Способ подготовки природного газа к подаче потребителю с комплексным использованием энергии природного газа, система для его реализации, энергохолодильный агрегат и энергопривод с лопаточной машиной, газовый холодильник и льдогенератор

Изобретение относится к комплексному использованию энергии избыточного давления газа, редуцируемого на газораспределительных станциях (ГРС), и предназначено для получения электроэнергии, холода и водяного льда без сжигания топлива и без ухудшения экологии окружающей среды. В способе охлажденный в результате расширения в детандере и совершения внешней работы газ используют в качестве хладагента для охлаждения воздуха в камерах холодильника и льдогенератора, при этом часть холодного газа пропускают в теплообменник льдогенератора, соединенный с выходом соответствующего энергохолодильного агрегата (ЭХА) или с коллектором, соединенным с выходом каждого ЭХА, для получения на выходе льдогенератора температуры газа, обеспечивающей его использование у потребителя. Система для реализации способа включает газовый холодильник, содержит камеры, в каждой из которых размещен теплообменник, теплообменники соединены друг с другом последовательно, а выход теплообменников соединен с трубопроводом для подачи газа потребителю, а система снабжена, по меньшей мере, одним льдогенератором, теплообменник которого соединен с выходом соответствующего ЭХА или с коллектором, соединенным с выходом каждого ЭХА, и с трубопроводом подачи газа к потребителю. Предложены также конструкции энергохолодильного агрегата, включающего турбодетандер и электрогенератор, энергопривода с лопаточной машиной, газового холодильника и льдогенератора, используемые в системе. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности полезного использования холода выходящего из ЭХА газа. 6 н. и 25 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Область техники

Группа изобретений относится к области теплоэнергетики и предназначена для применения природного газа в средствах выработки механической энергии и холода за счет использования перепада давления природного газа, главным образом, в местах его добычи, на газораспределительных и компрессорных станциях.

Предшествующий уровень техники

Известно применение природного газа в системах выработки механической энергии (см., например. Обзорная информация. Серия: "Использование газа в народном хозяйстве". "Утилизация потенциальной энергии газа на газораспределительных станциях и детандерных установках", вып.4, 1988 г., стр.20-30; Г.Э.Зарницкий. "Теоретические основы использования энергии давления природного газа. - Недра, 1968 г., стр.201, рис.66; Степанец А.А. "Энергосберегающие турбодетандерные установки". Недра, 1999 г.).

Сущность известной технологии заключается в том, что природный газ, имеющий высокое давление, направляют в детандерную установку, где газ расширяется и совершает работу, которая используется для приведения в движение различных механизмов, например насосов, электрогенераторов или трансформаторов, в энергию, накапливаемую, например, в электроаккумуляторах. Кроме того, понижение температуры газа, вызванное его расширением, используют для охлаждения во внешних холодильных установках. Такая технология позволяет повысить эффективность использования природного газа, однако ее применение порождает ряд проблем.

Одна из основных проблем касается применения в известной технологии технических средств для использования перепада давления природного газа, в частности детандерных установок. Известные установки, как правило, оказываются сложными по конструкции в изготовлении, требующими для своей работы целого комплекса вспомогательных систем с применением различных технологических агентов (смазочное масло, вода, тепло, электроэнергия и др.), что в результате делает детандерную установку сложной по структуре, дорогостоящей и ненадежной в работе. Так, например, известен турбодетандер, выполненный в виде энергопривода с лопаточной машиной, содержащий корпус с размещенным в нем ротором, установленным на валу с подшипниками, направляющий аппарат с патрубками подвода и отвода рабочего тела (газа) и коллекторами высокого и низкого давления, систему уплотнения вала, систему регулирования, управления и защиты (Трубопроводный транспорт нефти и газа, Под ред. В.А.Юфина. - М.: Недра, 1982, стр.123-126; А.А.Степанец "Энергосберегающие турбодетандерные установки", Недра, 1999 г.).

В известном решении отсутствует способ и средство адаптации энергопривода к объемам газовых потоков по давлениям, изменяющимся в широких диапазонах на входе в энергопривод (турбодетандер), а его работа осуществляется при повышенных скоростях вращения ротора, т.е. на неоптимальных режимах, что требует для передачи энергии, например, электрогенератору применения редуктора с высоким передаточным числом, что, как отмечалось, усложняет установку со всеми вытекающими из этого последствиями.

Применение традиционного уплотнения вала ротора типа газ-масло при высоких скоростях вращения вала приводит к необходимости устройства отдельной сложной уплотнительной системы, включающей блок уплотнения, два насоса, регулятор перепада давления газ-масло, аккумулятор масла, теплообменный аппарат, дегазатор, систему возврата масла и газа и др.

Используемые полнопроходные турбодетандеры весьма чувствительны к отклонениям от расчетного объема проходящего через них газа и давления. При снижении давления и объема проходящего газа через турбодетандер сначала резко снижается его мощность и КПД, а затем он останавливается. Кроме того, высокоскоростные лопаточные машины требуют соответственно высокоточного производства для их изготовления и особых условий эксплуатации.

Указанные выше и другие недостатки известных технических решений в основном устранены в способе и устройстве техническими решениями, известными из патентов РФ №2056555 по кл. F 16 H 41/00, 1996 г., №2098713 по тому же классу, 1996 г. и свидетельства на полезную модель РФ №20778 от 09.04.2001 г.

Наиболее близким из них к предложенным способу и системе является способ подготовки природного газа к подаче потребителю с комплексным использованием энергии природного газа путем расширения природного газа в детандерах, отвода механической энергии детандеров для привода электрогенератора и пропускания охладившегося в детандере газа перед подачей его потребителю через теплообменник холодильной установки, а также система для реализации данного способа, содержащая электрохолодильные агрегаты (ЭХА), каждый из которых включает детандер и связанный с его валом электрогенератор, и холодильную установку, теплообменник которой соединен с выходом, по меньшей мере, одного из ЭХА и с которым соединен трубопровод для подачи газа потребителю (патент РФ 2098713).

Наиболее близким к предложенному энергохолодильному агрегату является ЭХА, содержащий герметичную камеру с выходным трубопроводом, установленные в ней турбодетандер и соединенный с его валом электрогенератор, датчик частоты вращения вала турбодетандера, соединенный с трубопроводом дроссель-дозатор для подачи газа к соплам турбодетандера, связанный с ним регулятор подачи газа и электронный блок, связанный с указанными датчиком и регулятором (свидетельство РФ №20778).

Проблема заключается в том, что при освобождении потенциальной энергии давления газа в турбодетандере происходит изменение термодинамических параметров газа, которые могут выйти за допустимые пределы для нормальной эксплуатации как для детандерной установки и газотранспортной системы, так и технических средств потребителя газа.

В известных решениях работа детандерной установки осуществляется при высоких степенях расширения газа (от 8 до 12 раз), что приводит к глубокому снижению температуры газового потока на выходе установки. При этом, если газ на вход в установку будет подводиться с температурой 0°С, то на выходе установки она будет достигать минус 90-120°С, а это потребует применения специальных хладостойких сталей, что резко повысит стоимость установки, а газ с такой температурой невозможно транспортировать по обычным газопроводам и тем более невозможно использовать у потребителей. Поэтому в известных технических решениях предусмотрен подогрев газа на входе в детандерную установку примерно до 100°С за счет выработанной, например, электростанцией полезной тепловой энергии, тогда газ на выходе установки имеет температуру минус 10-20°С и в конструкции используются обычные высококачественные стали. Однако, как это следует из законов термодинамики, полученная от детандерной установки механическая энергия и затраченная полезная тепловая энергия (пара или горячей воды) не только равны, но тепловая энергия превышает механическую на величину энергозатрат, определяемых КПД теплообменника и необходимостью транспорта теплоносителя к детандерной установке и обратно. Таким образом, такая система энергетически несостоятельна - убыточна. Температуру газа на выходе из детандерной установки возможно повысить за счет уменьшения степени расширения газа, но это приведет к неполному использованию располагаемой энергии давления газа. Поэтому в наиболее близком решении было предложено (патент РФ №2098713) расширение газа и отбор энергии осуществлять ступенчато в нескольких детандерах, соединенных последовательно, и с межступенчатым подводом тепла к газу. При этом среднетемпературный (минус 20-30°С) холод, возникающий при расширении газа в детандере, возможно рассматривать уже не как негативное явление и не бороться с ним, а полезно его использовать, например, для охлажденного хранения продуктов питания. Это в комплексе повысит эффективность использования избыточной энергии давления газа на редукционных станциях (бросовой энергии) почти в два раза, нежели при ее использовании только в детандерной установке для выработки механической или электрической энергии.

Следующая проблема касается технологии и технических средств, которые позволят полезно использовать холод, образующийся при расширении газа в детандерных установках, в частности, в холодильниках для охлажденного хранения продуктов питания, морозильных камерах и льдогенераторах. В известных холодильниках используют в качестве хладагента химические вещества (аммиак, фреон и др.), неизбежные утечки которых негативно влияют на здоровье людей и ухудшают экологическую обстановку. В настоящее время применение таких хладагентов запрещено международными органами и ведутся поиски новых более экологичных хладагентов.

Известные холодильники являются сложными, дорогостоящими при сооружении и эксплуатации объектами, которые можно условно разделить на две части: 1) холодильно-компрессорный блок с инфраструктурой (системы приема, хранения, подачи хладагента; системы приема, хранения, перемещения, циркуляции и регенерации смазочных масел, системы подачи охлаждающей воды, ее охлаждения, циркуляции или отвода в стоки; система электроснабжения; здания с системами отопления, освещения, вентиляции, водоснабжения, канализации и др.); 2) собственно холодильник, имеющий камеры для хранения продуктов питания, оборудованные теплообменниками с циркуляцией воздуха, дверями, освещением, коридоры для транспортировки грузов и т.д. В известных решениях не используют природный газ с низкой температурой в качестве хладагента для охлаждения камер холодильников, предназначенных для хранения продуктов питания. Природный газ не является токсичным веществом и его применение в качестве хладагента в сочетании с детандерными установками может позволить создать высокоэффективные экологически чистые, менее дорогостоящие холодильники с упрощенной структурой.

Известен газовый холодильник, содержащий теплозащитную рубашку, камеры с закрываемым проемом и теплообменники-воздухоохладители (см. [2] стр.197, 198). Однако он не обеспечивает нагрева охлажденного газа до температуры, обеспечивающей его нормальное использование у потребителя.

Известен льдогенератор, содержащий теплоизолированную камеру, в нижней части которой размещен каплеобразователь со средством для разбрызгивания воды, размещенный в теплоизолированном канале вентилятор, теплообменник, установленный на каплеобразователе, пластины охлаждения, размещенные в камере, и устройство для приема льда в нижней части камеры (авт.свид. СССР №411277, F 25 C 1/18, 1974). Известный льдогенератор имеет сложную систему охлаждения, а это в сочетании с разбрызгиванием воды в нижней части камеры не позволяет эффективно использовать весь объем камеры для образования льда.

Еще одна проблема касается объективной несогласованности по сезонам года вырабатываемой за счет перепада давления газа энергии и холода с потребностями в холоде. Именно в холодное время года потребляется наибольшее количество газа, а, значит, и больше газа проходит через детандерные установки, и, следовательно, вырабатывается больше энергии и холода, а потребности в холоде в это время естественно снижаются. Это может привести к переохлаждению газа, поступающего в трубопровод после детандерных установок, и, как указывалось выше, к нарушениям параметров газа, технологии и другим негативным последствиям. Для того, чтобы этого не случилось, необходимо снижать мощность энергохолодильного блока (выключить один или несколько агрегатов), не используя энергию той части газового потока, который не проходит через детандерные установки, что является весьма нежелательным; или найти новое техническое решение этой проблемы.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является создание комплекса технических решений, обеспечивающих наибольшую эффективность технологии использования энергии технологического перепада давления (бросовой энергии) источника природного газа. При этом способ, применяемый в этой технологии, должен осуществляться с помощью типового оборудования серийного производства, а используемые устройства должны быть усовершенствованными и унифицированными элементами этого оборудования.

Технический результат, достигаемым с помощью предложенных способа, системы и газового холодильника, является повышение эффективности полезного использования холода выходящего из ЭХА газа и обеспечение на выходе системы температуры газа, необходимой для его нормального использования потребителем без его специального нагрева.

Техническим результатом в части энергохолодильного агрегата и энергопривода заключается в обеспечении возможности достижения номинальной мощности при различных параметрах газового потока.

Техническим результатом, достигаемым с помощью предложенного льдогенератора, является упрощение конструкции и повышение эффективности использования объема камеры.

Технический результат достигается тем, что в способе подготовки природного газа к подаче потребителю с комплексным использованием энергии природного газа путем расширения природного газа в, по меньшей мере, одном детандере электрохолодильного агрегата (ЭХА), отвода механической энергии каждого детандера для привода электрогенератора соответствующего ЭХА и пропускания выходящего из ЭХА охладившегося в детандере газа перед подачей его потребителю через, по меньшей мере, один теплообменник холодильника, согласно изобретению используют холодильник с камерами, в каждой из которых размещен теплообменник, осуществляют пропускание холодного газа последовательно через теплообменники камер холодильника, а часть холодного газа пропускают в теплообменник льдогенератора, соединенный с выходом соответствующего ЭХА или с коллектором, соединенным с выходом каждого ЭХА, для получения на выходе льдогенератора температуры газа, обеспечивающей его использование у потребителя.

При этом степень расширения газа в каждом детандере выбирают из условия обеспечения указанной температуры газа на входе в теплообменники холодильника и льдогенератора.

Кроме того, при степени расширения газа в детандере или детандерах, недостаточной для обеспечения заданной температуры газа на входе в холодильник и/или льдогенератор, целесообразно подключать автономный хладопроизводитель соответственно к холодильнику и/или льдогенератору.

Кроме того, желательно систему, включающую, по меньшей мере, по одному указанные детандер, электрогенератор, холодильник и льдогенератор, подсоединять к источнику природного газа и к трубопроводу для подачи газа потребителю параллельно действующей газовой редукционной станции (ГРС) для снижения нагрузки на нее и поддержания требуемых параметров газа, подаваемого потребителю.

При использовании более одного детандера и при превышении количества газа, проходящего через ГРС, над количеством газа, проходящего через указанную систему, желательно осуществлять байпасирование части газа мимо системы и измерять температуру газа после смешения потоков газа, и при снижении температуры за допустимый уровень уменьшать долю газа, проходящего через систему, путем отключения части детандеров.

Технический результат достигается также тем, что в системе для подготовки природного газа к подаче потребителю с комплексным использованием энергии природного газа, содержащей, по меньшей мере, один энергохолодильный агрегат (ЭХА), каждый из которых включает детандер и связанный с его валом электрогенератор, по меньшей мере, один газовый холодильник, теплообменник которого соединен с выходом, по меньшей мере, одного ЭХА, и трубопровод подачи газа к потребителю, согласно изобретению газовый холодильник содержит камеры, в каждой из которых размещен теплообменник, теплообменники соединены друг с другом последовательно, а выход теплообменников соединен с трубопроводом для подачи газа потребителю, а система снабжена, по меньшей мере, одним льдогенератором, теплообменник которого соединен с выходом соответствующего ЭХА или с коллектором, соединенным с выходом каждого ЭХА, и с трубопроводом подачи газа к потребителю.

Технический результат достигается также тем, что в энергохолодильном агрегате, содержащем герметичную камеру с выходным трубопроводом, установленные в ней турбодетандер и соединенный с его валом электрогенератор, датчик частоты вращения вала турбодетандера, соединенный с трубопроводом подвода газа дроссель-дозатор для подачи газа к соплам турбодетандера, связанный с ним регулятор подачи газа и электронный блок, связанный с указанными датчиком и регулятором, согласно изобретению сопла турбодетандера разделены на две или более группы, одна группа сопел соединена с трубопроводом подвода газа через указанный дроссель-дозатор, а другая или другие - через коллектор или через дополнительный дроссель-дозатор или дроссель-дозаторы.

Кроме того, на трубопроводе подвода газа к турбодетандеру установлен управляемый с помощью системы автоматики запорный орган с плавной операцией открытия при загрузке электрогенератора и с быстрым закрытием по сигналу от системы автоматики, формируемому внешним включением или блоком защиты при отклонении рабочих параметров агрегата и процессов за заданные пределы с возможностью одновременного снятия нагрузки с электрогенератора и закрытия запорного органа.

При этом турбодетандер имеет прочность, рассчитанную для наибольшего принятого уровня давления газа, а камера имеет прочность, рассчитанную при давлении меньше наибольшего принятого на величину степени расширения газа в турбодетандере.

При этом на трубопроводе подачи газа к турбодетандеру может быть установлен редуктор газа для поддержания его давления не выше требуемого, а на выходном трубопроводе, соединенном с камерой, могут быть установлены предохранительные клапаны, выполненные с возможностью срабатывания при повышении давления газа в камере выше указанного уровня, для которого рассчитана прочность камеры, причем их суммарное проходное сечение выбрано больше сечения сопел турбодетандера.

Камера имеет размеры, определенные исходя из размеров электрогенератора наибольшей мощности в используемом мощностном ряду, а турбодетандер имеет размеры проточной части и мощность, рассчитанные из условия достижения электрогенератором номинальной мощности при наименьшем заданном давлении газа на входе в турбодетандер.

Кроме того, при минимальном, но достаточном для развития турбодетандером заданной мощности потока газа от источника дроссель-дозатор соединен с одной группой сопел и с трубопроводом подвода газа к турбодетандеру, снабженным указанным запорным органом, а агрегат снабжен коллектором, соединенным с остальными группами сопел турбодетандера и с указанным трубопроводом подвода газа к турбодетандеру для осуществления пуска, ввода электрогенератора в синхронизм с внешней сетью и развития мощности 5-10% от номинальной при подаче газа через дроссель-дозатор для осуществления полной загрузки электрогенератора при дополнительной подаче газа через коллектор.

При высоких давлениях газа источника, один или несколько дросселей-дозаторов, соединенных с одной или более группами сопел, присоединены к коллектору, соединенному с трубопроводом подвода газа к турбодетандеру, для обеспечения подачи газа через дроссель-дозатор или дроссель-дозаторы при регулировании подачи газа к соплам как при пуске и вводе электрогенератора в синхронизм с электросетью, так и при номинальной его нагрузке и других режимах работы агрегата.

В обоих случаях проточная часть турбодетандера имеет параметры, а именно число и размеры входящих в нее групп сопел и трубопроводов, соединяющих их с выходами коллектора или с дроссель-дозатором, рассчитанные из условия обеспечения оптимального КПД при изменении давления газа на его входе в 4-5 раз, расхода газа в 4-6 раз и мощности турбодетандера в 3-4 раза.

При этом электрогенератор выполнен с возможностью использования его при пуске агрегата в качестве электродвигателя и раскручивания своего ротора и вала турбодетандера при подаче на него напряжения от внешней электросети до синхронной с электросетью частоты и с возможностью перехода после этого и после подачи газа в сопла турбодетандера из режима двигателя в режим генератора при равенстве потребляемой агрегатом и вырабатываемой им мощности и выхода на номинальный режим.

Технический результат достигается также тем, что в энергоприводе с лопаточной машиной - турбодетандере, содержащем корпус, установленный в нем на валу ротор с рабочими лопатками, закрепленные на корпусе сопла, направленные на лопатки ротора, дроссель-дозатор и датчик частоты вращения вала ротора, связанный с регулятором подачи газа через дроссель-дозатор, сопла разделены на несколько групп, одна группа сопел соединена с трубопроводом подвода газа через указанный дроссель-дозатор, а остальные - через коллектор, соединенный с запорным органом.

При этом число сопел, соединяемых с трубопроводом подвода газа при работе энергопривода, определено исходя из условий достижения номинальной мощности с максимальным КПД при наименьшем давлении газа источника.

Кроме того, степень расширения газа выбрана исходя из заданной температуры газа на выходе энергопривода при наибольшей температуре газа, поступающего в энергопривод от источника.

Технический результат достигается также тем, что в газовом холодильнике, содержащем теплоизолированные камеры с закрываемым проемом и теплообменники, согласно изобретению в каждой камере размещены теплообменник и вентилятор, для обеспечения хранения продуктов при различной температуре теплообменники соединены последовательно и на трубопроводах подвода холодного газа к каждому теплообменнику установлены запорно-регулирующие органы с возможностью поддержания в первой по ходу холодного газа камере наиболее низкой температуры воздуха и последовательно увеличивающейся температуры воздуха в последующих камерах.

Кроме того, каждая камера может быть снабжена системой регулирования температуры воздуха, связанной с размещенными в камере термодатчиками, с запорно-регулирующим органом и с вентилятором с возможностью изменения подачи холодного газа в теплообменник и/или скорости вращения вентилятора в зависимости от заданных и фактических температур воздуха в камерах.

Причем при недостаточно низкой температуре подаваемого холодного газа, по меньшей мере, одна камера может быть подключена к автономному хладопроизводителю с возможностью забора из камеры части воздуха, охлаждения его и возврата обратно в камеру для поддержания в ней заданной температуры.

Для периодического оттаивания теплообменников выходной трубопровод каждого теплообменника может быть соединен через запорный орган с узлом присоединения к нагнетателю горячего воздуха, а к входу теплообменника через запорный орган может быть присоединена сбросная свеча для выхода из теплообменника сначала газа, а затем горячего воздуха.

Кроме того, в верхних точках каждой камеры могут быть установлены датчики концентрации метана, которые через преобразователь-усилитель сигналов соединены с системой автоматики и защиты, соединенной с запорным органом, установленным на трубопроводе подвода газа к соответствующему теплообменнику, а также с системой вытяжной вентиляции.

Целесообразно, чтобы теплообменники и трубопроводы, размещенные внутри камер, были выполнены без разъемных соединений, а запорные органы размещены за пределами камер.

Технический результат достигается также тем, что в льдогенераторе, содержащем теплоизолированную камеру, в которой размещен каплеобразователь со средством для разбрызгивания воды, размещенный в теплоизолированном канале вентилятор, теплообменник и устройство для приема льда в нижней части камеры, согласно изобретению теплообменник размещен в указанном теплоизолированном канале и соединен с трубопроводами подвода и отвода холодного газа с запорными органами, указанный канал соединен своим входом с верхней частью камеры, а выходом - с отверстиями в боковых стенках камеры для входа в камеру охлажденного воздуха.

Кроме того, каплеобразователь может быть соединен с другим теплообменником для подачи в него воды, охлажденной холодным газом.

Устройство для приема льда представляет собой накопитель льда в виде размещенной в нижней части камеры емкости с наклонными стенками и балансиром, установленной на оси и связанной с фиксирующим устройством с возможностью расфиксирования и опрокидывания накопителя при наполнении его льдом за счет несимметричности накопителя и возвращения освободившегося ото льда накопителя в исходное положение за счет момента от балансира и фиксации накопителя.

При этом внутренние поверхности камеры льдогенератора и емкости накопителя предпочтительно покрыты водонесмачиваемым материалом, например тефлоном.

Льдогенератор может быть также снабжен размещенным под накопителем ленточным транспортером и льдохранилищем, в котором установлен транспортабельный распределитель для подачи на него брикетов льда из накопителя с помощью ленточного транспортера, а к распределителю пристыкованы другие ленточные транспортеры для укладки брикетов льда на пол льдохранилища друг на друга или на стеллажи.

При этом вход в льдохранилище может быть совмещен с выходом для льда из камеры, а на выходе из льдохранилища может быть установлен льдодробильный агрегат для превращения брикетов льда в товарный лед заданной структуры.

Таким образом, комплексное использование энергии природного газа при подаче его потребителю осуществляют через присоединенный к трубопроводу высокого давления детандер, в котором природный газ расширяется с понижением температуры и отводом механической энергии для привода энергопотребителя, например, электрогенератор, а затем охлажденный газ проходит через теплообменники холодильника и льдогенератора, в которым он нагревается, его температура повышается, и далее он входит в трубопровод, отводящий газ потребителям. При этом согласно изобретению газ потребителям подают через один или несколько соединенных последовательно, параллельно или комбинированно детандеров, измеряют перепад температуры газового потока, прошедшего через детандер, и в зависимости от значения этого перепада газовый поток направляют либо в теплообменник, где он нагревается за счет охлаждения окружающего воздуха, либо в следующий последовательно присоединенный детандер. На выходе детандера, в который газовый поток поступает, пройдя теплообменник, целесообразно температуру газа поддерживать в заданных пределах. Для этого можно (в зависимости от степени расширения газа в детандере) устанавливать в теплообменнике режим нагрева газа, компенсирующий его последующее охлаждение в детандере.

Для решения этой задачи предлагается также энергохолодильный агрегат, включающий детандер, вырабатывающий механическую энергию, потребитель механической энергии, например, электрогенератор, систему подвода и отвода газа, систему регулирования режима работы агрегата и др.

Из таких агрегатов на газовых объектах предлагается создавать энергоблоки в виде соединенных газовыми трубопроводами последовательно, если возможная степень расширения газа превышает четыре, нескольких энергохолодильных агрегатов, за каждым из которых по ходу газа должен быть установлен теплообменник с входным и выходным трубопроводами, при этом во входном трубопроводе перед теплообменником установлен запорный орган, а входной и выходной трубопроводы соединены другим трубопроводом с запорным органом для возможности направления потока в обвод теплообменника

Степень расширения газа в детандере каждого энергохолодильного агрегата должна быть такой, при которой температура газа после расширения должна находиться в заданном интервале, пригодном для прямого полезного использования холода, содержащегося в газовом потоке. Например, при использовании возникшего холода в холодильнике для хранения продуктов питания температура газа должна находиться в пределах минус 20-30°С. При возможной степени расширения газа на объекте в пределах 1,8-2,5 входы детандеров энергохолодильных агрегатов, входящих в блок, возможно присоединять трубопроводами к одному коллектору, который соединен с источником газа высокого давления, а выходы - также к одному коллектору низкого давлениях (т.е. параллельно), к которому трубопроводами присоединяются теплообменные аппараты холодильника, льдогенератора и других потребителей холода, после чего газ направляется по трубопроводу потребителю. При объемах потока больше, чем проход газа через один детандер агрегата, и высоких (более 4-х) отношениях давления источника и потребителя газа несколько энергохолодильных агрегатов можно присоединять трубопроводами к коллектору источника газа высокого давления, а за каждым агрегатом, присоединенным таким образом к источнику газа высокого давления, присоединять еще один или несколько агрегатов с теплообменниками, как это описано выше. При этом выходы каждого последнего в этой цепи детандера следует присоединять к коллектору газа низкого давления, из которого он направляется для использования холода.

Во всех описанных выше схемах соединения энергохолодильных агрегатов должна быть предусмотрена возможность выключения из работы как каждого агрегата, так и блока в целом без нарушения подачи газа потребителю. Это можно обеспечить за счет обводного трубопровода газа, подключенного к газовому трубопроводу высокого давления и сообщенного с входным и выходным трубопроводами каждого теплообменника. Причем в этих трубопроводах и в обводном трубопроводе должны быть установлены запорные элементы таким образом, чтобы в случае снижения давления источника газа или аварийной ситуации, вызывающей остановку одного или всех агрегатов, газовый поток мог быть направлен в обход любого детандера, а также теплообменника, при этом в газовом трубопроводе перед узлом подключения обводного трубопровода должен быть установлен блок редукционных клапанов (редукторов давления).

В качестве энергопривода в энергохолодильном агрегате применен турбодетандер, т.е. лопаточная машина, содержащая корпус с трубопроводами подвода и отвода газа, ротор с лопатками, установленный на валу, связанном с валом электродвигателя с помощью муфты, сопловый аппарат, разделенный на группы, струи газа после которого взаимодействуют с лопатками ротора, дозатор расхода газа, сообщенный трубопроводами с соплами, систему управления дозатором при регулировании расхода газа, которая включает модулятор с датчиком частоты вращения вала ротора, соединенный через электронный блок и усилитель сигнала с исполнительным устройством, обеспечивающим требуемое изменение проходного сечения дозатора при пуске, выходе и поддержании номинальных оборотов холостого хода и изменении нагрузки.

Целесообразно связь вала ротора с валом энергопотребителя выполнить в виде синхронной радиальной магнитной муфты, состоящей их двух полумуфт, разделенных герметичным экраном из непроводящего или высокоомного материала, а при размещении турбодетандера и энергопотребителя (электрогенератора) в герметичной камере (капсуле), заполненной газом, при работе энергохолодильного агрегата соединение валов целесообразно осуществлять с помощью мягкой пальчиковой муфты (см. свидетельство на полезную модель РФ №20778).

Дозатор расхода газа может быть выполнен в виде расположенного в корпусе поворотного или золотникового дросселя с приводом от рычажной или электромагнитной системы. При достаточно высоких давлениях источника газа весь поток желательно подавать в турбодетандер через управляемый дозатор газа на всех режимах работы от пуска до приема полной нагрузки, а при невысоких давлениях источника газа целесообразно подавать через дозатор только часть газового потока, т.е. к одной из групп сопел для обеспечения пуска агрегата, вывода на номинальные обороты холостого хода и их поддержание, синхронизации генератора с электросетью и приема частичной нагрузки. Дальнейшее увеличение нагрузки осуществлять путем плавного открытия управляемого запорного устройства и подвода газа к остальным группам сопел турбодетандера. Желательно, чтобы это управляемое запорное устройство было способно открываться медленно (30-40 с), а закрываться быстро (0,3-0,5 с). В этом случае оно может использоваться в системе защиты агрегата при отклонении его определяющих параметров за допустимые пределы.

Образующийся при расширении газа в детандере холод целесообразно использовать для охлаждения камер холодильника за счет пропуска потока холодного газа (минус 20-30°С) как хладагента через теплообменники, размещенные в камере холодильника. Причем в случае последовательного включения детандеров в трубопровод газа высокого давления теплообменники холодильников подключаются после каждого детандера, т.е. после каждой ступени расширения газа, а при параллельном присоединении нескольких турбодетандеров их желательно присоединять трубопроводами к одному коллектору, соединенному с источником газа высокого давления, при этом отвод газа от каждого детандера соединять трубопроводами с другим коллектором низкого давления, из которого газ подводится к теплообменникам, а затем после нагревания в них газ должен отводиться в трубопровод подачи газа потребителю.

В целях наиболее полного использования возникающего при работе детандеров холода желательно в холодильнике иметь низкотемпературные камеры (минус 18-20°С), камеры со средней (минус 7-8°С) и высокой температурой (минус 2 или плюс 2°С) хранения продуктов. При этом теплообменники в этих камерах соединяются трубопроводами последовательно, и газ должен отводиться в трубопровод потребителя после камеры с наиболее высокой температурой.

Далее в прохладное и холодное время года избыток холода, образующегося при полной загрузке энергохолодильных агрегатов, используют для производства льда и складируют его для интенсивного использования при торговле охлажденной продукцией в теплое время года.

Для этой цели согласно изобретению избыточную (после обеспечения работы холодильника) часть потока холодного газа-хладагента целесообразно направить в теплообменник льдогенератора, в котором организован процесс непрерывной заморозки капель воды, разбрызгиваемой с помощью насадок в воздушном пространстве теплоизолированной камеры льдогенератора. Причем капли воды предлагается выбрасывать из насадок навстречу или под углом к холодному воздушному потоку, идущего от теплообменника. Капли воды после заморозки опустятся вниз камеры и, как предлагается в изобретении, будут накапливаться в специальном поддоне, который после наполнения опрокидывается около оси, сбрасывая ледяной брикет на транспортер, по которому он перемещается в примыкающее к льдогенератору льдохранилище и укладывается на хранение с помощью распределителя и системы транспортеров. Товарный лед заданной структуры предлагается формировать из хранимого льда путем его дробления с помощью льдодробильных агрегатов.

Таким образом, показано, что признаки, которыми охарактеризованы изобретения, являются существенными и нацелены на решение единой задачи - наиболее эффективного и комплексного использовании энергии перепада давления источника природного газа, т.е. "бросовой" энергии газового потока, которая в настоящее время в больших количествах диссипируется при редуцировании давления газа в газораспределительных системах.

Краткое описание чертежей

Группа изобретений поясняется чертежами, где:

на фиг.1 изображена блок-схема предлагаемой системы энергохолодильного комплекса;

на фиг.2 - энергохолодильный комплекс, функциональная схема;

на фиг.3 - энергохолодильный агрегат, функциональная схема;

на фиг.4 - газовый холодильник, функциональная схема;

на фиг.5 - льдогенератор с льдохранилищем, функциональная схема.

Предпочтительный вариант осуществления изобретений

На фиг.1 представлена блок-схема системы, реализующей предлагаемый способ, - энергохолодильного комплекса - показывающая взаимосвязи его компонентов между собой и ГРС. Как видно, энергохолодильный комплекс включает энергоблок 100 из энергохолодильных агрегатов, газовый холодильник 101 и льдогенератор 102 с льдохранилищем 103. Все эти компоненты связаны газовыми трубопроводами между собой и с газопроводами ГРС 104 (пунктирные линии). Каждый объект, составляющий энергохолодильный комплекс, производит свой положительный эффект:

- энергоблок 100 - электроэнергию и холод;

- газовый холодильник 101 - холодные объемы для хранения продуктов питания;

- льдогенератор 102 - товарный (водяной) лед.

От источника природный газ высокого давления, пройдя очистку, поступает в турбодетандер энергохолодильного агрегата, в сопловом аппарате которого потенциальная энергия газа частично превращается в кинетическую энергию с понижением его температуры. Струи газа с большой скоростью воздействуют на лопатки ротора турбодетандера, приводя его во вращение, который, в свою очередь, совершает работу над внешними объектами, например, приводит в действие электрогенератор. Перепад температуры газа на входе и выходе из турбодетандера определяется степенью расширения в нем газа. Далее газ, как хладагент, направляется в теплообменники холодильника или в теплообменники холодильника и льдогенератора одновременно. Это зависит от количества газа, проходящего через турбодетандер. Степень расширения газа в каждом турбодетандере принимают одинаковой и по величине, достаточной для требуемого снижения температуры газового потока для целей его использования в качестве хладагента для холодильника и льдогенератора. Этот перепад температуры измеряют, и при необходимости для более глубокого охлаждения газового потока направляют не в теплообменник холодильника, а в следующий последовательно подсоединенный турбодетандер, в котором реализуют вторую ступень расширения газа, а затем направляют в теплообменники для полезного использования, и т.д. В том случае, если перепад давления газа недостаточен для требуемого охлаждения газового потока, в камеры холодильника дополнительно подают воздух с более низкой температурой от автономного компрессорного холодильного агрегата малой мощности с тем, чтобы после смешивания воздуха, охлажденного в теплообменниках газовым хладагентом, и воздуха, поданного дополнительно от этого агрегата, температура воздуха в холодильной камере достигла требуемого уровня.

Для наиболее полного использования возникающего при расширении газа в турбодетандере, направляемого с потоком газа в теплообменники холодильника, т.е. для обеспечения наибольшего нагрева газа, в холодильнике последовательно располагают камеры, в которых необходимо поддерживать различные уровни температуры воздуха. Причем первым к источнику холодного газа - турбодетандеру или коллектору газа низкого давления подключают теплообменники камеры с наиболее низкой температурой циркулирующего в ней воздуха, например минус 18-20°С, затем последовательно подключают теплообменники камеры, в которой должен циркулировать воздух с более высокой температурой, например минус 7-8°С и, наконец, подключают теплообменник камеры, в которой должен циркулировать воздух с температурой около 0°С. Так производят регулируемый и наиболее полный отбор холода, вырабатываемого турбодетандерами. После этого газ с требуемым давлением и температурой, находящейся в допустимом диапазоне исходя из обеспечения нормальных условий эксплуатации оборудования, технических средств и аппаратуры газотранспортной системы и газопотребляющих объектов, направляют в трубопровод, подающий газ потребителю. Известно, что минимум газопотребления приходится на летний наиболее теплый период года, а именно в это время наиболее напряженно функционируют холодильники, и им требуется максимальное количество холода. В связи с этим расчет снабжения холодильников холодом проводят по минимуму прохода газа через турбодетандеры. В этот период льдогенератор выключают из работы или включают в работу с минимальной производительностью. При снижении температуры окружающей среды несколько уменьшается потребность холодильника в холоде, а газопотребление возрастает, следовательно, увеличивается и газовый поток от источника высокого давления к потребителю через энергохолодильный комплекс. Это приводит к увеличению электрической мощности и хладопроизводительности, а следовательно, и к избытку холода. В такие периоды включают льдогенератор, который использует изменяющийся во времени избыточный холод для производства льда, который частично расходуют, а в основном отправляют в льдохранилище для накопления к летнему периоду - когда потребность в нем особенно высокая.

Параллельно с газовым холодильником и льдогенератором в газовую систему включается регулятор расхода газа по обводной линии между коллектором газа низкого давления после турбодетандеров и трубопроводом отвода газа потребителю, который поддерживает в указанном коллекторе установившееся давление газа несколько большее, нежели в трубопроводе отвода газа потребителю при уменьшении прохода газа через холодильник и льдогенератор. Такая схема обеспечивает наиболее постоянную и полную загрузку энергохолодильных агрегатов, а следовательно, и наибольшую выработку электроэнергии независимо от колебаний потребностей холодильника и льдогенератора в холодном газе. В том случае, если давление источника газа превышает расчетное рабочее давление энергохолодильного агрегата, то на его входе устанавливают редукционный клапан, с помощью которого снижают давление газа на входе в агрегат до расчетной величины. Согласно изобретению при двухступенчатой (последовательной) схеме включения энергохолодильных агрегатов путем соединения трубопроводами (оборудованными запорными органами) входов и выходов газа в теплообменники холодильника и льдогенератора обеспечивают возможность их функционирования при работе от каждого из двух турбодетандеров, при любом одном работающем турбодетандере, а также при отборе газа на указанные теплообменники только после второго турбодетандера при работе двух турбодетандеров.

Таким образом, перед поступлением к потребителю газ высокого давления кроме передачи механической энергии выполняет полезную функцию хладагента в холодильных устройствах и только после такого комплексного использования его энергетического потенциала поступает потребителю с требуемым пониженным давлением и допустимой для процесса транспорта и использования температурой. Для предотвращения поступления в трубопровод газа, направляемого потребителю, с недопустимо низкой температурой, в случае существенного снижения его прохода через холодильник и льдогенератор, на его входе устанавливают датчик температуры с ограничителем, импульс от которого поступает в систему автоматики, которая последовательно выключает из работы энергохолодильные агрегаты до установления температуры газа выше допустимого уровня.

Система, реализующая способ, представляет собой энергоблок из энергохолодильных агрегатов, функциональная схема которого приведена на фиг.2. Энергоблок подключен к источнику газа высокого давления через подающий трубопровод, содержащий последовательно размещенные запорный орган 1, фильтр 2, теплообменник 3, блок дроссельных клапанов 4, а с трубопроводом подачи газа к потребителю соединен через замерное устройство 5 и отключающий запорный элемент 6. К трубопроводам, связывающим указанные элементы, в точках А, В, С подсоединены трубопроводы с запорными органами 7. Кроме того, в этой системе подключения установлены два запорных органа 8.

Трубопровод, объединяющий запорные органы 7, соединен с газовым редуктором 9, за которым установлен запорно-регулирующий орган 10, размещенный на входе первого энергохолодильного агрегата, состоящего из энергопривода с лопаточной машиной - турбодетандера и электрогенератора. Энергопривод включает дроссель-дозатор 11 газа, турбодетандер 12, регулятор 13 скорости вращения вала ротора турбодетандера, механически или электрически связанный с дроссель-дозатором 11. Вал турбодетандера 12 с установленным на нем ротором (лопаточная машина) соединен, например, посредством муфты, с валом электрогенератора 14. Если при этом на входе из теплообменника 16 температура газа-носителя не превысит 0 град. С, что зависит от заданного режима его нагрева в теплообменнике 16, то на выходе следующего турбодетандера 12 сохранится такой же перепад температур газа 12-25°С, как и на выходе предыдущего турбодетандера 12 и в следующем теплообменнике 16 внешнего холодильного устройства (газового холодильника или льдогенератора) реализуются такие же, как и на предыдущем теплообменнике 16, условия для эффективного хладосъема, т.е. минус 12-25°С.

При необходимости получения очень низких температур (минус 25-40°С) в камерах внешних холодильных устройств газ, согласно отмеченному выше, направляют в следующий турбодетандер 12, минуя теплообменник 16. В противном случае, если потребность в холоде меньше располагаемой хладопроизводительности, газ после очистки перед входом в систему турбодетандеров предварительно нагревают или снижают степень расширения газа в турбодетандере.

В связи с тем, что объем природного газа имеет сезонные колебания, величину постоянного хладосъема рассчитывают по минимальной его величине. В целях наиболее полного полезного использования хладовозможностей энергоблока в параллель с газовым холодильником с помощью трубопровода подключается льдогенератор с льдохранилищем, в котором формируется запас льда в осенне-зимне-весенние периоды, когда хладопроизводительностъ превышает хладопотребность. Используется этот запас в основном в летнее время.

Таким образом, перед поступлением потребителю природный газ высокого давления кроме передачи механической энергии на внешние устройства функционирует в качестве теплоносителя внешних холодильных устройств с обеспечением требуемого температурного режима холодильных камер, а в трубопровод, ведущий к потребителю газа, поступает под пониженным давлением и с такой температурой, которые допускаются условиями эксплуатации соответствующего оборудования, используемого в местах добычи газа или на газораспределительных станциях.

Выход турбодетандера 12 через обратный клапан 15 соединен с входом в теплообменник 16 трубопроводом 17, в котором перед теплообменниками 16 установлен управляемый запорный орган 18. Входной трубопровод 17 и выходной трубопровод 19 теплообменников 16 соединены управляемыми запорными органами 20. Такое размещение запорных органов 18 и 20 позволяет газовому потоку, прошедшему ступень расширения в турбодетандере 12, поступать либо в теплообменники 16, либо, минуя их - на следующую ступень расширения. Между обратным клапаном 15 и входным трубопроводом 17 теплообменника 16 может быть размещен конденсатосборник 21, выполненный, например, в виде емкости с поплавковым клапаном, из которой газовый конденсат по отдельному трубопроводу поступает в общую накопительную емкость.

Выходной трубопровод 19 теплообменника 16 первой ступени расширения газа сообщен трубопроводом со следующим турбодетандером 12, входящим на вторую ступень расширения газа, содержащую такие же конструктивные элементы, что и первая ступень расширения, как описано выше.

В последней ступени расширения газа выходной трубопровод 19 теплообменника 16 сообщен трубопроводом 22 через запорный орган 8, замерное устройство 5 и запорный орган 6 с газовой магистралью, ведущей к потребителю.

Количество ступеней расширения газа выбирается исходя из давления источника газа, давления, при котором газ необходимо передать, потребителю, потребности хладоприемника и других условий. Однако способ, реализуемый рассматриваемым устройством, позволяет использовать некоторое оптимальное число ступеней расширения газа для любых условий эксплуатации, если этому устройству обеспечить конструктивные особенности, характеризующие частные случаи его выполнения.

Так, в структуру энергоблока может быть введен обводной трубопровод 23, подсоединенный к магистрали подачи газа в первый между редуктором 9 и первым запорным органом 10 и сообщенный с входным 17 и выходным 19 трубопроводами каждого из теплообменников 16. При этом в трубопроводах 17 и 19 установлены запорные органы соответственно 24 и 25, а в обводном трубопроводе 23 установлены запорные органы 26 и 27 таким образом, чтобы в случае снижения давления газа на входе газовой магистрали или аварийной ситуации, вызвавшей остановку одного или нескольких энергохолодильных агрегатов, газовый поток мог быть направлен потребителю в обход любого турбодетандера 12, а также теплообменника 16.

Наличие обводного трубопровода 23 позволяет использовать во всех случаях оптимальное количество агрегатов, а в нештатных ситуациях допустимые режимы охлаждения в холодильных камерах и давление на входе магистрали, ведущей к потребителю, поддерживать путем отвода газа от основной магистрали агрегата в обводной трубопровод.

Предлагаемая система - энергохолодильный комплекс - работает следующим образом.

Газ высокого давления при открытом запорном органе 1, пройдя очистной фильтр 2, поступает в редуктор 9, поддерживающий заданное постоянное давление на входе газа в первый агрегат. На редуктор 9 газовый поток поступает через запорный орган 7 по любому из трех трубопроводов, подсоединенных к подающему трубопроводу в точках А, В и С.

При умеренно низкой температуре газа или в том случае, когда требуется интенсивный режим охлаждения во внешних холодильных устройствах, газ к редуктору 9 поступает из точки "А" подающего трубопровода.

При очень низкой температуре газа или когда потребность в холоде меньше располагаемой хладопроизводительности, газ к редуктору 9 поступает из точки "В" подающего трубопровода, пройдя теплообменник, где газ подогревается.

В ситуации, когда газ требуется направить в обводной трубопровод 23, газовый поток на редуктор 9 поступает, пройдя блок дроссельных клапанов 4, за которыми газ имеет существенно более низкие давление и температуру, чем газ, поступающий на редуктор 9 из точек "А" и "В", что позволяет работать в нештатном режиме.

В штатной ситуации газ, пройдя редуктор 9 и запорно-регулирующий орган 10, поступает через дроссель-дозатор 11 энергопривода в первый турбодетандер 12 энергохолодильного агрегата, где происходит расширение газа и совершается работа по вращению вала электрогенератора 14. На выходе турбодетандера 12 измеряют, например, с помощью термопары понижение температуры газового потока и в зависимости от ее значения газ через обратный клапан 15 и конденсатосборник 21 направляют либо в теплообменник 16, либо, если понижение температуры недостаточно для осуществления требуемого режима работы холодильных камер, газовый поток направляют во второй турбодетандер 12 для реализации следующей ступени расширения газа. Для этого в первом случае перекрывают запорный орган 20 и открывают орган 18, а во втором случае - наоборот, при этом запорные органы 24 и 25 остаются открытыми.

Для того чтобы газовый поток направить в обход турбодетандера 12, система автоматики перекрывает размещенный перед ним запорный орган 10, открывает органы 18 и 25, закрывает органы 24, 26 и 27. В этом случае газовый поток поступает в первый теплообменник 16, а из него на вторую ступень расширения газа через открытый запорный орган 25.

Для того чтобы поток был направлен непосредственно на вторую ступень расширения газа, минуя первый теплообменник 16, система автоматики дополнительно перекрывает и запорный орган 18.

Наконец, если необходимо поток направить в обход второго турбодетандера 12, система автоматики перекрывает запорный орган 25 и открывает запорный орган 27, в результате чего газ, минуя турбодетандер 12 второй ступени расширения, направляется на следующие теплообменники 16 или, минуя их - на турбодетандер 12 следующей ступени расширения, как это имело место для ступени расширения газа и т.д.

В процессе работы каждого энергохолодильного агрегата регулятор 13 скорости вращения вала ротора (самостоятельно или совмещенный с дроссель-дозатором 11) турбодетандера 12 через механическую связь воздействует на дроссель-дозатор 11 газа таким образом, чтобы регулировкой расхода газа поддерживать заданную частоту вращения ротора турбодетандера 12.

Энергохолодильный агрегат

Энергохолодильный агрегат (фиг.3) содержит корпус-камеру (капсулу) 28, в которой на лонжеронах - фундаменте 29 установлен электрогенератор 30 и расширительная турбина (турбодетандер) 31, вал которой соединен с валом электрогенератора с помощью муфты 32. Кабели от электрогенератора 30 выводятся через оболочку капсулы 28 с помощью тоководов 34, состоящих из металлического корпуса, плат из электроизолирующего материала и заделанных в них токопроводящих стержней, а также уплотнительных элементов. Газ высокого давления подводится к турбодетандеру 31 из коллектора 35 по трубопроводам 36, а к дроссель-дозатору 38 подводится по отдельному трубопроводу 37 с управляемым запорным органом 39, к коллектору же 35 газ подводится по трубопроводу, также оборудованному управляемым запорным органом 40. Трубопровод 37, по которому подводится газ к запорному органу 39, подключается к газоподводящему трубопроводу до управляемого запорного органа 40. Узлы управления запорных органов 39 и 40 электрически связаны с электронным блоком - системой 49 автоматики, 30 которая включает и блок защит агрегата, а при выборе пневмоэлектрического варианта исполнения запорных органов 39 и 40 они еще связаны импульсными трубками с газоподводящим трубопроводом до входа в запорный орган 40. Газ из капсулы 38 агрегата отводится в трубопровод через патрубок 41. При аварийной ситуации блок защит, который содержится в системе автоматики 49, подает импульсы на разгрузку электрогенератора 30 и одновременное экстренное (менее одной секунды) закрытие запорных органов 39 и 40. Другое исполнение газоподводящей системы агрегата, которая применяется при более высоких давлениях газа, предусматривает регулирование всего количества газа, который подводится к турбодетандеру 31 с помощью одного или нескольких дроссель-дозаторов 38, которые подсоединяются своими входами с помощью трубопроводов к коллектору 35 без установки запорного органа 39.

Третий вариант исполнения системы подачи газа высокого давления в турбодетандер 31 включает блок 42 снижения напряжения, который с одной стороны соединен с электросетью, с другой - с возбудителем генератора, а также и блок 43 (контактор), который соединяет электрогенератор с электросетью и управляемое запорное устройство 40, через которое газ высокого давления подводится в коллектор 35 агрегата, трубопроводы, которые соединяют этот коллектор 35 с турбодетандером 31.

Энергопривод с лопаточной машиной - турбодетандер является составной частью энергохолодильного агрегата.

Энергопривод содержит корпус 44, одну из описанных выше систем подвода газа к группам сопел 47 лопаточной машины 31, ротор 45 с лопатками, который установлен на валу 46, подшипник, дроссель-дозатор 38 газа (один или несколько), который сообщен трубопроводом с соплами 47, систему регулирования и поддержания частоты вращения ротора 45, которая включает регулятор 48 подачи газа через дроссель-дозатор 38 с помощью механической или электромагнитной связи, электронный блок 49 системы автоматики - преобразователь сигнала, индукционный датчик 50 частоты вращения и модулятор 51.

Энергохолодильный агрегат с энергоприводом в виде лопаточной машины работает следующим образом. Газ высокого давления поступает к управляемым запорным устройствам 39 и 40. При пуске агрегата по импульсу от системы автоматики (кнопка Пуск) открывается запорный орган 39, и газ через дроссель-дозатор 38, управляемый регулятором 48 частоты вращения ротора 45, поступает в группу сопел 47. Проходя через сопла 47, газ расширяется, давление его снижается, а скорость возрастает, струи газа с большой скоростью воздействуют на лопатки ротора 45 и тем самым приводят во вращение вал 46, а этот вал, в свою очередь, приводит во вращение ведомый вал электрогенератора 30 через соединительную муфту 32. В зависимости от параметров газового потока, который поступает от источника высокого давления, включаются в работу все или часть групп сопел 47 для достижения номинальной мощности. Особенностью этого агрегата является то, что его КПД не зависит от рабочей мощности в пределах от 20 до 100%, а только от степени расширения газа в детандере 31. Управление дроссель-дозатором 38 осуществляет регулятор 48, на который от электронного блока 49 преобразователя сигналов подается электронный ток, величина которого, а следовательно, и его воздействия на проходное сечение в дроссель-дозаторе 38 изменяется импульсом слабого тока от индукционного датчика 50, взаимодействующего с модулятором 51. При пуске после достижения валом 46 определенной частоты вращения датчик 50 начинает подавать электрические импульсы в электронный блок 49 системы автоматики, который преобразует их и сравнивает с уставкой для обеспечения номинальной частоты вращения вала 46. Наличие рассогласования фактической и номинальной частот вращения вала 46 обуславливает величину тока, подаваемого на регулятор 48, который соответственно увеличивает или уменьшает проходное сечение для газа в дроссель-дозаторе 38 до тех пор, пока не установится номинальная частота вращения вала 46, а после этого система регулирования (от датчика 50 до дроссель-дозатора 38) поддерживает неизменно номинальную частоту вращения холостого хода турбодетандера с электрогенератором 30. Далее включают блок 52 синхронизации частоты тока электрогенератора 30, который сравнивает частоту тока генератора с частотой тока во внешней электросети, и затем, воздействуя через блок 49 на регулятор 48, который соединен с дроссель-дозатором 38, и на систему возбуждения электрогенератора 30, подстраивает параметры (частоту и напряжение) тока агрегата под сеть и вводит его в синхронизм с включением минимальной нагрузки электрогенератора 30 через контактор 43, так как дроссель-дозатор 38 имеет ограниченное проходное сечение. После этого подается внешний импульс (вручную или с помощью системы автоматики) на открытие главного клапана 40 подачи газа в турбодетандер 12, который открывается плавно (в течение 30-50 с), постепенно увеличивая нагрузку на электрогенератор 30 до максимальной величины, а вырабатываемая агрегатом электроэнергия по кабелям через герметичные токовыводы 34, через контактор 43 и разъединительную ячейку и другие устройства передается во внешнюю электросеть. При остановке агрегата (Стоп) снимается нагрузка с электрогенератора 30 и одновременно закрываются управляемые запорные органы 39, 40 и закрывается дроссель-дозатор 38. При отклонении напряжения, частоты и силы тока генератора, а также температуры подшипников и т.п. за установленные пределы подаются импульсы на блок 53 защит, который, в свою очередь, выдает импульс на экстренную остановку агрегата по тому же алгоритму, как и при нажатии на кнопку Стоп.

При втором исполнении системы газоподачи и регулирования режима работы агрегата, когда к нему подводится газ более высокого давления, и возможно весь газовый поток пропускать, например, через два или три дроссель-дозатора 38, управляемые запорные органы 39 перед ними не устанавливаются, дроссель-дозатор 38 трубопроводами присоединяется прямо к коллектору 35, к которому газ подается через запорный орган 40. Пуск и загрузка при таком исполнении агрегата, его остановка и защита осуществляются по тому же алгоритму, который изложен выше. При третьем варианте исполнения агрегата, когда отсутствует управляемый запорный орган 39, дроссель-дозатор 38 с регулятором 48, электронный блок 49 преобразователь сигналов, блок 58 синхронизации, индукционные датчики 50, модулятор 51 и газ от коллектора 35 одновременно подводится ко всем рабочим группам сопел, работа энергохолодильного агрегата осуществляется следующим образом. При пуске агрегата управляемый запорный орган 40 закрыт, генератор 30 с помощью блока снижения напряжения 42 подключается с помощью кнопки Пуск к внешней электросети, и ротор электрогенератора 30 током приводится во вращение (электрогенератор запускается как электродвигатель вместе с ротором турбодетандера), разгоняется до подсинхронной частоты вращения и затем электрогенератор (как синхронный электродвигатель с коротко замкнутым ротором) входит в синхронизм с внешней электросетью. После этого питание электрогенератора 30 током от сети переключается на полное напряжение путем отключения блока 42, и подается импульс на открытие управляемого запорного органа 40, который плавно (в течение 30-50 с) открывается. В начальный момент, когда газ выходит из сопел 47 и воздействует на лопатки ротора 45 турбодетандера, ток, потребляемый электрогенератором 30 из внешней сети, уменьшается до нуля, а затем ток начинает идти от электрогенератора 30 во внешнюю электросеть и нагрузка на электрогенератор 30 возрастает до номинальной (максимально возможной). Остановка и защита агрегата осуществляется путем одновременно снятия нагрузки с электрогенератора 30 и прекращения доступа газа в турбодетандер 12 путем экстренного (в течение 0,5 с) закрытия управляемого запорного органа 40, который для гарантии закрытия имеет дополнительное устройство (блок) 54, который срабатывает еще и при обесточивании системы, например, короткого замыкания во внешней сети или отключения питания системы автоматики агрегата.

Газовый холодильник

Газовый холодильник (фиг.4) содержит собственно холодильные камеры 55, в которых размещены теплообменники 56 с вентиляторами 64, которые забирают нагретый воздух, продувают его через теплообменные аппараты, и этим обеспечивается охлаждение и циркуляция воздуха в камере.

Вход газа во внутреннюю полость первого по ходу газа теплообменника 56 (первой камеры) соединен трубопроводом, оснащенным регулирующе-запорным органом 57 с коллектором, в который поступает холодный газ из энергохолодильных агрегатов, а выход теплообменника 56 может быть соединен трубопроводом с входом последовательно подключенного теплообменника, который размещен в следующей (второй) холодильной камере, где требуется более высокая температура воздуха, нежели в первой холодильной камере. В конечном счете, выход газа из теплообменников холодильника трубопроводами присоединяются к газопроводу, по которому газ подается потребителю.

На фиг.4 показаны только две холодильные камеры 55 (первая и вторая) холодильника (разделенные транспортным коридором), в которых размещены теплообменники 56. Вход теплообменника 56, который размещен в первой камере 55, трубопроводом с регулирующим запорным органом 57 соединен с коллектором, в который поступает холодный газ из энергохолодильных агрегатов, а их выход - трубопроводом, оборудованным запорным органом 58, соединен с входом теплообменника 56, который размещен во второй камере, а выход трубопроводом с запорным органом 79 соединен с трубопроводом подачи газа потребителю. После управляемого регулирующего органа 57 трубопровод газа до входа в первую камеру 55 оборудован сбросной свечой с запорным органом 59, а в транспортном коридоре холодильника (до запорного органа 58 по ходу газа) к трубопроводу отвода газа от теплообменников 56 присоединен трубопровод, оборудованный запорным органом 60 и узлом подключения 61 источника горячего воздуха для растепления теплообменников 56 через определенные интервалы времени. Таким же трубопроводом и сбросной свечой оборудован и теплообменник, размещенный во второй холодильной камере. В отдельных случаях в первую холодильную камеру 55 может подаваться дополнительно холод от автономного хладопроизводителя 62, например, от такого, который устанавливают на авторефрижераторах. Такой агрегат соединяется воздуховодами 63, 72 с камерой 55, через которые он забирает воздух из холодильной камеры 55 и после охлаждения возвращает воздух обратно в камеру 55. В верхних точках холодильных камер 55 установлены датчики 68 концентрации метана, которые через электронный преобразователь 69 электротоком связаны с системой 66 автоматического управления, воздействующей на регулирующий запорный орган 57. Электродвигатели вентиляторов 64 теплообменников 56 через блок 65 управления связаны с системой 66 автоматики, которая обеспечивает их включение, регулирование режима и остановку. Холодильные камеры 55 оборудованы дистанционными датчиками 67, которые электрически связаны с системой 66 автоматики, которая использует их импульсы для воздействия на блок 65 управления электродвигателями вентиляторов 64 теплообменников для обеспечения заданной средней температуры воздуха в каждой камере. Кроме того, датчики 67 температуры первой камеры 55 также через систему автоматики воздействуют на автономный хладопроизводитель 62.

Газовый холодильник работает следующим образом. При работе энергоблока с энергохолодильными агрегатами вырабатывается электроэнергия за счет расширения газа, который при этом охлаждается, температура охлаждения определяется степенью снижения давления газа и КПД турбодетандера. Этот охлажденный газ через управляемый регулирующий запорный орган 57 поступает в теплообменники 56, размещенные в холодильных камерах 55, в которых циркулирует воздух, прогоняемый вентиляторами 64 через теплообменные поверхности аппаратов 56, и таким образом от них отводится холод на охлаждение камер 55, а температура газа на выходе из теплообменников 56 соответственно повышается. В газовом холодильнике может осуществляться одно-, двухступенчатый и трехступенчатый отбор холода от поступающего холодного газа. В первой камере 55 (первая ступень) система обеспечивает поддержание средней температуры воздуха в пределах минус 18-20°С, а во второй камере, где осуществляется вторая ступень отбора холода от газа, система обеспечивает поддержание средней температуры воздуха в пределах минус 7-9°С, а в третьей ступени - в пределах минус 3 - плюс 2°С. Осуществляются эти режимы следующим образом: в первой камере теплообменники 56 рассчитываются на максимальный хладообъем, т.е. их теплообменная поверхность должна быть такой, которая обеспечит поддержание заданной температуры воздуха в камере при наиболее высокой температуре газа, поступающего от энергохолодильных агрегатов. Регулирование объема газа, поступающего в теплообменник 56 первой камеры, осуществляется с помощью регулирующе-запорного органа 57, режим открытия которого управляется с помощью системы 66 автоматики по заданному уровню температуры воздуха в камере, по импульсу, который поступает в нее от датчиков 67 температуры. Во второй камере устанавливают такой же теплообменный аппарат, как и в первой камере 55. Теплообменный аппарат, размещенный во второй камере, по трубопроводу при открытом запорном органе 58 поступает газ, который уже прошел через теплообменник 56, размещенный в первой камере, и отдал часть своего холода и его температура соответственно повысилась. Наиболее низкая температура воздуха во второй камере должна быть обеспечена при наиболее высокой температуре газа, входящего в ее теплообменный аппарат, а наиболее высокая температура воздуха во второй камере должна достигаться путем изменения режимов работы вентиляторов 64 теплообменника 56, прогоняющих через них воздух, забираемый из камеры с целью его охлаждения.

Регулирование возможно осуществлять, например, путем изменения частоты вращения вентиляторов 64 и отключением вентиляторов. Режим работы вентиляторов 64 изменяется с целью поддержания заданной температуры воздуха в камере с помощью системы 66 автоматики, в которую поступает импульс от датчиков 67 температуры воздуха в камере.

После отдачи газом холода воздуху второй камеры газ из теплообменных аппаратов поступает через открытый запорный орган 70 в трубопровод подачи газа потребителю. При этом его температура находится в допустимых для нормальной и безопасной эксплуатации технических средств транспорта и использования газа у потребителя. Исходя из этих условий и обеспечения максимального использования вырабатываемого холода в газовом холодильнике предусмотрено прохождение холодного газа сначала через теплообменные аппараты камер, в которых должна поддерживаться температура газа в пределах минус 18-20°С, а затем уже через последовательно подсоединенные к ним теплообменные аппараты камер, где требуется обеспечить поддержание более высокой температуры воздуха, например, минус 7-9°С. При значительных объемах холодильника при наличии в нем камер с различной регулируемой температурой воздуха позволяет увеличить ассортимент продуктов, которые можно принять на хранение, а следовательно, и обеспечить наиболее полную загрузку холодильника и эффективное использование вырабатываемого холода.

По данному изобретению конструкцию теплообменных аппаратов и их трубопроводов предусматривается выполнить без разъемных соединений в пределах помещения холодильников, т.е. холодильных камер и транспортном коридоре. Этим обеспечивается безопасность использования холодного природного газа в качестве хладагента. Для гарантии безопасности, кроме этого, предусматривают установку в верхних точках камер 55 и в коридоре (внутри) датчиков 68 концентрации метана, которые передают через блок 69 свои импульсы при концентрации до 1% метана в воздухе (взрывоопасная смесь метана с воздухом от 5 до 15%) в систему 66 автоматики, которая, в свою очередь, формирует и подает импульсы на закрытие регулирующе-запорного органа 57. Далее закрываются запорные органы 58 и 70 и открываются люк 71 и запорные органы 59 на сбросных газовых свечах. После выпуска газа из системы осуществляется поиск места утечки газа и его устранение. При пуске камеры в работу открываются запорные органы 57, 58, 70, а запорный орган 59 и люк 71 закрываются.

По условиям эксплуатации холодильных камер 55 на теплопередающих поверхностях аппаратов 56 намораживается снег и их через некоторые интервалы времени необходимо растеплять - размораживать. Эта операция, например, для первой камеры 55 выполняется в следующем порядке. Теплообменник 56 отключают от газовой системы путем перекрытия запорных органов 57 и 58, и газ сбрасывают на свечу, через открытый запорный орган 59. Затем открывают запорный орган 60 на трубопроводе, и к узлу 61 присоединяют источник горячего воздуха, который проходит по трубопроводам, через внутренние полости теплообменника 56 и через свечу при открытом запорном органе 59 уходит в атмосферу. Это продолжается до тех пор, пока теплопередающие поверхности теплообменника 56 не очистятся от намороженного снега. После этого закрывают запорные органы 59 и 72, открывают запорные органы 57 и 58 и камера, таким образом, включается в работу. Эти же операции выполняются и при размораживании теплообменного аппарата второй камеры и других последующих камер. В камерах предусматривают необходимые условия для стока воды, образующейся при размораживании теплообменников.

Льдогенератор с льдохранилищем

Льдогенератор (фиг.5) содержит теплоизолированную камеру 73, устройство 74 для подачи в камеру воды в виде капель регулируемого размера, теплообменник 75 с вентилятором 76, внутренняя полость аппарата соединена трубопроводом, оборудованным регулирующе-запорным органом 77 с источником холодного газа, а выход - с трубопроводом подачи газа потребителю через запорный орган 94. Теплообменник 75 размещен в теплоизолированном канале 78, по которому воздух из морозильной камеры 73 поступает к вентилятору 76, который продувает его через наружную поверхность теплообменника 75 и, после того как воздух охладится, пройдя через этот аппарат, он вновь возвращается в камеру 73 по каналу 79 через вводные устройства 80, которые могут регулировать направления движения воздуха. В нижней части камеры устанавливают один или несколько суживающихся книзу каналов и льдоприемник-накопитель 81 льда, с балансиром 85, закрепленный на оси 82, фиксируемой в исходном положении устройством 83, например, пружинного, электромагнитного или другого типа. Внутренние поверхности камеры льдогенератора 73 и накопителя льда покрываются водо-несмачиваемым материалом, например тефлоном и т.п. Под накопителем 81 льда размещен транспортер 84, который частично уходит в помещение льдохранилища (не показано). Кроме этого, в льдохранилище размещают систему транспортеров, количество и размеры которых определяют исходя из площади и конфигурации льдохранилища. Льдохранилище также может оборудоваться стеллажами для хранения брикетов льда и блоком для подготовки товарного льда (льдодробилкой). Стены и крыша льдохранилища выполняются из теплоизоляционных материалов.

Устройство 74 для подачи капельной воды в камеру соединено трубопроводом, оборудованным регулирующе-запорным органом 89 с водогазовым теплообменником 87, вход которого присоединен к источнику холодного газа трубопроводом, оборудованным регулирующе-запорным органом 88. Выход газа из теплообменника 87 трубопроводом, оборудованным запорным органом 90, соединен с трубопроводом подачи газа потребителю.

В камере 73 установлен датчик 91 температуры, который электрически связан с системой 92 автоматики, которая обеспечивает управление регулирующе-запорным органом 77 и режимом работы вентилятора 76.

В устройстве 74 каплеобразования установлен термодатчик 93, который электрически связан с системой 92 автоматики, которая управляет запорно-регулирующими органами 88 и 89.

Льдогенератор с льдохранилищем работают следующим образом.

Суть способа льдообразования состоит в том, что капли предварительно охлажденной до температуры 0-2°С в теплообменнике 87 воды, которые выпадают из насадков устройства 74, попадают во встречный поток холодного (температура до минус 30°С) воздуха, который нагнетается в камеру вентилятором 76 теплообменника 75 по каналу 79 и направляющим патрубкам 80, который затормаживает падение капель внутри камеры и этим увеличивается время пребывания капель в охлажденном воздухе, которое оказывается достаточным для их замораживания, а в нижнюю сужающуюся часть камеры 73 и накопитель 81 льда падают ледяные шарики.

Работа льдогенератора начинается с охлаждения воздуха, который находится в камере 73. Для этого открывают запорные органы 90 и 94, затем кнопкой Пуск с помощью системы автоматики 92 одновременно включается вентилятор 76 и регулирующе-запорный орган 77, через который холодный газ от источника подается в теплообменники 75 и 87, при этом по датчику 91 температуры наблюдают за снижением температуры воздуха внутри камеры 73. При достижении требуемой температуры воздуха от датчика 91 в систему 99 автоматики поступает импульс, запорные органы 88 и 89 открываются. При этом холодный газ и вода поступают в теплообменник 87, в котором вода охлаждается до температуры 0 - минус 2°С, а затем вода поступает по трубопроводу в устройство 74 каплеобразования, на выходе из насадков которого образуются капли, которые попадают в холодный восходящий поток воздуха. Находясь достаточное время в этом потоке, капли воды превращаются (по мере перемещения вниз камеры 73) в ледяные шарики, которые падают в накопитель 81, установленный на оси 82. Накопитель 81 льда имеет несимметричный профиль по отношению к оси 83 и при его наполнении ледяными шариками до верхнего уровня возникает вертикальная сила А, опрокидывающий момент от которой больше уравновешивающего момента противовеса 85, что приводит к некоторому наклону накопителя 81 в направлении опрокидывания, при этом срабатывает устройство 83, которое освобождает накопитель 81 льда, он опрокидывается вокруг оси 82, и ледяной брикет попадает на транспортер 84, а накопитель 81 льда возвращается в исходное положение под действием момента, который создает противовес 85 и фиксируется устройством 83. Далее этот процесс повторяется. Транспортер 84 перемещает ледяной брикет до распределителя льдохранилища, от которого с помощью транспортеров и подъемников ледяные брикеты перемещаются в места их укладки на хранение.

При подготовке товарного льда с помощью общепринятой техники рубят его на куски и затем пропускают через соответственно настроенную льдодробильную машину, после которой товарный лед с помощью транспортера загружается в транспортное средство и направляется к месту его использования по назначению. При невозможности получения для теплообменника 75 требуемой температуры, ее снижают с помощью подключения к льдогенератору автономного традиционного хладопроизводителя малой мощности, аналогично как для камер газового холодильника.

Требования к конструкции теплообменника, трубопроводов и размещению запорных органов в части исключения разъемных соединений остаются такими же, как и для газового холодильника. Процесс растепления теплообменной поверхности аппарата осуществляется таким же образом и с помощью тех же средств, как описано применительно к газовому холодильнику.

Приведенный выше материал дает основание заключить, что предложенное техническое решение в объеме шести изобретений (способ и пять устройств) позволяет преодолеть ряд проблем, стоящих на пути успешного применения технологии повышения эффективности использования природного газа путем утилизации перепада давления источника. Все это свидетельствует о решении задачи изобретения.

Промышленная применимость

Настоящее изобретение может быть применено в средствах выработки электроэнергии и в системах охлаждения за счет использования технологических перепадов давления природного газа, прежде всего, в газораспределительных системах, а также в местах добычи газа и на компрессорных станциях.

1. Способ подготовки природного газа к подаче потребителю с комплексным использованием энергии природного газа путем расширения природного газа в, по меньшей мере, одном детандере электрохолодильного агрегата (ЭХА), отвода механической энергии каждого детандера для привода электрогенератора соответствующего ЭХА и пропускания выходящего из ЭХА охладившегося в детандере газа перед подачей его потребителю через, по меньшей мере, один теплообменник холодильника, отличающийся тем, что используют холодильник с камерами, в каждой из которых размещен теплообменник, осуществляют пропускание холодного газа последовательно через теплообменники камер холодильника, а часть холодного газа пропускают в теплообменник льдогенератора, соединенный с выходом соответствующего ЭХА или с коллектором, соединенным с выходом каждого ЭХА, для получения на выходе льдогенератора температуры газа, обеспечивающей его использование у потребителя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что степень расширения газа в каждом детандере выбирают из условия обеспечения указанной температуры газа на входе в теплообменники холодильника и льдогенератора.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при степени расширения газа в детандере или детандерах, недостаточной для обеспечения заданной температуры газа на входе в холодильник и/или льдогенератор, подключают автономный хладопроизводитель соответственно к холодильнику и/или льдогенератору.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что систему, включающую, по меньшей мере, по одному указанные детандер, электрогенератор, холодильник и льдогенератор, подсоединяют к источнику природного газа и к трубопроводу для подачи газа потребителю параллельно действующей газовой редукционной станции (ГРС) для снижения нагрузки на нее и поддержания требуемых параметров газа, подаваемого потребителю.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при использовании более одного детандера и при превышении количества газа, проходящего через ГРС, над количеством газа, проходящего через указанную систему, осуществляют байпасирование части газа мимо системы, измеряют температуру газа после смешения потоков газа и при снижении температуры за допустимый уровень уменьшают долю газа, проходящего через систему, путем отключения части детандеров.

6. Система для подготовки природного газа к подаче потребителю с комплексным использованием энергии природного газа, содержащая, по меньшей мере, один энергохолодильный агрегат (ЭХА), каждый из которых включает детандер и связанный с его валом электрогенератор, по меньшей мере, один газовый холодильник, теплообменник которого соединен с выходом, по меньшей мере, одного ЭХА, и трубопровод подачи газа к потребителю, отличающаяся тем, что газовый холодильник содержит камеры, в каждой из которых размещен теплообменник, теплообменники соединены друг с другом последовательно, а выход теплообменников соединен с трубопроводом для подачи газа потребителю, а система снабжена, по меньшей мере, одним льдогенератором, теплообменник которого соединен с выходом соответствующего ЭХА или с коллектором, соединенным с выходом каждого ЭХА, и с трубопроводом подачи газа к потребителю.

7. Энергохолодильный агрегат, содержащий герметичную камеру с выходным трубопроводом, установленные в ней турбодетандер и соединенный с его валом электрогенератор, датчик частоты вращения вала турбодетандера, соединенный с трубопроводом подвода газа дроссель-дозатор для подачи газа к соплам турбодетандера, связанный с ним регулятор подачи газа и электронный блок, связанный с указанными датчиком и регулятором, отличающийся тем, что сопла турбодетандера разделены на две или более группы, одна группа сопел соединена с трубопроводом подвода газа через указанный дроссель-дозатор, а другая или другие - через коллектор или через дополнительный дроссель-дозатор или дроссель-дозаторы.

8. Агрегат по п.7, отличающийся тем, что на трубопроводе подвода газа к турбодетандеру установлен управляемый с помощью системы автоматики запорный орган с плавной операцией открытия при загрузке электрогенератора и с быстрым закрытием по сигналу от системы автоматики, формируемым внешним включением или блоком защиты при отклонении рабочих параметров агрегата и процессов за заданные пределы с возможностью одновременного снятия нагрузки с электрогенератора и закрытия запорного органа.

9. Агрегат по п.7, отличающийся тем, что турбодетандер имеет прочность, рассчитанную для наибольшего принятого уровня давления газа, а камера имеет прочность, рассчитанную при давлении меньше наибольшего принятого на величину степени расширения газа в турбодетандере.

10. Агрегат по п.7, отличающийся тем, что на трубопроводе подачи газа к турбодетандеру установлен редуктор газа для поддержания его давления не выше уровня, для которого рассчитана прочность турбодетандера, а на выходном трубопроводе, соединенном с камерой, установлены предохранительные клапаны, выполненные с возможностью срабатывания при повышении давления газа в камере выше допустимого уровня, для которого рассчитана прочность камеры, причем их суммарное проходное сечение выбрано больше сечения сопел турбодетандера.

11. Агрегат по п.7, отличающийся тем, что камера имеет размеры, определенные исходя из размеров электрогенератора наибольшей мощности в используемом мощностном ряду, а турбодетандер имеет размеры проточной части и мощность, рассчитанные из условия достижения электрогенератором номинальной мощности при наименьшем заданном давлении газа на входе в турбодетандер.

12. Агрегат по п.8, отличающийся тем, что при минимальном, но достаточном для развития турбодетандером заданной мощности потока газа от источника дроссель-дозатор соединен с одной группой сопел и с трубопроводом подвода газа к турбодетандеру, снабженным указанным запорным органом, а агрегат снабжен коллектором, соединенным с остальными группами сопел турбодетандера и с указанным трубопроводом подвода газа к турбодетандеру для осуществления пуска, ввода электрогенератора в синхронизм с внешней сетью и развития мощности 5-10% от номинальной при подачи газа через дроссель-дозатор для осуществления полной загрузки электрогенератора при дополнительной подаче газа через коллектор.

13. Агрегат по п.10, отличающийся тем, что при высоких давлениях газа источника два или несколько дросселей-дозаторов, соединенных с соответствующими группами сопел, присоединены к коллектору, соединенному с трубопроводом подвода газа к турбодетандеру, для обеспечения подачи газа через дроссель-дозаторы, при регулировании подачи газа к соплам как при пуске и вводе электрогенератора в синхронизм с электросетью, так и при номинальной его нагрузке и других режимах работы агрегата.

14. Агрегат по п.7, отличающийся тем, что проточная часть турбодетандера имеет параметры, а именно число и размеры входящих в нее групп сопел трубопроводов, соединяющихся с выходами коллектора или с дроссель-дозатором, рассчитанные из условия обеспечения оптимального КПД при изменении давления газа на его входе в 4-5 раз, расхода газа в 4-6 раз и мощности турбодетандера в 3-4 раза.

15. Агрегат по п.7, отличающийся тем, что электрогенератор выполнен с мощностью использования его при пуске агрегата в качестве электродвигателя и раскручивания своего ротора и вала турбодетандера при подаче на него напряжения от внешней электросети до синхронной с электросетью частоты и с возможностью перехода после этого и после подачи газа в сопла турбодетандера из режима двигателя в режим генератора при равенстве потребляемой агрегатом и вырабатываемой им мощности и выхода на номинальный режим.

16. Энергопривод с лопаточной машиной, содержащий корпус, установленный в нем на валу ротор с рабочими лопатками, закрепленные на корпусе сопла, направленные на лопатки ротора, дроссель-дозатор и датчик частоты вращения вала ротора, связанный с регулятором подачи газа через дроссель-дозатор, отличающийся тем, что сопла разделены на несколько групп, одна группа сопел соединена с трубопроводом подвода газа через указанный дроссель-дозатор, а остальные - через коллектор, соединенный с запорным органом.

17. Энергопривод по п.16, отличающийся тем, что число сопел, соединяемых с трубопроводом подвода газа при работе энергопривода, определено исходя из условий достижения номинальной мощности с максимальным КПД при наименьшем давлении газа источника.

18. Энергопривод по п.16, отличающийся тем, что степень расширения газа выбрана исходя из заданной температуры газа на выходе энергопривода при наибольшей температуре газа, поступающего в энергопривод от источника.

19. Газовый холодильник, содержащий теплоизолированные камеры с закрываемым проемом и теплообменники, отличающийся тем, что в каждой камере размещены теплообменник и вентилятор, для обеспечения хранения продуктов при различной температуре теплообменники соединены последовательно и на трубопроводах подвода холодного газа к каждому теплообменнику установлены запорно-регулирующие органы с возможностью поддержания в первой по ходу холодного газа камере наиболее низкой температуры воздуха и последовательно увеличивающейся температуры воздуха в последующих камерах.

20. Холодильник по п.19, отличающийся тем, что каждая камера снабжена системой регулирования температуры воздуха, связанной с размещенными в камере термодатчиками, с запорно-регулирующим органом и с вентилятором с возможностью изменения подачи холодного газа в теплообменник и/или скорости вращения вентилятора в зависимости от заданных и фактических температур воздуха в камерах.

21. Холодильник по п.19, отличающийся тем, что при недостаточно низкой температуре подаваемого холодного газа, по меньшей мере, одна камера подключена к автономному хладопроизводителю с возможностью забора из камеры части воздуха, охлаждения его и возврата обратно в камеру для поддержания в ней заданной температуры.

22. Холодильник по п.19, отличающийся тем, что для периодического оттаивания теплообменников выходной трубопровод каждого теплообменника соединен через запорный орган с узлом присоединения к нагнетателю горячего воздуха, а к входу теплообменника через запорный орган присоединена сбросная свеча для выхода из теплообменника сначала газа, а затем горячего воздуха.

23. Холодильник по п.19, отличающийся тем, что в верхних точках каждой камеры установлены датчики концентрации метана, которые через преобразователь-усилитель сигналов соединены с системой автоматики и защиты, соединенной с запорным органом, установленным на трубопроводе подвода газа к теплообменнику, а также с системой вытяжной вентиляции.

24. Холодильник по п.19, отличающийся тем, что теплообменники и трубопроводы, размещенные внутри камер, выполнены без разъемных соединений, а запорные органы размещены за пределами камер.

25. Льдогенератор, содержащий теплоизолированную камеру, в которой размещен каплеобразователь со средством для разбрызгивания воды, размещенный в теплоизолированном канале вентилятор, теплообменник и устройство для приема льда в нижней части камеры, отличающийся тем, что теплообменник размещен в указанном теплоизолированном канале и соединен с трубопроводами подвода и отвода холодного газа с запорными органами, указанный канал соединен своим входом с верхней частью камеры, а выходом - с отверстиями в боковых стенках камеры для входа в камеру охлажденного воздуха.

26. Льдогенератор по п.25, отличающийся тем, что каплеобразователь соединен с другим теплообменником для подачи в него воды, охлажденной холодным газом.

27. Льдогенератор по п.25, отличающийся тем, что устройство для приема льда представляет собой накопитель льда в виде размещенной в нижней части камеры емкости с наклонными стенками и балансиром, установленной на оси и связанной с фиксирующим устройством с возможностью расфиксирования и опрокидывания накопителя при наполнении его льдом за счет несимметричности накопителя и возвращения освободившегося ото льда накопителя в исходное положение за счет момента от балансира и фиксации накопителя.

28. Льдогенератор по п.27, отличающийся тем, что внутренние поверхности камеры льдогенератора и емкости накопителя покрыты водонесмачиваемым материалом, например тефлоном.

29. Льдогенератор по п.27, отличающийся тем, что он снабжен размещенным под накопителем ленточным транспортером и льдохранилищем, в котором установлен транспортабельный распределитель для подачи на него брикетов льда из накопителя с помощью ленточного транспортера, а к распределителю пристыкованы другие ленточные транспортеры для укладки брикетов льда на пол льдохранилища друг на друга или на стеллажи.

30. Льдогенератор по п.25, отличающийся тем, что вход в льдохранилище совмещен с выходом для льда из камеры.

32. Льдогенератор по п.29 или 30, отличающийся тем, что на выходе из льдохранилища установлен льдодробильный агрегат для превращения брикетов льда в товарный лед заданной структуры.