СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ ГАЗА ПРИ РЕДУЦИРОВАНИИ НА ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СТАНЦИЯХ И УСТРОЙСТВО, ЕГО РЕАЛИЗУЮЩЕЕ Российский патент 2003 года по МПК F17D1/04 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано в системах транспорта сжатого природного газа для интегрированной выработки электроэнергии и сжиженного газа.

Известен способ утилизации потенциальной энергии сжатого природного газа - классический дроссельный цикл. Ожижение в нем основано исключительно на рекуперативной утилизации прямым потоком газа высокого давления холода несконденсировавшей части сжижаемого потока газа/1/. Технологически он заключен в охлаждении газа в рекуперативном теплообменнике, дросселировании и разделении образующейся в парожидкостной смеси в конденсатосборнике с выводом паров в рекуперативном теплообменнике, а жидкости - потребителю. Основным недостатком способа является малый коэффициент сжижения. Повышение коэффициента сжижения газа обычно достигается за счет введения в цикл дополнительных источников холодопроизводительности.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ утилизации потенциальной энергии сжатого природного газа при редуцировании на газораспределительных станциях (ГРС) и контрольно-регуляторных пунктах (КРП), заключающийся в разделение отбираемого газа на два потока, один из которых направляют на вход в вихревые энергоразделители, где потенциальную энергию потока срабатывают и разделяют на горячий и холодный потоки в несколько операций. Первоначально разделение происходит при расширении газа в сопловом вводе, когда снижение температуры в потоке вызывает конденсацию части высококипящих фракций тяжелых углеводородов. Образовавшаяся при этом газожидкостная смесь поступает в камеру разделения, где образуется закрученный двухфазный поток, состоящий из жидкостного кольца на стенке камеры и газового ядра. Температурное разделение газового ядра приводит к нагреванию его периферийных слоев и охлаждению приосевых. При этом испарение жидкости кольца и капель жидкости, сконденсированных в приосевых слоях высококипящих фракций, происходит под действием теплоты, подведенной от газового вихря. Горячий поток, образованный периферийными слоями, выводят из камеры, а затем охлаждают в расположенном по ходу потока компенсационном теплообменнике, подают в конденсатосборники, смешивают с холодным потоком из вихревого энергоразделителя, срабатывают потенциальную энергию смешанного потока газа в последовательно расположенных по ходу потока газа дополнительных детандерах, нагревают в теплообменниках, смешивают со вторым потоком, который после предварительного подогрева в теплообменнике, последовательно срабатывают потенциальную энергию в замыкающих детандерах, охлаждают в теплообменниках, подают в конденсатосборник и выделяют из него жидкие фракции тяжелых углеводородов.

Для осуществления указанного способа служит устройство, содержащее подключенные к источнику газа высокого давления регулятор давления, вихревые энергоразделители и последовательно соединенные между собой компенсационный и дополнительный детандеры с электрогенераторами и муфтами, промежуточными теплообменниками, отсечные клапаны, установленные на соединительных трубопроводах, раздающий патрубок, один конец которого соединен через регулятор давления с вихревым энергоразделителем, а другой - с последовательно соединенными между собой отсечными клапанами, входным теплообменником, компенсационным детандером, дополнительным теплообменником с конденсатосборником, выходным смесителем и коллектором раздачи газа низкого давления, при этом высокотемпературный выход вихревого энергоразделителя соединяет трубопроводом горячего потока последовательно расположенные входной и дополнительный теплообменники с одним из выходов смесителя, а другой вход соединен с низкотемпературным выходом вихревого энергоразделителя, причем выход смесителя соединен с дополнительным детандером с муфтой и потребителем механической энергии, теплообменником, выход которого через отсечные клапаны связан с коллектором раздачи газа низкого давления /2/.

Недостатком этого способа и устройства, его реализующего, является низкая эффективность применяемых вихревых энергоразделителей, которые не обеспечивают требуемую степень сепарации и отвода сконденсированной жидкости со стенок разделительной камеры, что существенно ограничивает достижение максимально возможного температурного и фазового разделения потока и как следствие допустимого перепада давлений на детандерах, который обычно срабатывается при редуцировании на ГРС и КРП без нарушения требований по температуре для потока низкого давления, выходящего из устройства и равной T_вых≥273K.

Техническая задача изобретения - создание новой интегрированной энергосберегающей технологии, обеспечивающей наиболее полное срабатывание потенциальной энергии всего спектра потребляемых расходов сжатого газа из магистрального трубопровода и его перепадов давления при редуцировании на ГРС и КРП, для получения в максимальном количестве конечного полезного продукта, а именно электроэнергии и сжиженного газа.

Для решения технической задачи в способе утилизации потенциальной энергии сжатого природного газа при редуцировании на ГРС и КРП, включающем разделение отбираемого газа на несколько потоков, один из которых направляют в вихревые энергоразделители, где потенциальную энергию потока срабатывают и разделяют на горячий и холодный потоки, причем горячий поток газа охлаждают в теплообменниках, подают в конденсатосборники, конденсируют и выделяют из него жидкие фракции тяжелых углеводородов, смешивают с холодным потоком из вихревых энергоразделителей, срабатывают потенциальную энергию смешанного потока газа в дополнительном детандере, нагревают в теплообменниках, смешивают со вторым потоком, который после предварительного подогрева во входном теплообменнике, срабатывают потенциальную энергию в компенсационном детандере, нагревают в выходном теплообменнике и подают в коллектор раздачи газа низкого давления, согласно изобретению, отбираемый сжатый природный газ разделяют на три потока, потенциальную энергию первого потока срабатывают ступенчато в одном или более последовательно расположенных по горячему потоку конусообразных энергораздедительных камерах, разделяют на горячий и холодный потоки, горячий поток каждой предыдущей камеры подают на вход последущей, конденсируют к отделяют жидкую фазу тяжелых углеводородов в конденсатосборнике первой энергоразделительной камеры, запитывают вихревые энергоразделители третьим дополнительным потоком, в котором задают давление газа, подают в приосевую зону камеры, закручивают и эжектируют рециркулируемую часть входного потока, подогревают выходящим горячим потоком через входной теплообменник, второй поток газа направляют в компенсационный детандер, охлаждают в дополнительном теплообменнике, конденсируют к отделяют от газа жидкую фазу тяжелых углеводородов в выходном конденсатосборнике. смешивают с холодным потоком от одной, двух или более вихревых энергоразделительных камер.

Кроме того, формируют дополнительный поток путем смешения третьего и части в соотношении 0,2-0,65 от второго, который предварительно подогревают горячим потоком, выходящим из замыкающей вихревой энергоразделительной камеры. При этом соотношение расходов холодного и горячего потоков газа на выходе из последовательности вихревых энергоразделительных камер с подводом в приосевую зону закрученного эжектируемого дополнительным третьим потоком равно Q_х/Q_г=3,2-4,2, а расход сжатого газа, направляемого в качестве третьего, дополнительного потока в приосевую зону каждой вихревой энергоразделительной камеры задают Q_доп= 0,15-0,35Q_Σi, где Q_Σi суммарный расход газа в сопловом вводе i-й разделительной камеры, причем отношение расходов холодного и суммарного потоков сжатого газа в первую трехпоточную энергоразделительную камеру составляет μ₁ = Q_x/Q_Σ1 = 0,2-0,4. а отношение расходов во вторую Q_Σ2 и последующие Q_Σi двухпоточные вихревые конусообразные энергоразделительные камеры составляет μ₁ = Q_x/Q_Σ2 = Q_x/Q_Σi = 0,7-0,8.
Кроме того, срабатывание потенциальной энергии сжатого газа осуществляется в трехпоточной и двухпоточной вихревых конусообразных энергоразделительных камерах с подводом закрученного эжектируемого дополнительным потока газа, в компенсационном и дополнительном детандерах, разделенных теплообменниками с выходным конденсатосборником со следующим распределением перепадов давлений π_эр1 = 1,9; π_эр2 = 2,2; π_T1 = 4,72; π_T2 = 1,9, температур Т_Г1= 386К; Т_Г2= 460К; Т_Х1= 224К; Т_Х2=204К; Т_ВХ=278К; T_ВЫХ=273K и расходов Q_доп1/Q_Σ1 = 0,3; Q_доп2/Q_Σ2 = 0,17; μ₁ = 0,3; μ₂ = 0,72
или в двухпоточной вихревой конусообразной энергоразделительной камеры с приосевым подводом закрученного, эжектируемого дополнительным потоком газа, компенсационном и дополнительном детандерах, разделенных теплообменниками с выходным конденсатосборником со следующими перепадами давлений π_эр1 = 3,0; π_T1 = 5,95; π_T2 = 2,1, температур Т_Г1=415К; Т_Х1=220К; Т_ВХ=278К; Т_ВЫХ=256К и расходов Q_доп1/Q_Σ1 = 0.3; μ₁ = 0,7.
Соотношение расходов горячего и холодного потоков на выходе из каждой вихревой энергоразделительной камеры с подводом в приоcевую зону закрученного, эжектируемого третьим дополнительным потока газа составляет Q_x+Q_доп/Q_Σi = 0,6-1,2, при этом соотношение расхода газа, направляемого в вихревые энергоразделители Q_Σi, задают равным 0.7... 1.0 Q_Σ от общего расхода, направляемого потребителю, а перепад давлений, срабатываемых в каждой вихревой энергоразделительной камере с приосевым подводом закрученного, эжектируемого третьим дополнительным потоком газа выбирают равным π_эр = 1,85-5,0.
Перепад давлений и количество вихревых энергоразделительных камер и детандеров задают из условия выполнения требований максимальной сепарации и наибольшего выхода жидкой фазы тяжелых углеводородов из природного газа. Температура подогрева второго потока сжатого природного газа и перепад давлений на компенсационном детандере задают из условия обеспечения температуры газа в выходном коллекторе потребителя низкого давления не ниже Т_вых≥273К.

Ниже в качестве примеров реализации способа утилизации приведены основные параметры энергосберегающей системы, при этом соотношение расходов, подаваемых в вихревые энергоразделительные камеры, и перепады давлений, срабатываемых на них и в детандерах, и диапазоны температур, достигаемые на выходе из устройства, в зависимости от количества вихревых энергоразделительных камер равны:
- для схемы с трех- и двухпоточными энергоразделителями: π_эр1 = 1,9; π_эр2 = 2,2; π_T1 = 4,72; π_T2 = 1,9; Т_Г1= 386К; Т_Г2= 460К; Т_Х1= 224К; Т_Х2= 204К; Т_ВХ= 278К; T_ВЫХ=273K; Q_доп1/Q_Σ1 = 0.3; Q_доп2/Q_Σ2 = 0,17; μ₁ = 0,3; μ₂ = 0,72,при углах раскрытия конусообразных корпусов энергоразделительных камер ϕ₁ = 3,2^°; ϕ₂ = 6,8^°
- для схемы с одним двухпоточным энергоразделителем: π_эр1 = 3,0; π_T1 = 5,95; π_T2 = 2,1, Т_Г1=415К; Т_Х1=220К; Т_ВХ=278К; T_ВЫХ=256K; Q_доп1/Q_Σ1 = 0,3; μ₁ = 0,7, при углах раскрытия конусообразных корпусов энергоразделительных камер ϕ₁ = 3,2^°; ϕ₂ = 7,2^°.
Устройство для утилизации потенциальной энергии сжатого газа в системах его транспортирования, содержащее подключенные к источнику газа высокого давления регулятор давления, вихревые энергоразделители и последовательно соединенные между собой детандерами с электрогенераторами и муфтами, промежуточными теплообменниками, отсечные клапаны, установленные на соединительных трубопроводах, раздающий патрубок, один конец которого соединен через регулятор давления с энергоразделителем, а другой - с последовательно соединенными между собой отсечными клапанами, входным теплообменником, компенсационным детандером, теплообменником, выходным смесителем и коллектором раздачи газа низкого давления, при этом высокотемпературный выход энергоразделителя соединяет трубопроводом горячего потока последовательно расположенные входной и дополнительный теплообменники, конденсатосборник - с одним из входов смесителя, а другой вход соединен с низкотемпературным выходом энергоразделителя, причем выход смесителя соединен через дополнительный детандер с муфтой и потребителем энергии, и теплообменник с коллектором раздачи газа низкого давления, согласно изобретению, оно снабжено одним или более вихревыми энергоразделителями с конусообразными камерами, последовательно соединенными между собой трубопроводами, причем выходной канал горячего потока предыдущего энергоразделителя пневматически связан через отсечные клапаны со входным устройством последующего энергоразделителя и с входным теплообменником, а в торце конусообразных энергоразделительных камер установлены трубки дополнительного подвода газа - активные сопла эжекторов, камеры смешения которых установлены внутри конусообразных энергоразделительных камер коаксиально трубкам дополнительного подвода газа и пневматически, через смеситель потоков и отсечные клапаны связаны с подводящим потоком и с заборником газа, расположенным за входным теплообменником, а входной регулятор давления пневматически связан через блок согласования и задатчик давления с регуляторами давления дополнительных потоков вихревых энергоразделительных камер. Причем эжектор подвода дополнительного потока газа снабжен приемной камерой, пневматически связанной трубопроводом с отсечными клапанами и с заборником газа, установленным перед дополнительным детандером, а в выходном сечении камеры смешения эжектора закреплены сменные завихрители дополнительного потока. Кроме того, корпусы вихревых энергоразделительных камер выполнены из двух и более усеченных конусов, установленных в местах подвода сжатого газа с углами раскрытия ϕ₁ = 3,1-4,8^°; ϕ₂ = 3,4-8,2^°, и соединены между собой цилиндрическими вставками, причем первая вихревая энергоразделительная камера выполнена трехпоточной с корпусом, состоящим из переднего усеченного конуса, равного ϕ₁ = 3,2^°, и заднего,равного ϕ₂ = 6,8^°, и цилиндрической вставки, установленной между ними, а вторая и последующие вихревые энергоразделительные камеры выполнены двухпоточными с корпусами, состоящими из переднего усеченного конуса, равного ϕ₁ = 3,2^°, и второго - ϕ_2/= 7,2^°. На входе в эжектор установлены регуляторы давления, пневматически связанные через блок согласования с входным регулятором давления, а устройство утилизации потенциальной энергии сжатого газа снабжено обводным трубопроводом с редукционным клапаном, пневматически связанным через отсечной клапан с коллектором раздачи газа низкого давления и компенсационным трубопроводом.

Утилизация в процессе редуцирования на ГРС и КРП потенциальной энергии сжатого газа, транспортируемого в магистральных трубопроводах, включающая разделение поступающего газа высокого давления на три неравных потока, с последующим энергетическим разделением большего из них. в одной трехпоточной и в одной или более двухпоточных вихревых конусообразных энергоразделительных камерах с подводом в каждую из них третьего, предварительно закрученного дополнительного потока газа высокого давления, последовательно соединенных между собой на холодный, практически сухой, а также на горячий, насыщенный тяжелыми углеводородами потоки и жидкий конденсат, причем горячий поток предыдущей камеры энергетически разделяют на горячий и холодный потоки в последующих вихревых конусообразных камерах, последовательное охлаждение горячего потока в теплообменниках, установленных между ступенями расширения газа, подачу газа в конденсатосборники с отделением и сбором в них, по мере охлаждения газа, высококипящих жидких фракций тяжелых углеводородов, смешение очищенного от тяжелых углеводородных фракций газа с холодным сухим потоком вихревых энергоразделительных камер и ступенчатое срабатывание потенциальной энергии смешанного потока осушенного газа в детандерах с отводом механической энергии для привода электрогенератора, и позволяет обеспечить получение оптимального соотношения электроэнергии и сжиженного газа.

Введение в термодинамический цикл наряду с детандерами с промежуточными теплообменниками последовательно установленных по горячему потоку конусообразных вихревых энергоразделительных камер с подводом закрученного, эжектируемого дополнительным потока газа позволяет реализовать многоступенчатое энергоразделение природного газа высокого давления и повысить глубину его переработки путем поступенчатого выделения жидких фракций тяжелых углеводородов. Использование последовательности трех- и двухпоточных вихревых энергоразделителей позволяет, во-первых, осуществить отвод жидкости высококипящих фракций в промежуточном сечении камеры. Отвод жидкости со стенки камеры ведет к повышению температуры периферийных слоев вихря, который формирует выходящий из камеры горячий поток, насыщенный оставшимися в потоке фракциями тяжелых углеводородов. Подвод горячего потока к сопловому вводу двухпоточного вихревого энергоразделителя позволяет осуществить температурное разделение потока, причем выходящий горячий поток имеет повышенную концентрацию высоких углеводородов, что позволит в дальнейшем увеличить степень выхода жидкой фазы из газа в конденсатосборниках, расположенных за детандерами. Исследования, проведенные авторами, показали, что наибольшей эффективностью с точки зрения энергетического и фазового разделения потока сжатого природного газа обладают вихревые конусообразные энергоразделительные камеры с подводом в приосевую зону через эжектор закрученного дополнительного потока с соотношением расходов Q_доп/Q_Σi = 0,15-0,35. Установлено, что при соотношении расходов Q_доп/Q_Σi больших 0.35 происходит значительное снижение температуры горячего потока, выходящего из вихревого энергоразделителя, а при Q_доп/Q_Σi меньших 0,15 происходит резкое падение выхода жидкой фазы в конденсатосборнике трехпоточной вихревой энергоразделительной камеры с подводом в приосевую зону закрученного, эжектируемого дополнительным потоком газа.

Введение в вихревую энергоразделительную камеру противоточного регулируемого эжектора позволяет искусственно затормозить с разной степенью подпора вихревой поток на горячем конце энергоразделительной камеры, что создает оптимальные условия для формирования завихренного приосевого потока, направленного к диафрагме, а следовательно, позволяет либо уменьшить длину камеры разделения, либо повысить долю потенциальной энергии дополнительного потока, срабатываемую при эжектировании его в приосевой зоне конусообразной камеры энергоразделения. Кроме того, введение регулируемого подпора от эжекторов с переменным давлением активного газа позволяет увеличить радиальный градиент тангенциальных составляющих скоростей в зоне интенсивного энергообмена между закрученными потоками, т. е. приводит к повышению КПД вихревого энергоразделителя.

Увеличение живого сечения противоточного течения от эжектора приводит, с одной стороны, к смещению границы между периферийными и приосевыми потоками в сторону больших радиусов, тем самым повышая эффективность турбулентного взаимодействия между потоками. С другой стороны, оно уменьшает перепад давлений газа в камере разделения. т.е. сокращает затраты потенциальной энергии на энерго - и фазовые превращения.

Введение ступенчатого подогрева второго потока сжатого газа в последовательно расположенных вихревых энергоразделительных камерах позволяет, с одной стороны, охладить горячий поток, направляемый в систему сжижения газа, а с другой стороны - обеспечить срабатывание природного газа в компенсационных детандерах без выделения гидратных отложений.

Исследования, проведенные авторами, показали, что схема расположения конусообразных вихревых энергоразделительных камер с подводом закрученного, эжектируемого дополнительным потоком газа, их количество оказывают существенное влияние на итоговую мощность, вырабатываемую электрогенераторами, и на полноту выхода жидких фракций тяжелых углеводородов из природного газа.

Введение разделительного патрубка позволяет разделить поток газа высокого давления на три части, одна из которых, большая, направляется в вихревые энергоразделительные камеры, а другая - в компенсационные детандедеры, третья - в торцевую часть разделительной камеры для питания через управляемые редукторы эжекторов наддува приосевого течения.

Введение первой трех и последующих двухпоточных вихревых энергоразделительных камер позволяет осуществить более глубокое энергетическое и фазовое разделение потока природного газа высокого давления.

Введение корпусов энергоразделительных камер со ступенчатой конусностью в местах подвода потоков сжатого газа и цилиндрическими вставками между ними позволяет повысить турбулизацию вихревых потоков в камере.

Введение последовательно расположенных по направлению течения горячего потока трех- и двухпоточных вихревых энергоразделительных камер, работающих с разными относительными расходами μ, позволяет осуществить предварительную сепарацию поступающего в камеры разделения природного газа, а также ступенчатый подогрев насыщенного тяжелыми углеводородами потока газа.

В трехпоточной вихревой камере, при относительном расходе μ = Q_x/Q_Σi = 0,2-0,4 центробежные силы, действующие на капельную жидкость, велики, а осевая скорость охлажденного приоcевого потока относительно мала, поэтому основная масса вводимой в разделительную камеру и выделяющейся в ней жидкости концентририруются в конденсатосборнике, установленном на конусообразном корпусе камеры около соплового ввода. В двухпоточной вихревой энергоразделительной камере, при относительном расходе, равном μ=0.7-0.8, при относительно малой тангенциальной составляющей скорости газа начинает проявляться действие радиальных пульсаций в газовом ядре потока, который интенсифицирует температурное разделение потоков и повышает тем самым температуру выходящего из разделительной камеры горячего потока.

Введение конденсатосборника в составе вихревого энергоразделителя и выходного конденсатосборника после детандеров с теплообменником позволяет осуществить поэтапное отделение от газа жидкой фазы, требуемых фракций тяжелых углеводородов.

Введение управляемых регуляторов давления позволяет обеспечить оптимальный режим работы вихревых энергоразделителей с подводом закрученного дополнительного потока через эжектор в приосевую зону камеры.

Введение корпусов вихревых энергоразделительных камер в виде двух и более сопряженных через цилиндрические вставки усеченных конусов, установленных в местах подвода газа, позволяет повысить эффективность процессов вихревого взаимодействия в камере энергоразделения приосевого и периферийного вихрей.

Введение отсечных клапанов в трубопроводах позволяет реализовать различные схемы утилизации перепада давления при редуцировании сжатого природного газа из магистрального трубопровода.

Введение блока согласования давления дополнительного потока позволяет обеспечить плавное регулирование режима работы вихревого энергоразделителя потока в всем диапазоне эксплуатации.

Введение задатчика давления позволяет регулировать уровень давления в потоке на входе в эжектор дополнительного наддува камеры смешения.

Введение обводного трубопровода позволяет обеспечить работу ГРС и КРП в случае поломки предлагаемого устройства.

Сопоставительный анализ с прототипами /2/ показал, что заявляемый способ утилизации и устройство, его реализующее, существенно отличаются от известного способа и устройства, его реализующего, введением в единый технологический процесс энергосбережения наряду со срабатыванием потенциальной энергии сжатого газа в детандерах с промежуточными теплообменниками, энерго - и фазоразделения потока природного газа в одной и более последовательно соединенных: по горячему потоку вихревых энергоразделительных камерах с подводом закрученного дополнительного потока, потенциальная энергия которого регулируется редукторами, управляемыми от блока согласования давления, через эжектор в приосевую зону камеры, причем горячий поток первой энергоразделительной камеры подают на вход второй, а горячий поток ее на вход последующих камер и т.д. до выполнения требования по температуре газа, выходящего из коллектора раздачи газа низкого давления, равного Т_ВЫХ≥273К, а жидкую фазу тяжелых углеводородов отделяют в первом (трехпоточном) вихревом энергоразделителе и в выходном конденсатосборнике, что в совокупности позволяет существенно расширить на ГРС и KРП диапазон срабатывания потенциальной энергии сжатого природного газа.

Таким образом, заявляемый способ и устройство, его реализующее, соответствует критерию изобретения" новизны".

Известен способ искусственного разделения потока, выходящего из вихревых энергоразделительных камер /3/ с помощью развихрителей для формирования приосевого потока, направленного к диафрагме. Торможение увеличивает радиальный градиент тангенциальных составляющих скоростей в зоне интенсивного энергообмена между закрученными потоками, т.е. повышает КПД вихревого разделителя.

В предлагаемом устройстве торможение горячего потока осуществляется в эжекторе, выходящий из камеры смешения которого закрученный поток, с одной стороны, искусственно тормозит горячий поток, а с другой - интенсивно взаимодействует с рециркулируемой частью периферийного потока, тем самым увеличивая энергообмен между ними.

Известен способ повышения эффективности вихревых разделителей путем придания камерам разделения потока конусообразной формы с расширением в сторону диффузора /4/. Результаты проведенных экспериментов показали, что введение конусообразности повышает КПД вихревого энергоразделителя на 20%. В конических камерах создаются более благоприятные условия для формирования приосевого потока. Кривые распределения скоростей свидетельствуют о более интенсивном энергообмене между приосевыми и периферийными потоками в приосевой зоне. Это является одной из основных причин увеличения КПД вихревых камер с коническими корпусами разделения.

Использование в предлагаемом способе утилизации энергии сжатого природного газа вихревых энергоразделителей с подводом дополнительного закрученного потока в приосевую зону камеры разделения от эжекторов увеличивает живое сечение противоточного течения, что ведет к смещению границы между периферийными и приосевыми потоками в сторону больших радиусов и требует для организации вихревой структуры соответствующей профилировки корпуса камеры энергоразделения и в зоне расположения камер смешения эжектора.

Исследования показали, что введение ступенчатой конусности корпусов вихревых камер разделения с подводом дополнительного закрученного потока в приосевую зону камеры разделения от эжекторов с углами раскрытия конусов, равными ϕ₁ = 3,2^° и ϕ₂ = 7,2^°, позволяет повысить температурный перепад на 60К.

Известен способ повышения эффективности вихревых разделителей путем введения в камеру раздельного дополнительного потока сжатого газа от постороннего источника энергии /5/. Показано, что при большой массовой доли μ формируемый из дополнительного потока приосевой поток получает кинетическую энергию, составляющую незначительную часть первоначальной энергии вытекающего из сопла газа. Благодаря этому увеличение расхода холодного потока при введении в камеру разделения дополнительного потока ведет к повышению КПД. В предлагаемом способе в приосевую зону вводится предварительно закрученный, эжектируемый дополнительным потоком сжатый газ. Повышение КПД в предлагаемом вихревом энергоразделителе объясняется тем, что завихренный турбулизированный поток, выходящий из эжектора, интенсивно раскручивает внутренние рециркуляционные слои периферийного потока, которые передают свою энергию наружным слоям. В результате величина потребной кинетической энергии, подводимая к приосевому потоку, и соответственно температура холодного потока уменьшаются.

Известно ступенчатое последовательное соединение вихревых разделителей по горячему потоку /6/. Процесс идет с понижением давления. Исследования показали, что использование в предлагаемом способе утилизации последовательно соединенных по горячему потоку двух или более вихревых энергоразделительных камер с подводом дополнительного закрученного потока в приосевую зону камеры от эжекторов позволяет увеличить температуру горячего потока на 70К, но при этом потребный расход газа через систему вихревых энергоразделителей растет. Введение ступенчатого нагрева горячего потока, выходящего из вихревых энергоразделителей и насыщенного тяжелыми углеводородами, позволяет в полном объеме обеспечить выделение требуемых жидких фракций углеводородов путем низкотемпературной сепарации на первом этапе в трехпоточном вихревом энергоразделителе, а на втором - с помощью детандеров с теплообменниками, чего в известных схемах не применялось.

Известно устройство ступенчатого срабатывания потенциальной энергии сжатого газа в последовательно соединенных по холодному потоку вихревых энергоразделителях и рассчитано на получение максимальной хладопроизводительности /7/. В предлагаемом способе и устройстве, его реализующем, схема взаимодействия отдельных вихревых энергоразделителей с дополнительным потоком существенно отличается от известной и построена по горячему потоку, что предполагает получение максимального нагрева выходящего потока. Это налагает существенные изменения в схему подключения вихревых энергоразделительных камер.

При построении последовательности вихревых энергоразделителей с дополнительным потоком энергия горячего потока, выходящая из первой камеры, должна сработать в сопловом вводе последующей камеры с разделением в свою очередь на горячий и холодный потоки, что позволяет добиться более глубокой, чем в известном способе и устройстве, его реализующем, степени подогрева выходящего потока и значительного повышения в нем концентрации тяжелых углеводородов.

Таким образом, в зависимости от величины давления в источнике сжатого природного газа и расхода возможна реализация той или иной последовательности срабатывания энергии в вихревых энергоразделителях с подводом дополнительного закрученного потока в приосевую зону камеры разделения и детандерах, причем в отличие от известного способа /2/, где процесс сепарации газа предполагает фазовое разделение предварительно охлажденного природного газа в конденсатосборнике на газовую и жидкую фазы, в предлагаемом способе реализуется ступенчатое энергетическое и фазовое разделение природного газа в последовательно соединенных по горячему потоку вихревых энергоразделителях и конденсатосборнике, охлаждаемым смешанным потоком, выходящим из дополнительного детандера, чего в известных способах и устройствах не использовалось.

Перед поступлением потребителю природный газ высокого давления энергетически разделяют по степени осушенности на три потока, причем первый из потоков, а именно поток сухого газа используют, с одной стороны, для выработки механической энергии, а с другой - для охлаждения насыщенного тяжелыми углеводородами второго потока природного газа с целью обеспечения требуемого температурного режима в конденсатосборниках, при этом оставшийся третий поток природного газа подогревают в вихревых энергоразделителях с последующим срабатыванием потенциальной энергии в компенсационном детандере.

Таким образом, заявляемый способ утилизации потенциальной энергии сжатого газа, транспортируемого в трубопроводе, и устройство, его реализующее, соответствуют критерию изобретения "изобретательский уровень".

На фиг.1 изображено устройство для утилизации потенциальной энергии сжатого природного газа при редуцировании его на ГРС и КРП; на фиг.2 - схема подвода дополнительного потока газа.

Устройство для утилизации энергии технологических перепадов давления сжатого газа в системах транспорта природного газа (фиг.1) содержит подключенные к источнику 1 газа высокого давления раздающий патрубок 2, один из отводов которого соединен через регулятор входного давления 3 и отсечной клапан 4 со входом в первый вихревой трехпоточный энергоразделитель 5 потока, снабженный конусообразным корпусом с полостью для сбора конденсата 6, а другой - через компенсационный трубопровод 7, содержащий последовательно расположенные отсечной клапан 8, входной теплообменник 9, компенсационный детандер 10 с электрогенератором и муфтой 11, выходной теплообменник 12 соединен с коллектором раздачи 13 газа низкого давления. Высокотемпературный патрубок вихревого энергоразделителя 5 соединен трубопроводом горячего потока, содержащим отсечные клапаны 14, 15, 16, с сопловым вводом во второй двухпоточный вихревой энергоразделитель 17, снабженный конусообразным корпусом, а через входной 9 и дополнительный 18 теплообменники и выходной конденсатосборник 19 - с одним из входов смесителя 20, другой вход смесителя 20 соединен через смеситель 21 с низкотемпературными патрубками вихревых энергоразделителей 5 и 17. Выход смесителя 20 соединен трубопроводом смешанного потока, содержащим дополнительный детандер 22 с муфтой и потребителем механической энергии 23, дополнительный 18 и выходной 12 теплообменники, с коллектором раздачи 13 газа низкого давления. В торцевой части вихревых энергоразделителей 5 и 17 установлены эжекторы 24 и 25, содержащие (фиг.2) активные сопла 26 камеры смешения 27 с завехрителями 28 подвода дополнительного потока газа, связанные через смесители 29, 30 (фиг.1) трубопроводами, содержащими отсечные клапаны 31, 32, 33 с выходом раздающего патрубка 2, а через отсечной клапан 34 - с горячим потоком из входного теплообменника 9. Давление дополнительного потока задается регуляторами давлений 35 и 36, управляемым блоком согласования 37, выходы которого пневматически связаны с регулятором входного давления 3 и задатчиком давления 38. Кроме того, эжекторы 24 и 25 снабжены приемной камерой 39 (фиг.2), пневматически связанной через отсечные клапаны 40 и 41 со смесителем 20 (фиг.1). Выходной коллектор раздачи газа 13 низкого давления пневматически, через отсечной клапан 42, редуктор 43 и обводной трубопровод 44 соединен с компенсационным трубопроводом 7. Причем раздающий патрубок 2 пневматичесчески, через регулятор давления 45 и отсечной клапан 15 связан с сопловым вводом энергоразделительной камеры 17.

Способ утилизации потенциальной энергии сжатого газа при редуцировании на ГРС и КРП осуществляется в устройстве следующим образом. Газ источника 1 высокого давления, в данном случае магистрального газопровода, поступает в раздающих патрубок 2, где распределяется на три потока, один из которых поступает при открытии редукционного 3 и отсечного 4 клапанов на вход трехпоточной энергоразделительной камеры 5, в которой его разделяют на горячий и холодный потоки, затем горячий поток направляют на вход второй двухпоточной энергоразделительной камеры 17, где его разделяют на горячий и холодный потоки, затем горячий поток охлаждают в последовательно расположенных по ходу потока газа входном 9, дополнительном 18 теплообменниках, выделяют из него в выходном конденоатосборнике 19 жидкие фракции тяжелых углеводородов, оставшийся газ подают в смеситель 20, где смешивают с холодными потоками, выходящими из энергоразделителей 5 и 17, срабатывают потенциальную энергию смешанного осушенного потока в дополнительном 22 детандере. нагревают в дополнительном 18 и выходном 12 теплообменниках, смешивают со вторым потоком, который при открытии отсечного клапана 8 нагревают во входном теплообменнике 9, срабатывают потенциальную энергию в компенсационном детандере 10, охлаждают в выходном теплообменнике 12, подают в коллектор раздачи 13 газа низкого давления. Газ для дополнительного потока в энергоразделительных камерах 5 и 17 забирают из раздающего патрубка 2, срабатывают часть потенциальной энергии газа в регуляторах давления 35 и 36, подают в рабочие сопла эжекторов 24 и 25 и передают энергию периферийным слоям конусообразной энергоразделительной камеры 5. Причем доля потенциальной энергии, которую срабатывают в регуляторах давления 35 и 36, задают в блоке согласования 37 путем сравнения давлений в регуляторе давления 3 и задатчике 38. Для повышения тепловой эффективности камер энергоразделения 5 и 17 закрывают отсечные клапана 32 и 31, открывают клапаны 33 и 34 и подают горячий поток на вход эжекторов 24 и 25.

При необходимости срабатывания большей части энергии газа на детандерах закрывают отсечные клапаны 4, 32, 31, 14, 16, открывают отсечные клапаны 15, срабатывают давление в редукторе 45, подают газ на вход вихревого энергоразделителя 17, а горячий поток направляют во входной теплообменник 9.

В случае введения приемных камер 26 в эжекторах 24 и 25 открывают отсечные клапаны 40 и 41 и подают в него холодный поток от смесителя 20. При поломке предлагаемого устройства утилизации энергии сжатого газа закрывают отсечные клапаны 4, 32, 31, открывают клапан 42 и газ направляют через редуктор 43 и обводной трубопровод 44 в коллектор раздачи 13 газа низкого давления.

Некоторые варианты схем устройств, реализующих способ утилизации энергии технологических перепадов давления в системе транспорта сжатого природного газа, представлены на фиг.1 и 2. Основные параметры устройств, полученные в результате теоретических исследований, проведенных авторами, при следующих исходных данных: давление источника 1 высокого давления Р_ВХ=7,5 МПа; температура газа Т_ВХ= 278 К; давление в коллекторе раздачи 19 газа низкого давления Р_ВЫХ= 0,2 МПа, расход газа через устройство Q_Σi = 56 кг/с.
Например, в схеме на фиг.1 при степени расширения газа в первом трехпоточном вихревом энергоразделителе, снабженном корпусом со ступенчатой конусообразной камерой с углами раскрытия ϕ₁ = 3,2^° и ϕ₂ = 6,8^°, равной π_эр1 = 1,9, и с подводом дополнительного потока с расходом Q_доп1 = 0,3Q_Σ1, а во второй двухпоточной камере энергоразделения при степени расширения газа, равной π_эр1 = 2,2, и с подводом дополнительного потока газа с расходом Q_доп2 = 0,17Q_Σ2 в выходящих потоках устанавливаются следующие температуры Т_Г1= 380К; Т_Г2= 460К; Т_Х1=224К; Т_Х2=204K; при последующем срабатывании потенциальной энергии в дополнительном 22 и компенсационном 10 детандерах в соотношении π_T2 = 1,9 и π_T1 = 4,72 в коллекторе низкого давления устанавливается температура, равная Т_ВЫХ=273К.

Система обвязки вихревых конусообразных энергоразделительных камер с подводом газа, эжектируемого дополнительным потоком, с давлением, регулируемым редукторами от блока согласования, детандеров, электрогенераторных агрегатов и теплообменников с выходным конденсатосборником, включая трубопроводы и отсечные клапаны, позволяють поддерживать максимальные перепады давлений и заданную температуру выходящего потока низкого давления, оптимальные для интегрированной выработки электроэнергии и сжиженного природного газа, вне зависимости от суточных и сезонных колебаний давлений газа в магистральном трубопроводе, путем регулирования давления газа в дополнительном потоке и режима работы компенсационного детандера.

Расположение отсечных клапанов в предлагаемом устройстве позволяет потоку сжатого газа поступать в один или несколько последовательно включенных по горячему потоку вихревых энергоразделительных камер. Причем, если температура газа горячего потока завершающей вихревой разделительной камеры не соответствует требуемой величине, то часть горячего потока перепускается в качестве дополнительного в эжектор вихревого энергоразделителя.

Количество камер вихревого энергорасширения потока выбирается исходя из температуры газа низкого давления, направляемого потребителю, и уровня располагаемого перепада давлений, который можно сработать на детандерах. Однако сущность изобретения, заложенная в способе, реализуемая в рассматриваемом устройстве, позволяет использовать оптимальное число камер вихревого энергоразделения газа и режимов их работы при любых условиях эксплуатации.

Исследования показали, что основной вклад в нагрев газа вносит процесс его турбулизации в камерах разделения. Многочисленные вихри, возникающие в турбулентном потоке, отдавая друг другу свою кинетическую энергию, разогреваются. Поэтому основной задачей в предлагаемом способе повышения эффективности нагрева является интенсификация процесса турбулизации потока газа внутри камер вихревого энергоразделения.

В предлагаемом способе интенсификация турбулизации потока в камере энергоразделения осуществляется путем ввода дополнительной энергии эжекторами, размещенными в торцевой стенке камеры энергоразделения.

Указанное свойство положено в основу предлагаемого способа утилизации потенциальной энергии сжатого газа.

Использование управляемых от блока согласования регуляторов давления в устройстве для обеспечения требуемого торможения горячего потока, выходящего из камеры разделения, и создания эффективного режима работы вихревых конусообразных энергоразделителей с подводом газа, эжектируемого дополнительным закрученным потоком при пульсациях давлений и расходов, вызванных суточными и сезонными колебаниями расхода потребителями газа низкого давления, в предлагаемом способе и устройстве, его реализующем, введено впервые и никогда ранее не использовалось.

Повышение эффективности вихревых конусообразных энергоразделительных камер с регулируемым приосевым подводом эжектируемого закрученного дополнительного потока позволяет перераспределить соотношение уровня срабатываемой потенциальной энергии сжатого природного газа в пользу детандеров, повысив тем самым выработку электроэнергии, глубину переработки природного газа и приблизить параметры, выходящего из предлагаемого устройства газа низкого давления к требуемым.

Все приведенные признаки являются существенными, так как каждый из них влияет на соответствующий технический результат, совокупность которых позволит получить требуемый технический результат.

Использование предлагаемого способа утилизации к устройства, реализующего его, позволяет по сравнению с прототипом /2/ повысить:
- термодинамическую эффективность вихревых конусообразных энергоразделителей, обеспечить требуемые параметры эксплуатации устройствв в системе транспорта сжатого газа и оптимальное соотношение вырабатываемой электроэнергии и сжиженного газа за счет:
- повышения доли потенциальной энергии сжатого магистрального газа, срабатываемой в детандерах;
- повышения термодинамической эффективности вихревых конусообразных энергоразделителей с регулируемым подводом газа, эжектируемого закрученным дополнительным потоком, с давлениями, управляемыми редукторами от блока согласования;
- многокаскадной сепарации жидкой фазы при утилизации потенциальной энергии сжатого природного газа;
- подогрева, поступающего в компенсационные детандеры газа горячим потоком от последовательно расположенных по горячему потоку вихревых конусообразных энергоразделительных камер с приосевым подводом эжектируемого закрученного дополнительного потока газа;
- автоматического поддержания оптимального режима работы вихревых энергоразделителей вне зависимости от потребности в газе его потребителей;
- введения функционального членения в виде набора блоков энергоразделительных устройств, реализующих способ;
- полного срабатывания потенциальной энергии потока подогретого газа в компенсационных детандерах при суточных и сезонных перепадах расхода, что неочевидно в известных способах и устройствах, их реализующих.

Источники информации
1. Иванцов О.М., Двойрис А.Д. Низкотемпературные газоводы. -М.: Недра, 1980 - С.207-209.

2. Патент РФ 2175139 от 22.02.01, кл. F 17 D 1/07
3. Меркулов А. П. Вихревой эффект и его применение в технике -М.: Энергия. 1969. -112с.

4. Суслов А. Д. и др. Вихревые аппараты - М.: Машиностроение, 1985. -256 с.

5. А.с. 1219883 от 30.01.85, кл. F 25 В 9/02.

6. А.С. 536371 от 19.05.75, кл. F 25 В 9 /02.

7. А.С. 469850 от 15.06.73, кл. F 25 В 9/02.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано в системах транспорта сжатого природного газа для интегрированной выработки на ГРС и КРП электроэнергии и сжиженного газа. Техническим результатом изобретения является создание новой интегрированной энергосберегающей технологии, обеспечивающей наиболее оптимальное использование потенциальной энергии всего спектра потребляемых расходов сжатого магистрального газа и перепадов давления при редуцировании на ГРС и КРП, для получения в максимальном количестве конечного полезного продукта, а именно электроэнергии и сжиженного газа. В способе утилизации потенциальной энергии сжатого природного газа при редуцировании на газораспределительных станциях отбираемый из магистрального трубопровода сжатый газ разделяют на три потока, потенциальную энергию первого потока срабатывают ступенчато в одной, двух или более последовательно расположенных по горячему потоку энергоразделительных камерах, в каждой из которых горячий поток из предыдущей камеры подают на вход последующей, конденсируют и отделяют жидкую фазу тяжелых углеводородов в конденсатосборнике первой энергоразделительной камеры, запитывают вихревые энергоразделители третьим дополнительным потоком, в котором задают давление газа, подают в приосевую зону камеры, закручивают и эжектируют им рециркулируемую часть входного потока, подогревают выходящим из разделительной камеры горячим потоком, второй поток газа направляют в компенсационный детандер, охлаждают в дополнительном теплообменнике, конденсируют и отделяют от газа в выходном конденсатосборнике жидкую фазу тяжелых углеводородов, смешивают с холодным потоком от одной или более вихревых энергоразделительных камер. Устройство, реализующее способ утилизации потенциальной энергии газа при редуцировании на газораспределительных станциях, снабжено одним или более вихревыми энергоразделителями, причем все энергоразделители выполнены с конусообразными камерами, последовательно соединенными между собой трубопроводами, причем выходной патрубок горячего потока предыдущего энергоразделителя пневматически связан через отсечные клапаны с сопловым вводом последующего энергоразделителя и (или) с входным теплообменником, а в торце конусообразных энергоразделительных камер установлены трубки дополнительного подвода газа - активные сопла эжекторов, камеры смешения которых установлены внутри конусообразных энергоразделительных камер коаксиально трубкам дополнительного подвода газа и пневматически, через смеситель потоков и отсечные клапаны связаны с раздающим патрубком и с заборником газа, расположенным за входным теплообменником, а входной регулятор давления пневматически связан через блок согласования и задатчик давления с редукторами давления дополнительных потоков вихревых энергоразделительных камер. 2 с. и 16 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ утилизации потенциальной энергии газа при редуцировании на газораспределительных станциях, включающий разделение отбираемого сжатого природного газа на несколько потоков, один из которых направляют на вход в вихревые энергоразделители, где потенциальную энергию потока срабатывают и разделяют на горячий и холодный потоки, причем горячий поток газа охлаждают в последовательно расположенных по ходу потока входном и дополнительном теплообменниках, подают в конденсатосборник и выделяют из него жидкие фракции тяжелых углеводородов, смешивают с холодным потоком из вихревых энергоразделителей, срабатывают потенциальную энергию смешанного потока газа в дополнительном детандере, нагревают в теплообменниках, смешивают со вторым потоком, потенциальную энергию которого, после предварительного подогрева во входном теплообменнике, срабатывают в компенсационном детандере, нагревают в выходном теплообменнике, подают в коллектор раздачи газа низкого давления, отличающийся тем, что отбираемый сжатый природный газ разделяют на три потока, потенциальную энергию первого потока срабатывают ступенчато в одной, двух или более последовательно расположенных по горячему потоку энергоразделительных камерах, в каждой из которых горячий поток из предыдущей камеры подают на вход последующей, конденсируют и отделяют жидкую фазу тяжелых углеводородов в конденсатосборнике первой энергоразделительной камеры, запитывают вихревые энергоразделители третьим дополнительным потоком, в котором задают давление газа, подают в приосевую зону камеры, закручивают и эжектируют им рециркулируемую часть входного потока, подогревают выходящим из разделительной камеры горячим потоком, второй поток газа направляют в компенсационный детандер, охлаждают в дополнительном теплообменнике, конденсируют и отделяют от газа в выходном конденсатосборнике жидкую фазу тяжелых углеводородов, смешивают с холодным потоком от одной или более вихревых энергоразделительных камер. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формируют дополнительный поток путем смешения третьего потока и части, в соотношении 0,2-0,65 второго, который предварительно подогревают горячим потоком, выходящим из замыкающей вихревой энергоразделительной камеры. 3. Способ по любому п. 1 или 2, отличающийся тем, что соотношение расходов дополнительного Q_доп и суммарного потоков Q_Σi, сжатого газа, направляемых в каждую энергоразделительную камеру, задают Q_доп = 0,15-0,35Q_Σi.
4. Способ по любому из п. 1 или 3, отличающийся тем, что отношение расходов холодного Q_x и суммарного Q_Σ потоков сжатого газа в первую трехпоточную энергоразделительную камеру задают μ = Q_x/Q_Σ1 = 0,2-0,4.
5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что соотношение расходов холодного Q_x и горячего Q_г потоков газа на выходе из последовательности вихревых энергоразделительных камер с подводом в приосевую зону закрученного эжектируемого дополнительным потоком газа задают Q_x/Q_г= 3,2-4,2. 6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что перепад давлений на каждой вихревой энергоразделительной камере с подводом в приосевую зону закрученного эжектируемого дополнительного потока газа задают π_эр= 1,85-5,0. 7. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что отношение расходов холодного Q_x и суммарного потоков сжатого газа во вторую Q_Σ2 и последующие Q_Σi двухпоточные вихревые энергоразделительные камеры задают μ = Q_x/Q_Σ2 = Q_x/Q_Σi = 0,7-0,8.
8. Способ по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что температура подогрева второго потока в вихревых энергоразделителях с подводом в приосевую зону закрученного, эжектируемого дополнительного потока газа и суммарный перепад на компенсационном детандере задают из условия обеспечения температуры газа в коллекторе раздачи газа низкого давления не менее Т≥273К. 9. Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что срабатывание потенциальной энергии сжатого природного газа осуществляют в трехпоточной и двухпоточной вихревых конусообразных энергоразделительных камерах с дополнительным подводом закрученного потока, компенсационном и дополнительном детандерах, разделенных теплообменниками с выходным конденсатосборником, со следующим распределением перепадов давлений: температур T_г1= 386К; Т_г2= 460К; T_x1= 224K; Т_х2= 204К; Т_вх= 278К; Т_вых= 273К и расходов Q_доп1/Q_Σ1 = 0,3; Q_доп2/Q_Σ2 = 0,17; μ₁ = 0,3; μ₂ = 0,72.
10. Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что срабатывание потенциальной энергии сжатого природного газа осуществляют в двухпоточной вихревой конусообразной энергоразделительной камере с дополнительным подводом закрученного потока, компенсационном и дополнительном детандерах, разделенных теплообменниками с выходным конденсатосборником, со следующим распределением перепадов давлений: π_эр1 = 3,0; π_т1 = 5,95; π_т2 = 2,1, температур Т_г1-415К; T_х1= 220K; Т_вх= 256К; Т_вых= 264К и расходов Q_доп1/Q_Σ1 = 0,3; μ₁ = 0,7.
11. Устройство для утилизации потенциальной энергии сжатого природного газа в системах его транспорта, содержащее подключенные к источнику газа высокого давления регулятор давления, вихревые энергоразделители и последовательно соединенные между собой компенсационные, дополнительные детандеры с электрогенераторами и муфтами, промежуточными теплообменниками, отсечные клапаны, установленные на соединительных трубопроводах, раздающий патрубок, один конец которого соединен через регулятор давления с энергоразделителем, а другой - с последовательно соединенными между собой отсечными клапанами, входным теплообменником, компенсационным детандером, выходным теплообменником с конденсатосборником, выходным смесителем и коллектором раздачи газа низкого давления, при этом высокотемпературный патрубок энергоразделителя пневматически связан с трубопроводом горячего потока, через последовательно расположенные входной и промежуточный теплообменники с одним из выходов смесителя, а другой вход соединен с низкотемпературным патрубком энергоразделителя, причем выход смесителя пневматически соединен через дополнительный детандер с муфтой и потребителем механической энергии, теплообменник и отсечные клапаны - с коллектором раздачи газа низкого давления, отличающееся тем, что оно снабжено одним или более вихревыми энергоразделителями, причем все энергоразделители выполнены с конусообразными камерами, последовательно соединенными между собой трубопроводами, причем выходной патрубок горячего потока предыдущего энергоразделителя пневматически связан через отсечные клапаны с сопловым вводом последующего энергоразделителя или с входным теплообменником, а в торце конусообразных энергоразделительных камер установлены трубки дополнительного подвода газа - активные сопла эжекторов, камеры смешения которых установлены внутри конусообразных энергоразделительных камер коаксиально трубкам дополнительного подвода газа и пневматически, через смеситель потоков и отсечные клапаны, связаны с раздающим патрубком и с заборником газа, расположенным за входным теплообменником, а входной регулятор давления пневматически связан через блок согласования и задатчик давления с редукторами давления дополнительных потоков вихревых энергоразделительных камер. 12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что эжектор подвода дополнительного потока газа снабжен приемной камерой, пневматически связанной трубопроводом с отсечными клапанами и с заборником газа, установленным перед дополнительным детандером. 13. Устройство по любому из пп. 11 и 12, отличающееся тем, что камеры смешения эжектора снабжены сменными завихрителями дополнительного потока. 14. Устройство по любому из пп. 11-13, отличающееся тем, что корпуса вихревых энергоразделительных камер выполнены из двух и более усеченных конусов, установленных в местах внешнего подвода сжатого газа с углами раскрытия ϕ₁ = 3,1-4,8^°; ϕ₂ = ϕ_i = 3,4-8,2^° и соединенных между собой цилиндрическими вставками. 15. Устройство по любому из пп. 11-14, отличающееся тем, что первая вихревая энергоразделительная камера выполнена трехпоточной с корпусом, состоящим из переднего усеченного конуса с углом раскрытия, равным ϕ₁ = 3,2^°, и заднего с углом раскрытия, равным ϕ₂ = 6,8^°, и цилиндрической вставки, установленной между ними. 16. Устройство по любому из пп. 11-14, отличающиеся тем, что вторая и последующие вихревые энергоразделительные камеры выполнены двухпоточными с корпусами, состоящими из переднего усеченного конуса с углом раскрытия, равным ϕ₁ = 3,2^°, и заднего с углом раскрытия, равным ϕ₂ = 7,2^°, и цилиндрической вставки, установленной между ними. 17. Устройство по любому из пп. 11-14, отличающееся тем, что оно снабжено обводным трубопроводом с редукционным клапаном, пневматически связанным через отсечной клапан с коллектором раздачи газа низкого давления и компенсационным трубопроводом. 18. Устройство по любому из пп. 11-14, отличающееся тем, что на входе в эжекторы установлены регуляторы давления, пневматически связанные через блок согласования с входным регулятором давления.