Газораспределительная станция
Владельцы патента RU 2431077:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗ ГУ) (RU)
Газораспределительная станция относится к газовой технике, в частности к газораспределительным станциям для снижения давления газа в газопроводе. Газораспределительная станция содержит блок управления, технологический блок с газопроводом высокого и низкого давления, емкость сбора конденсата, соединенную с газопроводом высокого давления и через запорный орган с газопроводом низкого давления, эжектор, теплообменник, вихревую трубу, установленную на газопроводе высокого давления, а выход ее холодного потока соединен с конденсатоотводчиком. Причем теплообменник выполнен в виде закрытой емкости с жидкостью системы обогрева газораспределительной станции с циркуляционным трубопроводом, а вихревая труба расположена в теплообменнике и погружена в жидкость, при этом вход эжектора соединен с выходом горячего потока вихревой трубы через оребренную трубу, расположенную в нижней части теплообменника, а выход эжектора соединен с газопроводом низкого давления, причем его камера смешивания соединена с конденсатоотводчиком. Технический результат - устранение непроизводственных расходов природного газа при сжигании его в системе обогрева помещения газораспределительной станции при отрицательной температуре окружающей среды с повышением надежности работы путем использования перепада давления газа между газопроводами высокого и низкого давления как источника тепла, выделяемого в вихревой трубе, размещенной в теплообменнике. 1 ил.
Изобретение относится к газовой технике, в частности к газораспределительным станциям для снижения давления газа в газопроводе.
Известна газораспределительная станция (см. а.с. СССР №1672101, М. кл. F17D 1/00, 1991, бюл. №31), содержащая блок управления, технологический блок с газопроводом высокого и низкого давления и емкость сбора конденсата, соединенную с газопроводом высокого давления и через запорный орган с газопроводом низкого давления.
Недостатком данной газораспределительной станции является высокая степень вероятности обмерзания дросселирующих устройств в технологическом блоке из-за явления эффекта Джоуля-Томсона при дросселировании газа, высоконасыщенного паро- и каплеобразной влагой, а также последующего образования конденсатных пробок в газопроводе низкого давления, особенно при отрицательных температурах окружающей среды, что может привести к аварийным ситуациям.
Известна газораспределительная станция (см. патент РФ №2316693, МПК F17D 1/04, 02.10.2008), содержащая блок управления, технологический блок с газопроводом высокого и низкого давления и емкость сбора конденсата, соединенную с газопроводом высокого давления и через запорный орган с газопроводом низкого давления, эжектор, теплообменник, вихревую трубу, установленную на газопроводе высокого давления, а выход ее холодного потока соединен с конденсатоотводчиком.
Недостатком данной газораспределительной станции является энергоемкость регулирования процесса снижения давления, обусловленная дросселированием газа, поступающего по газопроводу высокого давления в газопровод низкого давления из-за отсутствия возможности использования энергии перепада давления, например, в качестве источника тепла системы обогрева помещения газораспределительной станции вместо осуществляемого в настоящее время сжигания газа в отопительных устройствах.
Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение непроизводственных расходов природного газа при сжигании его в системе обогрева помещения газораспределительной станции при отрицательной температуре окружающей среды с повышением надежности работы путем использования перепада давления газа между газопроводами высокого и низкого давления как источника тепла, выделяемого в вихревой трубе, размещенной в теплообменнике.
Технический результат по повышению эффективности работы достигается тем, что газораспределительная станция содержит блок управления, технологический блок с газопроводом высокого и низкого давления, емкость сбора конденсата, соединенную с газопроводом высокого давления и через запорный орган с газопроводом низкого давления, эжектор, теплообменник, вихревую трубу, установленную на газопроводе высокого давления, а выход ее холодного потока соединен с конденсатоотводчиком, причем теплообменник выполнен в виде закрытой емкости с жидкостью системы обогрева газораспределительной станции с циркуляционным трубопроводом, а вихревая труба расположена в теплообменнике и погружена в жидкость, при этом вход эжектора соединен с выходом горячего потока вихревой трубы через оребренную трубу, расположенную в нижней части теплообменника, а выход эжектора соединен с газопроводом низкого давления, причем его камера смешивания соединена с конденсатоотводчиком.
На чертеже представлена принципиальная схема газораспределительной станции.
Газораспределительная станция содержит блок управления 1, технологический блок 2 с газопроводами высокого давления 3 и низкого давления 4 и емкость сбора конденсата 5 с газовой полость 6 и соединенную с газопроводом высокого давления 3, при этом емкость сбора конденсата 5 дополнительно соединена через запорный орган 7 с газопроводом низкого давления 4. Кроме того, газопровод высокого давления 3 связан с газовой полостью 6 через конденсатоотводчик 8 и кран 9. В линии связи блок управления 1 и емкости сбора конденсата 5 установлен датчик уровня 10, кран 11 соединяет газопроводом газовую полость 6, заполненную конденсатом, с атмосферой или с забирающим устройством, например автоцистерной. Теплообменник 14 выполнен в виде закрытой емкости с жидкостью системы обогрева помещения 15 газораспределительной станции с циркуляционным трубопроводом 16, а вихревая труба 12 расположена в теплообменнике и погружена в жидкость, а выход 13 ее холодного потока соединен с конденсатоотводчиком 8. При этом вход 17 эжектора 18 соединен с выходом 19 горячего потока вихревой трубы 12 через оребренную трубу 20, расположенную в нижней части 21 теплообменника 14, выход 22 эжектора 18 соединен с газопроводом низкого давления 4, а его камера смешивания 23 соединена с конденсатоотводчиком 8.
Газораспределительная станция работает следующим образом.
Природный газ по газопроводу высокого давления 3 поступает в помещение 15 газораспределительной станции к технологическому блоку 2 для осуществления регулирования давления газа, причем регуляторы давления работают на достаточно высоком (от 3,5 и более кратном) перепаде давления между газопроводами высокого давления 3 и низкого давления 4 с невостребованным погашением избытка энергии (см. Промышленное газовое оборудование. Справочник. - Саратов: Газовик, 2002. - 624 с., ил.).
Для использования энергии движущегося в газопроводах 3 и 4 газа в качестве частичного погасителя избыточного между ними давления применяется вихревая труба 12, а ее горячий поток - как источник тепла в системе обогрева помещения 15. В технологическом блоке 2 природный газ из газопровода высокого давления 3 направляется в вихревую трубу 12, где в результате термодинамического расслоения разделяется на периферийный с высоким давлением горячий поток с температурой около 100°С (см., например, Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в промышленности. - Куйбышев, 1969, - 369 с.) и холодный поток с низким давлением с температурой ниже температуры газа, поступающего в вихревую трубу 12.
Поверхность вихревой трубы 12, благодаря теплоте, передаваемой теплопроводностью, нагревается до температуры 75-90°С, поэтому является источником тепла для системы обогрева помещения 15, для чего помещается в теплообменник 14 и погружается в жидкость системы обогрева.
Горячий поток из выхода 19 вихревой трубы 12, также являющийся источником тепла, направляется в оребренную трубу 20, расположенную в нижней части 21 теплообменника 14, где, наряду с поверхностью вихревой трубы 12, нагревает жидкость системы обогрева помещения 15, которая циркулирует по трубопроводу 16, поддерживая необходимую температуру внутреннего воздуха, предотвращающую замерзание аппаратуры блоков управления 1 и технологического блока 2 газораспределительной станции.
После нагрева воды системы обогрева помещения 15 частично остывший до 40÷50°С горячий поток из оребренной трубы 20 поступает на вход 17 эжектора 19. Холодный поток газа с конденсатом, полученным как в процессе охлаждения парообразной влаги при термодинамическом расслоении газа, так и сопутствующим движущемуся газу по газопроводу высокого давления 3, проходит через конденсатоотводчик 8, где происходит отбор конденсата с последующим его самотеком через кран 9 по трубопроводу в емкость сбора конденсата 5. При заполнении емкости сбора конденсата 5 до определенного уровня (например, 0,75 объема) от датчика уровня 10 поступает сигнал в блок управления 1 о необходимости опорожнить емкость сбора конденсата 5. Для опорожнения емкости сбора конденсата 5 закрывается кран 9 и открывается запорный кран 7. Газ, находящийся в емкости сбора конденсата 5, поступает в газопровод низкого давления 4 и тем самым в емкости сбора конденсата 5 давление снижается. Это позволяет перекачивать находящийся в емкости сбора конденсата 5 конденсат в забирающее устройство, например в автоцистерну, перекрывая запорный кран 7 и открывая кран 11.
Очищенный от конденсата в конденсатоотводчике 8 холодный поток газа с давлением, более низким, чем давление газа на входе в вихревую трубу 12, поступает в камеру смешивания 23 эжектора 18, где смешивается с горячим частично охлажденным в теплообменнике 14 потоком, имеющим более высокое давление, чем холодный поток. Смешивание частично охлажденного горячего и холодного потоков перед поступлением из выхода 22 эжектора 18 в газопровод низкого давления 4 обеспечивает получение потока газа с температурой, устраняющей появление инея и, тем более, возможность обмерзания конденсирующейся влаги. Использование эжектора 18 не только позволяет предотвратить потери газа, используемого в качестве источника тепла, но и предотвращает обмерзание при дросселировании.
Оригинальность предлагаемого изобретения как по устранению непроизводственных расходов природного газа в виде источника тепла, так и по повышению надежности работы в условиях возможного обмерзания продросселированной конденсирующейся влаги заключается в конструктивном решении по использованию энергии перепада давления между газопроводами высокого и низкого давления как теплоты, получаемой от горячего потока вихревой трубы в теплообменнике, путем выполнения его в виде закрытой емкости, заполненной жидкостью с расположением в ней вихревой трубы, что позволяет использовать тепло нагретой теплопроводностью как поверхности вихревой трубы, так и оребренной трубы, соединяющей выход горячего полтока с выходом эжектора, а это дает значительный экономический эффект, так как большинство газораспределительных станций находится в климатических зонах с наличием отрицательных температур окружающей среды.
Газораспределительная станция, содержащая блок управления, технологический блок с газопроводом высокого и низкого давления, емкость сбора конденсата, соединенную с газопроводом высокого давления и через запорный орган с газопроводом низкого давления, эжектор, теплообменник, вихревую трубу, установленную на газопроводе высокого давления, а выход ее холодного потока соединен с конденсатоотводчиком, отличающаяся тем, что теплообменник выполнен в виде закрытой емкости с жидкостью системы обогрева газораспределительной станции с циркуляционным трубопроводом, а вихревая труба расположена в теплообменнике и погружена в жидкость, при этом вход эжектора соединен с выходом горячего потока вихревой трубы через оребренную трубу, расположенную в нижней части теплообменника, а выход эжектора соединен с газопроводом низкого давления, причем его камера смешивания соединена с конденсатоотводчиком.
