газораспределительная станция

Формула изобретения

Газораспределительная станция, содержащая газопроводы высокого и низкого давления с расположенными последовательно узлом очистки и узлом редуцирования газа, содержащим вихревую трубу Ранка-Хилша, вход которой соединен с газопроводом высокого давления, отличающаяся тем, что вихревая труба выполнена регулируемой трехпоточной, у которой вход высоконапорного газа соединен с газопроводом высокого давления через узел очистки, а выход горячего потока подключен к размещенному в технологическом блоке рекуперативному теплообменнику, греющему жидкий теплоноситель, естественно циркулирующий в системе отопления блока контроля и управления и коллекторе сбора и сброса уловленных примесей узла очистки, при этом выход холодного потока вихревой трубы подключен к оребренной трубе, размещенной за стенкой технологического блока в окружающей среде, так, что выходы горячего потока из теплообменника и холодного потока из оребренной трубы объединены утилизирующим эжектором в единый смешанный поток, выход которого после узлов одоризации и учета газа соединен с выходным газопроводом, причем выход конденсата из вихревой трубы соединен посредством конденсатоотводчика с наружной емкостью.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике распределения газов, а именно к газораспределительным станциям, предназначенным для понижения давления природного газа до необходимого уровня при снабжении газом промышленных и сельскохозяйственных объектов, а также населенных пунктов на ответвлениях от магистральных и промысловых газопроводов.

Известна газораспределительная станция (патент РФ N 2079040 от 16.08.94 г., М. кл. F 17 D 1/04), содержащая входной и выходной газопроводы, отапливаемые блок контроля и управления и технический блок с последовательно расположенными в нем узлами очистки, редуцирования, одоризации и учета газа. При этом блок контроля и управления содержит котел для подготовки и подачи теплоносителя в узел подогрева газа. Кроме того, надежность исключения гидратообразования обеспечивается не только подогревом газа перед редуцированием, но и тем, что узел подогрева газа является одновременно отопителем внутреннего пространства технологического блока.

Недостатком известной станции является то, что наличие подогревателя, использующего тепло от сжигания природного газа, снижает экономические и экологические показатели и уровень безопасности эксплуатации станции.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является известная газораспределительная станция (см. предварительный патент UZ 2061, F 25 B 11/00 от 30.09.1994), в которой проблемы нарушения надежности работы узла редуцирования устранена тем, что газопровод высокого давления соединен со входом вихревой трубы Ранка-Хилша. При этом станция включает газопроводы высокого и низкого давления с узлом редуцирования, содержащим вихревую трубу, и узлом очистки (сепаратором).

Однако в указанной станции отсутствует на ее входе узел очистки высоконапорного газа, что снижает надежность работы вихревой трубы ввиду возможного эрозионного износа ее соплового ввода и внутренней стенки камеры энергетического разделения. Кроме того, наличие дополнительных элементов - сепаратора на линии горячего и дросселя на линии холодного потоков усложняет конструкцию в целом и сужает диапазон эксплуатационных режимов работы станции при дефиците входного давления газа в высоконапорном газопроводе.

Целью предлагаемого изобретения является повышение уровня эксплуатационной надежности за счет упрощения конструкции и более полного использования энергии горячего потока вихревой трубы, экономия природного газа и улучшение экологических показателей станции.

Эта цель достигается тем, что в предлагаемой газораспределительной станции, содержащей газопроводы высокого и низкого давления с расположенными последовательно узлом очистки и узлом редуцирования газа, содержащим вихревую трубу Ранка-Хлиша, вход которой соединен с газопроводом высокого давления, вихревая труба выполнена регулируемой трехпоточной, у которой вход высоконапорного газа соединен с газопроводом высокого давления через узел очистки, а выход горячего потока подключен к размещенному в технологическом блоке рекуперативному теплообменнику, греющему жидкий теплоноситель, естественно циркулирующий в системе отопления блока контроля и управления и коллекторе сбора и сброса уловленных примесей узла очистки. При этом выход холодного потока вихревой трубы подключен к оребренной трубе, размещенной за стенкой технологического блока, в окружающей среде, таким образом, что выходы горячего потока из теплообменника и холодного потока из оребренной трубы объеденены утилизирующим эжектором в единый смешанный поток, выход которого, после узлов одоризации и учета газа, соединен с выходным газопроводом, причем выход конденсанта из вихревой трубы соединен посредством конденсатоотводчика с наружной емкостью.

На чертеже изображена существенно упрощенная технологическая схема газораспределительной станции с узлами, достаточными для понимания ее существенных отличий от известной.

Газораспределительная станция содержит входной 1 и выходной 2 газопроводы, отапливаемые блок контроля и управления 3 и технологический блок 4 с последовательно расположенными в нем узлами очистки 5, редуцирования 6, одоризации 7 и учета газа 8.

При этом узел редуцирования 6 содержит вихревую трубу 9, выполненную регулируемой трехпоточной, у которой вход высоконапорного газа 10 соединен с газопроводом высокого давления 1 через выход узла очистки 5.

Причем площадь соплового ввода вихревой трубы может регулироваться, например, изменением высоты прямоугольного тангенциального сопла (см. статью Р. М. Исхакова и др. "Применение ТВТ для конденсации тяжелых углеводородов из попутного газа", журнал "Газовая промышленность" N 7, 1998 г., с. 42, 43, рис. 1, 2), на схеме это показано условно стрелками.

Выход горячего потока 11 из вихревой грубы 9 подключен к размещенному в технологическом блоке 4 рекуперативному теплообменнику 12, греющему жидкий теплоноситель (например, "тосол"), естественно циркулирующий в системе отопления блока контроля и управления 3 и коллекторе 13 сбора и сброса уловленных примесей узла очистки 5, выполненному, например, в виде фильтра двухступенчатого, подключенного к коллектору 13 посредством двух обратных клапанов 14 и 15. Система отопления блока контроля и управления 3 по способу перемещения теплоносителя представляет собой систему с естественной циркуляцией с верхней разводкой, включающей вертикальную трубу ("стояк") 16, расширительный сосуд 17, нагревательный прибор(ы) 18, опускную трубу 19, подключенную к змеевику 20, размещенному в полости коллектора 13, с возвратом теплоносителя в теплообменник 12. Выход холодного потока вихревой трубы 9 подключен к оребренной трубе 21, размещенной за стенкой технологического блока 4, в окружающей среде, таким образом, что выходы горячего потока из теплообменника 12 и холодного потока из оребренной трубы 21 объединены утилизирующим эжектором 22 в единый смешанный поток, выход которого, после узлов одоризации 7 и учета газа 8, соединен с выходным газопроводом 2, а выход конденсата из вихревой трубы 9 соединен посредством конденсатоотводчика 23 с наружной емкостью (на схеме не показана), которая может быть общей с емкостью для сбора примесей, сбрасываемых из коллектора 13 через клапан 24.

Газораспределительная станция работает следующим образом. Газ высокого давления (P_вх = 1,2-7,5 МПа) поступает из магистрального или промыслового газопровода через входной 1 газопровод в технологический блок 4, где поступает в узел очистки 5. Газ очищается от механических примесей и жидкости (конденсата), которые через периодически открывающиеся клапаны 14 и 15 сбрасываются в коллектор 13 и далее через клапан 24 - в наружную емкость. Очищенный газ поступает в узел редуцирования 6, который выполнен в виде регулируемой трехпоточной вихревой трубы Ранка-Хилша 9, в которой реализуется известный эффект температурного разделения газа на холодный и горячий потоки. Холодный поток поступает в оребренную трубу 21, размещенную снаружи технологического блока 4, при этом ввиду весьма низкой температуры (до -60^oC) холодный поток может быть (через стенку трубы 21) подогрет атмосферным воздухом и после смешения с горячим потоком дать повышенную температуру расширенного природного газа. Таким образом, используя располагаемый перепад давления в вихревой трубе 9, предложенная схема станции "работает" по принципу теплового насоса, получая избыточное тепло из окружающей среды, что может компенсировать понижение температуры природного газа при его дросселировании, т.е. вполне может заменить используемые для этой цели огневые подогреватели. Кроме того, при непрерывном вихревом движении газа вдоль оси камеры энергетического разделения трубы 9 образуется все возрастающий градиент между внешним кольцевым и внутренним потоками. В результате температура газа в приосевой зоне трубы 9 опускается ниже температуры процесса Джоуля-Томсона (как в "традиционном" регуляторе давления). Это падение температуры, вызывающее дополнительную конденсацию, позволяет увеличить эффективность процесса сепарации в целом. Таким образом, удается даже без предварительного подогрева практически полностью избавиться от нежелательного конденсата, который может нарушить нормальное функционирование измерительного устройства узла учета газа 8 и запорно-регулирующей пары трубы 9. Выход горячего потока 11 подключен к размещенному в технологическом блоке 4 теплообменнику 12, в котором по противоточной схеме греется жидкий теплоноситель, естественно циркулирующий в системе отопления блока контроля и управления 3 и коллекторе 13 последовательно: стояк 16, расширитель 17, нагревательные приборы 18, опускная труба 19, змеевик 20 с возвратом теплоносителя в теплообменник 12, таким образом, что выходы горячего потока из теплообменника 12 и холодного потока из оребренной трубы 21 объединены утилизирующим эжектором 22 в единый смешанный поток, выход которого после узлов одоризации 7 и учета газа 8 соединен с выходным газопроводом 2.

Работа газораспределительной станции контролируется и регулируется посредством датчиков и приборов, размещенных в отдельном шкафу отапливаемого по вышеприведенной схеме блока 3.

Таким образом, достигается цель предлагаемого изобретения, заключающаяся в повышении уровня эксплуатационной надежности за счет упрощения конструкции и более полного использования энергии горячего потока вихревой трубы, экономии природного газа и улучшении экономических показателей станции.