ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ СТАНЦИЯ С ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКОЙ Российский патент 1994 года по МПК F17D1/04 F01K23/06 

Изобретение относится к области энергетики, в частности, к энергетическим установкам, утилизирующим энергию избыточного давления газа на газораспределительных станциях.

Известна энергетическая установка газораспределительной станции, содержащая турбодетандер для привода электрогенератора, подключенного на входе к магистральному газотрубопроводу перед редуцирующим устройством, а на выходе - за последним (см. "Газовая промышленность" N 11.1988. последняя страница обложки).

Недостатком известной установки является невозможность ее практического применения при отношении давлений на входе и выходе П > 1,5-2 из-за значительного понижения при этом температуры природного газа, а по условиям прочности газовых трубопроводов газ нельзя подавать в них после редуцирования при температуре ниже -10^оС.

Подогрев же газа до исходной температуры в теплообменнике, использующем тепло сжигаемого газа, сводит к нулю утилизацию.

Именно поэтому такие установки не нашли применения, хотя экспериментальные работы по их созданию велись с 1947 года.

Известна газораспределительная станция с энергетической установкой, содержащая турбодетандер для привода электрогенератора, газотурбинный двигатель с электрогенератором, тепло отработавших газов которого используется для подогрева природного газа, отбираемого от магистрального газотрубопровода перед редуцирующим устройством и подаваемого в турбодетандер (см. указанный источник).

За счет подогрева газа на входе в турбодетандер известной установки увеличивается мощность, вырабатываемая последним, повышается температура газа за редуцирующим устройством, что позволяет использовать установку на любых газораспределительных станциях.

Данная станция является аналогом предлагаемой.

Недостатком известной станции является ее недостаточная эффективность из-за недоиспользования тепла отработавших газов, т. к. значительное повышение температуры газа за детандером (более 70^оС) ограничивается изоляцией газотрубопровода, а также приводит к ограничению его пропускной способности и возрастанию сопротивления, вызываемого увеличением объема газа при неизменном его весовом расходе.

Целью данного изобретения является повышение эффективности и надежности газораспределительной станции, путем повышения КПД энергетической установки вследствие регенерации теплоты выходящего из турбодетандера газа, снижения потерь в газотрубопроводе и повышения надежности последнего вследствие оптимизации температур газа, поступающего в газотрубопровод после турбодетандера.

Эта цель достигается тем, что в энергетической установке, содержащей трубодетандер с электрогенератором, газотурбинный двигатель и подключенный к последнему по отработавшим газам утилизационный теплообменник подогрева газа, отбираемого от магистрального газопровода перед редуцирующим устройством, перед утилизационным теплообменником установлен регенеративный теплообменик, подключенный на входе к магистральному газотрубопроводу перед редуцирующим устройством, по греющей среде на входе - к выходу турбодетандера, а на выходе к магистральному газотрубопроводу за редуцирующим устройством. Газотурбинный двигатель кинематически связан с электрогенератором турбодетандера.

На чертеже схематично изображена газораспределительная станция с энергетической установкой.

Газораспределительная станция содержит трубодетандер 1, электрогенератор 2, газотурбинный двигатель 3, теплообменник-утилизатор 4 и теплообменник-регенератор 5, а также магистральный газотрубопровод 6 с редуцирующим устройством 7 и трубопровод 8 отбора газа.

Устройство работает следующим образом.

Природный газ забирается из магистрального газотрубопровода 6 перед редуцирующим устройством 7 и по трубопроводу 8 поступает в теплообменник-регенератор 5, где подогревается обратным потоком газа из турбодетандера 1. Из регенеративного теплообменника-регенератора 5 газ сначала поступает в теплообменник-утилизатор 4, где прогревается отработавшими газами газотурбинного двигателя 3, а затем - в турбодетандер 1. В турбодетандере 1 газ расширяется с производством работы, передаваемой электрогенератору 2, к последнему кинематически подключен и газотурбинный двигатель 3 для передачи первому своей вырабатываемой мощности.

Расширившийся и частично охлажденный газ после турбодетандера 1 поступает в теплообменник-регенератор 5 для предварительного подогрева отобранного от магистрального газотрубопровода газа, а затем сбрасывается в магистральный газотрубопровод за редуцирующим устройством 7, будучи охлажденным до температуры, незначительно (на 10-50^оС) превышающей температуру газа в магистральном газотрубопроводе 6.

Подогрев газа магистрального газотрубопровода в теплообменнике-регенераторе теплом отработавшего в турбодетандере газа позволяет повысить как экономичность установки в целом за счет использования тепла отработавшего в турбодетандере газа, так и повысить экономичность газотурбинного двигателя, не требующего повышенного расхода топлива на повышение температуры отработавших газов для подогрева газа перед турбодетандером.

Установка на выходе из турбодетандера регенеративного теплообменника, понижающего температуру газа, подаваемого в газотурбопровод, позволяет также снять ограничение по повышению температуры подогрева газа перед турбодетандером. И, следовательно, повысить эффективность установки в целом.

Работа турбодетандера и газотурбинного двигателя на один электрогенератор защищает установку при аварийном сбросе электрической нагрузки, так как компрессор газотурбинного двигателя является дополнительной нагрузкой при разгоне. Упрощается и система регулирования установки, так как отпадает необходимость в поддержании частоты вращения отдельной системой, поскольку данную функцию выполняет система регулирования газотурбинного двигателя, воздействуя на мощность турбодетандера изменением температуры отработавших газов.

(56) Европейская заявка N 0004398, кл. F 17 D 1/04, 1974.

Использование: в газораспределительных станциях, в составе которых имеется энергетическая установка. Сущность изобретения: газораспределительная станция содержит магистральный газотрубопровод 6 с редуцирующим устройством 7, а также газотурбинный двигатель 3 с теплообменником-утилизатором 4 на выходе и турбодетандер 1. Турбодетандер 1 подключен к магистральному газотрубопроводу 6 своим входом через теплообменник-утилизатор 4 и теплообменник-регенератор 5 перед редуцирующим устройством 7, а своим выходом через теплообменник-регенератор 5 - после редуцирующего устройства 7. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ СТАНЦИЯ С ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКОЙ, содержащая магистральный газотрубопровод с редуцирующим устройством, газотурбинный двигатель с теплообменником-утилизатором на выходе для нагрева отобранного перед редуцирующим устройством из магистрального газотрубопровода газа и турбодетандер с электрогенератором, при этом вход турбодетандера подсоединен к выходу теплообменника-утилизатора, отличающаяся тем, что она снабжена теплообменником-регенератором для предварительного нагрева упомянутого отобранного газа, установленным перед теплообменником-утилизатором и подключенным по греющей среде своими входом и выходом соответственно к выходу турбодетандера и газотрубопроводу после редуцирующего устройства, а по нагреваемой среде, соответственно, входом - к магистральному газотрубопроводу перед редуцирующим устройством и выходом - ко входу теплообменника-утилизатора. 2. Станция по п. 1, отличающаяся тем, что газотурбинный двигатель кинематически соединен с электрогенератором турбодетандера.