Установка снабжения природным газом

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УСТАНОВКА СНАБЖЕНИЯ ПРИРОДНЫМ ГАЗОМ(73) Патентообладатель Новиков Александр Леонидович(57) Установка снабжения природным газом, подключенная к магистральному газопроводу и газопроводной сети потребителей, содержащая редуцирующее устройство, выполненное в виде турбодетандера и устройство для заполнения баллонов газом, состоящее из установленного на линии отбора нагнетателя, кинематически связанного с турбодетандером, охладителя, установленного на линии отбора газа и подключенного второй полостью к выходу турбодетандера и ресивера с арматурой для соединения с баллонами,отличающаяся тем, что установка снабжена конденсатором, подключенным одной полостю на входе - к выходу охладителя, а на выходе - к нагнетателю, второй полостью на входе - к выходу турбодетандера, а на выходе - к входу охладителя, причем нагнетатель выполнен в виде насоса.(56) 1. Баррон Р.Ф. Криогенная техника.-м. Энергоатомиздат, 1989.-С. 86-87. 2. А.с. СССР 1576806, МКИ 25 11/06,1990. 3. Отчет ЦНПК Нефтегазтехнология Технико-экономическое обоснование производства с использованием жидкого азота на ГРС Восточная г. Минска, Харьков, 1991.-С. 138-142. Фиг. 1 Установка снабжения природным газом 1723 1 Изобретение относится к средствам транспортирования и раздачи потребителям природного газа. Добываемый природный газ транспортируют на большие расстояния по магистральным газопроводам под давлением 3-5 МПа. При раздаче газа в газопровод сети потребителей его давление понижают до 0,6-1,2 МПа на газораспределительных станциях. Кроме того, часть потребителей, например автотранспорт, снабжают сжатым до 20 МПа газом в баллонах. Известны также системы ожижения природного газа, основанные на тепловом эффекте дросселирования газа, как например система, описанная в 1. Наиболее близкой к изобретению является установка, подключенная к магистральному газопроводу и газопроводной сети потребителей, содержащая редуцирующее устройство, выполненное в виде турбодетандера и устройство для заполнения баллонов газом, состоящее из установленного на линии отбора газа нагнетателя, кинематически связанного с турбодетандером, охладителя, установленного на линии отбора газа и подключенного второй полостью к выходу турбодетандера и ресивера с арматурой для соединения с баллонами. Однако, принятое за прототип техническое решение является энергоемким и требует больших энергозатрат на заполнение баллонов газом из-за нерационального использования возможностей энергии расширения газа. В основу изобретения положена задача создания установки снабжения природным газом, которая обеспечила бы снижение энергозатрат на заполнение баллонов газом. Поставленная задача решается тем, что в определенной последовательности осуществляются технологические операции, обеспечивающие оптимальное использование энергии расширения в детандере и сопутствующее охлаждение сдетандированного потока газа в счет того, что установка снабжена конденсатором,подключенным одной полостью на входе - к выходу охладителя, а на выходе- к нагнетателю, второй полостью на входе - к выходу турбодетандера, а на выходе - к входу охладителя, причем нагнетатель выполнен в виде насоса. Отбираемый из магистрального газопровода газ вначале охлаждают в охладителе, используя для этого сдетандированный газ после ожижения в конденсаторе части охлажденного газа для заправки в баллоны, при этом процесс ожижения производят при давлении магистрального газопровода. Охлаждение отобранного из магистрального газопровода газа в охладителе проводят до температуры, соответствующей получению на выходе из детандера температуры меньшей, чем температура ожижения газа при давлении магистрального газопровода. Установка подключена к магистральному газопроводу и сети потребителей через охладитель, после охладителя на линии отбора установлен конденсатор, соединенный по стороне низкого давления с детандером и охладителем, а по стороне высокого давления подключенный к нагнетателю, причем в качестве нагнетателя применен насос. Отличительной особенностью заявляемого изобретения является то, что необходимое для заполнения баллонов газом давление, около 24 МПа, получают сжатием ожиженного в конденсаторе газа насосом с приводом от турбодетандера. В связи с тем, что сжатие ожиженного газа сопровождается небольшим изменением объема в сравнении со сжатием в газовой фазе, энергопотребление процесса значительно сокращается. Кроме того, снижение давления газа с отбором мощности в детандере сопровождается производством холодного потока газа, который используется для предварительного охлаждения и последующего ожижения сжимаемой части газа. Отличительные особенности заявляемого устройства обеспечивают оптимальную с точки зрения энергозатрат последовательность проведения технологических операций. В результате получена экологически чистая установка, работающая на утилизации энергии сжатого газа в магистральном газопроводе при его детандировании в газопровод системы потребителей. На фиг.1 изображена принципиальная схема установки снабжения природным газом. На фиг.2 представлена -1 Р диаграмма (энтальпия-логарифм давления) метана, с нанесенными на ней процессами, проходящими в установке и поясняющая принцип ее работы. Буквами на рисунках отмечены характерные точки в установке и соответствующие им состояния газа на -1 Р диаграмме. Установка подключается к магистральному газопроводу в точке (а) и к газопроводу сети потребителей в точкечерез охладитель 1, и содержит турбодетандер 2, конденсатор 3, насос 4, ресивер 5, а также регулятор 6 и арматуру 7 для подсоединения заправляемых баллонов 8. На ресивере установлен обратный клапан 9 для предотвращения сброса давления при остановке. Насос 4 соединен с турбодетандером валом 10. Установка работает следующим образом. Из магистрального газопровода отбирается часть газа, например 0,5 кг/с при давлении 3,6-5,5 МПа и пропускается через охладитель 1, где производится 1723 1 его охлаждение до температуры порядка 195-210 к холодным потокам газа. Состояние охлажденного газа на выходе из охладителя отмечено точкой , а соответствующий процесс изображен линией ( а-) на -1 Р диаграмме. После охладителя поток газа разделяется. Большая часть, около 0,45 кг/с в рассматриваемом примере, через регулятор 6 подается на детандер 2, где производит работу на валу в процессе расширения до давления порядка 0,6-1,2 в сети потребителей. В результате процесса детандирования (линия -с) происходит снижение температуры потока до 150-170 К. Затем оба потока направляются в конденсатор 3, где происходит сжижение потока ( линия -), идущего на заправку в баллоны, холодным потоком после детандера ( линия с-е). Если, например расход газа на заправку в баллоны взят около 0,05 кг/с, тогда сдетандированный поток подогреется до температуры порядка 165-175 К, состояние соответствующее точке (е). Далее ожиженный поток сжимают насосом 4 (линия (-) до давления порядка 2,4 МПа и температурой около 255-270 К и направляют в ресивер 5. Поток сдетандированного газа низкого давления после конденсатора направляется в охладитель 1, для охлаждения потока из магистрального газопровода (линия е-), после чего сбрасывается в газопровод сети потребителей в состоянии . Получаемая в детандере мощность на валу, порядка 32 кВт в приведенном примере, потребляется насосом, около 25 кВт, и расходуется на преодоление дискового трения и трения в опорах, порядка 4 кВт. Таким образом, осуществляется снабжение потребителей природным газом от магистрального газопровода в городской сети с давлением 0,6-1,2 МПа и баллонами с газом под давлением порядка 20 МПа. В настоящее время на газозаправочных станциях заполняют баллоны с помощью поршневых компрессоров, потребляющих около 60 кВт электроэнергии на сжатие 0,05 кг/с газа от давления 4 МПа до 22 МПа. Заявляемое изобретение позволяет существенно сократить эксплуатационные расходы на заполнение баллонов (в приведенном примере отсутствует потребление электроэнергии на сжатие ) и помимо этого сокращает капитальные затраты на установленное оборудование, поскольку существенно сокращаются габариты и металлоемкость установки. оставитель Т. С. Волосевич Редактор В.Н. Позняк Корректор Т.Н. Никитина Заказ 1473 Тираж 20 экз. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.