РЕГЕНЕРАТИВНАЯ ГАЗОТУРБОДЕТАНДЕРНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2015 года по МПК F01K27/00 

Описание патента на изобретение RU2549004C1

Изобретение относится к газотурбинным установкам и может быть использовано при создании экономичных газотурбодетандерных энергетических установок на компрессорных станциях магистральных газопроводов с газотурбинными газоперекачивающими агрегатами, обеспечивающих электроснабжение собственных нужд компрессорных станций и внешних потребителей.

Известна газотурбодетандерная энергетическая установка, применяемая для электроснабжения собственных нужд газораспределительных станций (ГРС) и газорегуляторных пунктов. Она состоит из газопровода высокого давления, теплообменника, подогрева газа высокого давления, турбодетандера с регулируемым сопловым аппаратом, газотурбинного авиационного двигателя с воздушным компрессором, камерой сгорания, газовой турбиной, понижающего редуктора, электрогенератора, системы управления. Газопровод природного газа высокого давления через теплообменник подогрева газа высокого давления связан с входом турбодетандера, снабженного регулируемым сопловым аппаратом (РСА), его выход через газопровод топливного газа соединен с камерой сгорания. Вал авиационного двигателя связан общим валом с валом турбодетандера и через понижающий редуктор с валом электрогенератора. Газовая турбина авиадвигателя через теплообменник подогрева газа высокого давления связана с атмосферой. Природный газ высокого давления подогревают в теплообменнике подогрева газа высокого давления за счет теплоты выхлопных газов авиадвигателя и подают на вход турбодетандера. Суммарная полезная работа авиационного газотурбинного двигателя и турбодетандера используется для выработки электроэнергии. (Патент РФ №2091592, F01K 27/00, приоритет 27.09.1994. "Способ работы газотурбодетандерной установки".) Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является газотурбодетандерная установка, применяемая на ГРС и ГРП, содержащая редукционное устройство, турбодетандер с регулируемым сопловым аппаратом (РСА), авиационный газотурбинный двигатель с газогенератором и силовой газовой турбиной, теплообменник-утилизатор, теплообменник-регенератор предварительного подогрева газа, электрогенератор. Магистральный газопровод высокого давления соединен через поверхности нагрева теплообменника-регенератора и теплообменника-утилизатора с входом турбодетандера, а также через редукционное устройство с выходной газовой магистралью. Теплообменник-утилизатор установлен в выхлопном газоходе газовой турбины. Выход турбодетандера связан через теплообменник-регенератор с выходной газовой магистралью, а также непосредственно с камерой сгорания авиационного газотурбинного двигателя. Силовая газовая турбина газотурбодетандерной установки и турбодетандер связаны общим валом с электрогенератором. При изменении давления газа в магистральном газопроводе высокого давления с помощью РСА поддерживают постоянное давление газа в выходной газовой магистрали и в камере сгорания авиадвигателя. (Патент РФ №2096640, F02C6/18, приоритет 30.11.1994. "Способ работы газотурбодетандерной установки".) Данное техническое решение принято за прототип предлагаемого изобретения.

В то же время прототип имеет недостатки:

- он предназначен для установки на ГРС и ГРП с давлением газа в выходной газовой магистрали 0,6-1,2 МПа и не может быть применен на компрессорных станциях магистральных газопроводов с газотурбинным приводом газоперекачивающих агрегатов (ГПА), так как давление топливного газа в их камерах сгорания составляет 2,5-3 МПа;

- прототип имеет недостаточно высокую тепловую экономичность.

Задачей предлагаемого изобретения является создание высокоэкономичной регенеративной газотурбодетандерной установки для обеспечения энергоснабжения собственных нужд компрессорных станций магистральных газопроводов и для повышения экономичности ее газоперекачивающих агрегатов. Расширенный в турбодетандере природный газ используется как топливный газ для газотурбодетандерной установки и для газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции.

Поставленная задача решается за счет того, что регенеративная газотурбодетандерная установка компрессорной станции магистральных газопроводов с газотурбинными газоперекачивающими агрегатами, снабженными утилизационными подогревателями теплоносителя, содержащая магистральный газопровод высокого давления, подогреватель газа высокого давления, турбодетандер с регулируемым сопловым аппаратом, компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, электрогенератор, подогреватель топливного газа, регулятор, при этом магистральный газопровод высокого давления через подогреватель газа высокого давления связан с входом турбодетандера, выход которого через газопровод топливного газа связан с камерой сгорания газотурбодетандерной установки, регулятор соединен импульсными линиями с регулируемым сопловым аппаратом турбодетандера и с камерой сгорания газотурбодетандерной установки, причем она дополнительно снабжена газопроводом топливного газа высокого давления, сепаратором топливного газа высокого давления, подогревателем топливного газа среднего давления, регенеративным воздухоподогревателем, причем сепаратор топливного газа высокого давления, подогреватель топливного газа высокого давления, турбодетандер с регулируемым сопловым аппаратом, подогреватель топливного газа среднего давления и газопровод топливного газа высокого давления используют для подогрева топливного газа всех камер сгорания газотурбинных агрегатов компрессорной станции, при этом ротор турбодетандера соединен общим валом с ротором компрессора, ротор газовой турбины связан с ротором электрогенератора, а утилизационные подогреватели теплоносителя связаны трубопроводами с подогревателем топливного газа высокого давления и с подогревателем топливного газа среднего давления.

Сравнение предлагаемой регенеративной газотурбодетандерной установки с прототипом и другими техническими решениями позволило сделать вывод, что предлагаемые в ней технические решения соответствуют критерию "новизна". С учетом признаков, отличающих заявляемое изобретение от прототипа, можно сделать вывод, что оно соответствует критерию "существенные отличия".

На Фиг.1 приведена блок-схема регенеративной газотурбодетандерной установки, на Фиг.2 приведена тепловая схема регенеративной газотурбодетандерной установки.

Блок схема содержит два блока - блок регенеративной газотурбодетандерной установки 1 и блок газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции 2. Тепловая схема содержит: магистральный газопровод высокого давления 3, газопровод топливного газа высокого давления 4, сепаратор топливного газа высокого давления 5, подогреватель топливного газа высокого давления 6, турбодетандер 7 с регулируемым сопловым аппаратом, компрессор 8, выхлопной газоход 9, газовую турбину 10, электрогенератор 11, регулятор 12, общий вал 13, газопровод среднего давления 14, регенеративный воздухоподогреватель 15, камеру сгорания 16 газотурбодетандерной установки, трубопровод подогретого теплоносителя 17, трубопровод охлажденного теплоносителя 18, подогреватель топливного газа среднего давления 19, газопроводы топливного газа среднего давления 20, утилизационные подогреватели теплоносителя 21, камеры сгорания газоперекачивающих агрегатов 22.

Магистральный газопровод высокого давления 3 соединен газопроводом топливного газа высокого давления 4 через сепаратор высокого давления топливного газа 5 и подогреватель топливного газа высокого давления 6 с входом турбодетандера 7, выход которого связан газопроводом среднего давления 14 через подогреватель топливного газа среднего давления 19, газопроводы топливного газа среднего давления 20 с камерой сгорания 16 регенеративной газотурбодетандерной установки и с камерами сгорания 22 газоперекачивающих агрегатов. Регулятор 12 соединен импульсными линиями с РСА турбодетандера 7 и с газопроводами топливного газа среднего давления 20. Газопроводы топливного газа среднего давления 20 соединены с камерой сгорания 16 регенеративной газотурбодетандерной установки и с камерами сгорания 22 газоперекачивающих агрегатов. Утилизационные подогреватели теплоносителя 21 связаны трубопроводом подогретого теплоносителя 17 и трубопроводом охлажденного теплоносителя 18 с подогревателем топливного газа среднего давления 19 и с подогревателем топливного газа высокого давления 6. Ротор турбодетандера 7 соединен общим валом 13 с ротором компрессора 8, выход которого связан через воздуховод, регенеративный воздухоподогреватель 15, камеру сгорания 16 регенеративной газотурбодетандерной установки, с входом газовой турбины 10, ротор которой соединен валом с ротором электрогенератора 11. Выход газовой турбины 10 через выхлопной газоход 9 и регенеративный воздухоподогреватель 15 связан с атмосферой.

Регенеративная газотурбодетандерная установка работает следующим образом.

Природный газ из магистрального газопровода высокого давления 3 по газопроводу топливного газа высокого давления 4 поступает в сепаратор топливного газа высокого давления 5, где производится его очистка от примесей, затем через подогреватель топливного газа высокого давления 6 его подают в турбодетандер 7, снабженный РСА, расширяется со снижением давления и далее по газопроводу среднего давления 14 его подают через подогреватель топливного газа среднего давления 19 в газопроводы топливного газа среднего давления 20. После подогревателя топливного газа среднего давления 19 газ направляют в камеру сгорания 16 регенеративной газотурбодетандерной установки и в камеры сгорания газоперекачивающих агрегатов 22. Подогрев газа в подогревателе топливного газа высокого давления 6 и в подогревателе топливного газа среднего давления 19 производят теплоносителем, который подводят в них по трубопроводу 17 подогретого теплоносителя и отводят по трубопроводу 18 охлажденного теплоносителя. При этом подогрев теплоносителя производят в утилизационных подогревателях теплоносителя 21 за счет теплоты уходящих газов газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции.

Полезную работу турбодетандера 7 передают по общему валу 13 компрессору 8 и используют ее для сжатия атмосферного воздуха. Сжатый в нем атмосферный воздух направляют через регенеративный воздухоподогреватель 15 в камеру сгорания 16 газотурбодетандерной установки, куда также подают газ по газопроводу топливного газа среднего давления 20. Продукты сгорания газа расширяют в газовой турбине 10 и через выхлопной газоход 9 и регенеративный воздухоподогреватель 15 сбрасывают в атмосферу. Полезную работу газовой турбины 10 используют для привода электрогенератора 11 и выработки электроэнергии. В регенеративном воздухоподогревателе 15 подогревают воздух, сжатый в компрессоре 8 за счет теплоты выхлопных газов газовой турбины 10.

При изменении давления в магистральном газопроводе 3 и соответственно в газопроводе топливного газа высокого давления 4 регулятором 12 за счет воздействия на сопловой регулирующий аппарат турбодетандера 7 поддерживают постоянное давление в газопроводе топливного газа среднего давления 20, в камере сгорания 16 регенеративной газотурбодетандерной установки и в камерах сгорания 22 газоперекачивающих агрегатов.

Применение регенеративного воздухоподогревателя позволяет повысить экономичность регенеративной газотурбодетандерной установки.

Соединение общим валом высокооборотного турбодетандера с компрессором позволяет уменьшить число ступеней в компрессоре и снизить его стоимость.

Привод электрогенератора от вала газовой турбины при 3000 об/мин позволяет отказаться от использования понижающего редуктора и повысить надежность установки.

Применение в газоперекачивающих агрегатах утилизационных подогревателей теплоносителя позволяет понизить температуру уходящих газов и повысить их тепловую экономичность.

Использование теплоносителя для подогрева газа высокого давления и топливного газа позволяет увеличить мощность турбодетандера, мощность и расход воздуха через компрессор, за счет чего повысится мощность и электрический КПД газотурбодетандерной установки.

Похожие патенты RU2549004C1

название год авторы номер документа
РЕГЕНЕРАТИВНАЯ ГАЗОТУРБОДЕТАНДЕРНАЯ УСТАНОВКА СОБСТВЕННЫХ НУЖД КОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ 2014
  • Субботин Владимир Анатольевич
  • Грабовец Владимир Александрович
  • Фиников Владимир Львович
  • Шабанов Константин Юрьевич
  • Шелудько Леонид Павлович
  • Бирюк Владимир Васильевич
RU2570296C1
ГАЗОТУРБОДЕТАНДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА КОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА 2015
  • Субботин Владимир Анатольевич
  • Грабовец Владимир Александрович
  • Шабанов Константин Юрьевич
  • Шелудько Леонид Павлович
RU2599082C1
КОМПРЕССОРНАЯ СТАНЦИЯ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА С ГАЗОТУРБОДЕТАНДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКОЙ 2014
  • Субботин Владимир Анатольевич
  • Корнеев Сергей Иванович
  • Шурухин Игорь Николаевич
  • Шабанов Константин Юрьевич
  • Шелудько Леонид Павлович
RU2576556C2
КОМБИНИРОВАННАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ГАЗОТУРБОДЕТАНДЕРНАЯ УСТАНОВКА КОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА 2018
  • Гордеев Андрей Анатольевич
  • Шурухин Игорь Николаевич
  • Шелудько Леонид Павлович
  • Бирюк Владимир Васильевич
RU2712339C1
Газотурбодетандерная энергетическая установка тепловой электрической станции 2018
  • Лившиц Михаил Юрьевич
  • Шелудько Леонид Павлович
  • Ларин Евгений Александрович
RU2699445C1
Способ работы газотурбодетандерной энергетической установки тепловой электрической станции 2017
  • Бирюк Владимир Васильевич
  • Ларин Евгений Александрович
  • Лившиц Михаил Юрьевич
  • Цапкова Александра Борисовна
  • Шелудько Леонид Павлович
  • Корнеев Сергей Сергеевич
RU2656769C1
КОМПРЕССОРНАЯ СТАНЦИЯ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА С ГАЗОТУРБОДЕТАНДЕРНОЙ УСТАНОВКОЙ 2021
  • Гордеев Андрей Анатольевич
  • Осипов Павел Геннадьевич
  • Шелудько Леонид Павлович
RU2795803C1
Способ энергоснабжения и работы комбинированной электрической и гидролизной установок и устройство для его осуществления 2022
  • Бирюк Владимир Васильевич
  • Шелудько Леонид Павлович
  • Шиманов Артём Андреевич
  • Шиманова Александра Борисовна
  • Лившиц Михаил Юрьевич
  • Ларин Евгений Александрович
  • Осипов Павел Геннадиевич
  • Панарин Артем Александрович
RU2797836C1
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ГАЗОТУРБОДЕТАНДЕРНАЯ УСТАНОВКА СОБСТВЕННЫХ НУЖД КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ 2013
  • Грабовец Владимир Александрович
  • Фиников Владимир Львович
  • Шабанов Константин Юрьевич
  • Шулудько Леонид Павлович
  • Бирюк Владимир Васильевич
RU2541080C1
СПОСОБ РАБОТЫ КОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ С ГАЗОТУРБИННЫМИ И ЭЛЕКТРОПРИВОДНЫМИ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИМИ АГРЕГАТАМИ И ГАЗОТУРБОДЕТАНДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКОЙ 2019
  • Гордеев Андрей Анатольевич
  • Осипов Павел Геннадьевич
  • Шелудько Леонид Павлович
  • Бирюк Владимир Васильевич
RU2740388C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 549 004 C1

Реферат патента 2015 года РЕГЕНЕРАТИВНАЯ ГАЗОТУРБОДЕТАНДЕРНАЯ УСТАНОВКА

Изобретение относится к энергетике. Регенеративная газотурбодетандерная установка компрессорной станции магистральных газопроводов с газотурбинными газоперекачивающими агрегатами, снабженными утилизационными подогревателями теплоносителя, содержит магистральный газопровод высокого давления, подогреватель газа высокого давления, турбодетандер с регулируемым сопловым аппаратом, компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, электрогенератор, подогреватель топливного газа, регулятор, газопровод топливного газа высокого давления, сепаратор топливного газа высокого давления, подогреватель топливного газа среднего давления, регенеративный воздухоподогреватель, причем подогреватель топливного газа среднего давления и газопровод топливного газа высокого давления используют для подогрева топливного газа всех камер сгорания газотурбинных агрегатов компрессорной станции, при этом ротор турбодетандера соединен общим валом с ротором компрессора, ротор газовой турбины связан с ротором электрогенератора, а утилизационные подогреватели теплоносителя связаны трубопроводами с подогревателем топливного газа высокого давления и с подогревателем топливного газа среднего давления. Изобретение позволяет повысить экономичность компрессорной станции. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 549 004 C1

Регенеративная газотурбодетандерная установка компрессорной станции магистральных газопроводов с газотурбинными газоперекачивающими агрегатами, снабженными утилизационными подогревателями теплоносителя, содержащая магистральный газопровод высокого давления, подогреватель газа высокого давления, турбодетандер с регулируемым сопловым аппаратом, компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, электрогенератор, подогреватель топливного газа, регулятор, при этом магистральный газопровод высокого давления через подогреватель газа высокого давления связан с входом турбодетандера, выход которого через газопровод топливного газа связан с камерой сгорания газотурбодетандерной установки, регулятор соединен импульсными линиями с регулируемым сопловым аппаратом турбодетандера и с камерой сгорания газотурбодетандерной установки, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена газопроводом топливного газа высокого давления, сепаратором топливного газа высокого давления, подогревателем топливного газа среднего давления, регенеративным воздухоподогревателем, причем сепаратор топливного газа высокого давления, подогреватель топливного газа высокого давления, турбодетандер с регулируемым сопловым аппаратом, подогреватель топливного газа среднего давления и газопровод топливного газа высокого давления используют для подогрева топливного газа всех камер сгорания газотурбинных агрегатов компрессорной станции, при этом ротор турбодетандера соединен общим валом с ротором компрессора, ротор газовой турбины связан с ротором электрогенератора, а утилизационные подогреватели теплоносителя связаны трубопроводами с подогревателем топливного газа высокого давления и с подогревателем топливного газа среднего давления.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2015 года RU2549004C1

СПОСОБ РАБОТЫ ГАЗОТУРБОДЕТАНДЕРНОЙ УСТАНОВКИ 1994
  • Гуров В.И.
  • Губанок И.И.
  • Калнин В.М.
  • Попов К.М.
  • Стойко И.И.
  • Суворов К.К.
RU2096640C1
СПОСОБ РАБОТЫ ГАЗОТУРБОДЕТАНДЕРНОЙ УСТАНОВКИ 1994
  • Гуров Валерий Игнатьевич[Ru]
  • Губанок Иван Иванович[Ru]
  • Макаров Валерий Григорьевич[Ru]
  • Супонников Игорь Федорович[Ru]
  • Хомутов Павел Алексеевич[Ua]
RU2091592C1
Устройство для гидравлических испытаний секций отопительных радиаторов 1960
  • Нестеренко В.Б.
  • Нестеренко И.Э.
  • Патрикеев В.С.
  • Патрикеева Э.М.
SU133250A1
WO 2012159194 A1, 29.11.2012
DE 2833136 A, 07.02.1980
Металлокомплексы на основе полифторсалицилатов и 1,10-фенантролина с антибактериальной активностью и способ их получения 2019
  • Щур Ирина Викторовна
  • Бургарт Янина Валерьевна
  • Щегольков Евгений Вадимович
  • Герасимова Наталья Авенировна
  • Евстигнеева Наталья Петровна
  • Зильберберг Наталья Владимировна
  • Кунгуров Николай Васильевич
  • Салоутин Виктор Иванович
  • Чупахин Олег Николаевич
RU2706702C1
Способ осветления стекла 1960
  • Осипова З.Г.
  • Подушко Е.В.
SU133204A1
Парогазовая установка 1974
  • Ложкин Александр Николаевич
SU454362A1
СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛА В ПАРОГАЗОВОЙ УСТАНОВКЕ КОНТАКТНОГО ТИПА И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2002
  • Шадек Е.Г.
  • Штеренберг В.Я.
  • Масленников В.М.
  • Ики Норихико
  • Цалко Э.А.
  • Выскубенко Ю.А.
  • Кашфразиев Ю.А.
RU2211343C1

RU 2 549 004 C1

Авторы

Субботин Владимир Анатольевич

Грабовец Владимир Александрович

Фиников Владимир Львович

Шабанов Константин Юрьевич

Шелудько Леонид Павлович

Бирюк Владимир Васильевич

Даты

2015-04-20Публикация

2013-12-24Подача