УСТАНОВКА ДЛЯ ДЕКОМПРЕССИИ ГАЗА, ГАЗОРЕДУКТОРНЫЙ ПУНКТ С ПОДОБНОЙ УСТАНОВКОЙ И СПОСОБ ДЕКОМПРЕССИИ ГАЗА Российский патент 2012 года по МПК F17D1/05 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к понижению давления (декомпрессии) газа в системе газораспределения.

Уровень техники

Природный газ обычно используют в качестве топлива. Как правило, газ при извлечении его из природного газового резервуара находится под значительным давлением, которое устанавливается далее и в основной газотранспортной/газораспределительной системе. Давление газа внутри системы газоснабжения в большинстве случаев (по меньшей мере, в Великобритании) лежит в области 72×10⁵ Па. Под таким давлением газ непригоден для распределения между потребителями по причинам, связанным с потенциальными угрозами безопасности пользования газом. Поэтому система газоснабжения и газораспределения на первой стадии декомпрессии обычно понижает давление от 72×10⁵ Па до промежуточного значения, составляющего приблизительно 32×10⁵ Па, а затем до уровня менее 1×10⁵ Па, сопоставимого с атмосферным давлением в пункте доставки. Таким образом, указанные системы имеют ступени высокого и среднего давления, функционирующие соответственно приблизительно при 72×10⁵ Па и 32×10⁵ Па, а также ступень низкого давления, рабочее давление в которой лежит в интервале между 7×10⁵ Па и, в конечном счете, приблизительно 1×10⁵ Па. При переходе от одной ступени к другой давление газа необходимо понижать, причем эту процедуру проводят на газоредукторных пунктах посредством серии редукционных клапанов. Известны также и другие схемы подобного типа, регулирующие давление внутри газораспределительной сети.

При расширении газ изменяет свой объем, совершая при этом механическую работу. Процесс такого расширения имеет, по существу, адиабатический характер, т.е. энергия механической работы, производимой расширяющимся газом, вычитается из переносимой им тепловой энергии. В результате расширяющийся газ охлаждается. Охлаждение газа может привести к формированию льда и/или сложных гидратов в трубах, пропускающих через себя газ, или вокруг них и к соответствующему повреждению управляющих клапанов внутри системы газораспределения и замораживанию почвы, примыкающей к трубе. Это, в свою очередь, может вызвать образование зоны вечной мерзлоты, искажающей или вспучивающей рельеф почвы вокруг трубы.

Раскрытие изобретения

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предлагается установка для декомпрессии газа (декомпрессионная установка), содержащая, по меньшей мере, одно газорасширяющее устройство, которое создает условия для увеличения объема газа и тем самым понижает его давление. Кроме того, в установке имеется, по меньшей мере, одно средство повышения температуры газа в зоне, прилегающей к газорасширяющему устройству. Указанное средство содержит двигатель на жидком топливе или нагреватель на жидком или твердом топливе.

Таким образом, предусмотрена возможность нагревать газ так, чтобы его температура повышалась в зоне, прилегающей к газорасширяющему устройству, до температуры, превышающей пороговое значение. Предпочтительно выбрать такую пороговую температуру, чтобы она, по меньшей мере, внутри участков трубы, лежащих под землей, препятствовала формированию льда и/или сложных гидратов.

Предпочтительно, чтобы тепло добавлялось к потоку газа до газорасширяющего устройства, т.к. в этом случае предотвращается ситуация, когда степень охлаждения газа с другой стороны указанного устройства соответствует формированию нежелательных жидких и твердых веществ внутри газопровода или в окружающей его среде. Тепло можно ввести в газ посредством теплообменника. За газорасширяющим устройством можно добавить один или несколько дополнительных теплообменников, чтобы для газа, выходящего из установки для декомпрессии газа, обеспечить минимальную желаемую температуру.

Известно, что в качестве источника топлива для нагревателя или двигателя внутреннего сгорания, работающего на газе, в ряде случаев использовали саму систему газоснабжения. При этом отпадает необходимость транспортировки топлива посредством другого способа доставки к двигателю или к нагревателю.

Однако автор настоящего изобретения пришел к выводу, что применение газа в качестве топлива имеет несколько недостатков.

Во-первых, газ находится под высоким давлением. Поэтому, чтобы понизить давление до низкого уровня, приемлемого для горелки или двигателя внутреннего сгорания, приходится проводить указанную процедуру понижения давления за несколько этапов. Это приводит к некоторым затруднениям при поддерживании рабочего режима и обслуживании указанных устройств, а также тех компонентов, которые обеспечивают их изоляцию от системы газоснабжения.

Во-вторых, в случае отключения описанной системы (например, вследствие проведения работ на магистральном газопроводе) нагреватель или двигатель остаются без топлива. В результате после возобновления подачи газа может возникнуть ситуация, когда в течение некоторого периода времени декомпрессионная установка будет выполнять свою функцию, но подача газа к двигателю окажется недостаточной для функционирования двигателя и/или горелки, т.е. указанные устройства будет невозможно привести в рабочее состояние до полного восстановления подачи газа.

С другой стороны, преимущества применения твердого или жидкого топлива заключаются в том, что в месте его использования можно создать топливный склад. Таким образом, средство повышения температуры газа будет готово к использованию независимо от колебаний давления газа или от перерывов в его подаче.

Это особенно важно в тех случаях, когда газоредукторный пункт содержит генератор, приводимый в действие посредством расширения газа. При таких обстоятельствах указанный пункт можно использовать для подачи электрической энергии к другим процессам или предприятиям, работа которых требует надежной системы электроснабжения. Для приведения генератора в действие можно адаптировать двигатель внутреннего сгорания, так что во время работы двигателя некоторое количество электрической энергии будет доступно всегда, даже при прекращении подачи газа на газоредукторный пункт. Тепло от двигателя можно использовать для нагрева газа.

Предпочтительным является топливо, полученное из какой-либо растительности, включая сельскохозяйственные растения. Далее такое топливо будет именоваться биотопливом.

Использование биотоплива предоставляет возможность сделать процесс нагрева природного газа у установки для декомпрессии газа нейтральным по отношению к углероду. Для производства биотоплива можно осуществлять посадку растений, которые во время своего роста будут поглощать и фиксировать определенное количество углерода, выделенного из атмосферного углекислого газа. Во время сжигания топлива углерод снова окислится до состояния углекислого газа, т.е. цикл получения и применения топлива не изменит баланса углерода в атмосфере. Следовательно, такое топливо можно считать нейтральным по отношению к углероду и возобновляемым.

От нагревателя или двигателя, работающего на биотопливе, тепло можно подать также на расположенный далее теплообменник.

Чтобы предотвратить уменьшение температуры газа, может понадобиться несколько источников тепла. Ими могут быть дублирующие или резервные источники, а также вспомогательные линейные источники, используемые при работе в режимах нестационарного высокого расхода газа. Перечисленные агрегаты могут содержать горелки, использующие органические или, предпочтительно, неорганические виды топлива. Примером неорганических топлив является перекись водорода, имеющая высокую теплоту сгорания в малом объеме и при реакции с воздухом производящая тепло и воду (или водяной пар). Указанный пар можно сконденсировать, чтобы выделить его латентное тепло, используемое затем для нагрева газа в теплообменнике.

Дополнительно или альтернативно тепло можно подать от установки, производящей лед, к расположенному далее теплообменнику (такой процесс можно рассматривать как экстрагирование холода). Возможно также использование и какого-либо другого процесса, задачей которого является получение холодных объектов. Обычно газ является "сухим", так что можно создать ему условия для охлаждения до уровня, достаточного для применения в установке, производящей лед, или в хладонакопителе без формирования, в конечном счете, нежелательных осадков во внутреннем объеме труб системы газораспределения.

Функцию газорасширяющего устройства может выполнять регулируемая дросселирующая диафрагма, например клапан Джоуля-Томсона. В альтернативном варианте установка для декомпрессии газа может содержать газорасширяющее устройство с турбиной, называемое обычно турбодетандером. Такие устройства серийно выпускаются фирмой Cryostar SAS и другими компаниями. Механическую энергию, сообщаемую турбине за счет расширения газа, можно полезным образом использовать для приведения в действие генератора электрической энергии.

Генератор желательно соединить с пультом управления электропитанием, что позволит поставлять электрическую энергию в систему местного распределения, систему общенационального распределения (такую как общегосударственная электроэнергетическая система) или в систему, аккумулирующую энергию. Желательно, чтобы последняя из указанных систем использовала электролиз воды для получения водорода и кислорода. Далее водород можно хранить в качестве топлива, предназначенного для применения в какое-то другое время. В порядке альтернативы могут быть применены и системы с другим типом аккумулирования энергии, например системы, использующие подачу воды насосом. Такие системы превращают электрическую энергию в потенциальную посредством подъема массы воды в направлении, обратном силе тяжести, в частности, накачивая воду в резервуар. Позднее потенциальную энергию можно преобразовать в кинетическую с целью выработки электрической энергии посредством другого турбогенератора.

Желательно, чтобы в комплекс электролизной станции и любых водородных топливных элементов входили теплообменники. Тогда тепло, полученное от этих устройств, можно выделить и применить для введения в газ в зоне, прилегающей к газорасширяющему устройству.

В предпочтительном варианте используется контроллер, отслеживающий температуру каждого устройства и/или теплообразование в нем, а также входную и выходную температуры газа. Кроме того, указанный контроллер регулирует работу нагревателя или двигателя и/или уровень выделения тепла из других его источников. Тем самым гарантируется, что в отсутствие любых других критериев или запросов (например, в случае потребности в генерировании электрической энергии), которые могут поступить в систему в любой данный момент времени, температура газа поддерживается на уровне выше минимального порога.

Предпочтительно обеспечить для контроллера возможность регулировать количество тепла, подаваемое в газ, таким образом, чтобы контроль температуры газа происходил в пределах заданного интервала. Контроллер может функционировать с использованием только принципов обратной связи. Однако подача газа в газораспределительную сеть обычно хорошо контролируется и часто имеет предсказуемый характер. Например, многие дома используют системы центрального отопления с таймерами, что позволяет учесть предсказуемый рост расхода энергии индивидуальными потребителями по утрам. Операторы газораспределительной сети имеют возможность подготовить или использовать для такой ситуации увеличенный поток. Предсказуемость изменений расхода газа, проходящего через газоредукторный пункт, позволяет предусмотреть в контроллере данного пункта наличие прогнозирующего компонента, увеличивающего подачу с учетом прогнозируемого роста расхода. Таким образом, газоредукторный пункт увеличивает выработку тепла, упреждая увеличенный поток газа, чтобы подготовиться к более интенсивному охлаждению, которое будет сопутствовать указанному потоку. Для блокирования избыточного нагрева в ситуации, когда увеличение массового расхода не достигает предсказанного уровня, можно сохранить петлю обратной связи.

Для контроллера желательно предусмотреть возможность контроля одного или нескольких источников тепла, таких как горелки или двигатели внутреннего сгорания, причем таким образом, чтобы поступающее от них тепло превышало уровень, требуемый для нагрева газа. Избыток тепла можно отвести или передать в теплопоглотитель. Его функцию может выполнять атмосфера или какой-то дополнительный процесс, способный поглощать различные количества тепла, например воздушное отопление (в частности, для зданий или теплиц). Таким образом, можно предусмотреть наличие одного или нескольких клапанов, регулирующих поток и контролирующих соответствующую доставку тепла к теплообменнику для нагрева газа, а также, по меньшей мере, одного теплообменника, обеспечивающего тепло для теплопоглощающего процесса.

Продукт сгорания, поступающий из нагревательных устройств, может содержать много углекислого газа, т.е. его можно поставлять в теплицы для стимулирования роста растений.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения предлагается способ декомпрессии (понижения давления) газа, включающий в себя активацию источника тепла, подачу тепла в газ до того, как он подвергнется расширению, обеспечение расширения газа, отслеживание температуры расширившегося газа и регулирование количества тепла, подаваемого к газу. При этом источник тепла вырабатывает избыточную энергию, а избыток тепла отводят.

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предлагается газоредукторный пункт, содержащий:

источник тепла, способный производить тепло в избытке относительно количества, требуемого для нагрева газа, чтобы поддерживать температуру газа, выходящего из газорасширяющего устройства на газоредукторном пункте, выше заданной температуры,

теплообменник для доставки тепла к месту сброса тепла, к теплопоглотителю или к теплонакопителю и

контроллер, отслеживающий температуру газа и управляющий количеством тепла, подаваемого теплообменником к месту сброса тепла, к теплопоглотителю или к теплонакопителю таким образом, чтобы регулировать температуру газа.

Краткое описание чертежей

Далее описание настоящего изобретения дается со ссылками на прилагаемые чертежи, из которых:

фиг.1 схематично иллюстрирует установку для декомпрессии газа, представляющую собой вариант осуществления настоящего изобретения,

фиг.2 иллюстрирует модификацию установки, представленной на фиг.1.

Осуществление изобретения

На фиг.1 приведено схематичное изображение установки для декомпрессии газа, представляющей собой вариант осуществления настоящего изобретения. Газ при первом давлении поступает по первому магистральному газопроводу, обозначенному, как 2, к одному или к нескольким газорасширяющим устройствам 4, 6. Прохождение газа через одно или оба устройства 4, 6 сопровождается понижением давления, после чего газ, находясь под пониженным давлением, проходит далее по второму газопроводу 8. В данном примере устройство 4 имеет в своей основе клапан (например клапан Джоуля-Томсона), а устройство 6 содержит турбину и адаптировано для приведения в действие генератора 10 электрической энергии.

В процессе эксплуатации клапан 4 Джоуля-Томсона или газорасширяющее устройство 6 с турбиной (турбодетандер) можно регулировать известным образом с целью изменения потока газа или его давления при прохождении через клапан для декомпрессии в соответствии с потребностями газораспределительной системы в данный момент.

В тепловом контакте с газом, находящимся в газопроводе 2, находится теплообменник 20. Он предназначен для нагрева газа до его поступления в газорасширяющие устройства 4 и 6. В случае необходимости дополнительного нагрева газа в тепловой контакт с ним аналогичным образом приводят другой теплообменник 22, расположенный за указанными устройствами. Нагретая текучая среда (теплоноситель) поступает в теплообменники 20 и 22 из центрального теплообменника 24, который снабжен насосом (не показан), обеспечивающим достаточный уровень циркуляции текучей среды внутри каждого теплообменного контура. Текучей средой может быть газ. Управляющие клапаны V1 и V2 (электрические или электропневматические) функционируют под управлением (контролем) контроллера 30. Целью такого управления является задание расхода потока, проходящего через теплообменники 20 и 22. Кроме того, контроллер 30 регулирует уровень использования топлива устройством 34 (представляющим собой дизель, биодизельный блок или горелку, работающую на биотопливе), которое генерирует тепло, подводимое по входной линии к теплообменнику 24. Таким образом, траектории потоков текучей среды на входной и выходной сторонах указанного теплообменника ни разу не пересекаются. Возможны и схемы расположения теплообменников, допускающие пересечение потоков. Поток текучей среды, исходящий из устройства 34, можно регулировать управляющим клапаном V8. Чтобы обеспечить резерв на газоредукторном пункте, можно использовать дополнительные теплообменники, выполняющие функцию дублеров теплообменников 20 и 22, а также дополнительные двигатели или горелки, работающие на биотопливе и дублирующие устройство 34.

С целью облегчения регулирования температуры газа можно использовать один или несколько соответствующих датчиков, обозначенных, как Т1 и Т2, и подключенных к входам контроллера 30. В результате контроллер 30 получает возможность контролировать количество тепла, выработанного устройством 34 (горелкой, двигателем и т.д.), чтобы выполнялись условия, требуемые для поддержания заданной температуры у выхода газорасширяющего устройства на основании замеров датчика Т2 температуры. Помещать датчик Т1 до теплообменника 20 не имеет смысла, однако после указанного теплообменника он полезен, поскольку обеспечивает показания, подтверждающие правильность работы теплообменника 20 и, таким образом, клапана V1, а также теплообменника 24 и связанного с ним насоса. Датчик Т2 определяет точку контура, в которой система управления стремится обеспечить заданную температуру. Контроллером 30 может быть адаптивный блок, содержащий самообучающуюся систему (типа нейронной сети), которая запоминает картину потока газа в рамках ежедневного или еженедельного цикла. Дополнительно или альтернативным образом контроллер может получать данные, представляющие расходы газа или их ожидаемые значения. На основе указанных данных он имеет возможность привести газоредукторный пункт в режим, соответствующий предстоящей скорости потока газа. Тем самым, например, при предсказанном увеличении потока газа блокируется понижение температуры ниже заданного уровня.

Желательно, чтобы в качестве устройства для первичного понижения давления применялось устройство 6 в виде турбодетандера. Это позволит приводить в действие генератор 10, выходной ток которого может проходить через узел 50, представляющий собой переключательный блок и/или регулятор мощности. Указанный регулятор может подавать электрическую энергию непосредственно на выход 52, с которого может осуществляться питание локальных устройств. В альтернативном варианте он может быть подключен к общегосударственной электроэнергетической системе. Кроме того, узел 50 может подавать электрическую энергию на выпрямитель 54, который, в свою очередь, питает постоянным током электролизный блок 56. Указанный блок регулярно получает воду из источника 58 воды и производит водород и кислород, поступающие соответственно в накопитель 60 водорода и в накопитель 62 кислорода. Водород можно хранить в накопителе 60 для последующей подачи через клапан V6 на выход 64 водородного топлива. Оно пригодно, например, для автотранспортных средств, поскольку продукт его сжигания представляет собой, в основном, воду и, следовательно, не загрязняет зону применения. Кроме того, предусмотрена возможность с помощью управляющего клапана V5 направить находящийся в накопителе 60 водород в топливный элемент 66, который можно использовать для выработки электрической энергии.

Как электролизный блок 56, так и топливный элемент 66 вырабатывают тепло, когда они находятся в рабочем режиме. Их температуру измеряют соответствующими датчиками Т3 и Т4, формирующими входные сигналы для контроллера 30. Как блок 56, так и элемент 66 находятся в тепловом контакте со своими теплообменниками 70 и 72 соответственно, которые могут отводить от них тепло и подавать его в центральный теплообменник 24. Для регулирования скорости теплоотвода предусмотрены электрически регулируемые клапаны V3 и V4, функционирующие под контролем контроллера 30. Тем самым гарантируется, что температуры электролизного блока 56 и топливного элемента 66 удерживаются в приемлемых границах, т.е. не выходят за установленные верхний и нижний уровни.

Кислород в накопителе 62 кислорода может предназначаться для дополнительной горелки 80, в которой можно сжигать любое пригодное топливо (в данном случае предпочтительно биотопливо) с целью выработки тепла. В свою очередь, указанное тепло можно аккумулировать с помощью дополнительного теплообменника 82 и передавать в центральный теплообменник 24 через регулируемый клапан V7. В результате обеспечивается тепло для нагрева газа в зоне, прилегающей к газорасширяющим устройствам 4 и 6. Дополнительно или альтернативным образом тепло от горелки 80 можно использовать для нагрева зданий и/или для выработки пара в рамках этапа процесса промышленного производства, или для генерации электрической энергии. Для горелки предусмотрена возможность наличия устройства, применяющего перекись водорода в качестве беспламенного топлива при выработке тепла, аккумулируемого теплообменником 82.

Электролизные блоки, такие как блок 56, обычно содержат анод и катод, разделенные физическим барьером, например пористой диафрагмой из асбеста, микропористой перегородкой из политетрафторэтилена или другим подобным образом. В альтернативном варианте можно использовать водный электролит, содержащий небольшое количество кислоты или основания с ионной проводимостью. Указанные блоки выпускаются серийно и далее обсуждаться не будут. Топливные элементы, серийно поставляемые, например, фирмой FUEL CELL ENERGY (США), также не нуждаются в детальном описании.

В качестве дополнительного уточнения изобретения можно указать на возможность введения гигроскопичного антифриза в подводящий магистральный газопровод 2 через узел впрыска (не показан), причем указанный антифриз в дальнейшем после расширения газа возвращается в оборот.

Желательно, чтобы контроллером 30 регулировался каждый из клапанов V1-V8.

Для газа, выходящего из газорасширяющих устройств, т.е. из клапана 4 или устройства 6 в виде турбодетандера, падение температуры ниже 0°C является допустимым. Такое падение может обеспечить преимущество в ситуации, когда охлаждающая способность требуется для другого процесса, такого как изготовление льда, использование хладонакопителя, процесс обезвоживания или даже простое кондиционирование воздуха.

В тепловой контакт с газом, прошедшим газорасширяющие устройства 4 и 6, можно привести дополнительный теплообменник 92, за счет охлаждения теплоносителя в котором обеспечивается охлаждающая способность для другого процесса и, следовательно, возможность повышения температуры газа.

Теплообменник 92 получает текучую среду (теплоноситель) от теплообменника 94, который помещен, например, внутри установки 90, производящей лед, и снабжен насосом (не показан), причем указанный насос обеспечивает достаточный уровень циркуляции текучей среды внутри теплообменного контура. Таким образом, в предпочтительном варианте текучая среда, выходящая из теплообменника, охлаждена до температуры ниже 0°C, хотя это и не является необходимым условием, поскольку дополнительное охлаждение можно провести и посредством холодильной установки.

Управляющий клапан V9, работающий на электрическом или электропневматическом принципе, функционирует под контролем контроллера 30. Целью такого контроля является задание расхода потока, проходящего через теплообменник 92. Кроме того, контроллер 30 регулирует производительность установки 90, производящей лед, с целью повышения температуры текучей среды, до этого охладившей теплообменник 92, на входной линии, ведущей к теплообменнику 94.

Дополнительный теплообменник 92 может присутствовать в дополнение ко всем остальным компонентам, описанным выше, а также замещать некоторые или даже все из этих компонентов, если тепла, выработанного установкой, производящей лед, или дополнительным процессом, достаточно для полного обеспечения тепла, требуемого для нагрева расширившегося газа до желаемой температуры.

Контроллер 30 можно адаптировать так, чтобы в результате работы источников тепла, таких как устройство 34 (например двигатель на биодизельном топливе), топливный элемент 66 и вспомогательные горелки или дополнительные двигатели, количество тепла, выработанного указанными источниками, превышало тепловую нагрузку, требуемую для нагрева газа, поступающего в декомпрессионную установку, до заданной величины. В альтернативном варианте температуру газа до заданного значения доводит контроллер 30.

При этом контроллер 30 может контролировать количество тепла, поступившего в газ, посредством регулирования потока текучей среды, переносящего тепло к теплообменнику 20. Однако в такой системе необходимо удалять избыток тепла. Предназначенная для этого схема представлена на фиг.2. Здесь для упрощения и наглядности изложения показаны лишь некоторые из компонентов, представленных на фиг.1, однако, любой из них может быть включен и в вариант по фиг.2.

Поскольку устройство 34 и другие устройства (не показаны), подключенные к центральному теплообменнику 24, вырабатывают избыток тепла, некоторое его количество необходимо отвести к дополнительному теплообменнику 100 через дополнительный управляющий клапан V10. В дополнение к сказанному при желании можно включить охлаждающий контур двигателя внутреннего сгорания, используемого в качестве устройства 34, параллельно выходу центрального теплообменника 24, а потоки текучей среды, исходящие от этих устройств, объединить посредством смесительного клапана 110, работающего под управлением контроллера 30.

Тем самым обеспечивается возможность более быстрой доставки тепла от двигателя внутреннего сгорания к теплообменнику 20 в условиях запуска.

Теплообменник 100 может доставлять тепло к зданиям для воздушного или водяного отопления, к плавательным бассейнам или к теплицам, а также к комбинациям указанных сооружений. Таким образом, некоторые из этих сооружений можно рассматривать как средства сброса тепла или как теплопоглотители. Однако такие объекты, как плавательные бассейны или даже почву, можно использовать и в качестве теплонакопителя (возможно, в комбинации с тепловым насосом, чтобы обеспечить возврат тепла). В результате пики потребности в расширении газа можно согласовать с доставкой тепла от двигателя/нагревателя и с возвращением тепла из теплонакопителя.

В некоторых вариантах осуществления изобретения, в которых предусмотрено наличие электролизной установки, кислород, производимый как часть процесса электролиза, можно возвратить к двигателю или к горелке, модифицируя тем самым их работу. В частности, его можно использовать для обогащения воздуха, подаваемого в двигатель внутреннего сгорания (или применить вторично в следующем рабочем процессе камеры сгорания двигателя), чтобы уменьшить или изменить содержание загрязняющих веществ в выхлопном газе или повысить эффективность двигателя.

Можно применять несколько двигателей. В этом варианте предусмотрена возможность регулировать их теплоотдачу, выбирая количество двигателей, работающих в данный момент времени. Двигатель или двигатели можно использовать для приведения в действие генераторов. Кроме того, их можно применять для подачи электрической энергии потребителям или предприятиям. Аналогичным образом выхлопные газы двигателей, обогащенные CO₂, можно направлять в теплицы или другие зону выращивания растений, в которых CO₂ способствует росту растений.

Имеется также возможность создать установку для декомпрессии газа, контролирующую формирование льда и гидратов внутри производственного комплекса, причем указанную установку можно применять также при генерации электрической энергии и/или водорода, предназначенных для последующего использования.

В случае выбора варианта с применением модификаций биотоплива (биодизельное топливо, древесина, щепа или другие субстанции такого рода) газоредукторный пункт становится нейтральным по отношению к углероду и поэтому оказывает пониженное воздействие на окружающую среду.

Используя для выработки тепла нагреватель или двигатель, работающий на топливе, которое не связано с самой подачей газа, можно устранить проблемы, связанные с обеспечением безопасности или надежности извлечения газа высокого давления из скважины. При этом обеспечивается высокая производительность по отношению к теплу, достаточная для нагрева компонентов газоредукторного пункта до возобновления прерванной подачи газа. Тем самым устраняется возможность формирования льда или отложений в трубе в переходные периоды (например, во время запуска).

Установка для декомпрессии газа содержит газорасширяющее устройство, обеспечивающее возможность расширения и тем самым понижения давления газа, и средство повышения температуры газа в зоне, прилегающей к газорасширяющему устройству. Средство повышения температуры газа содержит двигатель внутреннего сгорания на дизельном топливе или биотопливе. Газоредукторный пункт содержит установку для декомпрессии газа, источник тепла, способный производить тепло в избытке относительно количества, требуемого для нагрева газа, чтобы поддерживать температуру газа, выходящего из газорасширяющего устройства на газоредукторном пункте, выше заданной температуры, теплообменник для подачи тепла к месту сброса тепла, к теплопоглотителю или к теплонакопителю и контроллер. Контроллер отслеживает температуру газа и управляет количеством тепла, подаваемого теплообменником к месту сброса тепла, к теплопоглотителю или к теплонакопителю таким образом, чтобы регулировать температуру газа. Техническим результатом является повышение производительности и надежности извлечения газа высокого давления из скважины. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Установка для декомпрессии газа, содержащая, по меньшей мере, одно газорасширяющее устройство (4, 6), обеспечивающее возможность расширения и тем самым понижения давления газа, и, по меньшей мере, одно средство (20, 22, 24, 34) повышения температуры газа в зоне, прилегающей к газорасширяющему устройству, причем средство повышения температуры газа содержит двигатель внутреннего сгорания на дизельном топливе или биотопливе.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что за газорасширяющим устройством помещен теплообменник (22, 94), в котором происходит охлаждение используемого в нем теплоносителя.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что указанный теплоноситель охлаждается ниже 0°C.

4. Установка по п.2, отличающаяся тем, что указанный теплоноситель подается в процесс, в котором требуется охлаждение.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выполнена с возможностью применения с установкой (90), производящей лед, или с хладонакопителем.

6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что средство повышения температуры газа содержит, по меньшей мере, один теплообменник (20, 22), получающий нагретую текучую среду от нагревателя, или от двигателя, или от другого источника тепла.

7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что газорасширяющее устройство приводит в действие генератор, осуществляющий генерирование электрической энергии.

8. Установка по п.7, отличающаяся тем, что электрическая энергия, генерируемая генератором (10), подается в электролизный блок (56), обеспечивающий преобразование воды в кислород и водород и выработку тепла.

9. Установка по п.8, отличающаяся тем, что кислород, произведенный в электролизном блоке, подается к горелке (80) для выработки тепла или к двигателю внутреннего сгорания.

10. Установка по п.8, отличающаяся тем, что водород, произведенный в электролизном блоке, подается к топливному элементу (66), обеспечивающему генерирование электрической энергии и выработку тепла.

11. Установка по п.8, отличающаяся тем, что к средству (20, 22, 24) повышения температуры газа подается тепло.

12. Установка по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит:
контроллер (30) и,
по меньшей мере, один клапан (V1-V9) для регулирования тепла, подаваемого в газ,
причем контроллер регулирует единственный или каждый клапан (V1-V9), чтобы регулировать количество тепла, подаваемое в газ, для достижения заданной температуры газа.

13. Установка по п.1, отличающаяся тем, что средство (34) повышения температуры газа выполнено с возможностью выработки в процессе работы установки избытка энергии относительно энергии, требуемой для нагрева газа до заданной температуры, причем установка содержит дополнительный теплообменник (100), а контроллер функционирует таким образом, чтобы обеспечить отвод избыточного тепла к дополнительному теплообменнику.

14. Установка по п.1, отличающаяся тем, что двигатель внутреннего сгорания работает на топливе, полученном из сельскохозяйственных растений.

15. Установка по п.13, отличающаяся тем, что двигатель внутреннего сгорания работает на биодизельном топливе или на биотопливе.

16. Установка по п.13, отличающаяся тем, что дополнительный теплообменник обеспечивает подачу избыточного тепла к месту сброса тепла, к теплопоглотителю или к теплонакопителю.

17. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выполнена с возможностью подачи выхлопных газов из двигателя внутреннего сгорания в зону выращивания растений с целью повышения содержания в ней углекислого газа, доступного для растений.

18. Установка по любому из пп.1-17, отличающаяся тем, что дополнительно содержит в качестве источника тепла устройство для использования неорганических топлив.

19. Способ декомпрессии газа, включающий:
активацию двигателя внутреннего сгорания на дизельном топливе или биотопливе с целью выработки тепла,
подачу тепла к газу до того, как он подвергнется расширению,
обеспечение расширения газа,
отслеживание температуры расширившегося газа и регулирование количества тепла, подаваемого к газу,
причем источник тепла вырабатывает избыточную энергию, а избыток тепла подают к месту сброса тепла.

20. Способ по п.19, отличающийся тем, что для сброса тепла используют дополнительный процесс.

21. Способ по п.19, отличающийся тем, что для сброса тепла используют воздушное отопление или водяное отопление.

22. Способ по п.19, отличающийся тем, что сброс тепла используют для накопления тепла в теплонакопителе с возможностью выведения тепла из теплонакопителя с использованием его для нагрева газа.

23. Газоредукторный пункт, содержащий:
установку для декомпрессии газа, выполненную в соответствии с любым из пп.1-11 или 13-18,
источник тепла, способный производить тепло в избытке относительно количества, требуемого для нагрева газа, чтобы поддерживать температуру газа, выходящего из газорасширяющего устройства на газоредукторном пункте, выше заданной температуры,
теплообменник для подачи тепла к месту сброса тепла, к теплопоглотителю или к теплонакопителю и
контроллер,
причем контроллер отслеживает температуру газа и управляет количеством тепла, подаваемого теплообменником к месту сброса тепла, к теплопоглотителю или к теплонакопителю таким образом, чтобы регулировать температуру газа.

24. Газоредукторный пункт по п.23, отличающийся тем, что контроллер содержит прогнозирующий компонент для оценивания нагрева, который будет востребован.