АГРЕГАТНЫЙ ГАЗОМАСЛЯНЫЙ БЛОК С ДЕТАНДЕР-ГЕНЕРАТОРОМ (ВАРИАНТЫ)
AGGREGATE GAS-OIL UNIT WITH PRESSURE REDUCER VALVE AND GENERATOR (OPTIONS)

Изобретение относится к области машиностроения и теплотехники, а именно к средствам подготовки топливного газа, и может быть использовано в составе газоперекачивающих агрегатов (ГПА), а именно для подогрева топливного газа с одновременным охлаждением масла компрессора и газотурбинного привода ГПА.
Известен агрегатный блок подготовки топливного газа по патенту RU №92934 «Агрегатный блок подготовки топливного газа», опубл. 10.04.2010 г., в котором система редуцирования газа содержит две нитки редуцирования.
Применение в конструкции агрегатного блока системы редуцирования газа ведет к необходимости «стравливания» давления и в целом снижает эффективность работы агрегатного блока подготовки топливного газа.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению является агрегатный газомасляный блок (АГМБ), защищенный патентом RU №158482, опубл. 10.01.2016 г., содержащий блок фильтрации газа с фильтрами - коалесцерами газа, два подключенных между собой последовательно газомасляных теплообменника с управляемыми шаровыми задвижками для поддержания температуры масла, дополнительный газомасляный теплообменник для подогрева пускового газа, блок замера расхода газа и блок предохранительных клапанов. Между двумя газомасляными теплообменниками подключен блок редуцирования газа. В блоке редуцирования газа происходит редуцирование давления газа с входного значения до требуемых значений.
Недостатком данного технического решения является пониженная эффективность работы ГПА вследствие использования в конструкции АГМБ блока редуцирования газа, поскольку в блоке редуцирования давление газа просто «стравливается» до необходимых значений и энергия, затраченная на сжатие газа, не используется. Также, может возникнуть ситуация, когда запас холода после редуцирования газа может быть недостаточным для охлаждения масла газотурбинного привода ГПА и возникнет необходимость дополнительно охлаждать масло, например, при помощи радиатора с вентилятором, что также в целом понижает эффективность работы ГПА.
Цель заявляемого изобретения - повышение эффективности работы газоперекачивающего агрегата (ГПА
Поставленная цель достигается в агрегатном газомасляном блоке (АГМБ), расположенном в отдельном транспортабельном каркасе и предназначенном для нагрева топливного и пускового газа, для охлаждения масла компрессора и газотурбинного привода газоперекачивающего агрегата (ГПА), содержащем блоки фильтрации газа, замера расхода газа, два подключенных между собой последовательно газомасляных теплообменника и дополнительный газомасляный теплообменник для подогрева пускового газа. Между последовательно соединенными газомасляными теплообменниками установлен с последовательным подключением к ним детандер-генератор с функцией редуцирования газа, соединенный трубопроводом подвода топливного газа с газомасляным теплообменником, использующим в качестве греющего теплоносителя горячее масло компрессора ГПА, и соединенный трубопроводом отвода топливного газа с газомасляным теплообменником, использующим в качестве греющего теплоносителя горячее масло газотурбинного привода ГПА. Как вариант, поставленная цель достигается в агрегатном газомасляном блоке (АГМБ), расположенном в отдельном транспортабельном каркасе и предназначенном для нагрева топливного и пускового газа, для охлаждения масла компрессора и газотурбинного привода газоперекачивающего агрегата (ГПА), содержащем блоки фильтрации газа, замера расхода газа, два подключенных между собой последовательно газомасляных теплообменника и дополнительный газомасляный теплообменник для подогрева пускового газа. Между последовательно соединенными газомасляными теплообменниками установлен с последовательным подключением к ним детандер-генератор с функцией редуцирования газа, соединенный трубопроводом подвода топливного газа с газомасляным теплообменником, использующим в качестве греющего теплоносителя горячее масло компрессора ГПА, и соединенный трубопроводом отвода топливного газа с газомасляным теплообменником, использующим в качестве греющего теплоносителя горячее масло газотурбинного привода ГПА. Одновременно, к выходу этого газомасляного теплообменника последовательно подключен электронагреватель топливного газа.
Конструкция АГМБ с подключением между последовательно соединенными газомасляными теплообменниками детандер-генератора с функцией редуцирования газа позволяет использовать энергосберегающие технологии, например, использовать получаемую электроэнергию на нужды ГПА и на нагрев топливного газа, использовать холод, получаемый от детандер-генератора, например, на охлаждение воздуха в летний период.
Варианты изобретения иллюстрируются рисунками фиг. 1 и фиг. 2, на которых схематично показано расположение основных блоков АГМБ, где:
1 - газомасляный теплообменник компрессора ГПА,
2 - управляемые шаровые задвижки,
3 - детандер-генератор,
4 - газомасляный теплообменник газотурбинного привода ГПА,
5 - электронагреватель топливного газа.
По первому варианту исполнения (фиг. 1), агрегатный газомасляный блок с детандер-генератором располагается в отдельном транспортабельном каркасе, содержит блоки фильтрации газа, замера расхода газа (на рисунке не показаны), два подключенных между собой последовательно газомасляных теплообменника: газомасляный теплообменник 1 компрессора ГПА и газомасляный теплообменник 4 газотурбинного привода ГПА с управляемыми шаровыми задвижками 2 для поддержания температуры масла, а также дополнительный газомасляный теплообменник для подогрева пускового газа (на рисунке не показан). Между последовательно соединенными газомасляными теплообменниками 1 и 4 установлен с последовательным подключением к ним детандер-генератор 3 с функцией редуцирования газа. Компрессор и газотурбинный привод ГПА на рисунке не показаны.
По второму варианту исполнения (фиг. 2), агрегатный газомасляный блок с детандер-генератором располагается в отдельном транспортабельном каркасе, содержит блоки фильтрации газа, замера расхода газа (на рисунке не показаны), два подключенных между собой последовательно газомасляных теплообменника: газомасляный теплообменник 1 компрессора ГПА и газомасляный теплообменник 4 газотурбинного привода ГПА с управляемыми шаровыми задвижками 2 для поддержания температуры масла, а также дополнительный газомасляный теплообменник для подогрева пускового газа (на рисунке не показан). Между последовательно соединенными газомасляными теплообменниками 1 и 4 установлен с последовательным подключением к ним детандер-генератор 3 с функцией редуцирования газа. К выходу газомасляного теплообменника 4 последовательно подключен электронагреватель топливного газа 5. Компрессор и газотурбинный привод ГПА на рисунке не показаны.
При работе агрегатного газомасляного блока с детандер-генератором по первому варианту исполнения (фиг. 1) топливный газ после блока фильтрации проходит в газомасляный теплообменник 1 компрессора ГПА, где происходит его нагрев за счет охлаждения горячего смазочного масла, поступающего в газомасляный теплообменник 1 из системы маслообеспечения компрессора ГПА. Управляемые шаровые задвижки 2 служат для поддержания температуры масла. Далее подогретый газ проходит в детандер-генератор 3 с функцией редуцирования газа, где помимо дросселирования, происходит и редуцирование давления газа с входного значения до требуемых значений, и далее направляется в газомасляный теплообменник 4 газотурбинного привода ГПА, где дополнительно нагревается теплом горячего смазочного масла, подаваемого от системы маслообеспечения газотурбинного привода ГПА. Часть топливного газа, используемая как пусковой газ, нагревается горячим смазочным маслом в дополнительном газомасляном теплообменнике (на рисунке не показан).
При функционировании магистральных газоснабжающих систем на газораспределительных станциях производится понижение давления транспортируемого топливного газа от 5,5 Мпа до 2,5 Мпа. На новых компрессорных станциях редуцирование возможно с давления 10 МПа и более. Дросселирование - прямая потеря энергии. Задача детандер-генератора полезно использовать «бросовое» давление газа, переводя энергию расширения в электрическую. Установленный между последовательно соединенными газомасляными теплообменниками 1 и 4 детандер-генератор 3 с функцией редуцирования газа позволяет использовать получаемую электроэнергию на нужды ГПА, на отопление помещения, на электропитание аппаратов воздушного охлаждения (АВО) газа.
Поскольку начальная температура топливного газа от -10°C до +20°C, а после конечного расширения в детандер-генераторе 3 может достигнуть недопустимых значений, примерно, до -100°C, что может нарушить работу оборудования, топливный газ перед входом в детандер-генератор 3 проходит нагрев в газомасляном теплообменнике 1 горячим смазочным маслом, поступающим из системы маслообеспечения компрессора ГПА. Такой предварительный подогрев приводит также и к увеличению получаемой в детандер-генераторе 3 работы.
При работе агрегатного газомасляного блока с детандер-генератором по второму варианту исполнения (фиг. 2) топливный газ после нагрева в газомасляном теплообменнике 1 компрессора ГПА, после прохождения детандер-генератора 3 и нагрева в газомасляном теплообменнике 4 газотурбинного привода ГПА, дополнительно нагревается в электронагревателе 5 топливного газа. Часть топливного газа, используемая как пусковой газ, нагревается горячим смазочным маслом в дополнительном газомасляном теплообменнике (на рисунке не показан).
Дополнительный нагрев топливного газа в электронагревателе 5 приводит к увеличению температуры топливного газа перед входом в камеру сгорания ГПА практически в два раза, приводит к повышению КПД до 0,5%, что значительно повышает эффективность работы ГПА.
Варианты исполнения агрегатного газомасляного блока с детандер-генератором просчитаны и применены в конструкциях агрегатов ГПА-16 «Урал», ГПА-25 «Урал» и ГПА-32 «Ладога». Показан эффективный нагрев топливного газа перед входом в камеру сгорания ГПА.
Таким образом, подключая в конструкцию агрегатного газомасляного блока детандер-генератор с предварительным подогревом подаваемого в него топливного газа, а также, по втором варианту исполнения, с одновременным подогревом топливного газа электронагревателем непосредственно перед поступлением топливного газа в камеру сгорания ГПА, достигают высокой эффективности использования снижаемого давления топливного газа, направляя получаемую энергию, например, на собственные нужды ГПА, на отопление помещения, на электропитание аппаратов воздушного охлаждения (АВО) газа, значительно повышают эффективность работы ГПА в целом.