ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ СТАНЦИЯ

Полезная модель относится к газовой технике, в частности, к газораспределительным станциям для снижения давления газа в газопроводе.
Известна газораспределительная станция (см. а.с. СССР №1672101. М Кл. F17D 1/00. 1991. Бюл. №31), содержащая блок управления, технологический блок с газопроводом высокого и низкого давления и емкость сбора конденсата, соединенную с газопроводом высокого давления и через запорный орган с газопроводом низкого давления.
Недостатком является высокая степень вероятности обмерзания дросселирующих устройств в технологическом блоке из-за явления эффекта Джоуля-Томпсона при дросселировании газа высоконасыщенного паро- и каплеобразующей влагой, а также последующего образования конденсатных пробок в газопроводе низкого давления, особенно при отрицательных температурах окружающей среды, что может привести к аварийным ситуациям.
Известна газораспределительная станция (см. патент РФ №2316693 МПК F17D 1/04, F25B 9/04 опубл. 02.10.2008), содержащая блок управления, технологический блок с газопроводами высокого и низкого давления и емкость сбора конденсата, соединенную с газопроводом высокого давления и через запорный орган с газопроводом низкого давления, на газопроводе высокого давления последовательно установлены эжектор и вихревая труба, а на газопроводе низкого давления установлен теплообменник, при этом выход эжектора соединен с входом вихревой трубы, а выход горячего потока ее с входом теплообменника, причем выход теплообменника соединен с камерой смешивания.
Недостатком является возможность обмерзания регулятора давления в процессе дросселирования газа, особенно высоконасыщенного паро- и каплеобразной влагой, а также аппаратуры контроля, находящейся в неотапливаемом помещении при отрицательных температурах наружного воздуха.
Технической задачей предложенной полезной модели является повышение надежности работы технологического блока преимущественно при отрицательных температурах окружающей газораспределительную станцию среды за счет использования регулируемого перепада давления природного газа в качестве теплоносителя в вихревой трубе путем передачи теплоты горячего потока термодинамически расслоенного газа воде системы отопления помещения станции.
Технический результат по повышению надежности работы достигаются тем, что газораспределительная станция, содержащая блок управления, технологический блок с газопроводами высокого и низкого давления и емкость сбора конденсата, соединенную с газопроводом высокого давления и через запорный орган с газопроводом низкого давления, на газопроводе высокого давления последовательно установлены эжектор и вихревая труба, а на газопроводе низкого давления установлен теплообменник, при этом выход эжектора соединен с входом вихревой трубы, а выход горячего потока ее с входом теплообменника, причем выход теплообменника соединен с камерой смешивания при этом вихревая труба снабжена рубашкой, которая заполнена водой системы отопления и имеет штуцера ввода и вывода воды, соединенные между собой трубопроводом в виде циркуляционного контура с насосами и теплообменником отопления.
На фиг. представлена газораспределительная станция.
Газораспределительная станция содержит блок 1 управления, технологический блок 2 с газопроводами высокого 3 и низкого 4 давления и емкость 5 сбора конденсата, соединенную с газопроводом 3 высокого давления. Газовая полость 6 в емкости 5 сбора конденсата дополнительно соединена через запорный орган 7 с газопроводом 4 низкого давления. Кроме того, газопровод 3 высокого давления связан с газовой полостью в емкости 5 сбора конденсата через конденсатоотводчик 8 и кран 9. В линии связи блока 1 управления и емкости 5 установлен датчик 10 уровня, кран 11 соединяет газопроводом полость 6 с атмосферой. На газопроводе высокого давления 3 последовательно установлены эжектор 12 и вихревая труба 13, а на газопроводе низкого 4 давления установлен теплообменник 14, при этом выход 15 эжектора 12 соединен с входом 16 вихревой трубы 13. Выход 17 холодного потока вихревой трубы 13 соединен с конденсатоотводчиком 8, а выход 18 горячего потока вихревой трубы 13 соединен с входом 19 теплообменника 14, причем выход 20 теплообменника 14 соединен с камерой смешивания 21 эжектора 12.
Вихревая труба 13 снабжена рубашкой 22, которая заполнена водой для системы отопления 23, контактирующей с внешней 24 поверхностью вихревой трубы 13, и имеет штуцера ввода 25 и вывода 26 воды, соединенные между собой трубопроводом 27 в виде циркуляционного контура с насосом 28 и теплообменником 29 системы отопления 23.
Газораспределительная станция работает следующим образом.
В зависимости от давления природного газа в газопроводе 3 высокого давления на входе в газораспределительную станцию осуществляют понижение давления в газоприводе 4 низкого давления для потребителей от 1,2-0,3 МПа до 3,5-2 кПа (см., например, стр.169 Кязимов К.Г., Гусев В.Е. Устройство и эксплуатация газового хозяйства - М.: 2004 - 384 с. ил.) посредством регуляторов давления. Осуществление сброса давления между газопроводами высокого 3 и низкого 4 давления, т.е. дросселирование потока газа сопровождается снижением его энергетического потенциала с последующим рассеиванием без совершения полезной работы. Использование вихревой трубы 13 в качестве устройства снижения давления с термодинамическим разделением природного газа на горячий и холодный потоки приводит не только к устранению вероятности образования конденсатных пробок, обмерзания элементов и оборудования газораспределительной станции путем подогрева холодного потока газа, поступающего от конденсатоотводчика 8, но и нагревает внешнюю 24 поверхность вихревой трубы 13 до 80-100°С и более, в зависимости от количества природного газа, направляемого в вихревую трубу 13 (см., например, Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в промышленности. Куйбышев. 1969. с ил.). Использование теплоты, выделяемой внешней 24 поверхностью вихревой трубы 13 со средней температурой около 90°С происходит путем контакта ее с водой системы отопления 23, находящейся в рубашке 22, которая нагреваясь, например, при противоточном движении, как наиболее эффективном с точки зрения теплообмена (см., например, стр.448. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М., 1975) с перемещением горячего потока термодинамически расслоенного природного газа от входа 16 вихревой трубы 13 к выходу горячего потока 18 и перемещением в противоположном направлении воды системы отопления 23 от ввода 25 к выводу 26 рубашки 22. Дальнейшее движение воды по трубопроводу 27 циркуляционного контура осуществляется под воздействием насоса 28, который направляет ее в теплообменник 29 для обогрева помещения газораспределительной станции. От теплообменника 29 вода системы отопления 23 поступает к штуцеру ввода 25 рубашки 22 и процесс обогрева помещения газораспределительной станции непрерывно повторяется, поддерживая необходимую, в зависимости от температуры наружного воздуха, температуру внутри отапливаемого помещения без сжигания природного газа, например, на автоматизированном газовом водонагревателе (АГВ) как широко используемом для водяного отопления жилых и производственных помещений.
Газ по газопроводу 3 высокого давления поступает в технологический блок 2, проходит по эжектору 12 и из его выхода 15 поступает во вход 16 вихревой трубы 13. В результате термодинамического расслоения (см. например, Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в промышленности. Куйбышев, 1969) в вихревой трубе 13 газ, поступающий из эжектора 12, разделяется на периферийный горячий поток (температура потока превышает температуру газа, поступающего в вихревую трубу 13) и осевой холодный поток (температура потока ниже температуры газа, поступающего в вихревую трубу). Холодный поток газа (объемом не менее 80% от общего объема газа, поступающего в вихревую трубу 13) с конденсатом, полученным как в процессе охлаждения парообразующей влаги при термодинамическом расслоении газа, так и сопутствующий движущемуся газу по газопроводу высокого давления, проходит через конденсатоотводчик 8, где происходит отбор конденсата с последующим его самотеком через кран 9 по трубопроводу в емкость 5 сбора конденсата. При заполнении емкости 5 до определенного уровня (например, 0,75 объема) от датчика 10 уровня поступает сигнал в блок 1 управления о необходимости опорожнить емкость 5. Для опорожнения емкости 5 закрывается кран 9 и открывается запорный орган 7. Газ, находящийся в емкости 5 поступает в газопровод 4 низкого давления, и тем самым в емкости 5 для сбора конденсата давление снижается. Это позволяет перекачивать находящийся там конденсат в забирающее устройство, например, автоцистерну, перекрывая запорный орган 7 и открывая кран 11.
Очищенный от конденсата холодный поток газа с давлением, более низким, чем давление газа на входе 16 вихревой трубы 13 (принцип работы вихревой трубы), поступает в теплообменник 14, куда одновременно из выхода 18 горячего потока вихревой трубы 13 во вход 19 теплообменника 14 поступает газ с повышенной температурой по сравнению с температурой газа, поступающей по газопроводу 3 высокого давления в вихревую трубу 13, и рекуперативно передает тепло газу, движущемуся от конденсатоотводчика, повышая его температуру перед редуцированием. В результате в дросселирующее устройство технологического блока 2 поступает газ с уменьшенным давлением (холодный поток после вихревой трубы 13) и частично нагретый в теплообменнике 14, что увеличивает надежность работы дросселирующего устройства, т.к. сопутствующий данному процессу эффект Джоуля-Томпсона (см., например, стр.199. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М., 1975) не вызовет с большей степенью вероятности (по сравнению с прототипом) появление инея и даже обмерзания конденсирующейся влаги.
Горячий поток газа из выхода 20 теплообменника 14 направляется в камеру смешивания 21 эжектора 12 и, смешиваясь с газом, поступающим в эжектор 12 из газопровода 3 высокого давления, вновь направляется в вихревую трубу. Использование эжектора 12 позволяет предотвратить потери газа, термодинамически расслоенного в вихревой трубе 13 на холодный осевой поток и горячий периферийный поток (около 20%).
Оригинальность предлагаемой полезной модели по повышению надежности работы, особенно технологического блока преимущественно при отрицательных температурах наружного воздуха заключается в том, что потенциал перепада давления между газопроводами высокого и низкого давления ранее, например, по прототипу, рассеиваемый в окружающую среду на регуляторе давления, в заявляемом техническом решении используется как энергетический теплоноситель в системе отопления помещения газораспределительной станции путем вихревой трубы, которая нагревает свою внешнюю поверхность при термодинамическом расслоении газа до температуры около 90°С в рубашке с водой, циркулирующей в системе отопления, т.е. вихревая труба выполняет не только функцию регулятора давления, но и является теплоисточником.