УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ В ГАЗОВОЙ МАГИСТРАЛИ

Предлагаемое техническое решение относится к области топливно-энергетического комплекса, в частности, для преобразования энергии давления газа в газораспределительных станциях и пунктах, и может быть использовано в магистралях, обеспечивающих потребление сжатым газом.
Электронный журнал энергосервисной компании «Экологические системы» №7, 2005 г. опубликовал статью «Выработка электроэнергии и «холода» без сжигания топлива» Д.Т.Аксенов. Для выработки электроэнергии и холода предлагается мощностной ряд унифицированных пневмоэлектрогенераторных агрегатов, которые формируют энергоблоки мощностью до 8-10 мВт. Технология предусматривает одновременную выработку на газорегуляторных станциях электроэнергии с помощью пневмоэлектрогенераторных агрегатов и полезное использование возникающего в результате расширения газа в турбине «холода». Также конструкция включает холодильник, использующий этот «холод».
Недостатком является то, что в данной установке энергия газового потока используется только на производство электрической энергии и холода, но, не смотря на то, что данный способ является экологически чистым, он не использует наиболее полно энергоресурсы газового потока.
7
Наиболее близкими по технической сущности является Устройство для регулирования давления в газовой магистрали и патент РФ №2223533, МПК G05D 16/00, F17D 1/04. Устройство для регулирования давления в газовой магистрали содержит входную магистраль, газораспределительное устройство, выполненное в виде набора труб различного диаметра с установленными на них запорными устройствами, управляемыми контроллером от датчика давления, нерегулируемый турбодетандер, нагруженный посредством вала генератором переменного тока, регулируемым по напряжению выпрямителем, регулируемым по частоте инвертором, теплообменник-холодильник. Достоинством данного
устройства-прототипа является отсутствие элементов, дросселирующих газовый поток, что позволяет увеличить выработку электроэнергии и обеспечить холодом смежные технологические процессы. Недостатком данного устройства является то, что в данном устройстве-прототипе не предусмотрено элементов, которые будут наиболее полно использовать энергию газового потока, так как образующееся количество энергии (теплота, газовый конденсат, холод) может быть использовано не только на производство электрической энергии, но и на производство тепловой энергии.
Сущность технического решения: регулирование давления газа за счет его расширения и сжатия, а образующиеся в результате тепло, холод и газовый конденсат преобразуются в электрическую и тепловую энергии, и используются на технологические нужды и нужды потребителей.
Задачей технического решения является наиболее комплексное и эффективное использование энергоресурсов газового потока и получаемых видов энергии процесса преобразования энергии давления газа в газораспределительных установках.
В результате преобразования энергии давления газа происходит увеличение выработки электроэнергии, тепла и холода, и, кроме того, будут обеспечены холодом процессы смежные с данным технологическим процессом и образующийся газовый конденсат будет преобразован в тепловую энергию за счет установки преобразователя энергии, что позволит достигнуть результатов по энергоресурсосбережению и уменьшить нагрузку на экологическую обстановку окружающей среды.
Поставленная задача решается следующим образом, что в устройство для регулирования давления в газовой магистрали содержащее входную газовую магистраль, газораспределительное устройство, выполненное в виде набора труб и запорные устройства, управляемые контроллером, нерегулируемый турбодетандер, вал, выпрямитель, инвертор, генератор переменного тока, теплообменник-холодильник, дополнительно введены пять обводных линий, десять запорных устройства, аккумулятор сжатия,
четыре аккумулятора расширения, устройство утилизации конденсата, магнитный преобразователь, генератор теплоты, генератор холода, два датчика температур, управляемый контроллер, причем на входной газовой магистрали установлено одно запорное устройство и аккумулятор сжатия и входная газовая магистраль соединена с обводной линией с запорным устройством, на трубах газораспределительного устройства установлено четыре запорных устройства и четыре аккумулятора расширения и трубы газораспределительного устройства соединены с четырьмя обводными линиями с запорными устройствами, газораспределительное устройство посредством набора труб соединено с нерегулируемым турбодетандером, связанным последовательно с валом, генератором переменного тока, регулируемым по напряжению выпрямителем и регулируемым по частоте инвертором, выход нерегулируемого турбодетандера соединен с теплообменником-холодильником, выход которого соединен с выходной газовой магистралью, выходная газовая магистраль связана с регулируемым контроллером посредством датчика давления, теплообменник-холодильник связан с управляемым контроллером посредством датчиков температур и посредством генератора холода и генератора тепла связан с магнитным преобразователем, аккумуляторами расширения и сжатия, генератором переменного тока, нерегулируемый турбодетандер, аккумуляторы расширения и сжатия связаны с устройством утилизации конденсата, выход которого соединен с выходной магистралью.
Устройство для регулирования давления в газовой магистрали содержит входную газовую магистраль 1, связанную с обводной линией 2 с запорным устройством 3, запорное устройство 4 и аккумулятор сжатия 5. Входная газовая магистраль также связана с набором труб газораспределительного устройства 6 с установленными на нем запорными устройствами 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 и аккумуляторами расширения 15, 16, 17, 18. Трубы газораспределительного устройства связаны с обводными линиями 19, 20, 21, 22 с запорными устройствами 23, 24, 25, 26. Газораспределительное устройство посредством набора труб соединено с
нерегулируемым турбодетандером 27, связанным последовательно с валом 28, генератором переменного тока 29, регулируемым по напряжению выпрямителем 30, регулируемым по частоте инвертором 31. Выход нерегулируемого турбодетандера соединен с теплообменником-холодильником 32, выход которого соединен с выходной газовой магистралью 33, связанной с регулируемым контроллером 34 посредством датчика давления 35. Теплообменник-холодильник связан с управляемым контроллером 36 посредством датчиков температур 37, 38. Теплообменник-холодильник посредством генератора холода 42 и генератора тепла 43 связан с магнитным преобразователем 39, аккумуляторами расширения и сжатия, генератором переменного тока. Нерегулируемый турбодетандер, аккумуляторы расширения и сжатия связаны с устройством утилизации конденсата 40, выход которого соединен с выходной магистралью 41.
Устройство для регулирования давления в газовой магистрали работает следующим образом: газ высокого давления из входной газовой магистрали 1 поступает в обводную линию 2, газораспределительное устройство, состоящее из набора труб 6 и обводные линии 19, 20, 21, 22 к соплам нерегулируемого турбодетандера 27. Запорные устройства 3, 23, 24, 25, 26, установленные на обводных линиях, открыты, а перед аккумулятором сжатия 5 и аккумуляторами расширения 15, 16, 17, 18 закрыты. Проходя через нерегулируемый турбодетандер 27, газ совершает работу по приводу вала 28 и связанного с ним генератора переменного тока 29, в качестве которого использован реактивно-вентильный генератор. Переменный ток с выхода генератора переменного тока 29 поступает на регулируемый по напряжению выпрямитель 30, который выдает постоянный ток заданного стабилизированного напряжения. Этот ток подается на регулируемый по частоте инвертор 31, преобразующий его в переменный стабилизированной заданной частоты. Совершивший работу расширения в нерегулируемом турбодетандере 27 газ, имея в результате этого пониженное давление и температуру, поступает в теплообменник-холодильник 32, где тепло, температурный уровень которого -20 - -30°С, полезно используется на
технологических линиях. В момент образования в теплообменнике-холодильнике 32 тепла и холода срабатывают датчики температур 37 и 38, которые приводят в работу регулируемый контроллер 36, подающий сигнал на запорные устройства 3, 23, 24, 25, 26 закрывая их, а сигнал, поступающий на запорные устройства 4, 11, 12, 13, 14 открывает проход газа поступающего в аккумулятор сжатия 5 и аккумуляторы расширения 15, 16, 17, 18. В аккумулятор сжатия 5 из теплообменника-холодильника через генератор холода 42 поступает холод, в результате происходит охлаждение и сжатие газа с уменьшением давления и температуры. За счет пониженного давления и температуры газа увеличивается пропускная способность запорных устройств 7, 8, 9, 10. В аккумуляторах расширения 15, 16, 17, 18 происходит расширение газа при более высокой температуре, чем в аккумуляторе сжатия 5 за счет подачи тепла из теплообменника-холодильника 32 через генератор теплоты 43, в результате происходит увеличение температуры и давления газа. Затем газ поступает в нерегулируемый турбодетандер, в теплообменник-холодильник и через выходную магистраль 33 выходит к потребителю. При этом давление газа измеряется датчиком давления 35 и, если его значение оказывается отличным от заданного, то в соответствии с программой, заложенной в регулируемом контроллере 34, происходит переключение запорных устройств 7, 8, 9, 10 на газораспределительном устройстве, состоящим из набора труб 6 и расход газа, поступающего в нерегулируемый турбодетандер 27, изменяется таким образом, что давление газа на его выходе и соответственно на входе в выходную газовую магистраль 33 достигает требуемого значение. При этом число оборотов вала 28 нерегулируемого турбодетандера 27 также изменятся, но в связи с использованием регулируемого по напряжению выпрямителя 30 и соединенного с ним регулируемого по частоте инвертора 31 напряжение и частота выработанного тока останутся неизменными. Таким образом, при изменении давления во входной газовой магистрали 1, расход газа потребителям через выходную газовую магистраль 33 будет стабилизирован с требуемой точностью, а изменение числа оборотов нерегулируемого
турбодетандера 27 не приведет к изменению напряжения частоты вырабатываемого тока. Кроме этого, образующаяся теплота и холод в теплообменнике-холодильнике 32 также поступают через генератор холода 42 и генератор тепла 43 в магнитный преобразователь 39, в котором происходит образование переменного магнитного поля за счет используемой в конструкции магнитной жидкости и создаваемого перепада температур, в результате изменения магнитного поля образуется электрический ток. Для повышения коэффициента полезного действия генератора переменного тока 29, увеличения проводимости и электробезопасности осуществляется его охлаждение холодом, образующимся в теплообменнике-холодильнике 32. При работе аккумуляторов сжатия и расширения, а также турбодетандера происходит образование конденсата, который отводится в устройство утилизации конденсата 40, где происходит его преобразование в тепло, выходящее в выходную магистраль 41 и используемое на технологические нужды.
Предлагаемое устройство работает без элементов, дросселирующих газовый поток, что увеличивает выработку электроэнергии, обеспечивает холодом технологические процессы, позволяет полностью использовать энергию газового потока, преобразуя ее в электроэнергию и тепло, таким образом достигая большей эффективности по энергоресурсосбережению, уменьшая нагрузку на экологическую обстановку окружающей среды и повышая электробезопасность.