ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ СТАНЦИЯ
GAS-DISTRIBUTING STATION

Изобретение относится к газовой технике, в частности к газораспределительным станциям для снижения давления газа в газопроводе.
Известна газораспределительная станция (см. патент РФ №2316693, МПК F17D 1/04, 10.02.2008), содержащая блок управления, технологический блок с газопроводом высокого и низкого давления и емкость сбора конденсата, соединенную с газопроводом высокого давления и через запорный орган с газопроводом низкого давления, эжектор, вихревую трубу, установленную на газопроводе высокого давления, теплообменник, соединенный с выходом горячего потока вихревой трубы, а выход ее холодного потока соединен с конденсатоотводчиком.
Недостатком данной газораспределительной станции является энергоемкость регулирования процесса снижения давления, обусловленная дросселированием газа, поступающего по газопроводу высокого давления в газопровод низкого давления из-за отсутствия возможности использования энергии перепада давления, например, в качестве энергосберегающего источника тепла системы отопления помещения газораспределительной станции вместо осуществляемого в настоящее время сжигания газа в отопительных устройствах (возможностью регулирования системы отопления в зависимости от температуры окружающей среды).
Известна газораспределительная станция (см. патент РФ №2428621, МПК F17D 1/00. Опубл. 10.09.2011 г. Бюл. №25), содержащая блок управления, технологический блок с газопроводом высокого и низкого давления, емкость сбора конденсата, соединенную с газопроводом высокого давления и через запорный орган с газопроводом низкого давления, эжектор, вихревую трубу, установленную на газопроводе высокого давления, теплообменник, соединенный с выходом горячего потока вихревой трубы, а выход ее холодного потока соединен с конденсатоотводчиком, при этом блок управления снабжен датчиком температуры наружного воздуха и регулятором расхода горячего, потока вихревой трубы, расположенного на входе эжектора, а теплообменник выполнен пластинчатым и расположен на рециркуляционном контуре системы отопления и своим выходом соединен с входом эжектора, причем выход эжектора соединен с газопроводом низкого давления, а его камера смешивания соединена с конденсатоотводчиком.
Недостатком является снижение надежности газораспределительного регулирования, особенно, при отрицательных температурах окружающей среды, когда в газопровод низкого давления поступает газ из емкости сбора конденсата, насыщенный кристаллогидратами.
Технической задачей предлагаемого изобретения является отделение кристаллогидратов от природного газа в емкости сбора конденсата, путем интенсификации процесса тепломассобмена жидкости с загрязнениями на зигзагообразных перегородках выполненных в виде соединенных между собой вертикально расположенных конфузоров и диффузоров.
Технический результат по повышению надежности газораспределительного регулирования достигается тем, что газораспределительная станция содержит блок управления, технологический блок с газопроводом высокого и низкого давления, емкость сбора конденсата, соединенную с газопроводом высокого давления и через запорный орган с газопроводом низкого давления, эжектор, вихревую трубу, установленную на газопроводе высокого давления, теплообменник, соединенный с выходом горячего потока вихревой трубы, а выход ее холодного потока соединен с конденсатоотводчиком, при этом блок управления снабжен датчиком температуры наружного воздуха и регулятором расхода горячего потока вихревой трубы, расположенного на входе эжектора, а теплообменник выполнен пластинчатым и расположен на рециркуляционном контуре системы отопления и своим выходом соединен с входом эжектора, при этом выход эжектора соединен с газопроводом низкого. давления, а его камера смешивания соединена с конденсатоотводчиком, при этом емкость сбора конденсата выполнена с установленными в газовой полости зигзагообразными перегородками в виде чередующихся и соединенных между собой вертикально расположенных конфузоров и диффузоров.
На фиг.1 представлена принципиальная схема газораспределительной станции.
Газораспределительная станция содержит блок управления 1, технологический блок 2 с газопроводами высокого давления 3 и низкого давления 4 и емкость сбора конденсата 5, соединенную с газопроводом высокого давления 3, при этом емкость сбора конденсата 5 дополнительно соединена через запорный орган 7 с газопроводом низкого давления 4. Кроме того, газопровод высокого давления 3 связан с газовой полостью 6 в емкости сбора конденсата 5 через конденсатоотводчик 8 и кран 9. В линии связи блока управления 1 и емкости сбора конденсата 5 установлен датчик уровня 10, кран 11 соединяет газопроводом газовую полость 6 с атмосферой. На газопроводе высокого давления 3 установлена вихревая труба 12, выход 13 ее холодного потока соединен конденсатоотводчиком 8, а выход 14 ее горячего потока соединен с входом 15 пластинчатого теплообменника 16, расположенного в рециркуляционном контуре 17 системы отопления 18 помещения 19 газораспределительной станции. Выход 20 теплообменника 16 соединен с входом 21 эжектора 22, при этом выход 23 эжектора 22 соединен с газопроводом низкого давления 4, а его камера смешивания 24 соединена с конденсатоотводчиком 8. Блок управления 1 снабжен датчиком температуры 25 наружнего воздуха и регулятором расхода 26 горячего потока вихревой трубы 12, расположенного на входе 21 эжектора 22, а для увеличения количества тепла отдаваемого теплообменником 16 в систему отопления 18 помещения 19 газораспределительной станции, он выполнен пластинчатым, как «обладающий наибольшим коэффициентом теплоотдачи для теплообмена между нагревающим газовым теплоносителем (горячий поток природного газа от вихревой трубы 12) и нагреваемым жидкостным теплоносителем (вода системы отопления 18). По теплоэнергетическому коэффициенту пластинчатые теплообменники являются наиболее эффективными по сравнению с другими теплообменниками обычного назначения для давления до 1 МПа и температуре рабочих сред до 140-150°С и могут заменять все типы кожухотрубных, скоростных и пластинчатых конструкций системы теплоснабжения.
Емкость сбора конденсата 5 выполнена с установленными внутри ее зигзагообразными перегородками 27 в виде соединенных последовательно между собой вертикально расположенных конфузоров 28 и диффузоров 29.
Газораспределительная станция работает следующим образом.
Природный газ по газопроводу высокого давления 3 поступает в помещение 19 газораспределительной станции к технологическому блоку 2 для осуществления регулирования давления газа, причем регуляторы давления работают на достаточно высоком (от 3,5 и более кратном) перепаде давления между газопроводами высокого давления 3 и низкого давления 4 с невостребованным погашением избытка энергии.
Для использования энергии движущегося в газопроводах 3 и 4 газа в качестве частичного погасителя избыточного давления применяется вихревая труба, а ее горячий поток - как источник тепла в системе отопления помещения 19. В технологическом блоке 2 природный газ из газопровода высокого давления 3 направляется в вихревую трубу 12, где в результате термодинамического расслоения разделяется на периферийный с высоким давлением горячий поток с температурой около 100°С и холодный поток с низким давлением с температурой ниже температуры газа, поступающего в вихревую трубу 12.
Горячий поток из выхода 14 вихревой трубы 12, являющийся источником тепла, направляется на вход регулятора расхода 26, расположенного на входе 21 эжектора 22 и соединенного с входом 15 пластинчатого теплообменника 16. В зависимости от температуры окружающей среды при отрицательных температурах наружного воздуха, регистрируемых датчиком температуры 25 наружного воздуха блок управления 1 подает команду на полное или частичное поступление через регулятор расхода 26 горячего потока из вихревой трубы 12 на вход 15 пластинчатого теплообменника 16, расположенного на рециркуляционном контуре 17 системы отопления 18 помещения 19 газораспределительной станции. После нагрева воды системы отопления 18 частично остывший до 40°-50°С горячий поток из выхода 20 пластинчатого теплообменника 16 поступает на вход 21 эжектора 22. При частичной подаче горячего потока из вихревой трубы 12 на вход 15 пластинчатого теплообменника 16, когда отрицательная температура наружного воздуха не требует полной отдачи тепловой энергии на систему отопления 18 помещения 19 от вихревой трубы 12, на вход 21 эжектора поступает горячий поток как от выхода 14, так и от выхода 20 пластинчатого теплообменника 16. Холодный поток газа с конденсатом, полученным как в процессе охлаждения парообразной влаги при термодинамическом расслоении газа, так и сопутствующим движущемуся газу по газопроводу высокого давления 3, проходит через конденсатоотводчик 8, где происходит отбор конденсата с последующим его самотеком через кран 9 по трубопроводу в емкость сбора конденсата 5. Известно (см. стр.182 В.В. Нащокин. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: 1980. - 469 - с., ил.), что при движении сплошного двухфазного потока через конденсат по каналам переменного сечения, например, между зигзагообразными перегородками 27 выполненными в виде вертикально расположенных конфузоров 28 и диффузоров 29 знаки приращения скорости (dω) и давления (dP) противоположны. Следовательно при dP>0 жидкость сжимается и скорости уменьшаются, т.е. dω<0, а при dP<0 жидкость расширяется и скорость увеличивается, т.е. dω>0. В результате при поступлении двухфазного потока (газ и конденсат) в газовую полость 6 емкости сбора конденсата 5 наблюдается в конфузоре 28 явление тепловой диффузии (см. стр.435 там же) за счет выделения теплоты трения при увеличивающемся скоростном напоре, а в диффузоре 29 наблюдается явление бародиффузии, при возрастающем по его длине перепаде давления. Это приводит к выравниванию эпюр концентрации диффузии между газообразной и жидкой фазами в гидродинамических и тепловых слоях (см. стр.291 Исаченко В.П., Осипова. В.А. Сухомел А.С. Теплопередача. М.: Энергоиздат, 1981 - 416 с., ил.), что интенсифицирует разрушение кристаллогидратов (см. стр.33 Кязимов К.Г., Гусев В.Е., Устройство и эксплуатация газового хозяйства. М.: «Академия», 2004 - 384 с., ил.). Тогда в емкости сборника конденсата 5 в газовой полости 6 накапливается природный газ очищенный от кристаллогидратов.
При заполнении емкости сбора конденсата 5 до определенного уровня (например, 0,75 объема) от датчика уровня 10 поступает сигнал в блок управления 1 о необходимости опорожнить емкость сбора конденсата 5. Для опорожнения емкости сбора конденсата 5 закрывается кран 9 и открывается запорный кран 7. Газ, находящийся в емкости сбора конденсата 5, поступает в газопровод низкого давления 4 и тем самым в емкости сбора конденсата 5 давление снижается. Это позволяет перекачивать находящийся в емкости сбора конденсата 5 конденсат в забирающее устройство, например, в автоцистерну, перекрывая запорный кран 7 и открывая кран 11.
Очищенный от конденсата в конденсатоотводчике 8 холодный поток газа с давлением более низким, чем давление газа на входе в вихревую трубу 12, поступает в камеру смешивания 24 эжектора 22, где смешивается с горячим и/или частично охлажденным в пластинчатом теплообменнике 16 потоком, имеющим более высокое давление, чем холодный поток. Смешивание с горячим и/или частично охлажденного горячего и холодного потоков перед поступлением из выхода 23 эжектора 22 в газопровод низкого давления 4, обеспечивает получение потока газа с температурой, устраняющей появление инея и, тем более, возможность обмерзания конденсирующейся влаги. Использование эжектора 22 не только позволяет Предотвратить потери газа, используемого в качестве источника тепла, но и предотвращает обмерзание при дросселировании.
Оригинальность предлагаемого изобретения по повышению надежности газораспределительного регулирования в изменяющихся погодно-климатических условиях эксплуатации вызывающих образование кристаллогидратов, заключается в конструктивном решении по выполнению емкости для сбора конденсата с установленными в газовой полости зигзагообразных перегородок в виде чередующихся и соединенных между собой вертикально расположенных конфузоров, которые благодаря образованию диффузионного пограничного слоя, включающего гидродинамические и тепловые режимы, интенсифицирует разрушение кристаллогидратов, т.е. приводит доочистку природного газа в емкости для сбора конденсата.