Способ управления режимами работы блока подогрева природного газа повышенной мощности Российский патент 2024 года по МПК F24H1/46 F24H1/24 F23C15/00 

Изобретение относится к области подогрева жидкости и газообразных сред и касается, в первую очередь, устройств подогрева природного газа в газораспределительных станциях (ГРС).

Известно устройство подогрева природного (технологического) газа, содержащее теплогенератор пульсирующего горения (ТПГ) с узлом подачи топливного газа в камеру сгорания ТПГ в составе трех электромагнитных клапанов, причем выхлопная труба ТПГ выполнена в виде связанного с камерой пульсирующего горения дополнительным резонирующим устройством, позволяющим расширить диапазон режимов устойчивой работы ТПГ, исключая режимы «старт-стоп» (патент RU №2655426 от 30.06.2017 г.).

Известен также блок подогрева газа повышенной мощности, в котором два ТПГ для нагрева жидкого теплоносителя размещены в общей с теплообменников емкости жидкого теплоносителя, а клапанно-смесительное устройство этих ТПГ вынесены в примыкающий к общей емкости жидкого теплоносителя корпус, причем каждый ТПГ снабжен узлом подачи газа в камеру сгорания в составе трех электромагнитных клапанов (патент RU №2734669 от 14.01.2020 г.).

В данном устройстве, взятом за прототип, увеличение мощности ТПГ вызывает увеличение вибронагрузок (виброскорости) на отдельные элементы конструкции БПГ на максимальных (по расходу газа) режимах работы БПГ, что может вызвать ресурсные ограничения по суммарной наработке на режиме пульсирующего горения.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение заданного ресурса работы БПГ за счет оптимизации соотношения времени его работы на режиме постоянного пульсирующего горения и режиме «старт-стоп».

Поставленная задача достигается тем, что, в известном способе управления режимами работы блока подогрева технологического газа (БПГ) повышенной мощности, снабженного теплогенератором пульсирующего горения (ТПГ) с дополнительным контуром резонирования и размещенного в общей с теплообменником емкости жидкого теплоносителя, при этом клапанно-смесительное устройство ТПГ с узлом подачи топливного газа в камеру сгорания в составе трех электромагнитных клапанов размещено в примыкающем к общей емкости жидкого теплоносителя корпусе, реализуемый выполнением операций переключения подачи топливного газа в камеру сгорания по сигналам от контроллера на электромагнитные клапана в зависимости от величин максимальной и минимальной температур технологического газа и максимальной температуры жидкого теплоносителя в емкости, согласно предложенному техническому решению новым является то, что включают попеременно режимы работы ТПГ постоянно пульсирующего горения и «старт-стопа» на максимальных расходах подогреваемого технологического газа в пределах заданного ресурса по числу включений агрегатов запуска, после чего переводят ТПГ на режим постоянного пульсирующего горения,

Также новым является то, что выключают ТПГ с переводом на режим «старт-стоп» при превышении допустимого уровня температуры теплоносителя в БПГ.

На рис. представлена конструктивная схема блока подогрева газа (БПГ) повышенной мощности, снабженного теплогенератором пульсирующего горения (ТПГ), на котором (БПГ) реализован предлагаемый способ управления режимами.

В правой 1 части корпуса 2 БПГ, разделенного перегородкой 3, размещены теплообменник 4 и камера сгорания 5 ТПГ 6 с трубами резонаторами 7 и дополнительным резонирующий устройством 8, переходящим в выхлопную трубу 9. Правая часть 1 заполнена жидким теплоносителем (как правило, этиленглюколь).

В левой части от перегородки 3 размещено клапанно-смесительное устройство 10 в составе корпуса II (выноска А), воздушного обратного клапана 12, топливного обратного клапана 13, свечи зажигания 14, стабилизатора пламени 15 на входе 16 камеры сгорания 5.

Подвод воздуха к камере сгорания 5 реализован через входную трубу 16, полость 17, входные отверстия 18, 19, воздушный обратный клапан 12 в смесительную полость 20. В эту же полость 20 выполнен подвод топливного газа через кран 21, регулятор давления газа 22, фильтр 23, кран 24, узел подачи топливного газа 25 и обратный клапан 13.

Для управления режимами работы ТПГ 6 и БПГ в целом служит контроллер 26, в котором по сигналам от датчика 27 температуры природного газа на входе в БПГ, датчика 28 температуры природного газа на выходе из БПГ и датчика 29 температуры жидкого теплоносителя формируются управляющие сигналы на узел подачи топливного газа 25 на клапанно-смесительное устройство 10.

Узел подачи топливного газа 25 включает в себя электромагнитный клапан 30 с дросселем 31 для реализации минимальной мощности БПГ, электромагнитный клапан 32 с дросселем 33 для реализации промежуточной мощности и электромагнитный клапан 34 с дросселем 35 для реализации максимальной мощности БПГ.

Наличие в БПГ дополнительного контура резонирования (резонирующее устройство 8) обеспечивает устойчивое пульсирующее горение в камере сгорания 5 в диапазоне мощностей 30...100% без перевода ТПГ на режим «старт-стоп».

Как известно, режим «старт-стоп» реализуется устойчивым горением на максимальной режиме с выключением подачи топлива в камеру сгорания при превышении параметров максимального режима по температуре природного газа на выходе из БПГ и по температуре жидкого теплоносителя с последующим запуском на максимальную мощность с последующим повторением цикла «старт-стоп». При этом на этапе выключения ТПГ все элементы конструкции БПГ не подвергаются вибронагрузкам, но каждый повторный запуск в режиме «старт-стоп» сокращает ресурс агрегатов запуска (свечи, источник высокого напряжения).

В то же время с увеличением мощности ТПГ увеличиваются и величины виброскорости отдельных элементов конструкции БПГ, особенно на максимальной мощности, при работе на режимах постоянного пульсирующего горения.

Для оптимизации соотношения времени работы на режимах постоянного пульсирующего горения и режиме «старт-стоп» предлагается такая комбинация режимов работы, чтобы не исчерпать ресурса агрегатов запуска и не допустить поломок отдельных элементов конструкции от усталости при работе на режиме постоянного пульсирующего горения.

Способ реализуется следующим образом:

На режиме «максимальный», характеризуемый максимальным расходом потребляемого природного газа, включается по команде от контролера 26 режим «максимальный» подачей топливного газа через электромагнитный клапан 34 и дроссель 35 и по достижении максимальной температуры природного газа на выходе из БПГ (датчик температуры 28) по команде от контроллера 26 закрывается электромагнитный клапан34, прекращая подачу топливного газа в камеру сгорания 5. Идет остывание жидкого теплоносителя до уровня температуры природного газа на входе в БПГ (датчик температуры 27), по достижении которой по команде от контроллера 26 производится запуск ТПГ 6 на режим «максимальный». По завершению этого цикла «старт-стопа» по сигналу счетчика времени (в составе контроллера) включается режим постоянного пульсирующего горения на время, равное времени работы за один цикл «старт-стопа».

Реализация этого цикла начинается по команде от контроллера 26 на запуск ТПГ6 на режим минимальный включением на открытие электромагнитного клапана 30 с переходом на режим промежуточной мощности включением электромагнитного клапана 32 и далее на режим максимальной мощности включением электромагнитного клапана 34. Комбинацией включения электромагнитных клапанов 30, 32 и 34 контроллером 26 поддерживается необходимый уровень температуры технологического газа на выходе из БПГ без выключения ТПГ 6. По истечении заданного времени работы на этом цикле контролер 26 выдает команду на переход на цикл «старт-стоп» и т.д. до исчерпания суммарного времени работы на циклах «старт-стоп», после чего контроллер 26 дает команду на перевод работы ТПГ в режим постоянного (непрерывного) пульсирующего горения.

В ходе эксплуатации в случае нагрева жидкого теплоносителя выше максимально-допустимой (для этиленглюколя 90°С) по сигналу от датчика температуры 29 контроллер 26 выдает команду на останов ТПГ с переводом на режим «старт-стоп» в пределах заданного общего времени работы на этих режимах.

Суммарное время отключения ТПГ 6, в течение которого идет охлаждение теплоносителя в режимах «старт-стоп» определяет сокращение времени работы на режимах постоянного пульсирующего горения, что продлевает общее время работы БПГ без вибронагрузок от пульсирующего горения и обеспечивает надежность работы БПГ в пределах назначенного ресурса.

Изобретение относится к области подогрева жидкости и газообразных сред и касается, в первую очередь, устройств подогрева природного газа в газораспределительных станциях (ГРС). Способ управления режимами работы блока подогрева газа (БПГ) повышенной мощности, снабженного теплогенератора пульсирующего горения (ТПГ) с дополнительным контуром резонирования и размещенного в общей с теплообменником емкости жидкого теплоносителя, при этом клапанно-смесительное устройство ТПГ с узлом подачи топливного газа в камеру сгорания в составе трех электромагнитных клапанов размещено в прилегающей к общей емкости жидкого теплоносителя корпусе, реализуемый выполнением операции переключения подачи топливного газа в камеру сгорания по сигналам от контроллера на узел подачи топливного газа в камеру сгорания в зависимости от величин максимальной и минимальной температур подогреваемого газа и максимальной температуры жидкого теплоносителя в емкости, обеспечивая режим постоянного пульсирующего горения. При работе БПГ на максимальной мощности включают попеременно режимы работы ТПГ постоянно пульсирующий и «старт-стоп» до исчерпания заданного ресурса БПГ по числу включений агрегатов запуска ТПГ, после чего переводят ТПГ на режим постоянно пульсирующего горения. Технический результат заключается в продлении общего времени работы БПГ без вибронагрузок от пульсирующего горения и обеспечении надежности работы БПГ в пределах назначенного ресурса. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ управления режимами работы блока подогрева газа (БПГ) повышенной мощности, снабженного теплогенератора пульсирующего горения (ТПГ) с дополнительным контуром резонирования и размещенного в общей с теплообменником емкости жидкого теплоносителя, при этом клапанно-смесительное устройство ТПГ с узлом подачи топливного газа в камеру сгорания в составе трех электромагнитных клапанов размещено в прилегающей к общей емкости жидкого теплоносителя корпусе, реализуемый выполнением операции переключения подачи топливного газа в камеру сгорания по сигналам от контроллера на узел подачи топливного газа в камеру сгорания в зависимости от величин максимальной и минимальной температур подогреваемого газа и максимальной температуры жидкого теплоносителя в емкости, обеспечивая режим постоянного пульсирующего горения, отличающийся тем, что, при работе БПГ на максимальной мощности включают попеременно режимы работы ТПГ постоянно пульсирующий и «старт-стоп» до исчерпания заданного ресурса БПГ по числу включений агрегатов запуска ТПГ, после чего переводят ТПГ на режим постоянно пульсирующего горения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выключают ТПГ с переводом его на режим «старт-стоп» при превышении допустимого уровня температуры теплоносителя.