способ управления подачей природного газа

Формула изобретения

Способ управления подачей природного газа потребителям газоперекачивающей станции, включающий разделение газа с помощью вихревой трубы на холодный и горячий потоки, подогрев холодного потока в теплообменнике и последующее соединение двух потоков, отличающийся тем, что перед разделением газ дросселируют и подогревают, используя тепло теплообменных секций магистрального газа, а горячий поток из вихревой трубы и предварительно подогретый потоки смешивают, причем давление смешанного потока газа регулируют автоматически в зависимости от температуры, давления и величины потребляемого расхода газа и температуры в магистральном трубопроводе так, что температура газа достигает максимального значения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к газовой промышленности, а конкретно к газораспределительной технике, и может быть использовано в автоматизированных системах подачи природного газа от магистральных газопроводов потребителям автономно работающих газоперекачивающих станций.

Природный газ на газоперекачивающих станциях в основном используется как топливо. Компрессорные станции компремируют поступающий на газоперекачивающую станцию природный газ, обеспечивая давление в магистральном газопроводе в пределах 5,5-7,5 МПа. Для снижения давления (редуцирования) газа, подаваемого параллельно работающим потребителям, используется в основном дросселирование газа. Дросселирование приводит к потери “располагаемой работы” (эксергии) и охлаждению газа, составляющему около 0,55С на кгс/см² падения давления. При снижении температуры газа возникает опасность выпадения твердых кристаллогидратов, что является одной из основных причин выхода из строя устройств автоматики. Для предотвращения образования кристаллогидратов перед редуцированием нагревают, осушают или добавляют в него ингибиторы.

Известна установка для утилизации энергии сжатого природного газа (патент РФ №2079771, МПК F 17 D 1/07), содержащая установленные последовательно по ходу газа в трубопроводе, соединяющем между собой газопроводы высокого и низкого давлений, подогреватель с топкой, горелка которой через регулирующий клапан подключена к газопроводу низкого давления. Регулирующий клапан импульсной линией соединен с датчиком температуры, также размещенным в газопроводе низкого давления.

Недостатком такой системы являются наличие энергетических затрат на нагрев газа и неэффективное использование энергии избыточного давления газа.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ редуцирования давления природного газа (патент РФ №2180420, МПК F 17 D 1/04, 2002), в котором магистральный газ снижает свое давление в вихревой трубе, затем охлажденный поток после вихревой трубы проходит через теплообменник, в котором холодный поток нагревается за счет теплопритока из окружающей среды и объединяется с потоком газа низкого давления после газораспределительной станции. Далее он подогревается вследствие рекуперативного теплообмена с газом высокого давления и выводится в магистраль потребителя, объединяясь с горячим потоком.

В вихревой трубе происходит разделение газа с температурой торможения на входе, равной T₁, на два потока с повышенной температурой Т_г и пониженной температурой Т_х. Понижение Т_х=T₁-Т_х и повышение Т_г=Т_г-T₁ температуры газа зависят от степени расширения газа в вихревой трубе и величины относительного расхода холодного потока.

Недостатками известного способа являются:

- невозможность широкого регулирования диапазона расхода газа, т.к. при этом может нарушиться режим работы вихревой трубы;

- способ не предусматривает возможности повышения температурного потенциала газа, подаваемого потребителям газоперекачивающих станций, за счет охлаждения магистрального газопровода.

Задачей изобретения является повышение энергетической эффективности и надежности управления подачей природного газа параллельно работающим потребителям за счет расширения диапазона регулирования и повышения надежности функционирования системы.

Для решения поставленной задачи предлагается подогревать охлажденный поток газа после его дросселирования, используя теплоту трубчатых теплообменных секций магистрального газа после компремирования. После чего газ подается в вихревую трубу. Холодный поток газа из вихревой трубы после его подогрева смешивают в камере смешения с горячим потоком. Температуру газа после смешения доводят до максимальной, поддерживая заданное давление в камере смешения путем управления расходом на входе в вихревую трубу и соотношением горячего и холодного потоков на выходе вихревой трубы на основании измеряемых температуры, давления и величины потребляемого газа и температуры газа в магистральном газопроводе.

После разделения газа на отдельные потоки, поток охлажденного газа, нагревается в теплообменном аппарате за счет энергии, отбираемой от теплообменных секций установок охлаждения природного газа, подаваемого по магистральному трубопроводу, после его компремирования на автономно работающих газоперекачивающих станциях. Такая схема позволяет утилизировать часть энергии, затрачиваемой на сжатие газа. Давление смешанного потока газа регулируют автоматически в зависимости от температуры, давления и величины потребляемого расхода газа и температуры в магистральном газопроводе. В результате такого регулирования добиваются максимального значения температуры газа, подаваемого потребителю.

На чертеже изображена установка управления подачей природного газа.

На чертеже приняты следующие обозначения:

1 - дроссель; 2 - теплообменники; 3 - трубчатые теплообменные секции; 4 - клапан регулирования расхода газа через вихревую трубу; 5 - клапан регулирования соотношения расходов горячего и холодного потоков; БУ - блок управления; ВТ - вихревая труба; ДТ - датчик температуры; ДД - датчик давления; ДР - датчик расхода; КС - камера смешения; ДТМГ - датчик температуры магистрального газа.

Конкретный пример осуществления способа.

Газ высокого давления поступает на редуцирование в дроссель 1, где срабатывается часть давления. После дросселирования охлажденный газ подогревается в теплообменнике за счет теплоты, отбираемой от трубчатых теплообменных секций, наполненных магистральным газом после компремирования. Нагретый газ поступает в вихревую трубу, где он разделяется на два потока с температурами Т_х и Т_г. Потоки газа, поступающие из вихревой трубы с температурой _г и из теплообменника, подогревающего газ, выходящий из вихревой трубы с температурой Т_х, смешиваются в камере смешения. Система автоматического регулирования путем воздействия на регулирующие органы вихревой трубы обеспечивает требуемое давление в камере смешения при максимально возможной температуре газа в условиях колебаний расхода, температуры и давления газа на входе в вихревую трубу и температуры газа в магистральном газопроводе после компремирования.