Способ работы компрессорной станции магистральных газопроводов с газотурбинными и электроприводными газоперекачивающими агрегатами и газотурбодетандерной энергетической установкой Российский патент 2024 года по МПК F04D25/02 F17D1/04 

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

Преимуществами электроприводных газоперекачивающих агрегатов перед газотурбинными ГПА является их высокая эксплуатационная надежность, простота технического обслуживания и ремонта.

Недостаток связан с высокой стоимостью электроэнергии, поставляемой на КС из внешних высоковольтных электрических сетей.

Известна КС с газотурбодетандерной энергетической установкой (Патент РФ №2599082), содержащая газопровод топливного газа высокого давления, подогреватель топливного газа высокого давления, газопроводы топливного газа среднего давления, турбодетандер, компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, электрогенератор. Газопровод топливного газа высокого давления через подогреватель топливного газа высокого давления соединен с входом турбодетандера, выход которого через газопровод топливного газа среднего давления, подогреватель топливного газа и газопровод топливного газа связан с камерами сгорания газотурбодетандерной энергетической установки и газотурбинных ГПА. Недостатком этого изобретения является недостаточно высокая электрическая мощность газотурбодетандерной энергетической установки связанная с приводом ее компрессора от турбодетандера и зависящая от расходов топливного газа.

Известна КС магистральных газопроводов, снабженная электроприводными ГПА и регенеративными энергетическими газотурбинными установками с высокооборотными компрессорами, газовыми турбинами и электрогенераторами установленными на магнитных подшипниках и связанными общим валом, их электрогенераторы связаны дополнительными шинопроводами через электрические выключатели с высокооборотными синхронными электродвигателями по меньшей мере одного электроприводного ГПА, а также связаны шинопроводом через электронный преобразователь частоты и электрический выключатель с электрооборудованием собственных нужд компрессорной станции, а также связаны через трансформатор с внешней высоковольтной линией электропередачи (Патент РФ №2688640).

Недостатком изобретения является невысокая электрическая мощность и КПД регенеративных энергетических газотурбинных установок.

Известна компрессорная станция магистрального газопровода, содержащая электроприводные газоперекачивающие агрегаты с синхронными электродвигателями, энергетические газотурбинные установки, внешнюю высоковольтную электрическую сеть с понижающими трансформаторами; электрогенераторы энергетических газотурбинных установок связаны через дополнительные электрические выключатели с синхронными электродвигателями электроприводных газоперекачивающих агрегатов и связаны через трансформаторы с внешней высоковольтной линией электропередачи (ЛЭП). В установке применены энергетические газотурбинные установки с высокооборотными компрессорами и газовыми турбинами. Роторы высокооборотных компрессоров и газовых турбин установлены на магнитных подшипниках и соединены общими валами с роторами высокооборотных электрогенераторов, связанных с высокооборотными синхронными электродвигателями. Высокооборотные электрогенераторы связаны через трансформатор с внешней высоковольтной ЛЭП (Патент РФ №2272938). Недостатком изобретения является невысокий КПД энергетических газотурбинных установок.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ работы компрессорной станции магистральных газопроводов с газотурбинными и электроприводными газоперекачивающими агрегатами (ЭГПА) и газотурбодетандерной энергетической установкой, при котором топливный газ из магистрального газопровода с давлением 6,5-7 МПа подогревают до 80-100°С, расширяют до 2,5-3 МПа в турбодетандере газотурбодетандерной энергетической установки, полезную работу которого используют для привода компрессора, расширенный топливный газ нагревают в подогревателе топливного газа до 80°С и подают в камеру сгорания газотурбодетандерной энергетической установки, а также в камеры сгорания газотурбинных газоперекачивающих агрегатов. Подогрев топливного газа производят за счет тепла уходящих газов газотурбодетандерной энергетической установки, высокооборотный электрогенератор которой электрически связан с высокооборотными синхронными электродвигателями электроприводных газоперекачивающих агрегатов. Большую часть электроэнергии, выработанной в высокооборотном электрогенераторе, используют для питания дополнительных высокооборотных синхронных электродвигателей электроприводных газоперекачивающих агрегатов; в электронном преобразователе частоту тока меньшей части электроэнергии понижают до 50 Гц и используют для электроснабжения собственных нужд компрессорной станции. Часть этой электроэнергии может быть трансформирована и направлена во внешние электрические сети (Патент РФ №2740388). Этот способ принят в качестве прототипа к предлагаемому изобретению.

Недостатком прототипа является применение в электроприводных газоперекачивающих агрегатах синхронных электродвигателей, а также невысокая тепловая экономичность газотурбодетандерной энергетической установки.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение экономичности транспорта газа и КПД газотурбодетандерной энергетической установки.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом способе работы компрессорной станции магистральных газопроводов с газотурбинными и электроприводными газоперекачивающими агрегатами большую часть электроэнергии, выработанной высокооборотным электрогенератором, подают к высокооборотным электродвигателям электроприводных газоперекачивающих агрегатов, приводящих центробежные нагнетатели, а ее меньшую часть подают в частотный преобразователь, где частоту переменного тока снижают до 50 Гц и подают к агрегатам собственных электрических нужд компрессорной станции; часть этой электроэнергии может быть трансформирована и направлена в линию высокого напряжения для электроснабжения внешних потребителей электроэнергии; при изменении расхода газа через магистральный газопровод производят частотное регулирование высокооборотных электродвигателей газоперекачивающих агрегатов путем изменения оборотов высокооборотных электрогенераторов энергетических газотурбинных установок; при значительном уменьшении расхода газа через магистральный газопровод останавливают электродвигатели части электроприводных газоперекачивающих агрегатов, избыточную электрическую энергию, вырабатываемую электрогенераторами работающих энергетических газотурбинных установок, подают во внешнюю высоковольтную электрическую сеть, при чем применяют регенеративную газотурбодетандерную энергетическую установку с турбодетандерами высокого и среднего давления; природный газ из выходного участка магистрального газопровода с давлением 7-7,5 МПа нагретый теплом теплоносителя до 100-120°С в подогревателе газа высокого давления, расширяют в турбодетандере высокого давления до давления 5-5,5 МПа, нагретый до температуры 100-120°С в подогревателе газа среднего давления природный газ расширяют в турбодетандере среднего давления до давления 2-2,5 МПа, нагревают в подогревателе расширенного газа среднего давления и в подогревателе топливного газа до 100°С и подают в камеру сгорания регенеративной газотурбодетандерной энергетической установки, а также в камеры сгорания газотурбинных газоперекачивающих агрегатов; продукты сгорания, вышедшие из камеры сгорания регенеративной газотурбодетандерной энергетической установки, расширяют в газовой турбине, подают в регенеративный воздухоподогреватель, где подогревают воздух, сжатый в компрессоре, полезную работу турбодетандеров высокого давления, среднего давления и меньшую часть полезной работы газовой турбины используют для привода компрессора, а большую часть полезной работы газовой турбины используют для выработки в высокооборотном электрогенераторе электроэнергии и привода высокооборотных асинхронных электродвигателей электроприводных газоперекачивающих агрегатов.

Принципиальная тепловая схема для реализации предлагаемого способа работы компрессорной станции магистральных газопроводов с газотурбинными и электроприводными газоперекачивающими агрегатами и регенеративной газотурбодетандерной энергетической установкой представлена на чертеже. Она содержит: газопровод высокого давления 1, подогреватель газа высокого давления 2, подогреватель газа среднего давления 3, высокооборотный компрессор 4, регенеративный воздухоподогреватель 5, высокооборотную газовую турбину 6, высокооборотный электрогенератор 7, трубопровод теплоносителя 8, высокооборотный турбодетандер высокого давления 9, высокооборотный турбодетандер среднего давления 10, подогреватель расширенного топливного газа 11, подогреватель топливного газа 12, подогреватель расширенного газа среднего давления 13, подогреватель теплоносителя 14, газотурбинные газоперекачивающие агрегаты 15, частотный преобразователь 16, собственные электрические нужды КС 17, шинопровод электроснабжения электроприводных ГПА 18, шинопровод электроснабжения собственных нужд 19, выключатели 20, асинхронные электродвигатели ЭГПА 21, нагнетатели 22.

Компрессорная станция магистрального газопровода, реализующая предлагаемый способ, работает следующим образом. Атмосферный воздух сжимают в высокооборотном компрессоре 4, который связан общим валом с высокооборотным турбодетандером высокого давления 9, высокооборотным турбодетандером среднего давления 10, высокооборотной газовой турбиной 6 и высокооборотным электрогенератором 7. Их роторы установлены на магнитных подшипниках. Электроэнергию, выработанную высокооборотным электрогенератором 7, подают по шинопроводам электроснабжения электроприводных ГПА 18 с выключателями 20 на асинхронные электродвигатели 21 электроприводных ГПА, приводящих центробежные нагнетатели 22. Природный газ с давлением 7-7,5 МПа подают из выходного участкам магистрального газопровода по газопроводу топливного газа высокого давления 1 в подогреватель газа высокого давления 2 и нагревают теплом теплоносителем до 100-120°С, нагретым в подогревателе теплоносителя 14 теплом уходящих газов высокооборотной газовой турбины 6. Нагретый топливный газ расширяют в турбодетандере высокого давления 9 до давления 5-5,5 МПа, нагревают в подогревателе расширенного топливного газа 11, нагревают до температуры 100-120°С в подогревателе газа среднего давления 3 и расширяют турбодетандере среднего давления 10. Затем его нагревают теплом теплоносителя в подогревателе расширенного газа среднего давления 12 и в подогревателе топливного газа 13 до 100°С и подают в камеру сгорания регенеративной газотурбодетандерной энергетической установки, а также в камеры сгорания газотурбинных газоперекачивающих агрегатов 15. Продукты сгорания, вышедшие из камеры сгорания регенеративной газотурбодетандерной энергетической установки расширяют в газовой турбине 6, подают в регенеративный воздухоподогреватель 5, где подогревают воздух, сжатый в компрессоре 4. Частично охлажденные продукты сгорания подают в подогреватель теплоносителя 14 и затем сбрасывают в атмосферу. Полезную работу турбодетандеров высокого 9, среднего давления 10 и газовой турбины 6 используют для привода компрессора 4. Большую часть полезной работы газовой турбины 6 используют для привода высокооборотного электрогенератора 7 и выработки электроэнергии высокой частоты (порядка 100 Гц). Большую часть этой электроэнергии подают по шинопроводам 18 и 20 в асинхронные электродвигатели 21 электроприводных газоперекачивающих агрегатов, приводящих нагнетатели 22. Меньшую часть электроэнергии, выработанной в электрогенераторе 7, направляют в частотный преобразователь 16, понижая в нем частоту тока до 50 ГЦ. Затем эту электроэнергию подают через выключатель 19 к электрооборудованию 17 собственных нужд КС. При изменении расхода газа через магистральный газопровод производят частотное регулирование электродвигателей газоперекачивающих агрегатов путем изменения оборотов электрогенераторов энергетических газотурбинных установок. При значительном уменьшении расхода газа через магистральный газопровод останавливают электродвигатели части ЭГПА, избыточную электрическую энергию, вырабатываемую электрогенераторами работающих энергетических газотурбинных установок, подают во внешнюю высоковольтную электрическую сеть.

Применение в предлагаемом способе в газотурбодетандерной энергетической установки двух турбодетандеров и регенеративного воздухоподогревателя позволяет повысить эффективность использования потенциальной энергии топливного газа высокого давления газа, забираемого из выходного участка магистрального газопровода для привода компрессора и повышения тепловой экономичности газотурбодетандерной энергетической установки, а также уменьшить степень повышения давления в компрессоре, повысить КПД газотурбодетандерной энергетической установки.

Изобретение относится к области транспорта газа и может быть применено на компрессорных станциях магистральных газопроводов, имеющих газотурбинные и электроприводные газоперекачивающие агрегаты. Способ работы компрессорной станции магистральных газопроводов, содержащей электроприводные и газотурбинные газоперекачивающие агрегаты, высокооборотную регенеративную газотурбодетандерную энергетическую установку с турбодетандерами высокого и среднего давления, согласно которому для привода компрессора используют полезную работу турбодетандеров высокого и среднего давления; топливный газ из выходного участка магистрального газопровода нагревают теплом теплоносителя, расширяют в турбодетандерах высокого и среднего давления, нагревают теплом теплоносителя и подают в камеры сгорания высокооборотной регенеративной газотурбодетандерной энергетической установки и газотурбинных газоперекачивающих агрегатов; теплоту продуктов сгорания, расширенных в газовой турбине, используют для нагрева воздуха, сжатого в компрессоре, и нагрева теплоносителя; большую часть электроэнергии, выработанной в электрогенераторе газотурбодетандерной энергетической установки, подают для питания и частотного регулирования оборотов и мощности высокооборотных асинхронных электродвигателей электроприводных газоперекачивающих агрегатов, ее меньшую часть используют для энергоснабжения собственных нужд компрессорной станции и для подачи во внешние электрические сети. 1 ил.

Способ работы компрессорной станции магистральных газопроводов с газотурбинными и электроприводными газоперекачивающими агрегатами и газотурбодетандерной энергетической установкой, согласно которому большую часть электроэнергии, выработанной высокооборотным электрогенератором, подают к высокооборотным электродвигателям электроприводных газоперекачивающих агрегатов, приводящих центробежные нагнетатели, а ее меньшую часть подают в частотный преобразователь, где частоту переменного тока снижают до 50 Гц и подают к агрегатам собственных электрических нужд компрессорной станции; часть этой электроэнергии может быть трансформирована и направлена в линию высокого напряжения для электроснабжения внешних потребителей электроэнергии; при изменении расхода газа через магистральный газопровод производят частотное регулирование высокооборотных электродвигателей газоперекачивающих агрегатов путем изменения оборотов высокооборотных электрогенераторов энергетических газотурбинных установок; при значительном уменьшении расхода газа через магистральный газопровод останавливают электродвигатели части электроприводных газоперекачивающих агрегатов, избыточную электрическую энергию, вырабатываемую электрогенераторами работающих энергетических газотурбинных установок, подают во внешнюю высоковольтную электрическую сеть, отличающийся тем, что применяют регенеративную газотурбодетандерную энергетическую установку с турбодетандерами высокого и среднего давления; природный газ из выходного участка магистрального газопровода с давлением 7-7,5 МПа, нагретый теплом теплоносителя до 100-120°С в подогревателе газа высокого давления, расширяют в турбодетандере высокого давления до давления 5-5,5 МПа, нагретый до температуры 100-120°С в подогревателе газа среднего давления природный газ расширяют в турбодетандере среднего давления до давления 2-2,5 МПа, нагревают в подогревателе расширенного газа среднего давления и в подогревателе топливного газа до 100°С и подают в камеру сгорания регенеративной газотурбодетандерной энергетической установки, а также в камеры сгорания газотурбинных газоперекачивающих агрегатов; продукты сгорания, вышедшие из камеры сгорания регенеративной газотурбодетандерной энергетической установки, расширяют в газовой турбине, подают в регенеративный воздухоподогреватель, где подогревают воздух, сжатый в компрессоре, полезную работу турбодетандеров высокого давления, среднего давления и меньшую часть полезной работы газовой турбины используют для привода компрессора, а большую часть полезной работы газовой турбины используют для выработки в высокооборотном электрогенераторе электроэнергии и привода высокооборотных асинхронных электродвигателей электроприводных газоперекачивающих агрегатов.