ПОДОГРЕВАТЕЛЬ ПРИРОДНОГО ГАЗА

Подогреватель природного газа относится к энергомашиностроению и может применяться при создании газораспределительных станций (ГРС) в системе газообеспечения предприятий и населенных пунктов.
Известны подогреватели природного газа (ППГ), содержащие устройство подогрева (УП), магистраль подвода природного газа к УП, соединенную с магистралью природного газа высокого давления, и магистраль выхода природного газа в сеть потребителя, см. [1] и [2] (прототип).
Однако известные устройства имеют УП с газовыми горелками, сжигающими часть перекачиваемого газа.
Задачей предлагаемого устройства является исключение непроизводительного сжигания природного газа в процессе его подогрева на ГРС.
Это достигается следующими нововведениями. Вместо УП с газовой горелкой для подогрева газа в состав ППГ вводится газовый тепловой насос в виде замкнутого контура циркуляции газа (ЗКЦГ). ЗКЦГ включает в себя соединенные между собой механически турбину и компрессор (и образующие вместе турбокомпрессор), газовод низкого давления с подогреваемой частью теплообменника отбора тепла (ТОТ) от низкопотенциального источника тепла, соединяющий место выхода газа из турбины с местом входа газа в компрессор, газовод высокого давления с подогревающей частью теплообменника-подогревателя. В состав ППГ входят еще турбодетандер, вал которого соединен механически с турбокомпрессором, подогревающая часть ТОТ в виде источника низкопотенциального тепла, подогреваемая часть теплообменника-подогревателя, являющаяся продолжением магистрали подвода природного газа к УП, которая после теплообменника-подогревателя соединена с магистралью входа в турбодетандер, а выход из турбодетандера соединен с магистралью выхода природного газа в сеть потребителя. ЗКЦГ обеспечивает подачу тепла к подогреваемому природному газу от источника низкопотенциального тепла в количестве большем, чем механическая энергия, потребляемая на привод турбокомпрессора. Источником низкопотенциального тепла может быть атмосферный воздух, сточные воды городской очистной системы, геотермальные источники, так называемые тепловые хвосты металлургических, цементных и других предприятий. Подогретый в теплообменнике-подогревателе отбираемый на нужды потребителя природный газ
направляется на турбодетандер. В турбодетандере вырабатывается, из-за перепада давлений природного газа в магистрали входа в турбодетандер и магистрали выхода в сеть потребителя, механическая энергия, идущая на привод турбокомпрессора. Температура природного газа при этом снижается, но остается в заданном интервале. Снижается и давление до требуемого уровня.
Для случая заполнения ЗКЦГ воздухом, или другим газом, с целью регулирования температуры в магистрали выхода природного газа в сеть потребителя путем изменения давления в ЗКЦГ, имеется регулятор давления в виде ресивера, или блока ресиверов. Внутренняя полость каждого ресивера по сигналу от датчика температуры природного газа в магистрали выхода в сеть потребителя соединяется с газоводом низкого давления, либо с газоводом высокого давления. При этом регулируется давление в замкнутом контуре, величина тепла, переносимого в природный газ, направляемый в сеть потребителя. Так поддерживается температура природного газа, направляемого в сеть потребителя, в заданном интервале.
Для регулирования температуры в магистрали выхода природного газа в сеть потребителя путем изменения массы, а следовательно и давления, газа, циркулируемого по ЗКЦГ (в случае заполнения ЗКЦГ все тем же природным газом) имеется устройство регулирования давления путем соединения ЗКЦГ с магистралью подвода природного газа к УП, либо с магистралью выхода природного газа в сеть потребителя, по сигналу от датчика температуры в магистрали выхода природного газа в сеть потребителя.
Для утилизации холода в состав ЗКЦГ на газоводе низкого давления последовательно с ТОТ, впереди последнего, либо параллельно с ТОТ, установлена холодильная камера.
Перечисленные нововведения дают следующий технический результат. Исключается непроизводительное сжигание природного газа в процессе его подогрева на ГРС. При этом экономится природный газ и улучшается экология. Кроме того, из состава ГРС исключается устройство редуцирования, предназначенное для снижения давления природного газа перед отправкой в сеть потребителя. А холод, образующийся в газоводе низкого давления в результате расширения газа в турбине, утилизируется в холодильной камере, установленной последовательно перед ТОТ, либо параллельно ТОТ.
Предлагаемое устройство поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена принципиальная схема ППГ с регулятором давления в ЗКЦГ в виде блока ресиверов. На фиг.2 приведена принципиальная
схема ПИТ с устройством регулирования давления в ЗКЦГ путем соединения ЗКЦГ с магистралью подвода природного газа к УП, либо с магистралью выхода природного газа в сеть потребителя. На фиг.3 изображена принципиальная схема ППГ с холодильной камерой в составе ЗКЦГ.
ППГ содержит: ЗКЦГ 1, см. фиг.1; турбодетандер 2, магистраль 3 подвода природного газа к УП, соединенную с магистралью 4 природного газа высокого давления, и переходящую в подогреваемую часть 5 теплообменника-подогревателя 6, которая, в свою очередь, переходит в магистраль 7 входа в турбодетандер 2. ППГ содержит также источник низкопотенциального тепла 8 (в нашем случае вода городской очистной системы), соединенный трубопроводом 9 с ТОТ 10. На трубопроводе 9 имеется насос 11.
ЗКЦГ 1 содержит соединенные между собой механически турбину 12 и компрессор 13, газовод 14 низкого давления с нагреваемой частью ТОТ 10, соединяющий место выхода газа из турбины 12 с местом входа газа в компрессор 13, газовод 15 высокого давления с подогревающей частью теплообменника-подогревателя 6, соединяющий место выхода газа из компрессора 13 с местом входа газа в турбину 12. Турбина 12 и компрессор 13 образуют вместе турбокомпрессор 16, который механически соединен с турбодетандером 2. Выход из турбодетандера соединен с магистралью 17 выхода природного газа в сеть потребителя.
В составе ЗКЦГ 1 установлен регулятор 18 давления газа, соединенный с датчиком 19 температуры природного газа в магистали 17 выхода природного газа в сеть потребителя.
ППГ, в случае заполнения ЗКЦГ 1 природным газом, имеет устройство 20, см. фиг.2, регулирования давления газа в ЗКЦГ 1, соединенное с газоводом 14 низкого давления, с газоводом 15 высокого давления, с магистралью 7 входа в турбодетандер 2, с магистралью 17 выхода природного газа в сеть потребителя и с датчиком 19 температуры природного газа в магистрали 17.
ППГ в составе ЗКЦГ 1 имеет на газоводе 14 низкого давления перед ТОТ 10 холодильную камеру 21, см. фиг.3.
Стрелкой ВХОД обозначено место входа природного газа в ППГ из магистрали 4 высокого давления. Стрелкой ВЫХОД обозначено место выхода природного газа в сеть потребителя.
В работе турбодетандер 2 приводит во вращение турбокомпрессор 16, обеспечивая циркуляцию газа в ЗКЦГ 1. Температура газа внутри ЗКЦГ 1 в результате сжатия в компрессоре 13 увеличивается; затем газ отдает часть тепла в теплообменнике-подогревателе 6 природному газу, отбираемому из магистрали 4 по магистрали 3 подвода природного газа к ПУ. В турбине 12 энергия
газа преобразуется в механическую энергию, расходуемую на привод компрессора 13. При этом снижается температура газа. Холодный газ поступает в ТОТ 10 и подогревается, получая энергию из источника низкопотенциального тепла 8. В теплообменнике-подогревателе 6 природный газ подогревается и направляется по магистрали 7 на вход в турбодетандер 2. В турбодетандере 2 подогретый природный газ вырабатывает механическую энергию на привод турбокомпрессора 16 и снижает давление до заданного уровня. Таким образом, на привод компрессора 13 расходуется как механическая энергия турбины 12, так и механическая энергия турбодетандера 2. Благодаря теплу, полученному в теплообменнике-подогревателе 6, температура в магистрали 17 выхода природного газа в сеть потребителя обеспечивается в заданном интервале.
В зависимости от времени года температура отбираемого из магистрали 4 природного газа будет изменяться, и для поддержания температуры в магистрали 17 в заданном интервале изменяется количество подводимого в теплообменнике-подогревателе 6 тепла. А это обеспечивается изменением давления внутри ЗКЦГ с помощью регулятора 18, путем подсоединения внутренних полостей каждого из ресиверов с газоводом 14 низкого давления, либо с газоводом 15 высокого давления по сигналу от датчика 19 температуры в магистрали 17 выхода природного газа в сеть потребителя.
Давление внутри ЗКЦГ изменяется с помощью устройства 20 регулирования давления газа путем соединения ЗКЦГ с магистралью 7 с помощью канала 22, либо с магистралью 17 с помощью канала 23 по сигналу от датчика 19.
Образующийся в газоводе 14 низкого давления холод в результате расширения газа в турбине 12 утилизируется в холодильной камере 21, см. фиг.3.
Источники информации.
1. И.Лачугин, А.Шевцов, В.Иванов и др. «Новое поколение подогревателей воздуха, газа и нефти». Журнал «Газотурбинные технологии» №4 (25), июль-август 2003 г.
2 Подогреватель газа. Автоматическая газораспределительная станция АГРС «Исток» - рекламный листок. Изготовитель - ОАО «Казанское моторостроительное производственное объединение», 420036, г.Казань, ул Дементьева, 1, ОАО КМПО, тел./факс: (8432)71-97-93.