установка для охлаждения природного газа на компрессорной станции магистрального газопровода

Формула изобретения

Установка для охлаждения природного газа на компрессорной станции магистрального газопровода, содержащая последовательно подключенные к газовой магистрали газоперекачивающий агрегат и испаритель хладагента, установленный после нагнетателя газоперекачивающего агрегата, а также компрессор, конденсатор и дроссель, отличающаяся тем, что для охлаждения газа применяют тепловой насос, причем установка снабжена дополнительным испарителем, установленным на магистральном газопроводе перед нагнетателем газоперекачивающего агрегата, и дополнительным дросселем, расположенным перед дополнительным испарителем по ходу движения хладагента, при этом вход компрессора теплового насоса подключен к обоим испарителям, а выход и вход трубного пространства конденсатора соединены с потребителями тепловой энергии.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано при транспортировании природного газа по магистральным газопроводам.

Известны установки для охлаждения природного газа, содержащие последовательно подключенные к газовой магистрали после газоперекачивающего агрегата воздушный охладитель и испаритель холодильной машины [1].

Недостаток таких установок заключается в том, что в зимний период, когда газ имеет низкие температуры, чрезмерное охлаждение потока газа может привести к разрушению металла трубопровода.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является установка для охлаждения природного газа [2], содержащая последовательно подключенные к газовой магистрали компрессор, воздушный охладитель и испаритель холодильной машины, снабженной охлаждаемым конденсатором, который с целью повышения эксплуатационной надежности магистрального газопровода выполнен двухсекционным, и одна из его секций подключена к газовой магистрали перед компрессором для подогрева потока газа в зимнее время.

Однако использование данной установки ухудшает энергетические показатели системы компримирования газа, поскольку при повышении температуры газа, входящего в компрессор, на каждый 1^oC увеличивается потребляемая мощность на его сжатие на 0,6%.

Цель изобретения - снижение удельных энергетических затрат на транспортирование газа.

Указанная цель достигается тем, что для охлаждения потока газа применяют тепловой насос [3], который снабжен дополнительным испарителем, установленным на магистральном газопроводе перед нагнетателем газоперекачивающего агрегата (ГПА), и дополнительным дросселем, расположенным перед дополнительным испарителем по ходу движения хладагента, при этом вход компрессора теплового насоса подключен к обоим испарителям, а выход и вход трубного пространства конденсатора теплового насоса соединены с потребителем тепловой энергии. На газопроводе после каждого испарителя хладагента устанавливают датчики температуры, выходы которых подключают к управляющему устройству, а выходы последнего соединяют с исполнительными механизмами регулирующих вентилей теплового насоса для автоматического регулирования температуры потока газа.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что использование теплового насоса с двумя испарителями хладагента в установке для охлаждения природного газа на компрессорной станции магистрального газопровода с автоматическим регулированием количества отбираемого от потока газа тепла как на входе, так и на выходе нагнетателя газоперекачивающего агрегата позволяет уменьшить мощность, потребляемую ГПА, а соединение трубного пространства конденсатора теплового насоса с потребителем тепловой энергии обеспечивает утилизацию вторичных энергетических ресурсов.

На чертеже представлена структурная схема установки для охлаждения природного газа на компрессорной станции магистрального газопровода.

На схеме показаны тепловой насос ТН, газоперекачивающий агрегат ГПА, линейный участок магистрального газопровода Г и приемник тепловой энергии ПТЭ.

Тепловой насос ТН содержит:

два испарителя хладагента 1 и 2, по трубному пространству которых проходит поток газа (теплоотдатчик);

два контура I и II циркуляции хладагента, состоящие из компрессора 2, приводимого регулируемым двигателем М, вход которого соединен с межтрубным пространством испарителей хладагента 1 и 7, а выход - с межтрубным пространством конденсатора 3, хладопровода 4, регулирующих вентилей 5 и 8, приводимых в действие исполнительными механизмами 6 и 9 соответственно.

Трубное пространство конденсатора 3 теплового насоса ТН, по которому циркулирует теплоприемник, отбирающий тепло от хладагента, соединено теплопроводом 10 с потребителем тепловой энергии ПТЭ.

После испарителя хладагента 1 на газопроводе установлен датчик температуры газа ДТ1, а на газопроводе после испарителя хладагента 7 - датчик температуры газа ДТ2, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами управляющего устройства УУ. К третьему и четвертому входам устройства УУ подключены соответственно задатчики температуры газа до Т₀₁ и после Т₀₂ его сжатия. Выходы устройства управления УУ связаны с исполнительными механизмами 6 и 9 регулирующих вентилей 5 и 8, установленных на хладопроводе 4 соответственно в I и II контурах циркуляции хладагента.

Установка работает следующим образом.

Поток газа повышенной температуры поступает в трубное пространство испарителя хладагента 1 и далее - на вход нагнетателя газоперекачивающего агрегата ГПА, а после сжатия, через трубное пространство испарителя хладагента 7, - в линейную часть магистрального газопровода Г. В межтрубные пространства испарителей 1 и 7 подается хладагент, который под действием температуры потока газа (теплоотдатчика) вскипает, а его пары отсасываются компрессором 2 одновременно из обоих испарителей, благодаря чему в них постоянно поддерживается низкое давление и, следовательно, низкая температура. Сжатые компрессором 2 пары хладагента нагнетаются в межтрубное пространство конденсатора 3, где охлаждаются теплоприемником, циркулирующим по его трубному пространству и теплопроводу 10 приемника тепловой энергии ПТЭ, в результате чего конденсируются. Из конденсатора 3 жидкий хладагент поступает в контуры I и II циркуляции хладагента и, пройдя регулирующие вентили 5 и 8, попадает в межтрубные пространства испарителей хладагента 1 и 7 теплового насоса ТН. Затем рабочий цикл повторяется.

Датчиком ДТ1 измеряют температуру потока охлажденного газа перед его сжатием. Сигнал с ДТ1 поступает на вход управляющего устройства УУ, где он сравнивается с заданной уставкой температуры Т₀₁. При изменениях температуры потока газа на входе компрессорной станции появляется разность (рассогласование) температур Т₁, согласно которой устройство УУ формирует сигнал управления исполнительным механизмом 6 вентиля 5 для регулирования (путем дросселирования) расхода хладагента в первом контуре ТН, в результате чего стабилизируют температуру потока газа на заданном уровне перед его сжатием.

Датчиком ДТ2 измеряют температуру потока газа после его сжатия и охлаждения в начале линейной части магистрального газопровода Г. Сигнал с датчика ДТ2 поступает на второй вход управляющего устройства УУ, где он сравнивается с заданной уставкой температуры Т₀₂. При изменениях газопотребления и (или) температурного режима газопровода появляется разность температур Т₂, согласно которой устройство УУ формирует сигнал управления исполнительным механизмом 9 вентиля 8 для регулирования расхода хладагента во втором контуре ТН, в результате чего стабилизируют температуру потока газа на заданном уровне после его сжатия.

Регулируя одновременно таким образом расход хладагента в обоих контурах ТН, изменяют количество отбираемого тепла от потока газа, которое, трансформируясь, передается теплоприемнику и затем поступает по теплопроводу 10 к потребителю тепловой энергии ПТЭ.

Использование предлагаемой установки для охлаждения природного газа на компрессорной станции магистрального газопровода позволяет снизить потребляемую мощность на его компримирование и, в отличие от известных устройств, обеспечивает утилизацию вторичных энергоресурсов в полном объеме, что приводит к общему снижению удельных энергозатрат на транспорт газа. Кроме того, применение такой установки исключает разрушение металла трубопровода от переохлаждения его в зимний период, что повышает эксплуатационную надежность магистрального газопровода.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР N 383974, F 25 D 25/00, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР N 545819, F 16 L 53/00, 1977.

3. Политехнический словарь/ Гл. ред. акад. А.Ю. Ишлинский. - П 50 2-е изд. - М.: Советская Энциклопедия, 1980, с. 519.6