Система оптимального распределения электроэнергии, вырабатываемой при редуцировании газа на газораспределительной станции Российский патент 2021 года по МПК F17D1/04 

Изобретение относится к области теплоэнергетики, более точно, к производству электроэнергии, холода, сжиженного природного газа при редуцировании природного газа на газораспределительных станциях (ГРС).

Изобретение может найти применение при оптимизации процессов хладообеспечения холодильных камер, сжижения природного газа, производства электроэнергии, в том числе и для направления произведенной электроэнергии в сеть, в условиях ГРС.

Идея использования технологических перепадов давления транспортируемого природного газа на ГРС общеизвестна.

Так, известна установка для комбинированного электро- и хладоснабжения на газораспределительной станции, защищенная патентом РФ №2665752, МПК F17D 1/04, опубл. 04.09.2018, патентообладатель ООО «Газхолодтехника» (RU). Известная установка смонтирована между газопроводом высокого давления и газопроводом низкого давления и содержит основную линию подачи природного газа на детандер, кинематически соединенный с электрогенератором, блок осушки, установленный перед детандером, и теплообменник, вход которого подключен к выходу детандера. Установка содержит основной подогреватель газа, подключенный в линии газопровода высокого давления перед блоком осушки, и дополнительную линию подачи природного газа, которая проходит от второго выхода основного подогревателя газа через регулятор давления и соединяется с основной линией подачи природного газа в газопроводе низкого давления, при этом, к выходу теплообменника подсоединен дополнительный подогреватель газа с регулятором для регулирования температуры газа, направляемого в газопровод низкого давления, а теплообменник соединен трубопроводами подвода и отвода хладоносителя с потребителем холода. Известная установка позволяет утилизировать потенциальную энергию природного газа на ГРС. Однако необходимость применения в известной установке основного подогревателя газа, подключенного в линии газопровода высокого давления перед блоком осушки, снижает эффективность ее работы, а распределение электроэнергии в известной установке при утилизации потенциальной энергии природного газа проходит без учета и анализа потребностей потребителей такой электроэнергии.

Также известна газораспределительная станция с выработкой электроэнергии, защищенная патентом РФ №2221192 «Газораспределительная станция с выработкой электроэнергии», МПК F17D 1/04, F25B 11/00, опубл. 10.01.2004, патентообладатель ЗАО «Научно-исследовательский и конструкторский институт центробежных и роторных компрессоров им. В.Б. Шнеппа» (RU). Известная газораспределительная станция с выработкой электроэнергии включается между магистральным газопроводом высокого давления и потребительским газопроводом, содержит электромашинные турбодетандеры, каждый из которых включает турбину и расположенный на ее валу электрогенератор с нагревателем газа, связанным со входом турбины. Выход одного из турбодетандеров известной ГРС соединен с потребительским газопроводом конечного давления, выход первого или каждого из других турбодетандеров соединен с соответствующим потребительским газопроводом промежуточного давления, а электрогенераторы турбодетандеров выполнены с регуляторами напряжения и через выпрямители подключены к аккумуляторной станции, с которой соединен инвертор напряжения. Однако использование нагревателей газа для электрогенераторов повышает экономические затраты на дополнительное оборудование, на его содержание и обслуживание, снижая экономическую эффективность работы ГРС. Помимо этого применение аккумуляторной станции не решает проблемы оптимального распределения электроэнергии, вырабатываемой при редуцировании природного газа на ГРС.

Решение задачи оптимального распределения электроэнергии, вырабатываемой при редуцировании природного газа на ГРС, позволит повысить экономические параметры работы ГРС в целом.

Целью изобретения является повышение экономической эффективности работы ГРС за счет оптимизации распределения электрической энергии, вырабатываемой при редуцировании природного газа на ГРС.

Техническим результатом изобретения является разработка системы оптимального распределения электроэнергии, вырабатываемой при редуцировании газа на газораспределительной станции, обеспечивающей анализ и оптимальное распределение, перераспределение электроэнергии для ГРС и подключенных к ней блоков, например, хладообеспечения и сжижения, повышающей экономическую эффективность работы ГРС.

Поставленная цель и требуемый технический результат достигаются за счет того, что система оптимального распределения электроэнергии, вырабатываемой при редуцировании природного газа, подключена к газораспределительной станции, включаемой между магистральным газопроводом высокого давления и потребительским газопроводом и имеет в своем составе один, но не ограничиваясь этим, детандер-генератор, блок хладообеспечения, блок управляющего контроллера, блок сжижения природного газа, подаваемого на газораспределительную станцию по магистральному газопроводу, и блок осушки, подсоединенный к выходу магистрального газопровода подачи природного газа на газораспределительную станцию. Вход детандер-генератора подключен к выходу блока осушки, а выход детандер-генератора соединен трубопроводами подвода, отвода природного газа с потребительским газопроводом, с блоками сжижения и хладообеспечения. Генератор детандер-генератора связан электрической связью с блоком управляющего контроллера, который, в свою очередь, связан электрической связью с блоками осушки, сжижения, хладообеспечения и с электропотребителями газораспределительной станции. Поток природного газа, подаваемый по магистральному газопроводу, делится на три потока: первый поток поступает в редуктор давления и направляется в потребительский газопровод, второй поток поступает на вход блока сжижения для получения сжиженного и компримированного природного газа, третий поток проходит блок осушки и поступает в детандер-генератор. После прохождения детандер-генератора, поток природного газа делится на три ветви: первая ветвь подается в блок сжижения, вторая ветвь подается в блок хладообеспечения, третья ветвь подключена к потребительскому газопроводу. На выходе из блоков сжижения и хладообеспечения обратный поток природного газа подключен к потребительскому газопроводу. Генератор детандер-генератора выполнен с инвертором напряжения, имеющим выходное напряжение промышленной частоты, для обеспечения возможности, посредством блока управляющего контроллера, возвращения остаточной электроэнергии, вырабатываемой детандер-генератором, в сеть.

При осуществлении изобретения установка в системе оптимального распределения электроэнергии блока управляющего контроллера с функциями анализа работы всех блоков системы, потребления электроэнергии, управления, перенаправления потоков электроэнергии, и установление электрической связи с ним генератора детандер-генератора позволяет максимально оптимизировать распределение потоков электроэнергии, вырабатываемой детандер-генератором при редуцировании природного газа на ГРС. Помимо этого выполнение генератора детандер-генератора с инвертором напряжения, имеющим выходное напряжение промышленной частоты, позволяет получить возможность возвращения остаточной электроэнергии, не использованной в системе, в сеть.

Настоящее изобретение и его преимущества будут более понятны путем ссылки на последующее описание и прилагаемый чертеж. На чертеже показана конструктивная схема системы оптимального распределения электроэнергии, вырабатываемой при редуцировании газа на газораспределительной станции. Различные требуемые вспомогательные системы, такие как клапаны, смесители потоков, системы регулирования и датчики исключены из чертежа в целях упрощения и ясности представления.

Система оптимального распределения электроэнергии, вырабатываемой при редуцировании природного газа подключена к газораспределительной станции 1, включаемой между магистральным газопроводом высокого давления и потребительским газопроводом (на чертеже не обозначены) с редуктором 7 давления. Система имеет в своем составе один, но не ограничиваясь этим, детандер-генератор 3, блок 6 хладообеспечения, блок 4 управляющего контроллера, блок 5 сжижения природного газа и блок 2 осушки.

В одном конкретном исполнении, в соответствии с прилагаемым чертежом, система оптимального распределения электроэнергии работает следующим образом.

Поток природного газа поступает на газораспределительную станцию 1 из магистрального газопровода с температурой от 0°С до 10°С, давлением 3,2-4,6 МПа и делится на три потока: первый поток поступает через редуктор 7 давления в потребительский газопровод и направляется потребителю с давлением 0,6 МПа и температурой не ниже 0°С; второй поток поступает на вход блока 5 сжижения, после прохождения которого компримированный газ (КПГ) с давлением 25 МПа и температурой 0… плюс 20°С и сжиженный газ (СПГ) с давлением 0,4 МПа и температурой минус 141°С направляются потребителю; третий поток перед подачей в детандер-генератор 3, с целью обеспечения надежной работы последнего подается в блок 2 осушки и далее, в детандер-генератор 3 для выработки электроэнергии и холода. Система оптимального распределения электроэнергии может иметь в своем составе несколько детандер-генераторов при необходимости обеспечения электроэнергией большего числа потребителей, например, при необходимости обеспечения электроэнергией нескольких блоков сжижения и хладообеспечения.

После прохождения детандер-генератора 3 поток природного газа выходит со следующими параметрами: температура минус 40°С, давление 0,6 МПа и делится на три ветви: первая ветвь подается в блок 5 сжижения для использования холода в цикле получения СПГ и КПГ, вторая ветвь подается в блок 6 хладообеспечения для обеспечения холодом холодильной камеры (на чертеже не показана), третья ветвь с давлением 0,6 МПа подключена к потребительскому газопроводу. На выходе из блоков 5 и 6 сжижения и хладообеспечения обратный поток природного газа с давлением 0,6 МПа и температурой 0… плюс 20°С подключен к потребительскому газопроводу.

Основным компонентом системы оптимального распределения электроэнергии является блок 4 управляющего контроллера, с которым установлена электрическая связь генератора детандер-генератора 3. Блок 4 управляющего контроллера связан электрической связью с блоком 2 осушки для регулирования потока электроэнергии, подаваемой на электрический подогреватель в режиме регенерации, а также с блоками 5 и 6 сжижения и хладообеспечения и со всеми электропотребителями газораспределительной станции 1. При этом блок 4 управляющего контроллера имеет функции анализа работы и процессов, происходящих во всех блоках системы, функции управления, т.е. распределения, отключения и перераспределения потоков электроэнергии, питающих все блоки системы. Также блок 4 управляющего контроллера подключен к сети и имеет функцию возвращения остаточной электроэнергии, вырабатываемой детандер-генератором 3, в сеть, поскольку генератор детандер-генератора 3 выполнен с инвертором напряжения, имеющим выходное напряжение промышленной частоты.

Такая компоновка системы оптимального распределения электроэнергии позволяет максимально эффективно управлять (направлять, распределять, перераспределять) потоками электроэнергии, получаемой при редуцировании природного газа на ГРС, что значительно повышает энергетическую эффективность работы ГРС, обеспечивает ее энергонезависимость, а также энергонезависимость всех блоков, работающих в составе такой ГРС, кроме этого дает возможность, посредством блока управляющего контроллера, возвращения остаточной электроэнергии, вырабатываемой детандер-генератором, в сеть.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, более точно, к производству электроэнергии, холода, сжиженного природного газа при редуцировании природного газа на газораспределительных станциях (ГРС). Система оптимального распределения электроэнергии, вырабатываемой при редуцировании природного газа, подключена к газораспределительной станции, включаемой между магистральным газопроводом высокого давления и потребительским газопроводом, и имеет в своем составе один, но не ограничиваясь этим, детандер-генератор, блок хладообеспечения, блок управляющего контроллера, блок сжижения природного газа и блок осушки. Вход детандер-генератора подключен к выходу блока осушки, а выход детандер-генератора соединен трубопроводами подвода, отвода природного газа с потребительским газопроводом, с блоками сжижения и хладообеспечения. Генератор детандер-генератора связан электрической связью с блоком управляющего контроллера, который, в свою очередь, связан электрической связью с блоками осушки, сжижения, хладообеспечения и с электропотребителями газораспределительной станции. Подключение блока управляющего контроллера с функциями анализа работы всех блоков системы, потребления электроэнергии, управления, перенаправления потоков электроэнергии, и установление электрической связи с ним генератора детандер-генератора позволяет максимально оптимизировать распределение потоков электроэнергии, вырабатываемой детандер-генератором при редуцировании природного газа на ГРС. Технический результат - повышение экономической эффективности работы ГРС за счет оптимизации распределения электрической энергии, вырабатываемой при редуцировании природного газа на ГРС. 1 ил.

Система оптимального распределения электроэнергии, вырабатываемой при редуцировании природного газа, подключенная к газораспределительной станции, включаемой между магистральным газопроводом высокого давления и потребительским газопроводом, имеющая в своем составе один, но не ограничиваясь этим, детандер-генератор, блок хладообеспечения, блок управляющего контроллера, блок сжижения природного газа, подаваемого на газораспределительную станцию по магистральному газопроводу, и блок осушки, подсоединенный к выходу магистрального газопровода подачи природного газа на газораспределительную станцию, при этом вход детандер-генератора подключен к выходу блока осушки, а выход детандер-генератора соединен трубопроводами подвода, отвода природного газа с потребительским газопроводом, с блоками сжижения и хладообеспечения, помимо этого генератор детандер-генератора связан электрической связью с блоком управляющего контроллера, который, в свою очередь, связан электрической связью с блоками осушки, сжижения, хладообеспечения и с электропотребителями газораспределительной станции, при этом поток природного газа, подаваемый по магистральному газопроводу, делится на три потока: первый поток поступает в редуктор давления и направляется в потребительский газопровод, второй поток поступает на вход блока сжижения для получения сжиженного и компримированного природного газа, третий поток проходит блок осушки и поступает в детандер-генератор, после прохождения которого поток природного газа делится на три ветви: первая ветвь подается в блок сжижения, вторая ветвь подается в блок хладообеспечения, третья ветвь подключена к потребительскому газопроводу, при этом на выходе из блоков сжижения и хладообеспечения обратный поток природного газа подключен к потребительскому газопроводу, помимо этого генератор детандер-генератора выполнен с инвертором напряжения, имеющим выходное напряжение промышленной частоты, для обеспечения возможности, посредством блока управляющего контроллера, возвращения остаточной электроэнергии, вырабатываемой детандер-генератором в сеть.