Способ работы блока подогрева газа на газораспределительной станции с турбодетандерной энергетической установкой, подогревателем с промежуточным теплоносителем Российский патент 2024 года по МПК F04D25/02 F25B11/02 F02C6/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение способ работы газораспределительной станции (ГРС) с турбодетандерной энергетической установкой, подогревателем с промежуточным теплоносителем относится к газовой промышленности и к способам подогрева природного газа высокого давления на газораспределительных станциях магистральных газопроводов.

Уровень техники

На ГРС в блоках (узлах) подогрева обычно применяют подогреватели газа с промежуточным теплоносителем. Газ высокого давления 6,5-7,5 МПа из магистрального газопровода нагревают в подогревателе газа с промежуточным теплоносителем, расширяют в дросселе регулятора давления от 0,6-2,5МПа. Большую часть расширенного газа подают в выходной газопровод ГРС, а его меньшую часть сжигают в газовой горелке подогревателя с промежуточным теплоносителем для подогрева газа высокого давления. Недостатками ГРС является большие расходы топливного газа сжигаемого в подогревателе газа с промежуточным теплоносителем их низкая экологичность с большими выбросми в атмосферу вредных газов (Н.М. Соловьев, Н.В. Хворостян «Подогреватели газа с промежуточным теплоносителем, опыт применения». (Вестник Газпроммаша. Саратов. Выпуск 1).

Известен способ работы подогревателя газа с промежуточным теплоносителем и устройство для его осуществления (Патент РФ №2750083). Согласно этому способу газ из магистрального газопровода нагревают в подогревателе газа с промежуточным теплоносителем, сжигая в его унифицированной газовой горелке топливный газ, а также газ из генератора синтез-газа, что позволяет уменьшить расход топливного газа, снизить содержание в продуктах сгорания оксидов азота и углерода и повысить экологичность установки.

Известна газотурбодетандерная энергетическая установка ГРС, содержащая турбодетандер, газотурбинную установку с компрессором низкого давления, камерой сгорания и газовой турбиной, электрогенератор, газопровод топливного газа, теплообменник для подогрева газа, выходную газовую магистраль. Турбодетандер приводит воздушный компрессор газотурбинной установки, а газовая турбина приводит электрогенератор. Топливный газ сжигают в камере сгорания газотурбинной установки. Теплоту выхлопных газов газовой турбины используют в теплообменнике-утилизаторе для подогрева газа перед турбодетандером. Мощность силовой газовой турбины расходуются на выработку электроэнергии (Патент на полезную модель № 176799 «Газораспределительная станция с детандер-компрессорной газотурбинной энергетической установкой»).

При расходе газа через ГРС 30-50 тыс. нм³/ч и перепаде давлений в детандере от 7,0 до 1,2 МПа в электрогенераторе может быть получено до 2- 2,5 МВт электрической мощности.

Раскрытие сущности изобретения

Целью предлагаемого изобретения является разработка способа работы блока подогрева газа ГРС, снабженной типовым подогревателем газ с промежуточным теплоносителем.

Техническим результатом является повышение эффективности работы.

Технический результат достигается тем, что в способе работы блока подогрева газа на газораспределительной станции с газотурбодетандерной энергетической установкой и подогревателем с промежуточным теплоносителем, в блоке узле подогрева газа ГРС дополнительно устанавливают редуктор газа высокого давления, электрический подогреватель с промежуточным теплоносителем, при работе ГРС на рабочем режиме закрывают редуктор газа высокого давления и открывают краны на входе и выходе из турбодетандера, природный газ высокого давления подают в теплообменную поверхность подогревателя газа с промежуточным теплоносителем, где его подогревают до температуры 80-100°С в теплообменной поверхности теплом горячего промежуточного теплоносителя и подогретый газ высокого давления по газопроводу подогретого газа через открытый кран подают в турбодетандер, приводящий в работу электрогенератор, выработанную в электрогенераторе электрическую энергию преобразуют в частотном преобразователе, подают через регулятор напряжения и выпрямитель к нагревательным элементам электрического подогревателя с промежуточным теплоносителем, в корпус которого по трубопроводу промежуточного теплоносителя подают и нагревают теплоноситель до температуры 100-120°С, нагретый промежуточный теплоноситель подают в корпус теплообменной поверхности подогревателя газа с промежуточным теплоносителем, горелка подогревателя газа с промежуточным теплоносителем отключена, большую часть выработанной электроэнергии трансфомируют в повышающем трансформаторе и подают в высоковольтную электрическую сеть, расширенный в детандере природный газ подают по трубопроводу газа среднего давления в блок регулирования газа для потребителей.

При этом на номинальном режиме работы ГРС подогрев промежуточного теплоносителя производят в дополнительно установленном электрическом подогревателе питаемом дешевой электроэнергией от электрогенератора приводимого от турбодетандера. Подогретый промежуточный теплоноситель подают в теплообменную поверхность типового подогревателя с промежуточным теплоносителем и нагревают в ней газ высокого давления, который затем подают в турбодетандер приводящий электрогенератор. Меньшую часть выработанной электроэнергии выпрямляют и используют для питания электрического подогревателя подогревающего промежуточный теплоноситель, а ее большую часть трансфомируют и подают в высоковольтную электрическую сеть. На режимах работы ГРС, когда производится техническое обслуживание турбодетандера и электрогенератора, в горелку подогревателя газа с промежуточным теплоносителем подают топливный газ низкого давления расширенный в газовом дросселе низкого давления. Продукты сгорания топливного газа используют для подогрева промежуточного теплоносителя, и далее для нагрева газа высокого давления в теплообменной поверхности подогревателя с промежуточным теплоносителем.

Предлагаемый способ работы блока подогрева газа ГРС позволяет на нормальных режимах работы ГРС экономить топливный газ, исключить выброс в атмосферу вредных продуктов сгорания и повысить экологичность ГРС.

Способ работы блока подогрева газа ГРС с газотурбодетандерной энергетической установкой и подогревателем газа с промежуточным теплоносителем может быть реализован в устройстве, содержащем газопровод высокого давления, подогреватель газа с промежуточным теплоносителем, снабженный газовой горелкой, газопровод топливного газа низкого давления, турбодетандер, электрогенератор, выпрямитель, частотный преобразователь, повышающий трансформатор, выход во внешнюю электрическую сеть.

Краткое описание чертежей

На чертеже приведена принципиальная схема блока подогрева газа ГРС с газотурбодетандерной энергетической установкой, электрическим подогревателем теплоносителя и подогревателем газа с промежуточным теплоносителем.

Газораспределительная станция содержит: газовую горелку топливного газа 1, подогреватель газа с промежуточным теплоносителем 2, теплообменную поверхность 3, газопровод высокого давления подогретого газа 4, редуктор газа высокого давления 5, трубопровод среднего давления газа 6, электрического подогревателя с промежуточным теплоносителем 7, турбодетандер 8, электрогенератор 9, трубопровод промежуточного теплоносителя 10, частотный преобразователь 11, выпрямитель 12, регулятор напряжения 13, повышающий трансформатор 14, выход во внешнюю электрическую сеть 15, газовый дроссель низкого давления 16.

Осуществление изобретения

Способ работы блока подогрева газа ГРС с газотурбодетандерной энергетической установкой, электрическим подогревателем теплоносителя и подогревателем газа с промежуточным теплоносителем осуществляют следующим образом. При работе ГРС на рабочем режиме закрывают редуктор газа высокого давления 5 и открывают краны на входе и выходе из турбодетандера 8. Природный газ высокого давления подают в теплообменную поверхность 3 подогревателя газа с промежуточным теплоносителем 2, где его подогревают до температуры 80-100°С в теплообменной поверхности 3 теплом горячего промежуточного теплоносителя. Подогретый до 80-100°С газ высокого давления подают по газопроводу подогретого газа 4 в турбодетандер 8, приводящий в работу электрогенератор 9. Выработанную в электрогенераторе электрическую энергию преобразуют в частотном преобразователе 11. Меньшую часть электроэнергии (20-25%), подают через регулятор напряжения 13 и выпрямитель 12 к нагревательным элементам электрического подогревателя с промежуточным теплоносителем 7. В его корпус подают промежуточный теплоноситель по трубопроводу промежуточного теплоносителя 10 и нагревают промежуточный теплоноситель до 100-120°С. Нагретый промежуточный теплоноситель подают в корпус теплообменной поверхности 3 подогревателя газа с промежуточным теплоносителем 2, горелка 1 подогревателя газа с промежуточным теплоносителем отключена. Большую часть выработанной электроэнергии трансфомируют в повышающем трансформаторе 14 и подают в высоковольтную электрическую сеть 15. Расширенный в детандере 8 природный газ подают по трубопроводу газа среднего давления 6 в блок регулирования газа для потребителей.

При техническом обслуживании турбодетандера 8 или электрогенератора 9 закрывают краны на трубопроводе турбодетандера включают редуктор газа высокого давления 5 и подают топливный газ из трубопровода среднего давления 6 через редуктор низкого давления 16 в газовую горелку 1. Теплоту продуктов сгорания топливного газа используют для подогрева промежуточного теплоносителя в корпусе подогревателя газа с промежуточным теплоносителем 2. Теплоту нагретого промежуточного теплоносителя используют в теплообменной поверхности подогревателя газа 3 для подогрева природного газа высокого давления подводимого из магистрального газопровода до температуры 60-80°С. На рабочем режиме ГРС в горелках 1 не сжигается топливный газ, что позволяет исключит выброс в атмосферу вредных газов и обеспечить высокую экологичность ГРС.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает требуемый подогрев газа высокого давления как в нормальных условиях работы турбодетандера и электрогенератора, так и при их ремонтах.

Предлагаемый способ работы газораспределительной станции (ГРС) с турбодетандерной энергетической установкой, подогревателем с промежуточным теплоносителем относится к газовой промышленности, а именно к способам подогрева природного газа высокого давления на газораспределительных станциях магистральных газопроводов. Повышение эффективности работы газораспределительных станций с детандер-генераторным агрегатом достигается тем, что выработанная электроэнергия пропускается через преобразователь частоты и большая часть электроэнергии подается через повышающий трансформатор во внешнюю электрическую сеть, меньшая часть подается через регулятор напряжения и выпрямитель на нагревательные элементы электрического подогревателя с промежуточным теплоносителем, в корпусе которого производят нагрев промежуточного теплоносителя до температуры 100-120°С, который подают в корпус теплообменной поверхности подогревателя газа с промежуточным теплоносителем, где газ высокого давления нагревают до температуры 80-100°С, горелка подогревателя газа с промежуточным теплоносителем отключена, и далее расширяют в турбодетандере, приводящем электрогенератор. При техническом обслуживании турбодетандера и электрогенератора нагрев газа осуществляется за счет подачи топливного газа к горелке подогревателя газа с промежуточным теплоносителем теплом продуктов сгорания, промежуточный теплоноситель нагревают до температуры 80-100°С, далее газ высокого давления расширяют в редукторе газа и направляют в газопровод среднего давления. 1 ил.

Способ работы блока подогрева газа на газораспределительной станции (ГРС) с газотурбодетандерной энергетической установкой, подогревателем с промежуточным теплоносителем, отличающийся тем, что в блоке узле подогрева газа ГРС дополнительно устанавливают редуктор газа высокого давления, электрический подогреватель с промежуточным теплоносителем, при работе ГРС на рабочем режиме закрывают редуктор газа высокого давления и открывают краны на входе и выходе из турбодетандера, природный газ высокого давления подают в теплообменную поверхность подогревателя газа с промежуточным теплоносителем, где его подогревают до температуры 80-100°С в теплообменной поверхности теплом горячего промежуточного теплоносителя, и подогретый газ высокого давления по газопроводу подогретого газа через открытый кран подают в турбодетандер, приводящий в работу электрогенератор, выработанную в электрогенераторе электрическую энергию преобразуют в частотном преобразователе, подают через регулятор напряжения и выпрямитель к нагревательным элементам электрического подогревателя с промежуточным теплоносителем, в корпус которого по трубопроводу промежуточного теплоносителя подают и нагревают теплоноситель до температуры 100-120°С, нагретый промежуточный теплоноситель подают в корпус теплообменной поверхности подогревателя газа с промежуточным теплоносителем, горелка подогревателя газа с промежуточным теплоносителем отключена, большую часть выработанной электроэнергии трансфомируют в повышающем трансформаторе и подают в высоковольтную электрическую сеть, расширенный в детандере природный газ подают по трубопроводу газа среднего давления в блок регулирования газа для потребителей.