ГАЗОТУРБОДЕТАНДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА КОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА
GAS TURBINE EXPANDER POWER PLANT OF COMPRESSOR STATION OF MAIN GAS LINE

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для энергоснабжения собственных нужд компрессорных станций магистральных газопроводов.
Известна газотурбодетандерная энергетическая установка, в которой магистральный газопровод высокого давления соединен через поверхности нагрева теплообменника-регенератора и теплообменника-утилизатора с входом турбодетандера, а также через редукционное устройство с выходной газовой магистралью. Теплообменник-утилизатор установлен в выхлопном газоходе газовой турбины. Выход турбодетандера связан через теплообменник-регенератор с выходной газовой магистралью, а также непосредственно с камерой сгорания авиационного газотурбинного двигателя. Силовая газовая турбина газотурбодетандерной установки и турбодетандер связаны общим валом с электрогенератором. При изменении давления газа в магистральном газопроводе высокого давления с помощью регулируемого соплового аппарата (РСА) поддерживают постоянное давление газа в выходной газовой магистрали и в камере сгорания авиадвигателя (Патент РФ №2096640, F02C 6/12). Эта газотурбодетандерная энергетическая установка предназначена для установки на ГРС и ГРП с давлением газа в выходной газовой магистрали 0,6-1,2 МПа и не может быть применена на компрессорных станциях магистральных газопроводов с ГПА.
Известна регенеративная газотурбодетандерная установка компрессорной станции магистрального газопровода, содержащая газопровод топливного газа высокого давления, подогреватель топливного газа высокого давления, турбодетандер с регулируемым сопловым аппаратом, компрессор, регенеративный воздухоподогреватель, камеру сгорания, газовую турбину, электрогенератор, подогреватель топливного газа, регулятор, газопровод топливного газа, ротор турбодетандера соединен общим валом с ротором компрессора, ротор газовой турбины связан с ротором электрогенератора; газопровод топливного газа связан с камерой сгорания регенеративной газотурбодетандерная установки и камерами сгорания газоперекачивающих агрегатов (ГПА), снабженных утилизационными подогревателями теплоносителя, связанными трубопроводами теплоносителя с подогревателем газа высокого давления и с подогревателем топливного газа (Патент РФ №2549004, МПК F01K 27/00, 24.12.2013). Эта установка принята в качестве прототипа предлагаемого изобретения. Недостатком прототипа является недостаточная экономичность компрессорной станции.
Задачей предполагаемого изобретения является создание газотурбодетандерной энергетической установки для обеспечения энергоснабжения собственных нужд компрессорных станций магистральных газопроводов, повышения экономичности установки собственных нужд и охлаждения природного газа, сжатого в нагнетателе ГПА.
Поставленная задача решается за счет того, что компрессорная станция магистрального газопровода, снабженная газоперекачивающими агрегатами и аппаратами воздушного охлаждения природного газа, содержащая газопровод топливного газа высокого давления, сепаратор, подогреватель топливного газа высокого давления, турбодетандер с входным направляющим аппаратом, компрессор, регенеративный воздухоподогреватель, камеру сгорания, газовую турбину, электрогенератор, газопровод топливного газа среднего давления, газопровод топливного газа, подогреватель топливного газа, регулятор; газопровод топливного газа высокого давления через сепаратор и подогреватель топливного газа высокого давления связан с входом турбодетандера, выход которого через газопровод топливного газа среднего давления, подогреватель топливного газа и газопровод топливного газа связан с камерами сгорания регенеративной газотурбодетандерной установки и газотурбинных газоперекачивающих агрегатов, ротор турбодетандера соединен общим валом с ротором компрессора, ротор газовой турбины связан с ротором электрогенератора; газоперекачивающие агрегаты снабжены утилизационными подогревателями теплоносителя, соединенными трубопроводами теплоносителя с подогревателем топливного газа высокого давления и с подогревателем топливного газа, регулятор соединен импульсными линиями с регулируемым входным направляющим аппаратом турбодетандера и с газопроводом топливного газа, дополнительно снабжена газоохладителем, установленным в магистральном газопроводе природного газа после нагнетателей газотурбинных газоперекачивающих агрегатов и аппаратов воздушного охлаждения, а по топливному газу газоохладитель установлен в газопроводе топливного газа среднего давления между выходом турбодетандера и входом подогревателя топливного газа.
Сравнение предлагаемой газотурбодетандерной энергетической установки с прототипом и другими техническими решениями позволило сделать вывод, что предлагаемые в ней технические решения соответствуют критериям «новизна» и «существенные отличия».
На Фиг. 1 приведена тепловая схема газотурбодетандерной энергетической установки, содержащая два блока - блок регенеративной газотурбодетандерной установки 1 и блок газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции 2. Тепловая схема на Фиг. 1 содержит магистральный газопровод 3, газопровод топливного газа высокого давления 4, сепаратор 5, подогреватель топливного газа высокого давления 6, турбодетандер 7 с регулируемым сопловым аппаратом, компрессор 8, выхлопной газоход 9, газовую турбину 10, электрогенератор 11, регулятор 12, общий вал 13, газопровод топливного газа среднего давления 14, регенеративный воздухоподогреватель 15, камеру сгорания 16 газотурбодетандерной энергетической установки, прямой 18 трубопровод теплоносителя, обратный 17 трубопровод теплоносителя, подогреватель топливного газа 19, газопровод топливного газа 20, насос теплоносителя 21, утилизационные подогреватели теплоносителя 22, магистральный газопровод высокого давления 23, аппараты воздушного охлаждения 24, газоохладитель 25, газотурбинные газоперекачивающие агрегаты 26.
Магистральный газопровод 3 соединен газопроводом топливного газа высокого давления 4 через сепаратор 5 и подогреватель топливного газа высокого давления 6 с входом турбодетандера 7, выход которого связан газопроводом топливного газа среднего давления 14 через газоохладитель 25, подогреватель топливного газа 19 и газопровод топливного газа 20 с камерой сгорания газотурбодетандерной энергетической установки 16 и с камерами сгорания газоперекачивающих агрегатов 26. Утилизационные подогреватели теплоносителя 22 связаны через насос теплоносителя 21 прямым трубопроводом теплоносителя 18 и обратным трубопроводом теплоносителя 17 с подогревателем топливного газа 19 и с подогревателем топливного газа высокого давления 6. Газоохладитель 25 установлен на магистральном газопроводе высокого давления 23 после аппаратов воздушного охлаждения 24. Ротор турбодетандера 7 соединен общим валом 13 с ротором компрессора 8, выход которого связан через воздуховод с регенеративным воздухоподогревателем 15 и с камерой сгорания 16 газотурбодетандерной энергетической установки, которая связана с входом газовой турбины 10, ротор которой соединен валом с ротором электрогенератора 11. Выход газовой турбины 10 через выхлопной газоход 9 и регенеративный воздухоподогреватель 15 связан с атмосферой. Регулятор 12 соединен импульсными линиями с входным направляющим аппаратом турбодетандера 7 и с газопроводом топливного газа 20.
Газотурбодетандерная энергетическая установка работает следующим образом. Природный газ из магистрального газопровода 3 по газопроводу топливного газа высокого давления 4 поступает в сепаратор 5, где производится его очистка от примесей, после чего через подогреватель топливного газа высокого давления 6 он подается в турбодетандер 7, снабженный входным направляющим аппаратом. Здесь он расширяется, со снижением давления и далее по газопроводу топливного газа среднего давления 14 подается через газоохладитель 25 и подогреватель топливного газа 19 в газопровод топливного газа 20. В газоохладителе 25 производится дополнительное охлаждение магистрального газа магистрального газопровода высокого давления 23, предварительно охлажденного в аппаратах воздушного охлаждения 24.
Из газопровода топливного газа 20 топливный газ направляется в камеру сгорания 16 газотурбодетандерной энергетической установки и в камеры сгорания газоперекачивающих агрегатов 26. Подогрев газа в подогревателе топливного газа высокого давления 6 и в подогревателе топливного газа 19 производится теплоносителем, подводимым в них насосом теплоносителя 21 по прямому трубопроводу теплоносителя 18 и отводимым по обратному 17 трубопроводу теплоносителя. Подогрев теплоносителя производится в утилизационных подогревателях теплоносителя 22 за счет теплоты уходящих газов газовых турбин газоперекачивающих агрегатов 26 компрессорной станции. Полезную работу турбодетандера 7 передают по общему валу 13 компрессору 8 и используют для сжатия атмосферного воздуха. Сжатый в компрессоре атмосферный воздух направляют через регенеративный воздухоподогреватель 15 в камеру сгорания 16 газотурбодетандерной энергетической установки, куда также подают газ по газопроводу топливного газа 20. Продукты сгорания газа расширяют в газовой турбине 10 и через выхлопной газоход 9 и регенеративный воздухоподогреватель 15 сбрасывают в атмосферу. Полезную работу газовой турбины 10 используют для привода электрогенератора 11 и выработки электроэнергии. В регенеративном воздухоподогревателе 15 подогревают воздух, сжатый в компрессоре 8 за счет теплоты выхлопных газов газовой турбины 10. При изменении давления в магистральном газопроводе 4 регулятор 12 за счет воздействия на входной направляющий аппарат турбодетандера 7 поддерживает постоянное давление в газопроводе топливного газа 20, в камере сгорания 16 газотурбодетандерной энергетической установки и в камерах сгорания газотурбинных газоперекачивающих агрегатов 26.
Применение дополнительного газоохладителя позволяет осуществить дополнительное охлаждение магистрального газа, предварительно охлажденного в аппаратах воздушного охлаждения 24, увеличить расход газа через магистральный газопровод 23 и повысить экономичность компрессорной станции.