Устройство для регулирования давления в газовой магистрали с турбодетандером

Изобретение относится к устройствам регулирования давления в газовой магистрали с помощью турбодетандеров и может быть использовано на газораспределительных станциях для выработки электрической энергии. Устройство содержит газораспределительное устройство, контроллер, датчики давления, турбодетандер, инвертор, датчик нагрузки, нагревательные элементы, силовые ключи, масштабирующие усилители, сумматоры, расходомер, блоки сравнения, корректор и задатчик номинального режима работы турбодетандера, корректор и задатчик минимального значения нагрузки нагревательных элементов, блок вычисления разности давлений, блок вычисления запасенной энергии газа, компараторы, блоки сигнализации и отключения максимального значения внешней нагрузки. Технический результат - повышение надежности работы устройства посредством поддержания требуемой величины подогрева природного газа в зависимости от его расхода и согласования запасенной энергии сжатого газа и электроэнергии, отдаваемой в сеть. 1 ил.

 

Изобретение относится к технике турбостроения, а именно к устройствам регулирования давления в газовой магистрали с помощью турбодетандеров, и может быть использовано на газораспределительных станциях для рекуперации энергии сжатого газа и выработки электрической энергии.

Известно устройство турбодетандера для выработки электроэнергии, где регулирование подачи газа к турбодетандеру и поддержание давления осуществляется при помощи регулирующих вентилей (Патент RU 1822237 С, кл. F25B 11/00, опубл. 19.06.1995).

Недостаток устройства состоит в низкой надежности работы турбодетандера и отсутствие коррекции потока подаваемого газа высокого давления в зависимости от изменения электрической нагрузки сети.

Известна газораспределительная станция с выработкой электроэнергии, содержащая турбодетандеры, каждый из которых включает турбину и расположенный на ее валу электрогенератор и по меньшей мере один нагреватель газа, связанный с входом турбины по меньшей мере одного из турбодетандеров, а выход одного из турбодетандеров соединен с потребительским газопроводом конечного давления (Патент RU 2221192 С2, кл. F17D 1/04, F25B 11/00, опубл. 10.01.2004).

Данное устройство не обеспечивает высокой надежности работы турбодетандера и точности поддержания давления газа в магистрали низкого давления при существенных изменениях диапазонов нагрузки в электрической сети.

Известно устройство для регулирования давления в газовой магистрали, содержащее газораспределительное устройство, выполненное в виде соединенных с магистралью высокого давления набора труб разного диаметра с установленными на них запорными устройствами, управляемыми через контроллер от датчика давления магистрали низкого давления, соединенной с турбодетандером, нагруженным электрическим генератором переменного тока, последовательно соединенным с регулируемым по напряжению выпрямителем и регулируемым по частоте инвертором (Патент RU 2223533 С1, кл. F17D 1/04, опубл. 10.02.2004).

Известное устройство не обеспечивает постоянные параметры режима работы турбодетандера и при перепадах нагрузки в электрической сети, что снижает надежность работы устройства в целом.

Наиболее близким является устройство регулирования давления в газовой магистрали, содержащее газораспределительное устройство, выполненное в виде соединенных с магистралью высокого давления набора труб разного диаметра с установленными на них запорными устройствами, управляемыми через контроллер от датчика давления магистрали низкого давления, соединенного с турбодетандером, нагруженным электрическим генератором переменного тока, последовательно соединенным с регулируемым по напряжению выпрямителем и регулируемым по частоте инвертором, датчик нагрузки внешней электросети, соединенный с выходом регулируемого по частоте инвертора, нагревательные элементы, установленные на каждой из набора труб разного диаметра с силовыми ключами, управляемыми через контроллер, последовательно соединенные дополнительный выпрямитель, датчик нагрузки нагревательных элементов, регулируемый силовой усилитель, силовые ключи и нагревательные элементы, сумматор, первый вход которого через первый масштабирующий усилитель соединен с датчиком нагрузки внешней электросети, а второй через второй масштабирующий усилитель с датчиком нагрузки нагревательных элементов, блок сравнения, первый вход которого соединен с задатчиком номинального режима работы турбодетандера, а второй с выходом сумматора, выход блока сравнения соединен с управляющим входом регулируемого силового усилителя, вход дополнительного выпрямителя соединен с выходом электрического генератора переменного тока (Патент RU 2587021 С1, кл. F17D 1/00, опубл. 10.06.2016).

Известное устройство не обеспечивает согласования запасенной энергии сжатого газа и электроэнергии, отдаваемой в сеть и требуемой величины подогрева природного газа в зависимости от его расхода, что снижает надежность работы устройства.

Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается в повышении надежности работы устройства посредством обеспечения согласования запасенной энергии сжатого газа и электроэнергии, отдаваемой в сеть и требуемой величины подогрева природного газа в зависимости от его расхода.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство регулирования давления в газовой магистрали с турбодетандером, содержащее газораспределительное устройство, выполненное в виде соединенных с магистралью высокого давления набора труб разного диаметра с установленными на них запорными устройствами, управляемыми через контроллер от датчика давления магистрали низкого давления, соединенного с турбодетандером, нагруженным электрическим генератором переменного тока, последовательно соединенным с регулируемым по напряжению выпрямителем и регулируемым по частоте инвертором, датчик нагрузки внешней электросети, соединенный с выходом регулируемого по частоте инвертора, нагревательные элементы, установленные на каждой из набора труб разного диаметра с силовыми ключами, управляемыми через контроллер, последовательно соединенные дополнительный выпрямитель, датчик нагрузки нагревательных элементов, регулируемый силовой усилитель, силовые ключи и нагревательные элементы, сумматор, первый вход которого через первый масштабирующий усилитель соединен с датчиком нагрузки внешней электросети, а второй через второй масштабирующий усилитель с датчиком нагрузки нагревательных элементов, блок сравнения, первый вход которого соединен с задатчиком номинального режима работы турбодетандера, а второй с выходом сумматора, выход блока сравнения соединен с управляющим входом регулируемого силового усилителя, вход дополнительного выпрямителя соединен с выходом электрического генератора переменного тока, дополнительно введены расходомер в магистрали высокого давления, выход которого через корректор и задатчик минимального значения нагрузки нагревательных элементов соединен с первым входом сумматора значения нагрузки нагревательных элементов, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения, а выход - с управляющим входом регулируемого силового усилителя, датчик давления магистрали высокого давления, выход которого соединен с первым входом блока вычисления разности давлений, второй вход которого соединен с выходом датчика давления магистрали низкого давления, блок вычисления запасенной энергии газа, первый вход которого соединен с выходом расходомера в магистрали высокого давления, второй - с выходом блока вычисления разности давлений, а выход с входами корректора задатчика номинального режима работы турбодетандера и корректора задатчика максимальной нагрузки турбодетандера, выход корректора задатчика номинального режима работы турбодетандера соединен с входом задатчика номинального режима работы турбодетандера, второй блок сравнения, первый вход которого через задатчик максимальной нагрузки турбодетандера соединен выходом корректора задатчика максимальной нагрузки турбодетандера, а второй - с выходом сумматора, выход второго блока сравнения через первый компаратор соединен с блоком сигнализации максимального значения внешней нагрузки и через второй компаратор - с блоком отключения в цепи внешней нагрузки.

На фигуре представлена структура устройства регулирования давления в газовой магистрали с турбодетандером.

Устройство содержит газораспределительное устройство 1, выполненное в виде соединенных с магистралью высокого давления набора труб разного диаметра с установленными на них запорными устройствами 2, управляемыми через контроллер 3 от датчика давления 4 магистрали низкого давления, соединенной с турбодетандером 5, нагруженным электрическим генератором 6 переменного тока, последовательно соединенным с регулируемым по напряжению выпрямителем 7 и регулируемым по частоте инвертором 8, датчик нагрузки внешней электросети 9, подсоединенный к выходу регулируемого по частоте инвертора 8, нагревательные элементы 10, установленные на каждой из набора труб разного диаметра, с силовыми ключами 11, управляемыми через контроллер 3, последовательно соединенные дополнительный выпрямитель 12, датчик нагрузки 13 нагревательных элементов 10, регулируемый силовой усилитель 14 и силовые ключи 11 нагревательных элементов 10, сумматор 15, первый вход которого через первый масштабирующий усилитель 16 соединен с датчиком нагрузки внешней электросети 9, а второй через второй масштабирующий усилитель 17 с датчиком нагрузки 13 нагревательных элементов 10, блок сравнения 18, первый вход которого соединен с задатчиком номинального режима работы 19 турбодетандера 5, а второй с выходом сумматора 15, расходомер 20 в магистрали высокого давления, выход которого через корректор 21 и задатчик минимального значения 22 нагрузки нагревательных элементов 10 соединен с первым входом сумматора значения нагрузки 23 нагревательных элементов 10, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения 18, а выход - с управляющим входом регулируемого силового усилителя 14, датчик давления магистрали высокого давления 24, выход которого соединен с первым входом блока вычисления разности давлений 25, второй вход которого соединен с выходом датчика давления 4 магистрали низкого давления, блок вычисления запасенной энергии 26 газа, первый вход которого соединен с выходом расходомера 20 в магистрали высокого давления, второй - с выходом блока вычисления разности давлений 25, а выход с входами корректора задатчика номинального режима 27 работы турбодетандера 5 и корректора задатчика максимальной нагрузки 28 турбодетандера 5, выход корректора задатчика номинального режима 27 работы турбодетандера 5 соединен с входом задатчика номинального режима 19 работы турбодетандера 5, второй блок сравнения 29, первый вход которого через задатчик максимальной нагрузки 30 турбодетандера 5 соединен выходом корректора задатчика максимальной нагрузки 28 турбодетандера 5, а второй - с выходом сумматора 15, выход второго блока сравнения 29 через первый компаратор 31 соединен с блоком сигнализации максимального значения 32 внешней нагрузки и через второй компаратор 33 - с блоком отключения 34 в цепи внешней нагрузки в электросеть.

Устройство для регулирования давления в газовой магистрали с турбодетандером работает следующим образом.

Газ магистрали высокого давления через набор труб разного диаметра с установленными на них запорными устройствами 2 газораспределительного устройства 1 поступает в турбодетандер 5 и приводит во вращательное движение электрический генератор 6 переменного тока. Вырабатываемое переменное напряжение выпрямляется на выпрямителе 7 и преобразуется в напряжение промышленной частоты с помощью инвертора 8. Датчик нагрузки внешней электросети 9 вырабатывает напряжение, пропорциональное значению текущей нагрузки внешне электросети.

Для поддержания требуемого давления газа при возможных изменениях расхода в магистрали низкого давления, датчик давления 4 магистрали низкого давления вырабатывает пропорциональное напряжение, которое обрабатывается контроллером 3 и на основе этого вырабатываются управляющие воздействия, регулирующие поток газа по отдельным трубам из набора труб с установленными на них запорными устройствами 2. Подогрев газа по каждой трубе производится нагревательными элементами 10.

При стабильной нагрузки внешней электрической сети и постоянном расходе газа вырабатываемая электроэнергия распределяется во внешнюю электросеть и на нагревательные элементы 10 подогрева газа через дополнительный выпрямитель 12, датчик нагрузки 13 нагревательных элементов 10 и регулируемый силовой усилитель 14 в определенной пропорции, задаваемой задатчиком номинального режима работы 19 турбодетандера 5. Напряжение задатчика номинального режима работы 19 турбодетандера 5 на блоке сравнения 18 уравновешивается напряжением сумматора 15, который суммирует нагрузку внешней электросети и нагревательных элементов 10 посредством первого масштабирующего усилителя 16, соединенного с датчиком нагрузки внешней электросети 9 и второго масштабирующего усилителя 17, соединенного с датчиком нагрузки 13 нагревательных элементов 10. В результате турбодетандер 5 работает в номинальном режиме.

Расходомер 20 в магистрали высокого давления измеряет текущее значение потока газа, проходящего через устройство. Разность давлений в магистралях высокого и низкого давлений определяется блоком вычисления разности давлений 25 на основе сигналов с датчиков давлений магистралях высокого давления 24 и низкого 4 давлений. На основе расхода газа и перепада давлений блок вычисления запасенной энергии 26 газа вырабатывает сигнал, пропорциональный энергии газа, преобразуемой на турбодетандере 5 и генераторе 6 в электрическую энергию переменного тока. Этот сигнал посредством корректора задатчика номинального режима 27 корректирует задатчик номинального режима 19 работы турбодетандера 5. Этим достигается согласование величин запасенной энергии сжатого газа и электроэнергии, отдаваемой в сеть.

Величина текущего значения запасенной энергии от блока вычисления запасенной энергии 26 газа через корректор задатчика максимальной нагрузки 28 поступает на задатчик максимальной нагрузки 30 турбодетандера 5. На втором блоке сравнения 29 происходит сравнение текущего значения запасенной энергии от блока вычисления запасенной энергии 26 газа и текущего значения вырабатываемой электроэнергии от сумматора 15, который суммирует нагрузку внешней электросети и нагревательных элементов 10 посредством датчика нагрузки внешней электросети 9 и датчика нагрузки 13 нагревательных элементов 10 через соответствующие масштабирующие усилители 16 и 17.

В результате на выходе второго блока сравнения 29 формируется сигнал рассогласования между текущими значениями запасенной энергии газа вырабатываемой электрической энергии.

В случае снижения потребления расхода газа сигнал рассогласования между текущими значениями запасенной энергии газа и вырабатываемой электрической энергии возрастает, вырабатываемой электроэнергии становится недостаточно, что приводит сначала к срабатыванию первого компаратора 31 и блока сигнализации максимального значения 32 внешней нагрузки, а затем к срабатыванию второго компаратора 33 и блока отключения 34 цепи внешней нагрузки.

В случае повышения потребления расхода газа рассогласование между текущими значениями запасенной энергии газа и вырабатываемой электрической энергии отрабатывается через корректор 27 и задатчик номинального режима работы 19 на блоке сравнения 18. В результате избыточная часть электрической энергии поступает на нагревательные элементы 10.

Минимальное значение электрической энергии, необходимой для надежной работы нагревательных элементов 10 в зависимости от текущего расхода газа, формируется посредством расходомера 20, корректора 21 и задатчика минимального значения 22 нагрузки нагревательных элементов 10. Сигнал от задатчика минимального значения 22 поступает на сумматор значения нагрузки 23 нагревательных элементов 10 и регулируемый силовой усилитель 14, что обеспечивает постоянное поддержание минимального значения электрической энергии, необходимой для надежной работы нагревательных элементов 10.

Такое техническое решение обеспечивает повышение надежности работы устройства посредством поддержания требуемой величины подогрева природного газа в зависимости от его расхода и согласования запасенной энергии сжатого газа и электроэнергии, отдаваемой в сеть.

Устройство регулирования давления в газовой магистрали с турбодетандером, содержащее газораспределительное устройство, выполненное в виде соединенных с магистралью высокого давления набора труб разного диаметра с установленными на них запорными устройствами, управляемыми через контроллер от датчика давления магистрали низкого давления, соединенного с турбодетандером, нагруженным электрическим генератором переменного тока, последовательно соединенным с регулируемым по напряжению выпрямителем и регулируемым по частоте инвертором, датчик нагрузки внешней электросети, соединенный с выходом регулируемого по частоте инвертора, нагревательные элементы, установленные на каждой из набора труб разного диаметра с силовыми ключами, управляемыми через контроллер, последовательно соединенные дополнительный выпрямитель, датчик нагрузки нагревательных элементов, регулируемый силовой усилитель, силовые ключи и нагревательные элементы, сумматор, первый вход которого через первый масштабирующий усилитель соединен с датчиком нагрузки внешней электросети, а второй - через второй масштабирующий усилитель с датчиком нагрузки нагревательных элементов, блок сравнения, первый вход которого соединен с задатчиком номинального режима работы турбодетандера, а второй - с выходом сумматора, выход блока сравнения соединен с управляющим входом регулируемого силового усилителя, вход дополнительного выпрямителя соединен с выходом электрического генератора переменного тока, отличающееся тем, что в него дополнительно введены расходомер в магистрали высокого давления, выход которого через корректор и задатчик минимального значения нагрузки нагревательных элементов соединен с первым входом сумматора значения нагрузки нагревательных элементов, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения, а выход - с управляющим входом регулируемого силового усилителя, датчик давления магистрали высокого давления, выход которого соединен с первым входом блока вычисления разности давлений, второй вход которого соединен с выходом датчика давления магистрали низкого давления, блок вычисления запасенной энергии газа, первый вход которого соединен с выходом расходомера в магистрали высокого давления, второй - с выходом блока вычисления разности давлений, а выход - с входами корректора задатчика номинального режима работы турбодетандера и корректора задатчика максимальной нагрузки турбодетандера, выход корректора задатчика номинального режима работы турбодетандера соединен с входом задатчика номинального режима работы турбодетандера, второй блок сравнения, первый вход которого через задатчик максимальной нагрузки турбодетандера соединен выходом корректора задатчика максимальной нагрузки турбодетандера, а второй - с выходом сумматора, выход второго блока сравнения через первый компаратор соединен с блоком сигнализации максимального значения внешней нагрузки и через второй компаратор - с блоком отключения в цепи внешней нагрузки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к газораспределительным станциям, располагаемым на ответвлениях магистральных трубопроводов, и может быть использовано в газовой промышленности.

Изобретение относится к устройству для непрерывного кондиционирования поступающего из хранилища природного газа перед его закачкой в распределительные трубопроводы для поставки потребителям.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту. .

Изобретение относится к устройствам для надежного переключения всего потока природного газа с турбодетандера на газопровод с регулятором давления газа и может быть использовано на тепловых электрических станциях, сжигающих природный газ, на газокомпрессорных станциях магистральных газопроводов.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано в системах транспортирования газа на компрессорных станциях в блоках подготовки топливного газа, на газораспределительных станциях, размещенных около конечных потребителей газа, и других местах, где можно использовать энергию, обусловленную перепадом давления.

Изобретение относится к газораспределительным станциям, располагаемым на ответвлениях магистральных трубопроводов, и может быть использовано в газовой промышленности.

Изобретение относится к антифрикционному агенту на основе меркаптотриазола для газопроводов и способу его приготовления. Антифрикционный агент готовят с помощью следующих этапов: получение 1,3-диаминотиомочевины из гидразингидрата и сероуглерода в массовом отношении от 3:1 до 4:1 под действием катализатора I; получение дитиокарбогидразона по реакции конденсации 1,3-диаминотиомочевины и ароматического альдегида в массовом отношении от 1:1 до 1:1,5; получение меркаптотриазольного соединения из дитиокарбогидразона и ароматического сложного эфира в массовом отношении от 1:1 до 1:3 под действием катализатора II; растворение меркаптотриазольного соединения в ацетоне, добавление туда фосфорной кислоты или фосфата(ов) и тщательное перемешивание их с получением целевого продукта.
Изобретение относится к газовой промышленности. Настоящее изобретение представляет способ и установку для нагрева природного газа, причем способ включает в себя следующие стадии: a) подачу природного газа, который имеет температуру от -10°C до 50°C и находится под давлением по меньшей мере в 30 бар, из трубопровода снабжения природным газом в первую систему полостей теплообменника, b) подачу средства нагрева (теплоносителя), имеющего температуру в пределах от 30°C до 160°C, во вторую систему полостей теплообменника, причем первая и вторая система полостей герметически изолированы друг от друга и от окружающей среды, c) нагрев природного газа в первой системе полостей до температуры в пределах от 20°C до 150°C посредством теплоносителя во второй системе полостей, причем в качестве теплообменника применяют пластинчатый теплообменник, включающий в себя по меньшей мере две пары теплообменных пластин.

Регулятор (1) давления эксплуатационного газа содержит проточный канал (2) для газа; перемещаемую задвижку (3), установленную в канале (2) с образованием сужения канала (2) для создания перепада давления газа с давления подачи до давления поставки; приводную камеру (4), сообщающуюся с расположенным ниже по потоку участком (2b), ограниченную первой перемещаемой стенкой (5), которая соединена с задвижкой (3) так, чтобы повышение давления поставки вызывало соответствующее смещение задвижки (3), приводящее к уменьшению поперечного сечения сужения, и наоборот; упругий элемент (8), выполненный с возможностью противодействия силе давления газа, воздействующей на первую перемещаемую стенку (5), путем приложения к ней заданной силы, стремящейся сместить задвижку (3) так, чтобы увеличить поперечное сечение сужения и компенсационную камеру (6), заполненную компенсационным газом и ограниченную второй перемещаемой стенкой (7), соединенной с задвижкой (3) так, чтобы обеспечивать возможность передачи силы давления компенсационного газа на задвижку (3).

Изобретение относится к газораспределительным станциям. Предложенная станция включает модуль подготовки газа, состоящий из блока переключения с узлами переключения высокого и низкого давления и узлом распределения, узла очистки газа, подогревателя с узлами нагрева газа и воздуха, блока одоризации газа с емкостью одоранта, расположенного на линии газа низкого давления, и блока автономного энергообеспечения.

Изобретение относится к газораспределительным станциям. Предложенная станция включает модуль подготовки газа, состоящий из блока переключения с узлами переключения высокого и низкого давления и узлом распределения, узла очистки газа, подогревателя с узлами нагрева газа и воздуха, блока одоризации газа с емкостью одоранта и блока автономного энергообеспечения.

Изобретение относится к области газоснабжения и может быть использовано в составе газораспределительных станций (ГРС) и газорегуляторных пунктов (ГРП) для утилизации энергии потока газа.

Изобретение относится к области транспорта газа по магистральным газопроводам, в частности к способам работы газораспределительной станции (ГРС). Способ работы ГРС включает средства измерения давления и температуры газа в газопроводах высокого и среднего давления, фильтрации и регулирования давления газа, согласно которому природный газ из газопровода высокого давления подают в аккумулирующие емкости одинакового объема, предварительно заполняют природным газом с давлением на 0,5-0,6 МПа выше, чем давление в газопроводе среднего давления, дросселируют газ с повышением давления до 2,5-3 МПа, при этом за счет сжатия газа в них повышается температура, после чего дросселируют, очищают от примесей и подают газ с положительной температурой в газопровод среднего давления для газоснабжения потребителей.

Изобретение относится к газовой технике, в частности к газораспределительным станциям (ГРС) для снижения давления газа в газопроводе. Технический результат - снижение энергоемкости эксплуатации ГРС за счет использования теплового потенциала вихревой трубы при получении электрического потенциала в термоэлектрическом генераторе.

Предлагаемое изобретение относится к газоснабжению и может быть использовано для обогрева и электроснабжения основного оборудования газораспределительных пунктов и газораспределительных станций путем трансформации энергии давления транспортируемого газа в тепловую, а тепловую в электрическую.

Изобретение относится к устройствам регулирования давления в газовой магистрали с помощью турбодетандеров и может быть использовано на газораспределительных станциях для выработки электрической энергии. Устройство содержит газораспределительное устройство, контроллер, датчики давления, турбодетандер, инвертор, датчик нагрузки, нагревательные элементы, силовые ключи, масштабирующие усилители, сумматоры, расходомер, блоки сравнения, корректор и задатчик номинального режима работы турбодетандера, корректор и задатчик минимального значения нагрузки нагревательных элементов, блок вычисления разности давлений, блок вычисления запасенной энергии газа, компараторы, блоки сигнализации и отключения максимального значения внешней нагрузки. Технический результат - повышение надежности работы устройства посредством поддержания требуемой величины подогрева природного газа в зависимости от его расхода и согласования запасенной энергии сжатого газа и электроэнергии, отдаваемой в сеть. 1 ил.

Наверх