СПОСОБ РАБОТЫ ГАЗОЭЖЕКТОРНО-ТУРБИННОГО АГРЕГАТА Российский патент 2000 года по МПК F04F5/54 F25B11/00 

Изобретение относится к способам утилизации избыточного давления природного газа в системе газораспределения и наибольшее применение может найти при снижении давления газа на газораспределительных станциях (ГРС) и газорегуляторных пунктах (ГРП).

Известен способ эффективного использования турбодетандера взамен редуктора давления для снижения избыточного давления природного газа на ГРС и ГРП. Так, по техническому решению, принятому за аналог и представленному в рекламном проспекте "Внешторгиздат. Изд. N 01М032/5, 1989", турбодетандер в виде одноступенчатой центростремительной турбины работает на снижении давления природного газа расходом 4 кг/с и производит мощность в количестве 300 кВт. Эта мощность через редуктор передается электрогенератору. Таким образом, при снижении избыточного давления природного газа достигается положительный эффект - вырабатывается электроэнергия. Однако недостатком технического решения, принятого за аналог, является низкая надежность работы установки из-за получения температуры природного газа за турбиной ниже 273 К.

Известен способ работы газотурбодетандерной установки по патенту РФ N 2091592 от 23 августа 1994 года, принятый за прототип и основанный на совмещении работы турбодетандера природного газа и работы авиационного газотурбинного двигателя (АГТД) с поддержанием температуры выходящего из турбодетандера природного газа не ниже 273 К путем предварительного нагрева его теплом выхлопных газов АГТД. При этом снижение температуры природного газа (ПГ) при снижении его давления в турбодетандере, соединенном механически с потребителем мощности, компенсируется соответствующим или большим приращением входной температуры ПГ. Таким образом, в техническом решении по прототипу снижают давление природного газа, поддерживают его температуру на уровне не ниже 273 К и используют для получения полезной мощности турбину, соединенную механически с потребителем мощности.

Однако недостатками технического решения по прототипу являются малый ресурс работы установки из-за использования АГТД и низкая надежность из-за возможного появления утечек природного газа при его прохождении через турбину.

Задачами предлагаемого изобретения являются повышение ресурса работы агрегата и повышение его надежности. Эти задачи решаются тем, что в предлагаемом способе работы газоэжекторно-турбинного агрегата снижают давление природного газа, поддерживают его температуру на уровне не ниже 273 К и используют для получения полезной мощности турбину, соединенную механически с потребителем мощности, причем природный газ пропускают через эжектор, с помощью которого создают разрежение на выходе из турбины, через которую пропускают воздух из атмосферы, и получаемую в эжекторе газовоздушную смесь с объемным содержанием природного газа не менее 30% от объема смеси направляют в теплогенераторное устройство.

Заявителю не известны технические решения, содержащие признаки, схожие с признаками, отличающими заявленное решение от прототипа, что позволяет считать предложенное решение патентоспособным.

Конструктивная схема агрегата, реализующего предложенный способ, представлена на чертеже. Она включает магистраль 1 природного газа высокого давления, эжектор 2, магистраль 3, воздушную турбину 4 с выходом 5, потребитель 6 мощности, теплогенераторное устройство 7, регулировочный орган 8.

Работа агрегата, представленного на чертеже, осуществляется следующим образом. При открытии регулировочного органа 8 природный газ высокого давления по магистрали 3 поступает в эжектор 2, который за счет высокоскоростного потока природного газа создает разрежение на выходе 5 воздушной турбины 4. За счет этого разрежения воздух поступает из атмосферы в турбину 4 и затем через выход 5 в эжектор 2, в котором происходит смешение природного газа и воздуха. Газовоздушная смесь из эжектора 2 поступает в теплогенераторное устройство 7, в котором происходит ее сжигание. Поддержание объемного содержания природного газа не менее 30% объема газовоздушной смеси осуществляется подбором эжектора 2 и корректируется регулировочным органом 8. Мощность воздушной турбины 4 передается потребителю мощности 6. Предел по 30%-ному содержанию природного газа в смеси обусловлен ограничением, связанным с возможностью образования гремучей смеси.

Повышение ресурса работы агрегата, представленного на чертеже, достигается использованием малого уровня давлений в воздушной турбине 4, а повышение надежности - отсутствием природного газа в турбине. Одним из преимуществ предлагаемого агрегата является его простота и использование надежных элементов и узлов, его составляющих. Кроме того, в процессе снижения давления природного газа дополнительно получается полезный эффект в виде мощности потребителя 6.

Для иллюстрации изложенного приводим результаты расчета агрегата, схематично представленного на чертеже, при следующих исходных данных.

1. Давление природного газа в магистрали 1 - 1,3 МПа
2. КПД турбины 4 - 0,7
3. Температура наружного воздуха - 288 К
4. Температура природного газа в магистрали 1- 288 К
5. Расход природного газа через эжектор 2 - 0,6 кг/с
6. Давление газовоздушной смеси за эжектором 2 - 0,1 МПа
7. Расход воздуха через турбину 4 - 0,6 кг/с
Расчеты при использовании приведенных исходных данных показывают, что отношение давлений на турбине 4 равно 1,9, а ее мощность достигает 20 кВт. При этом температура газовоздушной смеси за эжектором 2 составляет 277 К. В качестве теплогенераторных устройств 7 могут быть использованы различные нагревательные печи общепромышленного применения, а также устройства типа ТГУ-500 производства КБ химавтоматики, г. Воронеж.

Предлагаемые агрегаты могут найти применение на ГРС промышленных объектов, на которых помимо использования природного газа для получения тепла может быть полезна получаемая попутно электроэнергия.

Предполагается внедрение способа в АО "Краснодарнефтегаз" в 1999 году.

Изобретение относится к способам утилизации избыточного давления природного газа. Природный газ пропускают через эжектор, с помощью которого создают разрежение на выходе из турбины. Через турбину пропускают воздух из атмосферы. Полученную в эжекторе газовоздушную смесь с объемным содержанием природного газа не менее 30% от объема смеси направляют в теплогенерирующее устройство. При снижении давления природного газа поддерживают его температуру на уровне не ниже 273 К. В результате повышается ресурс работы и надежность работы агрегата. 1 ил.

Способ работы газоэжекторно-турбинного агрегата, заключающийся в том, что снижают давление природного газа, поддерживают его температуру на уровнях не ниже 273K и используют для получения полезной мощности турбину, соединенную механически с потребителем мощности, отличающийся тем, что природный газ пропускают через эжектор, с помощью которого создают разрежение на выходе из турбины, через которую пропускают воздух из атмосферы, и получаемую в эжекторе газовоздушную смесь с объемным содержанием природного газа не менее 30% от объема смеси направляют в теплогенераторное устройство.