способ энергосбережения энергоресурсов магистральных газопроводов на компрессорных станциях

Формула изобретения

Способ энергосбережения энергоресурсов магистральных газопроводов на компрессорных станциях, заключающийся в использовании тепла транспортируемого газа и тепла выпускных газов газотурбинных установок, отличающийся тем, что тепло потока газа отбирают тепловыми насосами на входах компрессорных станций, затем его, а также тепло выпускных газов используют для получения дополнительной приводной мощности газовых нагнетателей газотурбинных установок и трансформируют в электроэнергию, которой обеспечивают электроснабжение газоперекачивающих агрегатов с электроприводом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энергосберегающим и экологически безопасным технологиям трубопроводного транспорта газа и может быть использовано при сооружении новых и модернизации действующих магистральных газопроводов.

Технико-экономические показатели магистральных газопроводов существенно зависят от энергоемкости производства, а энергоемкость, в свою очередь, в значительной мере определяется степенью утилизации потенциальных объемов вторичных энергетических ресурсов.

Существует много различных способов рационального использования вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) магистральных газопроводов (МГ) как для повышения мощности газоперекачивающих агрегатов (ГПА), так и удовлетворения технологических нужд компрессорных станций (КС). Известны, например, способы утилизации выпускных газов газотурбинных установок (ГТУ) [1] и тепла потока сжатого газа [2, 3, 4, 5, 6, 7].

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ комплексной утилизации вторичных энергетических ресурсов КС с газотурбинными ГПА, реализуемый с помощью системы [8]. Однако данный способ не предусматривает использования электроэнергии, полученной в результате утилизации ВЭР на КС, для электроснабжения электроприводных ГПА.

Задача изобретения - сокращение расхода первичных энергоресурсов и повышение эффективности использования ВЭР магистрального газопровода для транспорта газа.

Технический результат достигается за счет того, что тепло потока транспортируемого газа отбирают тепловыми насосами на входах компрессорных станций, затем его, а также тепло выпускных газов газотурбинных установок используют для получения дополнительной приводной мощности газовых нагнетателей и трансформируют в электроэнергию, которой обеспечивают электроснабжение газоперекачивающих агрегатов с электроприводом, чем сокращают расход первичных энергетических ресурсов на трубопроводный транспорт газа и эффективно используют вторичные энергоресурсы газопроводов.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что предлагаемый способ предусматривает, во-первых, использование тепла, отбираемого от потока газа перед его сжатием с помощью теплового насоса, установленного на входе КС, и тепла выпускных газов ГТУ для получения дополнительной приводной мощности газового нагнетателя ГТУ и, во-вторых, преобразование тепла потока транспортируемого газа и выпускных газов ГТУ в электроэнергию, которую используют для электроснабжения электроприводов ГПА, работающих совместно с ГТУ на КС магистрального газопровода.

На чертеже представлена технологическая схема, поясняющая заявляемый способ энергосбережения энергоресурсов магистральных газопроводов на компрессорных станциях.

На схеме показаны компрессорная станция КС магистрального газопровода Г, газоперекачивающий агрегат, собранный в виде машинного каскада (газотурбинная установка 1 - нагнетатель 2 - паровая турбина 3 - электрогенератор 4 - компрессор теплового насоса 7 - циркуляционный насос 8), теплообменная система 11, тепловой насос ТН, состоящий из теплообменника-испарителя И, компрессора 7, конденсатора К, дроссельного устройства 10 и хладопровода 9, паропровод ПП, конденсатопровод КП, электросеть U, второй газоперекачивающий агрегат с электродвигателем 5 и нагнетателем 6.

Схема комплексной утилизации ВЭР на КС с газотурбинными и электроприводными ГПА, поясняющая заявляемый способ, работает следующим образом.

Первичный энергоноситель (теплоотдатчик) - поток транспортируемого газа из магистрального газопровода Г поступает в трубное пространство теплообменника-испарителя И теплового насоса ТН и далее (в охлажденном состоянии) - на вход нагнетателя 2 ГТУ, а после его сжатия - в линейную часть газопровода Г. Одновременно в межтрубное пространство И подается хладагент - жидкость, кипящая при низкой температуре, который используется в технологическом процессе ТН в качестве промежуточного энергоносителя. В теплообменнике-испарителе И происходит теплопередача от первичного энергоносителя к промежуточному, т.е. охлаждение потока газа и нагрев хладагента.

В процессе теплопередачи хладагент вскипает и его пары отсасываются из И компрессором 7 теплового насоса ТН, благодаря чему в межтрубном пространстве И постоянно поддерживается низкое давление и, следовательно, низкая температура. Сжатые компрессором 7 пары хладагента нагнетаются по хладопроводу 9 в межтрубное пространство конденсатора К, в котором происходит теплопередача от промежуточного энергоносителя к теплоприемнику (технической воде), т.е. происходит нагрев воды и охлаждение хладагента, в результате чего последний конденсируется.

Из межтрубного пространства К жидкий хладагент поступает в хладопровод 9 и, пройдя дроссельное устройство 10, вновь подается в межтрубное пространство теплообменника-испарителя И, затем рабочий цикл теплового насоса ТН повторяется.

Из трубного пространства конденсатора К горячая вода с необходимыми технологическими параметрами (давлением и температурой) подается по конденсатопроводу КП в теплообменную систему 11 циркуляционным насосом 8, где она нагревается до высокой температуры и превращается в пар за счет утилизации тепла выпускных газов ГТУ. Из теплообменной системы 11 по паропроводу ПП пар поступает на вход паровой турбины 3.

Паровая турбина 3 вращает вал нагнетателя 2, дополняя мощность, подводимую к другому концу вала нагнетателя от газовой турбины, и вал электрогенератора переменного тока 4, который вырабатывает переменный электрический ток напряжением U для питания электродвигателя 5, приводящего в действие нагнетатель 6 второго ГПА.

Отработанный в паровой турбине 3 водяной пар (вода) поступает в трубное пространство конденсатора К, откуда циркуляционным насосом 8 снова подается по конденсатопроводу в теплообменную систему 11 для повторного использования по замкнутому контуру.

Заявляемый способ позволяет снизить энергозатраты первичных энергоресурсов и утилизировать вторичные энергоресурсы магистральных газопроводов, используя их на нужды КС для обеспечения работы ГПА с электроприводом.

Источники информации:

1. Поршаков Б.П. Газотурбинные установки для транспорта газа и бурения скважин - М.: Недра, 1982. - 182 с.

2. Способ транспорта газа по магистральному газопроводу. Патент на изобретение РФ N 2116558, F 17 D 1/02, 1998. Бюл. N 21.

3. Система охлаждения сжатого газа на компрессорной станции магистрального газопровода. Патент на изобретение РФ N 2116584, F 25 В 1/00, F 17 D 1/07, F 25 В 30/00, 1998. Бюл. N 21.

4. Способ автоматического управления режимом работы магистрального газопровода. Патент на изобретение РФ N 2116557, F 17 D 1/00, 1998. Бюл. N 21.

5. Установка для охлаждения природного газа на компрессорной станции магистрального газопровода. Патент на изобретение РФ N 2125212, F 25 В 1/02, 30/02, 1999. Бюл. N 2.

6. Гришин В.Г., Каменских И.А. Энергосберегающий субоптимальный термодинамический режим работы магистральных газопроводов. Известия вузов. Нефть и газ, 1998, N 4. - С. 80...85.

7. Повышение эффективности использования газа на компрессорных станциях / В. А. Динков, А.И. Гриценко, Ю.Н. Васильев, П.М. Мужиливский - М.: Недра, 1981. - 296 с.

8. Утилизация и использование вторичных энергоресурсов компрессорных станций/ Б.И. Шелковский, А.С. Патыченко, В.П. Захаров - М.: Недра, 1991. - С. 30...31.