Способ работы компрессорной станции магистрального газопровода с энергетической установкой Российский патент 2024 года по МПК F04D25/00 F02C6/18 

Изобретение относится к области транспорта газа и может быть применено на компрессорных станциях (КС) магистральных газопроводов, имеющих газотурбинные и электроприводные газоперекачивающие агрегаты (ГПА).

На компрессорных станциях (КС) магистральных газопроводов доля электроприводных газоперекачивающих агрегатов составляет около 18% от общего числа газоперекачивающих агрегатов. Преимуществом электроприводных газоперекачивающих агрегатов являются высокая эксплуатационная надежность, значительно меньшие, чем у газотурбинных газоперекачивающих агрегатов (ГПА), затраты на техническое обслуживание и ремонты. Но из-за высокой стоимости электроэнергии, поставляемой из внешних высоковольтных электрических сетей, ограничивается широкое применение на КС электроприводных газоперекачивающих агрегатов. Перспективно применение на КС собственных энергетических установок, вырабатывающих электроэнергию с меньшей стоимостью, чем электроэнергия, поставляемая из внешних электрических сетей.

Известна энергетическая установка компрессорной станции магистрального газопровода с утилизацией теплоты выхлопных газов газоперекачивающих агрегатов [Шелковский Б.И., Патыченко А.С., Захаров В.П. Утилизация и использование вторичных энергоресурсов компрессорных станций. с. 5-13. Издательство "Недра", 1991 год]. Компрессорная станция содержит газотурбинные газоперекачивающие агрегаты, котел-утилизатор, энергетическую установку, содержащую паровую турбину и электрогенератор, электроприводной газоперекачивающий агрегат, связанный с электрогенератором энергетической установки через частотный преобразователь. Тепловую энергию выхлопных газов газотурбинных газоперекачивающих агрегатов КС утилизируют в паровом котле-утилизаторе, сжигают в нем дополнительное количество топлива, выработанный перегретый пар расширяют в паровой турбине приводящей электрогенератор энергетической установки. Выработанную в нем электроэнергию используют для питания электроприводного газоперекачивающего агрегата, а также для энергоснабжения собственных нужд КС и внешних потребителей.

Известна компрессорная станция магистрального газопровода с электроприводными газоперекачивающими агрегатами, снабженная регенеративными энергетическими газотурбинными установками с высокооборотными компрессорами, газовыми турбинами, электрогенераторами и электроприводными высокооборотными газоперекачивающими агрегатами. Электрогенераторы связаны шинопроводами с высокооборотными электродвигателями по меньшей мере одного электроприводного ГПА, а также связаны через электронный преобразователь частоты с электрооборудованием собственных нужд компрессорной станции и через повышающий трансформатор с внешней высоковольтной линией электропередачи (Патент РФ №2688640). Положительным качеством этого патента является применение в энергетических газотурбинных установках высокооборотных компрессоров и газовых турбин, что позволяет упростить конструкцию и уменьшить их стоимость, а также отказаться от применения повышающих редукторов в электроприводных ГПА. Недостатком патента является недостаточная тепловая экономичность регенеративных энергетических газотурбинных установок.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является «Способ утилизации тепла выхлопных газов газотурбинных приводов газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции и устройство для его осуществления», согласно которому собирают в общий коллектор выхлопные газы всех газотурбинных приводов газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции и подают их в котел-утилизатор, сжигают дополнительное топливо для достижения оптимальной температуры вырабатываемого в нем перегретого пара, который расширяют в паровой турбине, и выработки электроэнергии в приводимом ей электрогенераторе. Полученную электроэнергию подают в частотно-регулируемый привод электрогазоперекачивающего агрегата, избыточную часть полученной электроэнергии используют для внутренних нужд компрессорной станции внешних потребителей, утилизируют остаточное тепло выхлопных газов котла-утилизатора и тепло отработавшего в паровой турбине пара (Патент РФ № 2377427). Положительным качеством этого способа является выработка в котле-утилизаторе перегретого пара за счет использования тепла выхлопных газов газотурбинных агрегатов компрессорной станции, которые расширяют в паровой турбине и вырабатывают электроэнергию в приводимом ей электрогенераторе. Недостатками способа является недостаточно высокая тепловая экономичность и электрическая мощность электрогазоперекачивающего агрегата, и высокие затраты на транспорт газа по магистральным газопроводам.

Техническим результатом, который может быть достигнут при применении на компрессорных станциях предполагаемого изобретения, является повышение электрической мощности и тепловой экономичности энергетической установки, приводящей высокотемпературные электроприводные газоперекачивающие агрегаты, и уменьшение затрат на транспорт газа по магистральным газопроводам.

Для достижения этого технического результата в способе работы компрессорной станции магистрального газопровода с энергетической установкой, согласно которому объединяют выхлопные газы по меньшей мере двух газотурбинных газоперекачивающих агрегатов, подают в паровой котел-утилизатор и сжигают в нем дополнительное топливо, выработанный перегретый пар расширяют в паровой турбине, причем паровая турбина представляет собой высокооборотную паровую турбину, расширенный в ней пар конденсируют, конденсат пара умягчают и используют в котле-утилизаторе для выработки перегретого пара высокого давления, который обратно подают в высокооборотную паровую турбину; часть выхлопных газов газоперекачивающих агрегатов подают по газопроводу выхлопных газов в подогреватель теплоносителя, где нагревают теплоноситель; часть природного газа из магистрального газопровода используют в качестве топливного газа всех газотурбинных газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции, топливный газ сначала подогревают теплом теплоносителя в подогревателе топливного газа высокооборотного турбодетандера, расширяют в высокооборотном турбодетандере, после чего его подогревают в подогревателе топливного газа газоперекачивающих агрегатов и затем подают в камеры сгорания всех газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции; полезную работу высокооборотного турбодетандера и высокооборотной паровой турбины высокооборотного электрогенератора энергетической установки, при этом роторы высокооборотных паровой турбины и турбодетандера соединены общим валом с ротором высокооборотного электрогенератора, выработанную в нем электроэнергию повышенной частоты подают в высокооборотный электроприводной газоперекачивающий агрегат.

Предлагаемый способ работы компрессорной станции магистрального газопровода с энергетической установкой может быть реализован с использованием тепловой схемы компрессорной станции, приведенной на чертеже. Тепловая схема содержит: нагнетатели природного газа 1, газотурбинные газоперекачивающие агрегаты 2, суммарный газопровод выхлопных газов 3, котел-утилизатор 4, дожигающее устройство 5, газопровод выхлопных газов 6, паропровод перегретого пара 7, высокооборотный электрогенератор 8, высокооборотный турбодетандер 9, высокооборотную паровую турбину 10, конденсатор 11, градирню 12, высокооборотный электроприводной газоперекачивающий агрегат 13, газопровод топливного газа газоперекачивающих агрегатов 14, входной газопровод топливного газа турбодетандера 15, выходной газопровод топливного газа турбодетандера 16, входной участок магистрального газопровода 17, трубопровод топливного газа высокого давления 18, подогреватель топливного газа турбодетандера 19, подогреватель топливного газа газоперекачивающих агрегатов 20, трубопровод теплоносителя 21, подогреватель теплоносителя 22, химводоочистку 23.

Способ работы компрессорной станции магистрального газопровода с энергетической установкой осуществляют следующим образом. Природный газ из входного участка магистрального газопровода сжимают в нагнетателях 1 газотурбинных газоперекачивающих агрегатов 2. Выхлопные газы по меньшей мере двух газоперекачивающих агрегатов подают через суммарный трубопровод выхлопных газов 3 в паровой котел-утилизатор 4, вырабатывающий перегретый пар высокого давления. В дожигающем устройстве 5 котла-утилизатора сжигают дополнительное топливо. Перегретый пар высокого давления подают по паропроводу перегретого пара 7 в высокооборотную паровую турбину 10. Расширенный в ней пар конденсируют в конденсаторе 11 циркуляционной водой, охлажденной в градирне 12. Конденсат пара умягчают в химводоочистке 23 и используют в котле-утилизаторе 4 для выработки перегретого пара высокого давления, который подают в высокооборотную паровую турбину 10. Полезную работу паровой турбины 10 и дополнительного высокооборотного турбодетандера 9 используют для привода высокооборотного электрогенератора 8 энергетической установки. Природный газ из входного участка магистрального газопровода 17 подают в высокооборотный турбодетандер 9 через входной газопровод топливного газа турбодетандера 15 и подогреватель топливного газа турбодетандера 19. Расширенный в турбодетандере 9 топливный газ подают по выходному газопроводу топливного газа турбодетандера 16 в подогреватель топливного газа газоперекачивающих агрегатов 20, где его подогревают и по газопроводу топливного газа газоперекачивающих агрегатов 14 подают в камеры сгорания всех газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции. Часть выхлопных газов газоперекачивающих агрегатов подают по газопроводу выхлопных газов 6 в подогреватель теплоносителя 22, где нагревают теплоноситель. Теплом теплоносителя, нагретого в подогревателях топливного газа 20 и 19, подогревают топливный газ для газоперекачивающих агрегатов 2 компрессорной станции. Роторы высокооборотных паровой турбины 10 и турбодетандера 9 соединены общим валом с ротором высокооборотного электрогенератора 8. Электроэнергию повышенной частоты, выработанную в высокооборотном электрогенераторе 8, передают по линии электропитания в высокооборотный электродвигатель электроприводного газоперекачивающего агрегата 13.

Новая совокупность признаков предлагаемого способа работы КС магистрального газопровода с энергетической установкой позволяет увеличить электрическую мощность и тепловую экономичность энергетической установки, повысить экономичность транспорта газа по магистральному газопроводу. Это достигается за счет использования потенциальной энергии топливного газа всех газотурбинных газоперекачивающих агрегатов КС, расширяемого в высокооборотном турбодетандере, с использованием его полезной работы для привода высокооборотного электрогенератора энергетической установки, а также за счет использования тепла выхлопных газов газоперекачивающих агрегатов для нагрева теплоносителя. Способ позволяет использовать выработанную электроэнергию повышенной частоты для электропитания высокооборотного электроприводного газоперекачивающего агрегата без применения частотного преобразователя.

Изобретение относится к области транспорта газа и может быть применено на компрессорных станциях магистральных газопроводов, имеющих газотурбинные и электроприводные газоперекачивающие агрегаты. Повышение электрической мощности и тепловой экономичности энергетической установки, приводящей высокотемпературные электроприводные газоперекачивающие агрегаты, и уменьшение затрат на транспорт газа по магистральным газопроводам достигается тем, что в способе работы компрессорной станции магистрального газопровода с энергетической установкой, при котором объединяют выхлопные газы по меньшей мере двух газоперекачивающих агрегатов, подают в паровой котел-утилизатор, сжигают в нем дополнительное топливо, выработанный в нем перегретый пар высокого давления расширяют в высокооборотной паровой турбине, конденсируют, конденсат пара используют для выработки перегретого пара высокого давления; топливный газ всех газотурбинных газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции забирают из магистрального газопровода, подогревают теплом теплоносителя и расширяют в дополнительном высокооборотном турбодетандере; полезную работу паровой турбины и дополнительного турбодетандера используют для привода высокооборотного электрогенератора энергетической установки, выработанную электроэнергию повышенной частоты подают в высокооборотный электроприводной газоперекачивающий агрегат. Способ обеспечивает повышение электрической мощности и тепловой экономичности энергетической установки, повышение экономичности транспорта газа по магистральному газопроводу. 1 ил.

Способ работы компрессорной станции магистрального газопровода с энергетической установкой, согласно которому объединяют выхлопные газы по меньшей мере двух газотурбинных газоперекачивающих агрегатов, подают в паровой котел-утилизатор и сжигают в нем дополнительное топливо, выработанный перегретый пар расширяют в паровой турбине, отличающийся тем, что паровая турбина представляет собой высокооборотную паровую турбину, расширенный в ней пар конденсируют, конденсат пара умягчают и используют в котле-утилизаторе для выработки перегретого пара высокого давления, который обратно подают в высокооборотную паровую турбину; часть выхлопных газов газоперекачивающих агрегатов подают по газопроводу выхлопных газов в подогреватель теплоносителя, где нагревают теплоноситель; часть природного газа из магистрального газопровода используют в качестве топливного газа всех газотурбинных газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции, топливный газ сначала подогревают теплом теплоносителя в подогревателе топливного газа высокооборотного турбодетандера, расширяют в высокооборотном турбодетандере, после чего его подогревают в подогревателе топливного газа газоперекачивающих агрегатов и затем подают в камеры сгорания всех газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции; полезную работу высокооборотного турбодетандера и высокооборотной паровой турбины используют для привода высокооборотного электрогенератора энергетической установки, при этом роторы высокооборотных паровой турбины и турбодетандера соединены общим валом с ротором высокооборотного электрогенератора, выработанную в нем электроэнергию повышенной частоты подают в высокооборотный электроприводной газоперекачивающий агрегат.