ГАЗОТУРБИННЫЙ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИЙ АГРЕГАТ КОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА
GAS TURBINE PUMPING UNIT OF GAS PIPELINE COMPRESSOR STATION

Изобретение относится к газотурбинным газоперекачивающим агрегатам (ГПА) и может использоваться для дополнительного охлаждения сжатого природного газа, повышения мощности и экономичности газоперекачивающих агрегатов.
Известен испарительный охладитель, а также газотурбинная установка с испарительным охлаждением, содержащая компрессор, камеру сгорания и газовую турбину, в которой перед компрессором со стороны всасывания установлен испарительный охладитель воздушного потока (RU №2471134, F28C 1/02, 27.12.2012). Испарительный охладитель содержит несколько охлаждающих элементов, расположенных в проточном канале, к которым посредством питающего устройства подводится подлежащая испарению или превращению в пар жидкость, преимущественно вода. При этом охлаждающие элементы состоят из нескольких охлаждающих пластин, поверхность которых, предназначенная для образования жидкостной пленки, имеет гидрофильное покрытие, позволяющее предотвратить унос капель воды с воздушным потоком. Плоские охлаждающие элементы ориентированы вертикально и параллельно направлению воздушного потока.
Данное изобретение принято в качестве прототипа предлагаемого изобретения.
В летний период работы разбрызгивание воды в устройстве испарительного охлаждения позволяет охладить цикловой воздух перед компрессором с увеличением его влажности, а также снизить температуру неиспарившейся воды, отводимой из устройства испарительного охлаждения, что обеспечивает повышение мощности и экономичности газотурбинной установки. Недостатком прототипа является возможность его эффективного применения только в летний период при высоких температурах атмосферного воздуха.
Целью предлагаемого изобретения является повышение мощности и экономичности газоперекачивающего агрегата компрессорной станции при его работе как в летний, так и в зимний периоды года с уменьшением расхода электроэнергии на охлаждение природного газа, сжатого в нагнетателе ГПА.
Поставленная цель достигается тем, что газотурбинный газоперекачивающий агрегат компрессорной станции магистрального газопровода содержит газотурбинную установку с компрессором, камерой сгорания, газовой турбиной и испарительным охладителем, установленным перед компрессором газотурбинной установки и снабженным питающим устройством, камерой сбора воды и охлаждающими элементами, расположенными в проточном канале воздушного потока и состоящими из вертикальных охлаждающих пластин с гидрофильным покрытием, к которым посредством питающего устройства подводится вода, причем он дополнительно снабжен водяным газоохладителем, воздушным теплообменником с вентиляторами, установкой химводоочистки, при этом камера сбора воды испарительного охладителя связана трубопроводом охлажденной воды, в который подается дополнительно подпиточная вода из установки химводоочистки, с входом водяного газоохладителя, выход которого соединен трубопроводом подогретой воды с воздушным теплообменником и через трубопровод впрыска с питающим устройством испарительного охладителя.
На Фиг. 1 приведена принципиальная схема предлагаемого газотурбинного газоперекачивающего агрегата компрессорной станции магистрального газопровода, содержащего компрессор 1, регенератор 2, выхлопной газоход 3, газовую турбину 4, камеру сгорания 8, подводящий магистральный газопровод 5, нагнетатель 6, воздуховод 7, испарительный охладитель 9, питающее устройство 10, охлаждающие элементы 11, трубопровод впрыска 12, воздушный теплообменник 13 с вентилятором, трубопровод нагретой воды 14, водяной газоохладитель 15, входной воздуховод 16, камера сбора воды 17, трубопровод охлажденной воды 18, аппарат воздушного охлаждения газа 19, трубопровод подпиточной воды 20, установка химводоочистки 21, отводящий магистральный газопровод 22.
Газотурбинный газоперекачивающий агрегат компрессорной станции магистрального газопровода выполнен следующим образом. Входной воздуховод 16 атмосферного воздуха соединен с испарительным охладителем 9, в котором установлены охлаждающие элементы 11 - пластины с гидрофильным покрытием, камера сбора воды 17, а также питающее устройство 11, выполненное в виде разбрызгивающего оросительного устройства, производящего капельное смачивание гидрофильного покрытия охлаждающих элементов. Выход испарительного охладителя 9 соединен воздуховодом 7 с компрессором 1, который через регенератор 2 и камеру сгорания 8 связан с газовой турбиной 4, соединенной выхлопным газоходом 3 через регенератор 2 с атмосферой. Подводящий магистральный газопровод 5 через нагнетатель 6, водяной газоохладитель 15 и аппарат воздушного охлаждения газа 19 связан с отводящим магистральным газопроводом 22. Камера сбора воды 17 связана трубопроводом охлажденной воды 18 с входом водяного газоохладителя 15, выход которого соединен трубопроводом нагретой воды 14 с воздушным теплообменником 13. Воздушный теплообменник 13 соединен трубопроводом впрыска 12 с питающим устройством 10 испарительного охладителя 9. Разбрызганная в питающем устройстве 10 вода стекает по орошаемым пластинам с гидрофильным покрытием охлаждающих элементов 11 в камеру сбора воды 17. Камера сбора воды 17 связана трубопроводом охлажденной воды 18 с водяным газоохладителем 15. Установка химводоочистки 21 связана трубопроводом подпиточной воды 20 с трубопроводом охлажденной воды 18.
Газотурбинный газоперекачивающий агрегат компрессорной станции магистрального газопровода работает следующим образом. По входному воздуховоду 16 атмосферный воздух поступает в корпус испарительного охладителя 9. По трубопроводу впрыска 12 вода, подогретая при охлаждении сжатого природного газа, подается в питающее устройство 10, разбрызгивается на капли и при теплообмене капель с цикловым воздухом частично испаряется с образованием пара. В результате происходит охлаждение воды и увлажнение воздуха с увеличением его массы. Большая часть неиспарившейся воды стекает по пластинам с гидрофильным покрытием охлаждающих элементов 11 и поступает в камеру сбора воды 17. Увлажненный воздух по воздуховоду 7 подается в компрессор 1, сжимается в нем, подогревается в регенераторе 2 и направляется в камеру сгорания 8. Продукты сгорания топлива расширяются в газовой турбине 4 и через выхлопной газоход 3 и регенератор 2 сбрасываются в атмосферу. Полезная работа газовой турбины 4 используется для привода компрессора 1 и нагнетателя 6, сжимающего природный газ, подводимый в нагнетатель по подводящему магистральному газопроводу 5.
Неиспарившаяся охлажденная вода из камеры сбора воды 17 по трубопроводу охлажденной воды 18 подается на вход теплообменной поверхности водяного газоохладителя 15 и охлаждает природный газ, сжатый в нагнетателе 6. После водяного охладителя 15 он при необходимости охлаждается в аппарате воздушного охлаждения газа 19 и подается в отводящий магистральный газопровод 22.
В летний период работы газоперекачивающего агрегата при повышенных температурах наружного воздуха вода, нагретая в водяном газоохладителе 15 при охлаждении природного газа, сжатого в нагнетателе 6, подается в воздушный теплообменник 13, в котором производится охлаждение этой воды за счет ее теплообмена с атмосферным воздухом, подаваемым вентиляторами, и по трубопроводу впрыска 12 эту воду подают в питающее устройство 10 и разбрызгивают на капли.
В зимний период при низких температурах наружного воздуха вентиляторы воздушного теплообменника 13 полностью или частично отключают и нагретую воду подают в питающее устройство 10. При теплообмене атмосферного воздуха с распыленными каплями подогретой воды происходит подогрев и увлажнение воздуха, подаваемого в компрессор 1.
Предлагаемое изобретение позволяет в летний период работы газоперекачивающего агрегата охлаждать природный газ, сжатый в нагнетателе, с уменьшением расхода электроэнергии на привод вентиляторов аппарата воздушного охлаждения газа. Кроме того, в изобретении производится дополнительное увлажнение циклового воздуха, что обеспечивает повышение мощности газоперекачивающего агрегата. В зимний же период работы при низких температурах атмосферного воздуха это изобретение позволяет повышать температуру и влажность воздуха перед компрессором путем теплообмена атмосферного воздуха с каплями подогретой распыленной воды. При этом за счет полного или частичного отключения вентиляторов воздушного теплообменника будет полностью или частично снижаться расход электроэнергии на электродвигатели вентиляторов аппарата воздушного охлаждения газа.