Газопровод для транспортировки природного газа в виде газовых гидратов Советский патент 1983 года по МПК B65G51/02 F17D1/02 

теля установлены самовоэвратные, а на выходе - приводные упоры для удер7И758 жания блоков во время их переохлаждйния.

1. ГАЗОПРОВОД ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА В ВИДЕ ГАЗОВЫХ ГИДРАТОВ, содержащий кристаллизатор для производства газовых гидратов, компрессорную и холодильную установки, смонтированные на начальной станции, компрессорные установки промежуточнЕлх станций, пла- витель газовых гидратов, смонтированный на конечной станции, и магистральный трубопровод для транспортировки гидратов,отличаю-щ и и с я тем, что, с целью повышения экономической эффективности, начальная станция газопровода снабжена газоконвертером для формирования из газовых гидратов переохлажденных блоков, состыкованным с магистральным трубопроводом и соединенным трубопроводом с кристаллизатором, компрессорно-й и холодильной установки, а промежуточные станции снабжены переохладителями гидратных блоков.2. Газопровод по п. 1, отличающийся тем, что газоконвертер выполнен в виде горизонтального цилиндра переменного диаметра, в котором размещены обогатительно- прессующая камера, снабженная шнеком, и камера переохлаждения гидратных блоков, образованная двумя трубами, соосно расположенными одна в другой, из которых внутренняя имеет перфорацию и выполнена с дис1метром, равным внутреннему диаметру магистраль ного трубопровода, причем камеры разделены конусным фильтром с центральным отверстием, равным внутреннему диаметру магистрального трубопровода.3.Газопровод по п. 1, отличающийся тем, что компрессорная и холодильная установки начальной станции выполнены в виде блока, содержащего термокомпрессор, снабженный камерой предварительного охлаждения и связанный с ней трубопроводом, а также трубопроводы для подачи предварительного охлажденного газа из камеры предварительного охлаждения к турбодетандерам и охлажденного газа от турбодетандеров в камеру переохлаждения газоконвертера .4.Газопровод по п. 1, отличающийся тем, что компрессорная установка промежуточной станции выполнена в виде блока, содержащего тер>&мокомпрессор, связанный трубопроводом с камерой предварительного охлаждения, и трубопроводы, один из которых соединяет камеру предвари-• тельного охлаждения с турбодетан- дером, а другой служит для подачи газа от турбодетандера к переохладителям промежуточной станции, параллельно соединенным с магистральным трубопроводом.5.Газопровод по п. 1, отличающийся тем, что переохладитель выполнен в виде соосно расположенных одна в другой труб, из которых внутренняя имеет диаметр, равный внутреннему диаметру магистрального трубопровода, и перфорацию, внутренние трубы переохладителя, а также места соединения переохладителей с магистральным трубопроводом снабжены направляющими гидратных блоков, причем на входе переохлади-!?(Л^ елоо

1

Изобретение относится к магистральному газопроводу для транспортировки природного газа и может быть использовано, преимущественно, для передачи газов из районов газодобычи с холодным климатом.

Известен газопровод для транспортировки природного газа в газообразном состоянии под высоким давлением содержащий начальную станцию подготовки газа с компрессорной установкой, создающей давление от 55 до 75 бар, промежуточные компрессорные станции для поддержания высокого давления в газопроводе и расположенные вдоль трассы через каждые 100120 км, и газораспределительную станцию в пункте доставки для понижения давления газа 11.

Недостатком известного газопровода является низкая плотность транспортируемого газа, а также низкая пропускная способность, обусловленная малыми скоростями транспортирования. Увеличение скорости ограничено возрастанием аэродинамических потерь, которые приводят к понижению давления по трассе газопровода и, как следствие, к повышению энерги .капиталозатрат на его поддержание

Известен также газопровод для транспортирования природного газа в виде газовых гидратов в контейнерах, содержащий кристаллизатор для производства газовых гидратов, компрессорную и холодильную установки, смонтированные на начальной станции компрессорные установки промежуточных станций, штавитель газовых гидратов, смонтированный на конечной станции, магистральный трубопровод для транспортирования гидратов, а также установки для загрузки и выгрузки контейнеров и дополнительный трубопровод для возврата порожних контейнеров С2 .

Недостатком этого газопровода является низкая экономическая эффективность, связанная с тем, что в газопроводе не предусмотрены средства для обезвоживания гидратов, поэтому гидраты транспортируют во влажном состоянии, вследствие чего перевозится дополнительное количество воды, не вошедшее в состав гидратов.

Кроме того установки для загрузки и выгрузки контейнеров и дополнительный трубопровод для возврата порожних контейнеров усложняют конструкцию газопровода и повышают капиталовложения на его сооружение.

Целью изобретения является повышение экономической эффективности газопровода.

Эта цель достигается тем, что начальная станция газопровода снабжена газоконвертером г-ля формирования из газовых гидратов переохлажденных блоков, состыкованным с магистральным трубопроводом и соединенным трубопроводом с кристаллогидратом, компрессорной и холодильной установками, а промежуточные станции снабжены переохладителями гидратных блоков.

При этом газоконвертер выполнен в виде горизонтального цилиндра переменного диаметра, в котором размещены обогатительно-прессующая камера, снабженная шнеком, и камера переохлаждения гидратных блоков, образованная двумя трубами, соосно раположенными одна в другой, из которых внутренняя имеет перфорацию и выполнена диаметром, равным внутреннему диаметру магистрального трубопровода, причем камеры разделены конусным фильтром с центральным отверстием, равным внутреннему диаметру магистрального трубопровода.

Кроме того, указанная цель достигается тем, что компрессорная и холодильная установки начальной станции выполнены в виде блока, содержащего термокомпрессор, снабженный камерой предварительного охлаждения .и связанный с ней трубопроводом, а также трубопроводы для подачи предварительно охлажденного газа из камеры предварительного охлаждения к турбодетандерам и охлажденного газа от турбодетандеров в камеру переохлаждения газоконвертера.

Компрессорная установка промежуточной станции выполнена в виде блока, содержащего термокомпрессор, связанный трубопроводом с камерой предварительного охлаждения, и трубопроводы, один из которых соединяет камеру предварительного охлаждения с турбодетандером, а другой для подачи газа от турбодетандера к переохладителям промежуточной станции, параллельно соединенным с магистральным трубопроводом. Переохладитель выполнен в виде с осно расположенных одна в другой труб, из которых внутренняя имеет диаметр равный внутреннему диаметру магистрального трубопровода и перфорацию, внутренние трубы переохЛсодителя, а также места соединения переохладителей с магистральным трубопроводом снабжены направляющими гидратных блоков, причем на входе переохладителя установлены самовозвратные, а на выходе - приводные упоры для удержания блоков во время их переохлаждения. На фиг. 1 представлена схема газопровода для транспортирования при родного газа в виде газовых гидратов; на фиг. 2 - переохладители про межуточной станции. Газопровод содержит начальную станцию А, расположенную в районе газодобычи, промежуточные станции В установленные по трассе газопровода конечную станцию С, находящуюся в пункте доставки природного газа и соединяющую указанные станции, магистральный трубопровод Д. Начальная станция А предназначена, для производства из природного газа кристаллогидратов и формирования из них монолитных цилиндрических переохлажденных блоков, пригодных для транспортировки на газовой подушке, а также для создания перепада давления в трубопроводе, необходимого для транспортировки этих блоков. Станция А содержит кристаллизатор 1 для получения газовых гидратов, газоконвертер 2 для обогащения газовых гидратов, формирования и пе реохлаждения газогидратных блоков;, кристаллогидратный термокомпрессор 3 для получения охлажленного газа высокого давления. Газоконвертер 2 выполнен в виде горизонтального цилиндра переменного диаметра, в котором размещены обогатительно-прессующая камера 4, снабженная шнеком 5, конусным фильтром б и камера 7 переохлаждения гидратных блоков, образованная двумя трубами соосно расположенными одна в другой, из которых внутрення труба 8 имеет перфорацию и выполнен диаметром, равным внутреннему диаме ру магистрального трубопровода. Конусный фильтр 6, разделяющий камеры 4,7, имеет центральное отверстие равное внутреннему диаметру магистрального трубопровода. Между камерами 4 и 7 установлено ножевое устройство 9 для нарезки га зогидратных блсУков. Привод шнека 5 имеет трубодетандер 10 и редуктор 11. Газоконвертер 2 имеет также пат рубок 12 для подвода холодной воды и патрубок 13 для сброса ее излишка. Термокомпрессор 3 снабжен приводом, имеющим редуктор 14 и турбодетандер 15, установленный на одном валу с электродвигателем 16. Входы двух турбодетандеров 10 и 15 соединены трубопроводом 17 с камерой 18 предварительного охлаждения, которая через трубопровод 19 для подачи сжатого газа соединена с зоной плавления термокомпрессора, и через трубопровод 20 с его зоной прессования для подачи холодной воды, для сброса которой камера 18 предварительного охлаждения имеет патрубок 21. Выходы трубодетандеров трубопроводами 22 и 23 соединены с камерой 7 переохлаждения газоконвертера 2, Кроме того, термокомпрессор 3, имеет патрубок 24 для подвода холодной воды, патрубок 25 для горячей воды и патрубок 26 для сброса ее излишка. Зона кристаллообразования термокомпрессора 3 соединена трубопроводом 27 с камерой 7 переохлаждения газоконвертера 2. Кристаллизатор 1 имеет входной патрубок 28 для подвода природного газа, трубу 29 подвода холодной воды и трубу 30 для сброса ее излишка. Кроме того, кристаллизатор 1 соединен с камерами прессования гидратов газоконв-ёртера 2 и термокомпрессора 3, с одной стороны, при помощи трубопровода 3.1, насоса 32 и трубопровода 33 для подачи крис-таллогидратной суспензии и, с другой стороны, трубопроводами 34 и 27 для подачи избытка природного газа. Промежуточная станция В предназначена для дополнительного охлаждения газогидратных блоков для компенсации утечек холода при их транспортировке и для компенсации потерь давления в магистральном трубопроводе. Станция В содержит параллельные переохладители 3.5 для поочередного подсоединения к магистральному трубопроводу, связанные с кристаллогидратным термокомпрессором 36, устройство и назначение которого аналогично термокомпрессору 3 станции А. Переохладители 35 выполнены в виде соосно расположенных одна в другой труб 37 и 38, из которых внутренняя имеет диаметр равный внутреннему диаметру магистрального трубопровода и перфорацию для прохода внутрь ее из пространства 39, заключенного между трубами 37 и 38, охлажденного газа высокого давления. Магистральный трубопровод Д и внутренняя труба 38 переохладителя 35 (см. рис. 2) снабжены неподвижными направляющими штангами 40 и 41,

прикрепленными снизу к внутренней поверхности труб. В месте соединени нескольких переохладителей 35 с магистральным трубопроводом установлена направляющая штанга 42. На входе переохладитель 35 имеет самовозвратные пружинные упоры 43, которые обеспечивают однонаправленное движение газогидратных блоков, на выходе - приводные упоры 44 (привод н чертеже не показан) для задержания блоков на время их накопления и переохлаждения и для их последующего выпуска в магистральный трубопровод Д. .

Зона кристаллообразования термокомпрессора 36 соединена с выходом переохладителя 35 трубопроводом 45 через клапан 46, и зона плавления через трубопровод 47, камеру 48 пре варительного охлаждения, трубопрово 49, турбодетандер 50, трубопровод 5 и клапан 52 - -с ее выходом.

Кроме того, на промежуточной стации В имеется трубопровод 53 для отбора газа из магистрального трубопровода Д в термокомпрессор 36 и трубопровод 54 с клапаном 55 для подачи газа высокого давления из турбодетандера 50 к входу переохладителя 35.

Конечная станция С предназначена для плавления гидратных блоков с выделением из них природного газа и пресной воды. Конечная станция имее два плавителя: плавитель 56 для получения газа давлением до 10 бар и плавитель 57 для получения газа высого давления от 60 до 200 бар. Оба плавителя соединены с магистральным трубопроводом Д и имеют внутри камеры поддерживающие решетки 58 в нижней части и сепараторы 59 в верхней части. Плавитель 56 снабжен трубой 60 для отвода газа низкого

давления,патрубком 61 подвода воды из холодильной системы и патрубком 62 для отвода охлажденной воды в холодильную систему. Плавитель 57 содержит трубу 63 для отвода газа высокого давления, патрубок 64 для подвода горячей воды и патрубок для ее сброса.

Газопровод работает следующим образом.

Природный газ по патрубку 28 поступает в кристаллизатор 1, контактирует с водой, подаваемой по трубе 29 и при температуре около и давлении 50 бар образует кристаллогидраты.

Для интенсификации этого процесс проводят турбулизацию кристаллогидратной суспензии путеуч барботажа газа через противоток холодной воды Теплоту гидратообразования отводят излишком холодной воды, отводимой через трубу 30.

Кристаллогидратную суспензию, содержание твердых кристаллов в которой достигает 15%, перекачивают насосом 32 по трубопроводу 33 в газоконвертер 2 и термокомпрессор 3. В эти же аппараты по трубопроводам 34 и 27 подают излишек природного газа, не перешедшего в состав кристаллогидратов . в кристаллизаторе 1, и холодную воду по патрубкам 12 и 2

В камере 4 обогащения и прессования газоконвертера 2 увеличивают концентрацию твердых кристаллов в кристаллогидратной суспензии с 15 до 60%, во первых, за счет дополнительного гидратообразования и, вовторых, за счет дренажа воды из гидратной массы при уплотнении- шнеком 5, который затем продавливает концентрированную суспензию через центральное отверстие конусного филтра 6 в камеру 7 переохлаждения.

Количество остаточной воды в криталлогидратной массе напоминает снег, который прессуют в газоконвертере 2 от начального давления порядка 50 бар до конечного давления 80 бар. После окончания прессования получают цилиндрический кристаллогидратный поршень диаметром, равным диаметру центрального отверстия в конусном фильтре 6, имеющий в своей нижней части направляющий паз. При переходе из камеры 4 в камеру 7 ножевое устройство 9 разрезает поршень на блоки, которые при движении по камере 7 обдувают сжаты холодным газом с температурой около -30°С, поступающим от турбодетандеров 10 и 15 по трубопроводам 22 и 23. При этом межкристаллическая вода, оставшаяся в гидратном блоке после прессования, кристаллизуется в лед.

Под действием перепада давления за блоком и перед ним, при котором давление в камере 7 выше давления в магистральном трубопроводе, гидратный блок из камеры 7 пepeoxJ;aждения и движется по трубопроводу на газовой подушке со скоростью порядка 20 м/с и интервалом движения между блоками 1-2 с до первой промежуточной станции В. Вследствие низкой теплопроводности гидратов, приблизительно равной теплопроводности льда, блок в камере переохлаждения не успевает охладиться во всем объеме, например, до температуры около -6°С при транспортировке чистого метана, переохлаждаются лиш боковые стенки блока на глубину порядка 200 мм, а переохлаждение всего объема происходит уже в пути за счет холодного природного газа, TpaHcnopTHpyeN.oro в промежутках между блоками. Для перемещения гидратных блоков на газовой подушке в магистральном трубопроводе создают давление поряд ка 50 бар. В термокомпрессоре 3 вырабатывают газ высокого давления по рядка 100 бар, которое понижает до давления 50 бар, для чего по трубопроводу 19 его подают в камеру 18 предварительного охлаждения, в которой он барботируется через холодную воду, подаваемую по трубе 20. Из камеры 18 газ высокого давления при температуре порядка 18 С по тру бопроводу 17 поступает на входы тур бодетандеров 10 и 15, из которых по ле расширения выходит под давлением порядка 50 бар и с температурой около . Этот газ по трубопроводам 22 и 23 поступает в камеру 7 переохлаждения и через отверстие в трубе 8 в магистральный трубопровод Излишек газа возвращают в термокомпрессор 3 по трубопроводу 27. При транспортировке газогидратных блоков по магистральному трубопроводу, вследствие теплопритоков из окружающей среды и трения, температура блоков повышается и как показывает расчет теплового баланса газопровода перед промежуточной станцией равна почти -1°С для метана, в связи с чем для сохранения их механической прочности блоки необходимо периодически переохлаждать Кроме того, давление газа внутри магистрального трубопровода понижается с 50 бар до 35 бар и для поддержания необходимой скорости движения гидратных блоков его также пе риодически повышают. Для этого, а также для периодического охлаждения блоков через каждые 100-150 км на трассе газопровода установлены промежуточные станции В. Газогидратные блоки из магистрал ного трубопровода направляют в один из переохладителей 35 станции В в соответствующее положение подвижной штанги 42. При этом во время заполнения переохладителя пружинные упоры 43 утапливаются в тело трубы и н препятствуют движению блоков. В это же время упоры 44 выдвинуты и не по воляют блокам выходить из переохладителя, благодаря чему происходит накапливание блоков, в начале накопления в пространство 39 через клапан 52 кратковременно подают порцию газа высокого давления порядка 50 бар и тем самым создают перепад давления, направленный.навстречу перепаду давления в магистральном трубопроводе, что снижает скорость блока в переохладителе почти до нуля. После заполнения переохладителя 35 подвижную штангу 42 передвигают для подсоединения к магистральному трубопроводу другого переохладителя, а первый переходит в режим переохлаждения, в котором по трубопроводу через открытый канаш 51 в переохладитель подают охлажденный до -30°С газ высокого давления порядка 50 бар, который обдувает блоки и уходит через клапан 46 по трубопроводу 45 в термокомпрессор 36. После окончания переохлаждения блоков клапаны 46 и 52 закрывают, утапливают приводные упоры 44 и ко входу переохладителя подводят по трубопроводу 54 через открытый клапан 55 газ высокого давления порядка 50 бар. Под действием этого давления блоки выходят из переохладителя в магистральный трубопровод и продолжают транспортировку. По прибытии гидратных блоков на конечную станцию С они поступак г в один из параллельных плавителей 56 и 57 в зависимости от того, газ какого давления необходимо получить. В плавителе 56 гидратные блоки плавят при температуре около , подавая в него по трубе 61 воду из холодильной системы, например кондиционирования воздуха, имеющую температуру 10-15с, и получают газ с давлением около 10 бар и холодную воду с температурой . Воду по трубе 62 отводят опять к холодильной системе. В плавителе 57 плавление гидратных блоков ведут при температуре 20-3О°С, подавая по трубе 64 горячую воду с температурой 40-50 с и получают газ высокого давления от 60 до 200 бар. Отработанную воду сливают по трубе 65.

nil

4-3

D 1Ю

4J

4J

SSSop

4