способ редуцирования давления природного газа

Формула изобретения

Способ редуцирования давления природного газа на газораспределительном объекте, основанный на эффекте интегрального подогрева газа низкого давления за счет предварительного энергоразделения части потока редуцируемого газа в вихревой трубе на горячий и холодный потоки, подвода к сгенерированной низкотемпературной составляющей потока газа тепла от внешнего источника и последующего их смешения перед выдачей в потребительскую сеть низкого давления, отличающийся тем, что в качестве внешнего источника тепла используется теплота кристаллизации воды при ее замораживании, а получаемый в результате подобного рекуперативного теплообмена лед после удаления остатков незамороженной воды подвергается расплавлению с получением в качестве самостоятельной товарной продукции талой воды, при этом для ее производства используется часть тепла горячего потока газа низкого давления, генерируемого вихревой трубой, который после теплообмена с размораживаемым льдом выводится в потребительскую сеть низкого давления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии редуцирования природного газа на газоредуцирующих объектах: газораспределительных станциях (ГРС) магистральных газопроводов (МГ) и газораспределительных пунктах (ГРП) системы газораспределения.

С целью исключения подачи в газопровод низкого давления газа с температурой менее 0°С предложен и используется способ редуцирования, основанный на подогреве газа высокого давления перед его подачей на регуляторы давления газоредуцирующего объекта. Нагрев газа высокого давления ведется за счет рекуперативной утилизации тепла газообразных продуктов сжигания части подвергающегося дросселированию природного газа [1].

Основным недостатком данного способа является высокий уровень эксплуатационных расходов при его реализации, обусловленный необратимыми потерями природного газа, связанными с его сжиганием.

Известен способ редуцирования, основанный на эффекте интегрального подогрева газа низкого давления, исключающий расход части редуцируемой среды на сжигание, принятый при разработке в качестве способа-прототипа [2].

Его существо заключается в целенаправленном использовании энергетического потенциала сжатого газа и теплоты окружающей среды.

В частности, для обеспечения возможности устойчивой аккумуляции тепла окружающей среды потоком газа низкого давления, даже в зимних условиях, часть редуцируемого газа в способе-прототипе подвергается энергетическому разделению в вихревой трубе на горячий и низкотемпературный потоки. При этом выбирается такой режим работы вихревой трубы, при котором температура низкотемпературного потока гарантированно оказывается ниже температуры окружающей среды. Этим обеспечивается условие отбора тепла окружающей среды холодным потоком газа. В результате последующего смешения горячего и аккумулировавшего тепло окружающей среды холодного потоков удается повысить до требуемых величин температуру газа низкого давления после газоредуцирующего объекта.

При технологической простоте реализации недостатками способа-прототипа являются необратимые потери потенциально могущей быть полезно использованной холодопроизводительности низкотемпературной составляющей потока газа низкого давления, а также громоздкость и металлоемкость теплообменного оборудования для обеспечения условий теплообмена газа с окружающей атмосферной средой.

Целью настоящего изобретения является решение задачи изотермического редуцирования газа за счет применения коммерчески целесообразной технологии утилизации холодопроизводительности низкотемпературной составляющей потока газа низкого давления, а также снижение массогабаритных размеров применяемого для рекуперативного теплообмена оборудования.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе подогрев низкотемпературной составляющей газового потока низкого давления после вихревой трубы осуществляется за счет отбора теплоты кристаллизации замораживаемой в заданном темпе воды в паре попеременно вводимых и выводимых из работы теплообменных аппаратов. При этом в конце процесса замораживания из аппаратов сливается часть незамерзшей жидкости. Полученный по описанной технологии с минимальными сторонними энергозатратами лед, а также вода, образовавшаяся при его растоплении, рассматривается в качестве самостоятельной конкурентно способной товарной продукции, покрывающей как эксплуатационные затраты самого газоредуцирующего объекта, так и капитальные вложения на создание специализированной системы утилизации холода потока природного газа низкого давления.

Помимо этого применение в качестве источника подвода тепловой энергии замораживаемой воды из-за более высокого чем от воздуха в способе-прототипе коэффициента теплоотдачи обеспечивает возможность уменьшения, как минимум на 30%, требующихся теплообменных поверхностей. При идентичных объемах передачи тепла это сопровождается общим снижением массогабаритных размеров используемых для решения целевой задачи технологических аппаратов.

Принципиальная технологическая схема организации процесса редуцирования природного газа на газоредуцирующей станции (пункте) по предлагаемому способу приведена на чертеже.

При реализации предлагаемого способа, как и в способе-прототипе, газ высокого давления перед газоредуцирующим объектом разделяют на два самостоятельных потока. Первый из них (меньшая часть) поступает на регуляторы давления газоредуцирующего объекта, а второй (большая часть) - в вихревую трубу 1. Генерируемый вихревой трубой 1 холодный поток газа низкого давления, имеющий температуру менее 0°С, направляют в термостатирующую полость одного или несколько последовательно (параллельно, параллельно-последовательно) установленных друг за другом теплообменных аппаратов, исходно заполненных водой и в совокупности образующих одну (несколько) технологических ниток. На схеме условно показана только пара теплообменных аппаратов двух технологических ниток. После прохождения одного из аппаратов 2 нагревшийся в результате теплообмена с замораживаемой водой холодный поток газа низкого давления объединяется с горячим потоком газа, идущим от вихревой трубы, и поступает в сеть низкого давления потребителя газа. Параллельно с этим из выведенного из работы аппарата 2 по специально предусмотренному для этого случая трубопроводу 3 сливаются остатки незамороженной воды и извлекается для последующей разделки и фасовки полученная ледяная масса. После чего по функциональному предназначению аппараты меняются местами.

В случае принятия решения о выпуске в качестве конечной товарной продукции воды, получаемой расплавлением льда, после завершения операции слива из аппарата 2 незамороженной воды, в его термостатирующую полость подается часть горячего потока газа низкого давления. При этом задействуются технологические трубопроводы и арматура, показанные на схеме штрихпунктирными линиями. Отработавший газовый поток отводится в магистраль потребителя газа низкого давления, а образующаяся по мере плавления льда вода из аппарата эвакуируется для последующей реализации.

Источники информации

1. Ионин А.А. Газоснабжение. Учебник для вузов. - М.: Стройиздат, 1981.

2. Патент РФ №2180420.