СИСТЕМА НАГРЕВА ТОПЛИВНОГО ГАЗА В ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩЕМ АГРЕГАТЕ

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно, к средствам подготовки топливного газа в системе трубопроводного транспорта природного газа, и может быть использована в составе газоперекачивающих агрегатов (ГПА), установленных на компрессорных станциях (КС) магистральных газопроводов.
Известна система топливного и пускового газа компрессорной станции, Козаченко А.Н. «Эксплуатация компрессорных станций магистральных газопроводов», М.: Нефть и газ, 1999, с. 57÷58. Система предназначена для очистки, осушки и поддержания требуемого давления и расхода топливного газа перед подачей в камеру сгорания и на пусковое устройство (турбодетандер). Система имеет блочное исполнение и включает в себя блок очистки, блок осушки, подогреватели, блок редуцирования топливного газа, трубопроводы, замерное устройство, пусковое устройство. В системе газ проходит первичную и более глубокую очистки от механических примесей и влаги, далее нагревается в огневом подогревателе до температуры 45÷50°C и поступает в блок редуцирования, после которого в сепараторе происходит повторная очистка газа от влаги, выделившейся при редуцировании. Затем газ поступает в топливный коллектор.
Недостатком данного технического решения является пониженная эффективность работы ГПА вследствие использования огневого подогревателя в системе топливного и пускового газа, поскольку для работы подогревателя требуется дополнительный расход топливного газа, либо расход электроэнергии. Повышенная металлоемкость этого технического решения обусловлена необходимостью применения дополнительного сепаратора для повторной очистки топливного газа от влаги, выделившейся при его редуцировании, а также необходимостью установки аппаратов воздушного охлаждения для охлаждения масла двигателя и компрессора ГПА.
Известен агрегатный блок подготовки топливного газа с системой подогрева топливного газа и системой редуцирования газа, включающей две нитки редуцирования, патент РФ №92934 «Агрегатный блок подготовки топливного газа», опубл. 10.04.2010 г. Система подогрева топливного газа включает, по меньшей мере, один газомасляный подогреватель газа, выполненный в виде кожухотрубчатого или пластинчатого теплообменника, имеющего промежуточную полость между полостями природного газа и масла, причем промежуточная полость заполнена инертным газом или промежуточным теплоносителем.
Необходимость применения инертного газа или промежуточного теплоносителя ведет к повышению стоимости конструкции агрегатного блока и в целом снижает эффективность работы компрессорной станции магистрального газопровода.
Цель изобретения - повышение надежности, эффективности работы ГПА, снижение металлоемкости.
Поставленная цель достигается в системе нагрева топливного газа в газоперекачивающем агрегате с блоками очистки и фильтрации топливного газа, блоком управления или первичными датчиками, связанными электрическими цепями с функциональными исполнительными элементами, а также с системой подогрева топливного газа, состоящей из двух, но не ограничиваясь этим, газомасляных теплообменников, соединенных между собой последовательно, один из которых подключен к системе маслообеспечения компрессора, а второй подключен к системе маслообеспечения двигателя газоперекачивающего агрегата, при этом в качестве греющего теплоносителя для нагрева топливного газа в обеих теплообменниках используется горячее масло соответственно от компрессора газоперекачивающего агрегата и от его двигателя, одновременно, между последовательно соединенными газомасляными теплообменниками установлен с последовательным подключением к ним блок редуцирования топливного газа, соединенный трубопроводом подвода топливного газа с газомасляным теплообменником, использующим в качестве греющего теплоносителя горячее масло компрессора газоперекачивающего агрегата, и соединенный трубопроводом отвода топливного газа с газомасляным теплообменником, использующим в качестве греющего теплоносителя горячее масло двигателя газоперекачивающего агрегата. Газомасляные теплообменники выполнены в виде кожухотрубных, пластинчатых или пластинчато-ребристых теплообменников.
Установка в системе подогрева топливного газа двух газомасляных теплообменников, соединенных между собой последовательно, в которых для нагрева топливного газа используется горячее масло от компрессора и от двигателя ГПА позволяет повысить эффективность и надежность работы ГПА, поскольку газомасляные теплообменники одновременно подключаются к системам маслообеспечения компрессора и двигателя и служат для достижения двух целей - подогрева топливного газа и охлаждения масла, так что отпадает необходимость устанавливать огневые подогреватели газа и аппараты воздушного охлаждения масла (АВОМ).
Поскольку максимальная температура масла компрессора меньше, чем максимальная температура масла двигателя, то расположение газомасляных теплообменников именно такое. В противном случае газомасляный теплообменник компрессора не будет работать из-за малой разности температур теплоносителей.
Расположение блока редуцирования между последовательно соединенными газомасляными теплообменниками позволяет отказаться от использования огневого подогревателя газа и сепаратора для повторной очистки топливного газа от влаги, что снижает металлоемкость, значительно повышает эффективность работы ГПА за счет экономии затрат на электроэнергию и на газ.
Полезная модель иллюстрируется рисунками фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3. На фиг. 1 показана схема системы нагрева топливного газа в газоперекачивающем агрегате при низких температурах окружающей среды, на фиг. 2 показана схема системы нагрева топливного газа в газоперекачивающем агрегате при высоких температурах окружающей среды, где:
1 - газомасляный теплообменник ГМТ-К с греющим теплоносителем - маслом от компрессора ГПА,
2 - автоматический кран (байпасирование топливного газа),
3 - блок редуцирования топливного газа (БРД),
4 - газомасляный теплообменник ГМТ-Д с греющим теплоносителем - маслом от двигателя ГПА.
На фиг. 3 приведены сравнительные графики изменения температуры нагрева топливного газа в зависимости от расположения блока редуцирования (БРД) по отношению к ГМТ-К и ГМТ-Д в компоновке ГПА.
Система нагрева топливного газа в газоперекачивающем агрегате содержит газомасляный теплообменник ГМТ-К 1 с входным трубопроводом топливного газа и с подключением к системе маслообеспечения компрессора, автоматический кран 2 для байпасирования топливного газа, блок редуцирования 3 топливного газа для редуцирования давления природного газа с входного значения до требуемых значений, а также для автоматического поддержания заданного выходного давления независимо от изменения расхода и входного давления природного газа. Система содержит также газомасляный теплообменник ГМТ-Д 4 с входным трубопроводом топливного газа и с подключением к системе маслообеспечения двигателя.
Система нагрева топливного газа в газоперекачивающем агрегате работает следующим образом.
В период работы при пониженных температурах окружающей среды (фиг. 1) природный газ в качестве топливного газа с температурой ~ -17°C и давлением 55 атм. поступает из магистрального газопровода, проходит блоки очистки и фильтрации (на чертежах не показаны), поступает в систему подогрева с первым газомасляным теплообменником 1 (ГМТ-К), подключенным к системе маслообеспечения компрессора ГПА и нагревается до температуры +8,1°C за счет тепла масла компрессора ГПА, при этом масло компрессора охлаждается с температуры +51,5°C до +46°C. Автоматический кран 2 служит для предотвращения понижения температуры масла на выходе из газомасляного теплообменника 1 ниже минимально допустимой. При достижении минимально допустимой температуры масла на выходе из ГМТ-К, автоматический кран 2 открывается, что приводит к уменьшению расхода топливного газа через ГМТ-К и, соответственно, к повышению температуры масла на выходе из ГМТ-К. Далее подогретый топливный газ проходит в блок редуцирования 3 (БРД) для редуцирования давления газа с входного значения до требуемых значений, а также для автоматического поддержания заданного выходного давления независимо от изменения расхода и входного давления газа, при этом температура подогрева топливного газа несколько снижается до -3,4°C, а также снижается давление топливного газа до значения в 30 атм. После редуцирования топливный газ направляют во второй газомасляный теплообменник 4 (ГМТ-Д), подключенный к системе маслообеспечения двигателя ГПА, в котором топливный газ подогревается до температуры +33,8°C, а масло от двигателя ГПА, требующее охлаждения, охлаждается с температуры +58°C до +25° C.
В период работы при высоких температурах окружающей среды (фиг. 2) топливный газа с температурой ~+18°C и давлением 55 атм. поступает из магистрального газопровода через блоки очистки и фильтрации (на чертежах не показаны), подается в систему подогрева в первый газомасляный теплообменник 1 (ГМТ-К), подключенный к системе маслообеспечения компрессора ГПА и нагревается до температуры +44,2°C за счет тепла масла компрессора ГПА, при этом масло компрессора охлаждается с температуры +58,5°C до +53°C. Автоматический кран 2 в период работы при высоких температурах окружающей среды закрыт, поскольку газ поступает с плюсовой температурой и минимальная температура масла на выходе из ГМТ-К превышает установочное значение температуры +40°C. Далее подогретый топливный газ проходит в блок редуцирования 3 (БРД), при этом температура подогрева топливного газа несколько снижается до +34,5°C и снижается давление значения в 30 атм. После редуцирования топливный газ направляют во второй газомасляный теплообменник 4 (ГМТ-Д), подключенный к системе маслообеспечения двигателя ГПА, в котором топливный газ подогревается до температуры +71,7°C, а масло от двигателя ГПА, требующее охлаждения, охлаждается с температуры +89°C до +57°C.
Для работы данной системы исполнение газомасляных теплообменников ГМТ-К и ГМТ-Д может быть различным. Они могут быть выполнены в виде кожухотрубных, пластинчатых или пластинчато-ребристых теплообменников.
Применение в заявляемой системе двух, но не ограничиваясь этим, газомасляных теплообменников одновременно подключенных к системам маслообеспечения двигателя и компрессора для охлаждения масла и к системе подачи топливного газа для нагрева топливного газа позволяет повысить надежность и эффективность работы ГПА. Отпадает необходимость устанавливать огневые подогреватели газа и аппараты воздушного охлаждения масла (АВОМ). Оптимальное расположение блока редуцирования между последовательно соединенными газомасляными теплообменниками с последовательным подключением к ним показано на сравнительных графиках (фиг. 3) зависимости температуры нагрева топливного газа от расположения блока редуцирования по отношению к газомасляным теплообменникам ГМТ-К и ГМТ-Д. Такое расположение блока редуцирования позволяет оптимизировать процесс нагрева топливного газа, отказаться от применения сепаратора для повторной очистки топливного газа от влаги.
Таким образом, система нагрева топливного газа с двумя газомасляными теплообменниками одновременно подключенными к системам маслообеспечения двигателя и компрессора для охлаждения масла и к системе подачи топливного газа для нагрева топливного газа, с одновременной установкой между ними блока редуцирования, позволяет повысить надежность и эффективность работы ГПА, снизить металлоемкость.