установка снабжения природным газом

Формула изобретения

Установка снабжения природным газом, подключенная к магистральному газопроводу и газопроводной сети потребителей, содержащая редуцирующее устройство, выполненное в виде турбодетандера, и устройство для заполнения баллонов газом, состоящее из установленного на линии отбора газа нагнетателя, кинематически связанного с турбодетандером, охладителя, установленного на линии отбора газа и подключенного второй полостью к выходу турбодетандера, и ресивера с арматурой для соединения с баллонами, отличающаяся тем, что установка снабжена рекуперативным теплообменником, подключенным одной полостью на входе к магистральному газопроводу, а на выходе к входу в турбодетандер, второй полостью на входе к охладителю, а на выходе к газопроводной сети потребителя, причем нагнетатель выполнен в виде насоса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к средствам транспортирования и раздачи потребителям природного газа.

Добываемый природный газ транспортируют на большие расстояния по магистральным газопроводам под давлением 3.5 МПа. При раздаче газа в газопровод сети потребителей его давление понижают до 0,6.1,2 МПа на газораспределительных станциях. Кроме того, часть потребителей, например автотранспорт, снабжают сжатым до 20 МПа газом в баллонах.

Известны системы сжижения природного газа, основанные на тепловом эффекте дросселирования газа, как, например, каскадная система /см. Р.Ф. Баррон. Криогенная техника. М. Энергоатомиздат, 1989, с.86 87/. Недостатком каскадной системы является значительное энергопотребление в компрессоре, наличие внешнего охлаждающего контура и большое количество теплообменного оборудования.

Известным техническим решением является охлаждение отбираемого из магистрального газопровода газа, используя для этого сдетандированную часть газа после сжижения ею части охлажденного газа, направляемого потребителю, при этом процесс охлаждения производится при давлении магистрального газопровода /см. авт. свид. СССР N1576806, кл. F 25 В 11/00, 1990/.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению является установка снабжения природным газом, подключенная к магистральному газопроводу и газопроводной сети потребителей, содержащая редуцирующее устройство, выполненное в виде турбодетандера, и устройство для заполнения баллонов газом, состоящее из установленного на линии отбора газа нагнетателя, кинематически связанного с турбодетандером, охладителя, установленного на линии отбора газа и подключенного второй полостью к выходу турбодетандера, и ресивера с арматурой для соединения с баллонами /см. Отчет ЦНПК "Нефтегазтехнология". Технико-экономическое обоснование производства и использования жидкого азота на ГРС "Восточная" г.Минска. Харьков, 1991, с.138 142, рис.5-1/, принятая за прототип.

Однако, принятое за прототип техническое решение является энергоемким и требует больших энергозатрат на заполнение баллонов газом из-за нерационального использования возможностей энергии расширения газа.

В основу изобретения положена задача создания установки снабжения природным газом, которая обеспечила бы снижение энергозатрат на заполнение баллонов газом.

Поставленная задача решается тем, что в определенной последовательности осуществляются технологические операции, обеспечивающее оптимальное использование энергии расширения в детандере и сопутствующее охлаждение сдетандированного потока газа за счет того, что установка снабжена рекуперативным теплообменником, подключенным одной полостью на входе к магистральному трубопроводу, а на выходе к входу в турбодетандер, второй полостью на входе к охладителю, а на выходе к газопроводной сети потребителя, причем нагнетатель выполнен в виде насоса.

Отбираемый из магистрального газопровода газ вначале охлаждают, используя для этого сдетандированную часть газа после сжижения ею части охлажденного газа для заправки в баллоны, при этом процесс сжижения производят при давлении магистрального газопровода, а охлаждение отобранного из магистрального газопровода газа проводят до температуры, соответствующей получению на выходе из детандера температуры меньшей, чем температура сжижения газа при давлении магистрального газопровода.

Поэтому установка подключена к магистральному газопроводу и сети потребителей через рекуперативный теплообменник, после которого на линии отбора установлен охладитель, соединенный по стороне низкого давления с детандером и рекуперативным теплообменником, a по стороне высокого давления подключенный к нагнетателю, причем в качестве нагнетателя применен насос.

Отличительной особенностью заявляемого изобретения является то, что необходимое для заполнения баллонов газом давление, около 24 МПа, получают сжатием ожиженного газа в насосе с приводом от турбодетандера. В связи с тем, что сжатие сжиженного газа сопровождается небольшим изменением объема в сравнении со сжатием в газовой фазе, энергопотребление процесса значительно сокращается. Кроме этого, снижение давления газа с отбором мощности в детандере сопровождается производством холодного потока газа, который используется для предварительного охлаждения и последующего сжижения части газа, идущей на сжатие.

Соответственно отличительные особенности заявляемого устройства обеспечивают необходимую последовательность проведения технологических операций, снижающих энергозатраты на сжатие газа.

В результате получена экологически чистая установка, работающая на утилизации энергии сжатого газа в магистральном газопроводе при его детандировании в газопровод системы потребителей.

На фиг.1 изображена принципиальная схема установки.

На фиг.2 представлена I-lgP диаграмма (энтальпия логарифм давления ) метана с нанесенными на ней процессами, проходящими в установке. Буквами на рисунках отмечены характерные точки в установке и соответствующие им состояния газа на I-lgP диаграмме.

Установка подключается к магистральному газопроводу в точке (a) и к газопроводу сети потребителей в точке (g) через рекуперативный теплообменник 1 и содержит турбодетандер 2, охладитель 3, насос 4, ресивер 5, а также регулятор 6 и арматуру 7 для подсоединения заправляемых баллонов 8. На ресивере установлен обратный клапан 9 для предотвращения сброса давления при остановке. Насос 4 соединен с турбодетандером валом 10.

Установка работает следующим образом. Из магистрального газопровода отбирается часть газа, например 0,5 кг/с при давлении 3,6.5,5 МПа, и пропускается через рекуперативный теплообменник 1, где производится его охлаждение до температуры порядка 195.210 К холодным потоком газа. Состояние охлажденного газа на выходе из теплообменника отмечено точкой (b), а соответствующий процесс изображен линией (а-b) на I-lgP диаграмме. После рекуперативного теплообменника поток газа разделяется. Большая часть, около 0,45 кг/с в рассматриваемом примере, через регулятор 6 подается на детандер 2, где производит работу на валу в процессе расширения до давления порядка 0,6.1,2 в сети потребителей. В результате процесса детандирования (линия b-с) происходит снижение температуры потока до 150.170 К. Затем оба потока направляются в охладитель 3, где происходит сжижение потока (линия b-d), идущего на заправку в баллоны, холодным потоком после детандера (линия с-е). Если, например, расход газа на заправку в баллоны взят около 0,05 кг/с, тогда сдетандированный поток подогреется до температуры порядка 165.175 К, состояние, соответствующее точке (е). Далее сжиженный поток сжимают насосом 4 (линия d-f) до давления порядка 24 МПа и температурой около 255.270 К и направляют в ресивер 5. Поток сдетандированного газа низкого давления после охладителя направляется в рекуперативный теплообменник 1 для охлаждения потока из магистрального газопровода (линия е-g), после чего сбрасывается в газопровод сети потребителей в состоянии (g).

Получаемая в детандере мощность на валу порядка 32 кВт в приведенном примере потребляется насосом около 25 кВт и расходуется на преодоление дискового трения и трения в опорах порядка 4 кВт.

Таким образом осуществляется снабжение потребителей природным газом от магистрального газопровода в городской сети с давлением 0.6.1.2 МПа и баллонами с газом под давлением порядка 20 МПа. В настоящее время на газозаправочных станциях заполняют баллоны с помощью поршневых компрессоров, потребляющих около 60 кВт электроэнергии на сжатие 0,05 кг/с газа от давления 4 МПа до 22 МПа. Заявляемое изобретение позволяет существенно сократить эксплуатационные расходы на заполнение баллонов (в приведенном примере отсутствует потребление электроэнергии на сжатие) и помимо этого сокращает капитальные затраты на установленное оборудование, поскольку существенно сокращаются габариты и металлоемкость установки.