СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ РЕЗЕРВНОГО КОЛИЧЕСТВА ПРИРОДНОГО ГАЗА

2420-301007RU/22
СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ РЕЗЕРВНОГО КОЛИЧЕСТВА ПРИРОДНОГО ГАЗА
Настоящая полезная модель относится к системам формирования резервного количества природного газа, которые могут быть использованы для накопления и хранения сжиженного природного газа (СПГ), а также выдачи дополнительного количества природного газа при перебоях в поставке сетевого природного газа. Конкретнее, предложенное техническое решение предназначено, главным образом для перегруженных газораспределительных станций (ГРС), а также для развития газификации без дополнительных ГРС и отводов газопроводов.
Необходимость решения проблем, связанных с перебоями в снабжении сетевым природным газом, возникающими прежде всего из-за значительных перегрузок ГРС, происходящих в зимнее время, в период сильных холодов, является очевидной в настоящее время.
Для решения данных проблем предлагались различные системы формирования резервного количества природного газа. В частности, в качестве наиболее близкого аналога была выбрана система, раскрытая в RU 2298725. Согласно данному техническому решению, резервное подземное хранилище СПГ расположено рядом с наземным расходным хранилищем, а также рядом с потребителем природного газа. Выход наземного хранилища связан через криогенные трубопроводы, соединенные с вентилем заполнения-выдачи, вентилем наполнения выдачи и запорным вентилем, с распределительным пунктом потребителя, а также с подземным хранилищем. Таким образом, в зависимости от того, какие вентили открыты, наземное хранилище или используют обычным способом, подавая из него газ через регазификатор в газораспределительный пункт потребителя, или используют выдаваемый расходным хранилищем СПГ для пополнения испарившегося в резервном подземном хранилище СПГ, а испарившийся в подземном резервном хранилище природный газ также направляют через дополнительный регазификатор потребителю.
Наряду с обеспечением резервного количества природного газа, основными достоинствами подобного решения является то, что исключен прямой контакт подземного хранилища с атмосферой за счет глубокого расположения подземного хранилища, а также высокая степень пожаро- и взрывобезопасности и экологическая безопасность при длительных сроках хранения СПГ и эксплуатации хранилища.
Однако среди главных недостатков известного решения можно назвать, например, то, что подобная система не может обеспечить бесперебойное снабжение потребителей природным газом из-за ее автономности, т.е. отсутствия непосредственной связи с газораспределительной сетью. Даже если подобная система расположена вблизи или в дополнение к существующим газопроводным трубопроводам, отсутствие указанной взаимосвязи (т.е. ее автономность или изолированность от распределительной сети) не позволяет эффективно регулировать требуемое количество природного газа в условиях пиковых нагрузок на ГРС. Кроме того, близкое расположение подземного хранилища сжиженного природного газа от потребителя, все-таки не обеспечивает полную пожаро- и взрывобезопасность подобных систем.
Таким образом, технической задачей предложенного технического решения является создание системы формирования резервного количества природного газа, которая бы обеспечивала возможность эффективного управления при формировании резервного количества резервного газа на базе существующих ГРС и обеспечивала развитие газификации без дополнительных ГРС и газопроводов, за счет увеличения пропускной способности ГРС с использованием резервных емкостей СПГ.
Указанная техническая задача решается в предложенной системе формирования резервного количества природного газа, содержащей установленную перед газораспределительной станцией магистрального газопровода установку сжижения природного газа, соединенную с расположенной после нее по меньшей мере одной накопительной резервной емкостью для хранения сжиженного природного газа, которая соединена с регазификатором, в свою очередь соединенным через регулятор давления с газораспределительной сетью, при этом перед накопительной резервной емкостью для хранения сжиженного природного газа расположено первое запорное устройство, закрываемое при достижении максимального количества сжиженного природного газа в указанной емкости, а после регулятора давления расположено второе запорное устройство, открываемое во время максимального потребления газа.
Установка сжижения природного газа преимущественно выполнена на базе энергии перепада давления на газораспределительной станции и состоит из блока осушки газа с адсорберами, турбодетандера - компрессорного агрегата, теплообменников и сборника-сепаратора.
Указанная резервная емкость предпочтительно представляет собой резервуар длительного хранения, надземного или подземного исполнения, выполненный с возможностью обеспечения потребителя сжиженным природным газом в холодный период года.
Система может содержать дополнительные запорные устройства, установленные на других технологических линиях системы, в зависимости от расположения оборудования и конкретного технического задания, причем каждое из указанных основных и/или дополнительных запорных устройств представляет собой электромагнитный клапан.
Следует отметить, что в настоящее время широко используются установки сжижения природного газа, которые расположены на газораспределительных станциях и соединены с накопительными емкостями. Однако в таких системах, из указанных емкостей или хранилищ сначала заполняют газом транспортные средства (например, автоцистерны) и затем, посредством указанных транспортных средств, газ транспортируют в места расположения потребителей, оборудованные регазифигаторами.
Технический результат, который может быть получен в результате реализации предложенного технического решения, заключается в том, что предложенная система формирования резервного количества природного газа может быть интегрирована непосредственно в магистральный трубопровод, более конкретно, в область расположения газораспределительной станции, причем создаваемое системой дополнительное (резервное) количество природного газа может подаваться за счет использования основной газораспределительной сети, обеспечивая тем самым возможность эффективного управления необходимым количеством природного газа.
Другие цели и преимущества предложенного технического решения станут очевидны из нижеследующего подробного описания предпочтительных вариантов осуществления и сопроводительных чертежей, где:
на Фиг.1 схематично показана предложенная система формирования резервного количества природного газа;
на Фиг.2 показан вариант выполнения установки сжижения природного газа, расположенной у газораспределительной станции.
Как показано на представленной на Фиг.1 технологической схеме, предложенная система включает в себя установленную на магистральной газопроводной сети 1 установку 5 сжижения природного газа, расположенную непосредственно перед газораспределительной станцией 2, которая через газораспределительную сеть 3 связана с конечными потребителями 4. Система также включает в себя установленную после установки 5 ожижения газа и соединенную с ней накопительную резервную емкость 6 для хранения сжиженного природного газа, которая соединена с регазификатором 7. Регазификатор 7 соединен через регулятор давления 8 с газораспределительной сетью 4 низкого давления.
Кроме того, система включает два запорных устройства, которые в рассматриваемом варианте осуществления, представляют собой электромагнитные клапаны, при этом первый электромагнитный клапан 9 расположен перед накопительной резервной емкостью 6 для хранения СПГ и закрывается при достижении максимального количества СПГ в емкости 6, а второй электромагнитный клапан 10 расположен после регулятора давления и открывается во время максимального потребления газа.
Специалистам должно быть понятно, что при различных вариациях указанной системы возможна установка дополнительных запорных устройств на других технологических линиях, в зависимости от расположения оборудования и конкретного технического задания.
Установка 5 сжижения природного газа работает за счет перепада давления, имеющегося на газораспределительных станциях магистральных газопроводов и не требует дополнительных затрат электроэнергии, проста в эксплуатации и надежна в работе.
Установка 5 для получения сжиженного природного газа основана на дроссельном эффекте снижения температуры с использованием работы расширения (детандерное расширение). Как схематично показано на Фиг.2, установка 5 сжижения состоит из следующих основных блоков: блока 11 осушки газа с адсорберами; турбодетандера - компрессорного агрегата 12 (ТДКА), рекуперативных теплообменников 13, теплообменников вымораживателей 14 и сборника-сепаратора 15 СПГ. Поскольку установка 5 работает за счет перепада давления на газораспределительной станции 2 магистрального трубопровода, она не требует дополнительных затрат энергии.
Также в качестве установки 5 сжижения могут, например, быть использованы выпускаемые в настоящее время установки, например, установка ОП-1,0, поставляемая компанией «Криогенмаш».
Криогенный регазификатор 7 состоит из компактной системы хранения и продукционного испарителя. Атмосферный испаритель предназначен для газификации криогенных продуктов с использованием тепла окружающего воздуха. Температура газа после испарителей на 3-5°С ниже температуры окружающей среды. Регазификатор позволяет выдавать газообразный продукт через атмосферные испарители давлением до 1,6 МПа.
Работа предложенной системы формирования резервного количества природного газа
При рабочем потреблении газа на входе в газораспределительную станцию 2, которое является более низким, чем максимальное потребление, необходимое количество газа направляется не на газораспределительную станцию 2, а на установку 5 сжижения.
В установке 5 сжижения происходит адиабатическое (политропное) снижение давления с Рвход - (например, 3,6 МПа) до давления Рвых - (например, 0,6 МПа). Основной принцип работы установки 5 сжижения состоит в следующем: газ из магистрального газопровода 1 поступает в блок 11 осушки, где очищается от влаги и примесей. Проходя через теплообменники 14, газ охлаждается и разделяется на два потока, причем 80% газа направляется на ТДКА (поз.12), а 20% газа идет на дальнейшее охлаждение и сжижение. Проходя через детандер ТДКА, газ расширяется, охлаждается и проходит через теплообменники 13, где отбирает тепло у газа высокого давления, идущего на сжижение. Расширенный в детандере 12 газ поступает на вход компрессора, сжимается и поступает в выходную магистраль газораспределительной сети 2. Охлажденный газ высокого давления расширяется в автоматически управляемом дросселе и сжижается. Полученный сжиженный природный газ сливается в резервуар системы хранения, в данном случае, в резервную емкость 6 для хранения сжиженного природного газа.
Таким образом, в результате сжижения, часть редуцированного газа с давлением 0,6 МПа направляется в распределительную сеть (потребителю), а другая часть, после сжижения в установке 5 сжижения, в виде сжиженного природного газа собирается в накопительной резервной емкости 6, предназначенной для хранения СПГ. Во время заполнения резервной емкости 6, электромагнитный клапан 9 открыт, но при достижении максимального количества СПГ в емкости 6, электромагнитный клапан 9 закрывается и установка сжижения 5 выключается. При этом электромагнитный клапан 10 в период работы установки 5 закрыт.
В период максимальной потребности в газе, в дополнение к газу, поступаемому с газораспределительной станции 2, происходит подача СПГ из емкости 6 на регазификатор 7, на котором происходит регазификация СПГ и подача его через регулятор давления 8 (давление, например, 0,6МПа) и электромагнитный клапан 10, который при работе в данном режиме открыт, в распределительную сеть 3 и к потребителю 4. При снижении потребности в газе, клапан 10 закрывается и происходит накопление сжиженного природного газа в емкости 6 по ранее описанной технологической схеме.
Необходимое количество газа, которое направляется на установку 5 сжижения рассчитывается в зависимости от количества максимальной потребности.
Таким образом, реализация предложенного технического решения позволяет постоянно пополнять резервную емкость запасом криогенной жидкости одновременно с работой потребителя от газа, поступаемого из газораспределительной сети и тем самым позволяет обеспечить возможность эффективного управления необходимым количеством природного газа.