ДЕТАНДЕР-ГЕНЕРАТОРНЫЙ АГРЕГАТ С СИСТЕМОЙ ЕГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
EXPANDER-GENERATOR SET

Изобретение относится к области газоснабжения и может быть использовано в составе газораспределительных станций (ГРС) и газорегуляторных пунктов (ГРП) для утилизации энергии потока газа.
Известна установка для утилизации энергии расширения природного газа (патент РФ №2206838, опубл. 20.06.2003 г.). Изобретение обеспечивает выработку больших количеств энергии и холода путем подключения к скважине или магистральному газопроводу утилизационной энергетической установки, содержащей детандер с кинематически связанным электрогенератором и два или более теплообменника.
Недостатком является необходимость для ее эффективной работы высоких входного давления и расхода газа, что ограничивает круг объектов для ее применения.
Известен способ устойчивого газоснабжения газораспределительной станцией с энергохолодильным комплексом, использующим для выработки электрической энергии и холода энергию избыточного давления природного газа и система для реализации способа (патент РФ №2346205, опубл. 10.02.2009 г.). Группа изобретений осуществляют одновременную выработку электрической энергии и холода с использованием включенного параллельно ГРС энергохолодильного блока, содержащего детандер-генераторные агрегаты с теплообменниками и автоматическую систему синхронизации открытия / закрытия линий редуцирования с остановкой / включением детандер-генераторных агрегатов.
Недостатком является переменная подача газа потребителям, кроме этого для устойчивой работы необходимы высокие давление и расход газа.
Известен пневматический детандер-генераторный агрегат (патент РФ №2525027, опубл. 10.08.2014 г.), способный работать при невысоких величинах входного давления и объемного расхода газа при помощи использования в качестве расширительной машины шестеренного пневмодвигателя.
Недостатком является отсутствие системы регулирования, которая необходима для работы при переменных расходах газа в связи с неравномерностью отбора газа потребителями.
Известно устройство регулирования турбодетандера (патент РФ №2579301, опубл. 10.04.2016 г.), принятое за прототип, устанавливаемое параллельно газораспределительной станции и содержащее турбодетандер, генератор, стопорный клапан, два регулирующих органа с приводами, байпасный клапан, переключатель режимов работы, сумматор, три элемента сравнения, датчики давления и нагрузки внешней электрической сети, частотный преобразователь, фильтр и выпрямитель. Данное устройство позволяет регулировать работу турбодетандера в зависимости от величины нагрузки внешней электрической сети, снизить колебания давления газа в магистрали низкого давления, а также повысить надежность работы турбодетандера.
Недостатками этого устройства являются возможность эффективной работы детандер-генераторной установки в целом лишь на стабильных относительно высоких давлениях и расходах газа, а также чрезмерная сложность системы с высокими потерями энергии потока газа.
Техническим результатом является возможность работы детандер-генераторной установки с относительно малыми давлениями и расходами, независимо от неравномерности отбора газа потребителями и изменения момента сопротивления, а также увеличение доли утилизированной энергии.
Технический результат достигается тем, что на линии редуцирования между предохранительным запорным клапаном и регулятором давления дополнительно установлен объемный пневмодвигатель, при этом выход объемного пневмодвигателя соединен с его входом через регулирующий клапан, датчик перепада давлений на объемном пневмодвигателе соединен с элементом сравнения, усилителем сигнала и исполнительным устройством, связанным с регулирующим клапаном.
Устройство поясняется следующей фигурой:
фиг. 1 - принципиальная схема детандер-генераторного агрегата с системой его регулирования на примере линии редуцирования газорегуляторного пункта, где:
1 - детандер-генераторный агрегат с системой его регулирования;
2 - линия редуцирования давления газа;
3 - запорный кран;
4 - фильтр;
5 - предохранительный запорный клапан;
6 - регулятор давления газа;
7 - предохранительный сбросной клапан;
8 - объемный пневмодвигатель;
9 - электрогенератор;
10 - регулирующий клапан;
11 - датчик перепада давлений на объемном пневмодвигателе;
12 - элемент сравнения;
13 - усилитель сигнала;
14 - исполнительное устройство.
Детандер-генераторный агрегат с системой его регулирования 1 (фиг. 1), находящийся на линии редуцирования 2 между предохранительным запорным клапаном 5 и регулятором давления газа 6, включает: объемный пневмодвигатель 8, расположенный непосредственно на линии редуцирования 2 и связанный кинематически с электрогенератором 9, выход пневмодвигателя 8 соединен с его входом через регулирующий клапан 10, который приводится в действие исполнительным механизмом 14 через усилитель сигнала 13, элемент сравнения 12 и датчик перепада давлений на объемном пневмодвигателе 11.
На линии редуцирования 2 последовательно располагаются: запорный кран 3, фильтр 4, предохранительный запорный клапан 5, детандер-генераторный агрегат с системой его регулирования 1, регулятор давления 6, запорный кран 3, предохранительный сбросной клапан 7.
Устройство работает следующим образом. Во время отбора газа потребителями газ проходит через запорный кран 3, фильтр 4 и предохранительный запорный клапан 5, объемный пневмодвигатель 8, регулирующий клапан 10, регулятор давления газа 6, запорный кран 3.
После предохранительного запорного клапана 5 поток разделяется в зависимости от степени открытия регулирующего клапана 10. Часть проходит через объемный пневмодвигатель 8, где, теряя энергию, совершает работу, которая преобразуется в механическую, а затем, при помощи электрогенератора 9, в электрическую энергию. Другая часть проходит через параллельную линию, которая соединяет выход объемного пневмодвигателя 8 с его входом и содержит регулирующий клапан 10.
Угловая скорость ротора электрогенератора зависит от момента на его валу, который определяется электрической нагрузкой и перепадом давлений на объемном пневмодвигателе. Перепад давлений, соответствующий номинальной угловой скорости, определяется расчетом и является уставкой для системы регулирования.
Для регулирования объемного пневмодвигателя 8 датчик 11 формирует сигнал, пропорциональный перепаду давлений, который сравнивается на элементе сравнения 12 с сигналом уставки, после чего создается сигнал управляющего воздействия, который через усилитель сигнала 13 передается на исполнительное устройство 14, связанное с регулирующим клапаном 10.
При уменьшении отбора газа потребителями давление после объемного пневмодвигателя растет, а перепад на нем соответственно уменьшается ниже значения уставки, что выявляется элементом сравнения 12. Для его поддержания при помощи усилителя сигнала 13 и исполнительного устройства 14 регулирующий клапан 10 закрывается, увеличивая таким образом поток газа, проходящий через объемный пневмодвигатель до тех пор, пока перепад давлений на пневмодвигателе не сравняется с уставкой.
При увеличении отбора газа потребителями работа устройства происходит в обратном порядке.