора, что обычно для утилизационных установок такого типа. В противном случае требуется наличие тиристорного преобразователя частоты тока или планетарного редуктора постоянной частоты вращения.

Формула изобретения

Установка утилизации энергии сжатого природного газа преимущественно для газораспределительных станций и пунктов системы газоснабжения, содержащая подогреватель газа, выполненный с патрубками подвода пара и отвода конденсата, и турбину-детандер, связанную с потребителем ее мощности, последовательно установленные по ходу газа в трубопроводе, соединяющем между собой газопроводы высокого и низкого давлений, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным подогревателем газа, размещенным в упомянутом трубопроводе за турбиной и подключенным по греющей среде к патрубку отвода конденсата парового подогревателя газа.

РИСУНКИ

Рисунок 1