Система производства электроэнергии при сжижении природного газа на газораспределительной станции
ELECTRIC POWER GENERATION SYSTEM DURING LIQUEFACTION OF NATURAL GAS AT GAS DISTRIBUTION STATION

Изобретение относится к области теплоэнергетики, более точно, к производству электроэнергии при использовании технологических перепадов давления транспортируемого природного газа на газораспределительных станциях магистральных газопроводов, а также, к утилизации тепла при сжижении природного газа на газораспределительных станциях.
Изобретение может найти применение при организации процесса сжижения природного газа в условиях газораспределительной станции (ГРС).
Идея использования технологических перепадов давления транспортируемого природного газа на ГРС общеизвестна. Практически все известные проекты использования избыточной энергии давления газа при его редуцировании в системах газораспределения и потребления направлены на производство электрической энергии.
Например, известно устройство для использования энергии избыточного давления газа на газораспределительной станции газопровода для получения электроэнергии: Мальханов В.П. «Об утилизационной турбодетандерной установке УТДУ-2500 на ГРС-7 г. Днепропетровск», журнал «Энергосбережение и водоподготовка» №4, 2002, с. 45-47, содержащее кинематически соединенный с электрогенератором турбодетандер, подключенный входным патрубком к трубопроводу высокого давления до ГРС, выходным патрубком - к трубопроводу низкого давления за ГРС, а также подогреватели газа, установленные в линии трубопровода высокого давления перед детандером, обеспечивающие нагрев газа за счет сжигания части газа, прокачиваемого через детандер. Недостатком известного устройства является необходимость в использовании источника энергии, в котором косвенно или непосредственно используется процесс сжигания топлива, например, природного газа. Это требует расхода природного топлива, соответственно, ухудшая экономические и экологические показатели известного устройства.
Также, известна установка для комбинированного электро- и хладоснабжения на газораспределительной станции, защищенная патентом РФ №2665752, МПК F17D1/04, опубл. 04.09.2018, патентообладатель ООО «Газхолодтехника» (RU). Известная установка смонтирована между газопроводом высокого давления и газопроводом низкого давления и содержит основную линию подачи природного газа на детандер, кинематически соединенный с электрогенератором, блок осушки, установленный перед детандером, и теплообменник, вход которого подключен к выходу детандера. Установка содержит основной подогреватель газа, подключенный в линии газопровода высокого давления перед блоком осушки, и дополнительную линию подачи природного газа, которая проходит от второго выхода основного подогревателя газа через регулятор давления и соединяется с основной линией подачи природного газа в газопроводе низкого давления, при этом, к выходу теплообменника подсоединен дополнительный подогреватель газа с регулятором для регулирования температуры газа, направляемого в газопровод низкого давления, а теплообменник соединен трубопроводами подвода и отвода хладоносителя с потребителем холода. Известная установка позволяет эффективно утилизировать потенциальную энергию природного газа на ГРС. Однако наличие блока осушки перед детандером усложняет конструкцию известной установки, а необходимость применения основного подогревателя газа, подключенного в линии газопровода высокого давления перед блоком осушки снижает ее энергоэффективность.
2
Широко известны технологии и системы сжижения природного газа с расположением установок и комплексов по производству сжиженного природного газа (СПГ) на ГРС, что дает возможность использовать давление газа в газопроводе для реализации технологического цикла. Одним из основных элементов систем сжижения природного газа является блок очистки от СО. В режиме регенерации блока подается горячий, с температурой до +300°С, газ. После десорбции, как правило, горячий газ, без утилизации его тепла, охлаждается, например, в аппарате воздушного охлаждения и направляется потребителю.
Решение задачи утилизации тепла горячего газа после десорбции позволит улучшить экологические параметры работы систем сжижения природного газа, а направление горячего газа после десорбции на обеспечение эффективной работы различных систем ГРС, позволит повысить экономические параметры работы ГРС в целом.
Целью изобретения является повышение энергетической и экологической эффективности работы ГРС, обеспечение ее энергонезависимости, а также обеспечение энергонезависимости блока сжижения природного газа, работающего на базе такой ГРС с получением сжиженного природного газа высокого качества.
Техническим результатом изобретения является разработка системы производства электроэнергии при сжижении природного газа на газораспределительной станции магистрального газопровода, обеспечивающей полную энергонезависимость и ГРС и блока сжижения, работающего на ней, получение сжиженного природного газа высокого качества.
Поставленная цель и требуемый технический результат достигаются за счет того, что система производства электроэнергии смонтирована на газораспределительной станции и подключена к блоку сжижения природного газа, подаваемого на газораспределительную станцию по магистральному газопроводу. Система включает соединенные трубопроводами подвода, отвода природного газа теплообменник-утилизатор, детандер-генератор, блок очистки в блоке сжижения природного газа с подогревателями газа и аппарат воздушного охлаждения. Поток природного газа, подаваемый по магистральному газопроводу, разделен на две ветви: первая подключена на первый вход теплообменника-утилизатора и далее на вход детандер-генератора, после прохождения которого газ по первой ветви направляется потребителям газораспределительной станции. Вторая ветвь подключена на вход блока очистки в блоке сжижения природного газа, а выход блока очистки подсоединен ко второму входу теплообменника-утилизатора, второй выход которого подсоединен ко входу аппарата воздушного охлаждения, на выходе из которого газ направляется потребителям газораспределительной станции. Установлена электрическая связь с генератором детандер-генератора для направления электрической энергии на энергоснабжение и обеспечение энергонезависимости блока сжижения природного газа на газораспределительной станции.
При осуществлении изобретения, установка детандер-генератора и подсоединение к его входу ветви потока природного газа, подаваемого по магистральному газопроводу на ГРС, дает возможность выработки электрической энергии и направления ее на энергоснабжение ГРС и всех блоков, работающих в составе ГРС. Теплообменник-утилизатор в системе производства электроэнергии установлен с целью предварительного подогрева потока природного газа теплом газов регенерации, утилизируя тепло газов регенерации и обеспечивая отказ от дополнительных электрических и газовых подогревателей газа, подаваемого по магистральному газопроводу на вход детандер-генератора для обеспечения оптимальной работы детандер-генератора, без конденсата влаги, без шлаков. Для утилизации в теплообменнике-утилизаторе газы регенерации подаются от блока очистки блока сжижения, работающего на ГРС.
Утилизация тепла способствует повышению экономической и экологической эффективности работы ГРС, а также всех блоков, работающих в ее составе.
Настоящее изобретение и его преимущества будут более понятны путем ссылки на последующее описание и прилагаемый чертеж. На чертеже показана конструктивная схема системы производства электроэнергии на газораспределительной станции. Различные требуемые вспомогательные системы, такие как клапаны, смесители потоков, системы регулирования и датчики исключены из чертежа в целях упрощения и ясности представления.
Система производства электроэнергии, смонтированная на газораспределительной станции и подключенная к магистральному газопроводу 1, включает в себя теплообменник-утилизатор 2, детандер-генератор 3, аппарат 9 воздушного охлаждения. Система подключена ко входу блока 8 очистки в блоке сжижения природного газа с подогревателями 6, 7 газа. По потоку 5 в блок 8 очистки в блоке сжижения подается газ регенерации. По потокам 4 и 10 газ направляется потребителям газораспределительной станции, по потоку 11 газ направляется на сжижение.
В одном конкретном исполнении, в соответствии с прилагаемым чертежом, система производства электроэнергии работает следующим образом.
Система производства электроэнергии смонтирована на ГРС, на которой, в свою очередь, установлен блок сжижения природного газа, поступающего по магистральному газопроводу. Поток 1 природного газа, поступающий из магистрального газопровода с температурой от 0°С до 10°С и давлением 5,5-7,3 МПа, делится на две ветви: первая ветвь подключена на первый вход теплообменника-утилизатора 2, где магистральный газ подогревается до температур не ниже +80°С и далее подается на вход детандер-генератора 3. Для нормальной работы детандер-генератора 3 необходимо подогреть входной газ до температуры не ниже +80°С. Это необходимо, чтобы на выходе не было конденсата влаги и шлаков, которые могут нарушить нормальную работу детандер-генератора 3. После детандер-генератора 3 газ потоком 4 направляется потребителям газораспределительной станции с давлением 1,2 МПа и температурой не ниже 0°С. Одновременно с этим, в блок сжижения, также смонтированный на данной ГРС, подается газ регенерации на вход блока 8 очистки. Газ регенерации, подаваемый потоком 5, греется в подогревателях 6, 7 газа. В данном конкретном исполнении в качестве подогревателя 6 выступает печь (газовая горелка), а подогреватель 7 - электрический подогреватель газа.
2
2
Одним из основных элементов блока сжижения природного газа является блок очистки от СО. В режиме регенерации в блок подается горячий, с температурой до +300°С, газ. После десорбции горячий газ охлаждается и направляется потребителю. По специфике работы блока сжижения, на блок очистки от СО горячий газ подается непрерывно. В системе производства электроэнергии один из выходов блока 8 очистки подсоединен ко второму входу теплообменника-утилизатора 2, позволяя утилизировать избыточное тепло газа и нагревая с его помощью газ, подаваемый из магистрального газопровода. В результате газ, идущий на вход детандер-генератора 3, подогревается до необходимой температуры +80°С с использованием утилизированного тепла.
Второй выход теплообменника-утилизатора 2 подсоединен ко входу аппарата 9 воздушного охлаждения, в котором газ дополнительно охлаждается и подается потребителям газораспределительной станции с давлением 1,2 МПа и температурой не ниже 0°С.
Кроме этого, установлена электрическая связь с генератором детандер-генератора 3 для направления электрической энергии на энергоснабжение и обеспечение энергонезависимости блока сжижения природного газа на газораспределительной станции. Электрическая энергия направляется в блок сжижения на обеспечение работы электрических подогревателей газа, приводов компрессоров и т.п., а также на собственные нужды ГРС.
На вход детандер-генератора, для его эффективной работы, направляется теплый, подогретый газ. Обычно такой газ греют либо электричеством, либо газовой горелкой. В системе производства электроэнергии газ, подаваемый на вход детандер-генератора, греем теплом газов регенерации от блока очистки в блоке сжижения, т.е. утилизируем, энергосберегаем это тепло.
Такая компоновка системы производства электроэнергии на ГРС в процессе сжижения природного газа, поступающего на ГРС, позволяющая утилизировать тепло и использующая для подогрева газа в детандер-генераторе тепло газов регенерации с одновременным обеспечением возможности получения гарантированно качественного продукта - сжиженного природного газа, значительно повышает энергетическую и экологическую эффективность работы ГРС, обеспечивает ее энергонезависимость и энергонезависимость всех блоков, работающих в составе такой ГРС.