СИСТЕМА ПОДАЧИ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА В ЭНЕРГОУСТАНОВКУ И СПОСОБ ЕЕ РАБОТЫ
LIQUEFIED NATURAL GAS FEEDING SYSTEM AND ITS METHOD OF OPERATION

Система подачи сжиженного природного газа в энергоустановку и способ ее работы
Изобретение относится к криогенным топливным системам энергоустановок и может быть использовано в энергетике и на транспорте.
Известна система хранения и подачи топлива в виде сжиженного природного газа (СПГ-топлива) для транспортных средств, работающих на природном газе [RU 2208747, опубл. 20.07.2003 г., МПК F25B 19/00, F25J 1/00, F17C 9/02, F17C 11/00, B65D 90/22, С22С 38/08], включающая резервуар для хранения топлива, испаритель (теплообменник), топливный баллон с адсорбентом с системой регенерации.
Недостатком известной системы является ограниченный срок хранения СПГ при неработающем двигателе транспортного средства из-за невысокой емкости по газу топливного баллона с адсорбентом.
Наиболее близка к предлагаемому изобретению система подачи криогенного топлива в энергетическую установку [RU 2347934, опубл. 27.02.2009 г., МПК F02M 21/02], включающая топливный бак СПГ, теплообменник, адиабатное парогенерирующее устройство в виде дросселя или сопла Лаваля, сепаратор, компрессор и насос.
При работе данной системы в режиме пуска СПГ газифицируют в адиабатном парогенерирующем устройстве за счет сброса давления и разделяют в сепараторе на охлажденный СПГ, возвращаемый насосом в топливный бак, и топливный газ, подаваемый компрессором в энергоустановку. При высоком потреблении (при штатной работе энергоустановки) топливного газа СПГ предварительно подогревают в теплообменнике. При неработающей энергоустановке топливный газ сжигают.
Недостатком данной установки является потребление энергии со стороны для энергообеспечения насоса и компрессора и потери топлива при неработающей энергоустановке.
Задачей предлагаемого изобретения является исключение потребление энергии со стороны, а также предотвращение потерь топлива.
Техническим результатом является исключение потребление энергии со стороны путем установки вместо адиабатного парогенерирующего устройства детандера, кинематически связанного с насосом и компрессором, а также предотвращение потерь топлива путем установки устройства сжижения.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной системе, включающей топливный бак, теплообменник, сепаратор с линиями подачи топливного газа и охлажденного СПГ, компрессор и насос, особенность заключается в том, что система оснащена детандером, кинематически связанным с насосом и компрессором, и устройством сжижения, соединенным с линиями подачи топливного газа и охлажденного СПГ.
Технический результат достигается также тем, что в известном способе, включающем газификацию СПГ, сепарацию с получением охлажденного СПГ, возвращаемого насосом в топливный бак, и топливного газа, подаваемого компрессором в энергоустановку, при малом потребления топлива последней, а также подогрев СПГ в теплообменнике перед газификацией при высоком потреблении топлива энергоустановкой, особенностью является то, что газификацию СПГ осуществляют с помощью детандера, кинематически связанного с насосом и компрессором, а при отсутствии потребления топлива энергоустановкой топливный газ сжижают и возвращают в топливный бак.
В качестве детандера может быть установлена гидравлическая машина объемного типа. В качестве устройства сжижения может быть установлен, например, холодильник с азотным холодильным циклом. Для исключения потерь топливного газа при кратковременных остановках энергоустановки целесообразно оснастить топливный бак адсорбером для улавливания испаряющегося СПГ с последующей подачей топливного газа, получаемого при регенерации адсорбента, в работающую энергоустановку. В качестве остальных элементов системы могут быть размещены любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.
Установка детандера, кинематически связанного с насосом и компрессором, позволяет не только исключить потребление энергии со стороны, но и получить охлажденный СПГ, возвращаемый в топливный бак, за счет чего снизить давление хранения топлива. Оснащение системы устройством сжижения позволяет работать ей в режиме захолаживания топлива в топливном баке и предотвращает потери топлива при неработающей энергоустановке.
Система включает топливный бак 1, теплообменник 2, детандер 3, кинематически связанный с насосом 4 и компрессором 5, и сепаратор 6. Пунктиром показаны устройства, используемые при переходных режимах работы энергоустановки: устройство сжижения 7 и адсорбер 8.
При штатном режиме работы энергоустановки СПГ, подаваемый из бака 1 по линии 9, нагревают в теплообменнике 2, например, отходящими газами энергоустановки, редуцируют в детандере 3 и разделяют в сепараторе 6 на охлажденный СПГ, возвращаемый по линии 10 насосом 4 в бак 1, и топливный газ, подаваемый компрессором 5 по линии 11 в энергоустановку (не показана). При малом потребления топлива энергоустановкой (пуск, холостой ход) СПГ подают в детандер 3 по байпасной линии 12 (показана пунктиром), минуя теплообменник 2. При отсутствии потребления топлива энергоустановкой топливный газ из линии И по линии 13 подают через устройство 7 в линию 10 (точки примыкания линии 13 к линиям 12 и 11 показаны условно). В случае установки адсорбера 8 при кратковременных остановках энергоустановки устройство 7 не используют, а испаряющееся топливо, поступающее из бака 1 по линии 14, улавливают адсорбентом, который регенерируют при работающей энергоустановке, например, за счет тепла ее отходящих газов, с подачей десорбируемого топливного газа в энергоустановку.
3
3
3
Работоспособность системы подтверждает пример: при пуске двигателя транспортного средства 7,26 кг/час СПГ, хранящегося при -112,4°С и 1,6 МПа в топливном баке, редуцируют в детандере до 0,31 МПа с отбором мощности 23,9 Вт и разделяют на 5,54 кг/час СПГ, охлажденного до -141,6°С, откачиваемого насосом, потребляющим 6,7 Вт, в топливный бак, и 2,37 нм/час топливного газа, который сжимают компрессором, потребляющим 17,2 Вт, до 0,5 МПа, соответствующему давлению во впускном коллекторе двигателя. В нормальном режиме работы двигателя на редуцирование подают 72,6 кг/час СПГ после его предварительного нагрева отходящими газами двигателя до -111,3°С, редуцируют до 0,31 МПа, отбирая на детандере мощность 916 Вт, сепарируют с получением 22,5 кг/час СПГ, охлажденного до -141,1°С, откачиваемого насосом, потребляющим 26,7 Вт, и 69,6 нм/час топливного газа, который сжимают до 0,5 МПа компрессором, потребляющим 455 Вт. При остановленном двигателе 0,726 кг/час СПГ редуцируют и сепарируют с получением 0,24 нм/час топливного газа, который сжижают и возвращают на хранение.
Таким образом, предлагаемая система исключает потребление энергии со стороны, позволяет предотвратить потери топлива и может найти применение в промышленности.