КОМБИНИРОВАННАЯ УСТАНОВКА ОХЛАЖДЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА

Полезная модель относится к газовой промышленности и может быть использована на компрессорных (газоперекачивающих) станциях.
Известен аппарат воздушного охлаждения (Патент РФ №2331830, МПК F28D 1/00, опубл. 20.08.2008 г.), применяемый для охлаждения природного газа, содержащий вентиляторы для подачи внешней межтрубной охлаждающей среды, преимущественно воздуха, в корпус аппарата, который выполнен секционированным и содержит, по крайней мере, две теплообменные секции.
Недостатками указанного аппарата воздушного охлаждения являются большие затраты электроэнергии на привод вентиляторов, а так же интенсивное старение изоляции электродвигателей, износ механических узлов и потери энергии в пусковых режимах при повышенной частоте включения вентиляторов в северных широтах.
Наиболее близким техническим решением является установка охлаждения природного газа (Патент РФ №2237837, МПК F25B 19/00, F28D 15/02, опубл. 10.10.2004 г.), являющаяся установкой пассивного охлаждения газа, представляющая собой трубчатые секции, по которым транспортируется газ, помещенные в корпус, частично заполненный жидкостью, температура кипения которой при атмосферном давлении меньше температуры природного газа. В верхнюю часть корпуса встроены термосифоны, установленные вертикально, и соединены ребрами с образованием каналов для воздуха. Термосифоны охвачены кожухом, выполненным с шиберными заслонками в верхней его части и отверстиями для прохода воздуха в нижней части. Внешняя труба термосифона погружена в жидкость, а внутренняя труба выводится через боковое отверстие во внешней трубе выше уровня жидкости в корпусе. Установка снабжена блоком управления шиберными заслонками, который через датчики температуры и влажности газа связан с теплообменными секциями и с датчиком температуры воздуха. Использование изобретения позволит интенсифицировать процесс теплоотвода в атмосферу, снижая энергетические затраты, что позволяет повысить экономическую эффективность при транспортировке газа.
Недостатком установки охлаждения природного газа является то, что область рационального использования данной установки ограничена областью низких температур наружного воздуха, т.к. интенсивность теплообмена между термосифонами и наружным воздухом зависит от разности температур охлаждаемого газа и наружного воздуха.
Полезная модель решает задачу создания системы, которая обеспечивает охлаждение природного газа во всем диапазоне температур наружного воздуха за счет дополнительного оснащения системы аппаратом воздушного охлаждения, работающим в автоматическом режиме.
Для решения поставленной задачи по созданию системы охлаждения природного газа, известную установку пассивного охлаждения газа, состоящую из трубчатых секций, по которым транспортируется газ, помещенных в корпус, частично заполненный жидкостью, температура кипения которой при атмосферном давлении меньше температуры природного газа, с встроенными в верхнюю часть корпуса термосифонами, охваченными кожухами с шиберными заслонками в верхней его части и отверстиями для прохода в нижней части, предлагается оснастить аппаратом воздушного охлаждения газа, содержащим вентиляторы для подачи внешней межтрубной охлаждающей среды, преимущественно воздуха, в корпус аппарата, разделенный на теплообменные секции. Кроме того, систему охлаждения предлагается оснастить датчиками температуры природного газа, установленными на входе и выходе в систему, датчиком температуры окружающей среды, и связанным с датчиками блоком управления вентиляторами, прогнозирующим температуру перед аппаратом воздушного охлаждения, используя математическую модель установки пассивного охлаждения газа.
На прилагаемых к описанию графических материалах показана общая структурная схема построения предлагаемой системы охлаждения природного газа (фиг.1), схема установки пассивного охлаждения газа (фиг.2) и график зависимости доли отводимой тепловой энергии от требуемой величины в процентах от температуры окружающей среды в установке пассивного охлаждения (фиг.3).
На схемах приняты следующие обозначения:
БУ - блок управления; ДТП - датчик температуры газа на входе в систему охлаждения газа; ДТГ2 - датчик температуры газа на выходе из системы охлаждения газа; ДТС - датчик температуры окружающей среды; 1 - установка пассивного охлаждения газа; 2 - аппарат воздушного охлаждения газа; 3 - термосифоны; 4 - трубчатая теплообменная секция аппарата воздушного охлаждения; 5 - вентилятор; 6 - трубчатая секция установки пассивного охлаждения газа; 7 - теплоноситель; 8 - шиберная заслонка для регулирования расхода воздуха.
Пример работы предлагаемой системы охлаждения природного газа.
Газ после компремирования направляется на охлаждение в трубчатые теплообменные секции 6 установки пассивного охлаждения газа 1, где отдает часть тепловой энергии кипящему теплоносителю 7. Эта тепловая энергия, с помощью термосифонов 3 отводится в атмосферу. Требуемая величина отводимой тепловой энергии определяется нормативным охлаждением газа. Доля отводимой тепловой энергии в установке пассивного охлаждения в процентах от требуемой величины зависит от температуры окружающей среды и приведена на графике (фиг.3).
Таким образом, в установке пассивного охлаждения отводится от 30 до 100% требуемой тепловой энергии без затрат электрической энергии.
После охлаждения в установке пассивного охлаждения газ направляется в трубчатые теплообменные секции 4 аппарата воздушного охлаждения, где отводится оставшаяся часть тепловой энергии для обеспечения требуемого охлаждения. В зависимости от температуры газа и окружающей среды, требуемое охлаждение в аппарате воздушного охлаждения может быть за счет естественной конвекции, путем включения одного или двух вентиляторов 5.
Блок управления на основе измеренной температуры наружного воздуха и температуры газа на входе в систему и выходе из нее прогнозирует долю тепла, отводимую в установке пассивного охлаждения, используя математическую модель установки пассивного охлаждения газа, и прогнозирует температуру перед аппаратом воздушного охлаждения. На основе прогноза определяется необходимое число вентиляторов для рассеивания оставшейся тепловой энергии для достижения требуемого снижения температуры. Далее, по измеренной температуре газа после охлаждения, уточняется требуемое число вентиляторов, которые включаются последовательно по заданному алгоритму регулирования.
3
Экономическая эффективность предлагаемой полезной модели обусловлена снижением затрачиваемой мощности в установке охлаждения газа. Так, по результатам испытаний установки охлаждения газа состоящей из 12 аппаратов воздушного охлаждения типа 2АВГ-75 при охлаждении газа с расходом 105,6 млн.м/сут от начальной температуры 25,7°С до конечной заданной нормативом 15°С при температуре наружного воздуха 3,3°С требуется затратить около 640 кВт. При данной температуре воздуха в установке пассивного охлаждения газа может быть отведено около 70% теплоты, т.е. газ может быть охлажден до температуры 18,2°С. Для охлаждения в аппарате воздушного охлаждения до требуемой по нормативу температуры при этом потребуется около 200 кВт мощности.