ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ РЕДУЦИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА Российский патент 1994 года по МПК F02C6/08 

Изобретение относится к газотурбинным установкам с рекуперацией тепла и с реализацией турбодетандерного эффекта. Может быть использовано при создании наземных энергоустановок высокой эффективности, особенно применительно к перекачке и доставке к потребителю природного газа.

Турбодетандерный эффект заключается в использовании турбины для охлаждения газа за счет его расширения с совершением внешней работы. Этот эффект широко используется в турбохолодильных машинах (ТХМ), составными узлами которых являются компрессор, теплообменник, турбина и привод. Однако получение охлажденного газа сопряжено с низкой эффективностью рабочего процесса типичного ТХМ, что обусловлено необходимостью значительного подвода внешней энергии к ней и выражается низким значением холодильного коэффициента.

Известна утилизационная турбодетандерная установка УТДУ-2500 по получению дополнительной энергии и холодного природного газа при редуцировании его давления. Установка УТДУ-2500 характеризуется высокой эффективностью рабочего процесса за счет, главным образом, использования избыточного давления природного газа по отношению к давлению газа, поступающего к потребителю, однако, при низкой надежности функционирования. Последнее обусловлено отсутствием съема холода в выходной магистрали турбодетандера, что приводит к выпаданию в ней нежелательных примесей, в частности, газгидратных образований.

Известна энергетическая установка, принятая за прототип и содержащая нагнетатель с выходной магистралью, два турбодетандера, по крайней мере, один из которых расположен в магистрали природного газа, теплообменник и соединительные магистрали. Транспортируемый природный газ поступает в нагнетатель, после сжатия в котором необходимое количество газа собирается в турбодетандеры для выработки электрической энергии на собственные нужды. Нагнетатель имеет газотурбинный привод, для работы которого требуется затрата природного газа в качестве топлива. Таким образом, за счет расширения газа в турбодетандерах получается полезная механическая энергия, подводимая к электрогенераторам, и значительный хладоресурс, который полезно используется в холодильнике. Кроме того, повышение температуры природного газа в теплообменнике, установленном пред турбодетандерами, повышает КПД последних.

Однако недостатками технического решения по прототипу являются низкие экологические показатели и эффективность из-за необходимости сжигания части природного газа, потребного для работы привода нагнетателя.

Изобретение решает задачу повышения эффективности и улучшения экологических показателей путем получения раздельных потоков холодного и горячего воздуха, а также свободной механической энергии в процессе редуцирования давления природного газа на газораспределительных станциях и газорегуляторных пунктах. Поставленная задача решается тем, что энергетическая установка для редуцирования давления природного газа содержит компрессор с выходной магистралью, расположенные на одном валу два турбодетандера, один из которых - газовый - с выходной магистралью, теплообменник, перепускную магистраль и магистраль природного газа, причем установка снабжена воздушной магистралью и магистралью отбора горячего воздуха с органом регулирования, а турбодетандеры - регулируемыми сопловыми аппаратами, при этом компрессор установлен на валу турбодетандеров, сообщенным с потребителем свободной механической энергии, и соединен входом с атмосферой, второй турбодетандер - воздушный - установлен в воздушной магистрали и соединен с выходной магистралью компрессора через теплообменник, установленный в магистрали природного газа перед газовым турбодетандером, выходная магистраль которого связана с магистралью природного газа перепускной магистралью, расположенной за теплообменником, а воздушная магистраль сообщена перед воздушным турбодетандером с магистралью отбора горячего воздуха.

На чертеже изображена конструктивная схема энергетической установки для редуцирования давления природного газа.

Устройство содержит турбодетандер 1 природного газа с выходной магистралью 2, установленной в магистрали 3 природного газа, компрессор 4 с выходной магистралью 5, воздушный турбодетандер 6, установленный в воздушной магистрали 7, общий вал 8, теплообменник 9, включенный в магистраль 3 природного газа и сопряженный с воздушной магистралью 7, соединенной с выходной магистралью 5, регулируемый сопловой аппарат 10, включенный в газовый турбодетандер 1, регулируемый сопловой аппарат 11, включенный в воздушный турбодетандер 6, магистраль 12 отбора горячего воздуха за теплообменником 9 перед воздушным турбодетандером 6 с органом 13 регулирования, перепускную магистраль 14 с органом 15 регулирования, потребитель 16 свободной механической энергии. (56) Авторское свидетельство СССР N 1372079 кл. F 02 C 6/08, 1988.

Использование: турбостроение, в частности энергетические установки для редуцирования давления природного газа, используемые для перекачки и доставки к потребителю природного газа. Сущность изобретения: природный газ высокого давления на магистрали 3, прохода теплообменник 9, повышает свою температуру и поступает в турбодетандер 1. Поддержание требуемых значений температуры и давления природного газа в выходной магистрали 2 осуществляется с помощью регулируемого соплового аппарата 10 и органа регулирования 15 перепускной магистрали 14. Мощность, вырабатываемая турбодетандером 1, сообщается потребителю 16 и воздушному компрессору 4. В результате воздух после компрессора 4 и теплообменника 9 поступает в воздушную магистраль 7, где разделяется на два потока. После воздушного турбодетандера 6 воздух снижает свою температуру и в итоге потребитель получает два потока холодного и горячего воздуха, а также свободную механическую энергию за счет энергии редуцируемого давления природного газа. 1 ил.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ РЕДУЦИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА, содержащая компрессор с выходной магистралью, расположенные на одном валу два турбодетандера, один из которых - газовый с выходной магистралью, теплообменник, перепускную магистраль и магистраль природного газа, отличающаяся тем, что установка снабжена воздушной магистралью и магистралью отбора горячего воздуха с органом регулирования, а турбодетандеры - регулируемыми сопловыми аппаратами, при этом компрессор установлен на валу турбодетандеров, сообщенном с потребителем свободной механической энергии, и соединен входом с атмосферой, второй турбодетандер, воздушный, установлен в воздушной магистрали и соединен с выходной магистралью компрессора через теплообменник, установленный в магистрали природного газа перед газовым турбодетандером, выходная магистраль которого связана с магистралью природного газа перепускной магистралью, расположенной за теплообменником, а воздушная магистраль сообщена перед воздушным турбодетандером с магистралью отбора горячего воздуха.