RU2148195C1

RU2148195C1 - Method of operation of gas-ejector-turbine set

Info

Publication number: RU2148195C1
Application number: RU98116413A
Authority: RU
Inventors: В.И. Гуров; И.Ф. Супонников
Original assignee: Гуров Валерий Игнатьевич; Супонников Игорь Федорович
Priority date: 1998-08-31
Filing date: 1998-08-31
Publication date: 2000-04-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; methods of utilization of gauge pressure of natural gas. SUBSTANCE: natural gas is passed through ejector by means of which rarefaction at turbine outlet is built. Air atmosphere is passed through turbine. Gas-air mixture formed in ejector, with volumetric content of natural gas not less than 30 % of mixture volume, is directed into heat generating device. At pressure drop of natural gas, its temperature is maintained not lower than 273 K. EFFECT: increased service life and reliability of set. 1 dwg

Description

Изобретение относится к способам утилизации избыточного давления природного газа в системе газораспределения и наибольшее применение может найти при снижении давления газа на газораспределительных станциях (ГРС) и газорегуляторных пунктах (ГРП). The invention relates to methods for utilizing excess pressure of natural gas in a gas distribution system and can be most widely used for reducing gas pressure at gas distribution stations (GDS) and gas control points (HF).

Известен способ эффективного использования турбодетандера взамен редуктора давления для снижения избыточного давления природного газа на ГРС и ГРП. Так, по техническому решению, принятому за аналог и представленному в рекламном проспекте "Внешторгиздат. Изд. N 01М032/5, 1989", турбодетандер в виде одноступенчатой центростремительной турбины работает на снижении давления природного газа расходом 4 кг/с и производит мощность в количестве 300 кВт. Эта мощность через редуктор передается электрогенератору. Таким образом, при снижении избыточного давления природного газа достигается положительный эффект - вырабатывается электроэнергия. Однако недостатком технического решения, принятого за аналог, является низкая надежность работы установки из-за получения температуры природного газа за турбиной ниже 273 К. There is a method of efficient use of a turboexpander instead of a pressure reducer to reduce the overpressure of natural gas on gas distribution and hydraulic fracturing. So, according to the technical solution adopted for the analogue and presented in the brochure Vneshtorgizdat. Edition N 01М032 / 5, 1989, a turbine expander in the form of a single-stage centripetal turbine works to reduce the pressure of natural gas with a flow rate of 4 kg / s and produces a capacity of 300 kW This power is transmitted to the generator through a gearbox. Thus, with a decrease in the overpressure of natural gas, a positive effect is achieved - electricity is generated. However, the disadvantage of the technical solution adopted for the analogue is the low reliability of the installation due to the temperature of natural gas behind the turbine below 273 K.

Известен способ работы газотурбодетандерной установки по патенту РФ N 2091592 от 23 августа 1994 года, принятый за прототип и основанный на совмещении работы турбодетандера природного газа и работы авиационного газотурбинного двигателя (АГТД) с поддержанием температуры выходящего из турбодетандера природного газа не ниже 273 К путем предварительного нагрева его теплом выхлопных газов АГТД. При этом снижение температуры природного газа (ПГ) при снижении его давления в турбодетандере, соединенном механически с потребителем мощности, компенсируется соответствующим или большим приращением входной температуры ПГ. Таким образом, в техническом решении по прототипу снижают давление природного газа, поддерживают его температуру на уровне не ниже 273 К и используют для получения полезной мощности турбину, соединенную механически с потребителем мощности. A known method of operation of a gas turbine expander installation according to the patent of the Russian Federation N 2091592 dated August 23, 1994, adopted as a prototype and based on combining the operation of a natural gas turbine expander and the operation of an aircraft gas turbine engine (AGTD) with maintaining the temperature of the natural gas leaving the turbine expander not lower than 273 K by preheating its heat exhaust gas AGTD. In this case, a decrease in the temperature of natural gas (GH) with a decrease in its pressure in the turboexpander, connected mechanically to the power consumer, is compensated by a corresponding or large increment in the inlet temperature of the GHG. Thus, in the technical solution of the prototype, the pressure of natural gas is reduced, its temperature is maintained at a level not lower than 273 K, and a turbine connected mechanically to the power consumer is used to obtain useful power.

Однако недостатками технического решения по прототипу являются малый ресурс работы установки из-за использования АГТД и низкая надежность из-за возможного появления утечек природного газа при его прохождении через турбину. However, the disadvantages of the technical solution of the prototype are the small resource of the installation due to the use of gas turbine engine and low reliability due to the possible occurrence of leaks of natural gas during its passage through the turbine.

Задачами предлагаемого изобретения являются повышение ресурса работы агрегата и повышение его надежности. Эти задачи решаются тем, что в предлагаемом способе работы газоэжекторно-турбинного агрегата снижают давление природного газа, поддерживают его температуру на уровне не ниже 273 К и используют для получения полезной мощности турбину, соединенную механически с потребителем мощности, причем природный газ пропускают через эжектор, с помощью которого создают разрежение на выходе из турбины, через которую пропускают воздух из атмосферы, и получаемую в эжекторе газовоздушную смесь с объемным содержанием природного газа не менее 30% от объема смеси направляют в теплогенераторное устройство. The objectives of the invention are to increase the service life of the unit and increase its reliability. These problems are solved by the fact that in the proposed method of operation of the gas ejector-turbine unit, they reduce the pressure of natural gas, maintain its temperature at a level not lower than 273 K and use a turbine connected mechanically with a power consumer to obtain useful power, and natural gas is passed through an ejector, with by means of which a vacuum is created at the exit of the turbine, through which air is passed from the atmosphere, and the gas-air mixture obtained in the ejector with a volumetric content of natural gas of at least 30% of esi directed to Thermo-generated device.

Заявителю не известны технические решения, содержащие признаки, схожие с признаками, отличающими заявленное решение от прототипа, что позволяет считать предложенное решение патентоспособным. The applicant is not aware of technical solutions containing features similar to those distinguishing the claimed solution from the prototype, which allows the proposed solution to be considered patentable.

Конструктивная схема агрегата, реализующего предложенный способ, представлена на чертеже. Она включает магистраль 1 природного газа высокого давления, эжектор 2, магистраль 3, воздушную турбину 4 с выходом 5, потребитель 6 мощности, теплогенераторное устройство 7, регулировочный орган 8. The structural diagram of the unit that implements the proposed method is presented in the drawing. It includes a high-pressure natural gas line 1, an ejector 2, a line 3, an air turbine 4 with an output of 5, a power consumer 6, a heat generating device 7, an adjusting body 8.

Работа агрегата, представленного на чертеже, осуществляется следующим образом. При открытии регулировочного органа 8 природный газ высокого давления по магистрали 3 поступает в эжектор 2, который за счет высокоскоростного потока природного газа создает разрежение на выходе 5 воздушной турбины 4. За счет этого разрежения воздух поступает из атмосферы в турбину 4 и затем через выход 5 в эжектор 2, в котором происходит смешение природного газа и воздуха. Газовоздушная смесь из эжектора 2 поступает в теплогенераторное устройство 7, в котором происходит ее сжигание. Поддержание объемного содержания природного газа не менее 30% объема газовоздушной смеси осуществляется подбором эжектора 2 и корректируется регулировочным органом 8. Мощность воздушной турбины 4 передается потребителю мощности 6. Предел по 30%-ному содержанию природного газа в смеси обусловлен ограничением, связанным с возможностью образования гремучей смеси. The operation of the unit shown in the drawing is as follows. When the regulator 8 is opened, high-pressure natural gas enters the ejector 2 through the line 3, which, due to the high-speed flow of natural gas, creates a vacuum at the outlet 5 of the air turbine 4. Due to this vacuum, air enters from the atmosphere into the turbine 4 and then through the outlet 5 to ejector 2, in which the mixture of natural gas and air occurs. The gas-air mixture from the ejector 2 enters the heat-generating device 7, in which it is burned. The volumetric content of natural gas is maintained at least 30% of the volume of the air-gas mixture by selecting an ejector 2 and is adjusted by the regulating authority 8. The power of the air turbine 4 is transferred to the power consumer 6. The limit on 30% content of natural gas in the mixture is due to the restriction associated with the formation of explosive mixtures.

Повышение ресурса работы агрегата, представленного на чертеже, достигается использованием малого уровня давлений в воздушной турбине 4, а повышение надежности - отсутствием природного газа в турбине. Одним из преимуществ предлагаемого агрегата является его простота и использование надежных элементов и узлов, его составляющих. Кроме того, в процессе снижения давления природного газа дополнительно получается полезный эффект в виде мощности потребителя 6. The increase in the service life of the unit, shown in the drawing, is achieved by using a low pressure level in the air turbine 4, and the reliability is improved by the absence of natural gas in the turbine. One of the advantages of the proposed unit is its simplicity and the use of reliable elements and components. In addition, in the process of reducing the pressure of natural gas, an additional beneficial effect is obtained in the form of consumer power 6.

Для иллюстрации изложенного приводим результаты расчета агрегата, схематично представленного на чертеже, при следующих исходных данных. To illustrate the foregoing, we present the results of the calculation of the unit, schematically presented in the drawing, with the following initial data.

1. Давление природного газа в магистрали 1 - 1,3 МПа
2. КПД турбины 4 - 0,7
3. Температура наружного воздуха - 288 К
4. Температура природного газа в магистрали 1- 288 К
5. Расход природного газа через эжектор 2 - 0,6 кг/с
6. Давление газовоздушной смеси за эжектором 2 - 0,1 МПа
7. Расход воздуха через турбину 4 - 0,6 кг/с
Расчеты при использовании приведенных исходных данных показывают, что отношение давлений на турбине 4 равно 1,9, а ее мощность достигает 20 кВт. При этом температура газовоздушной смеси за эжектором 2 составляет 277 К. В качестве теплогенераторных устройств 7 могут быть использованы различные нагревательные печи общепромышленного применения, а также устройства типа ТГУ-500 производства КБ химавтоматики, г. Воронеж.1. The pressure of natural gas in the highway 1 - 1.3 MPa
2. The efficiency of the turbine 4 - 0.7
3. Outdoor temperature - 288 K
4. The temperature of natural gas in the line 1 - 288 K
5. The consumption of natural gas through the ejector 2 - 0.6 kg / s
6. The pressure of the gas mixture behind the ejector 2 - 0.1 MPa
7. Air flow through the turbine 4 - 0.6 kg / s
Calculations using the given initial data show that the pressure ratio on turbine 4 is 1.9, and its power reaches 20 kW. The temperature of the gas-air mixture behind the ejector 2 is 277 K. As a heat-generating devices 7 can be used various heating furnaces of general industrial use, as well as devices of the type TGU-500 manufactured by KB chemical engineering, Voronezh.

Предлагаемые агрегаты могут найти применение на ГРС промышленных объектов, на которых помимо использования природного газа для получения тепла может быть полезна получаемая попутно электроэнергия. The proposed units can be used at gas distribution stations for industrial facilities where, in addition to using natural gas, heat can be useful for generating electricity along the way.

Предполагается внедрение способа в АО "Краснодарнефтегаз" в 1999 году. It is assumed the introduction of the method in JSC Krasnodarneftegaz in 1999.

Claims

The method of operation of the gas ejector-turbine unit, which consists in reducing the pressure of natural gas, maintaining its temperature at a level not lower than 273K and using a turbine connected mechanically to a power consumer to obtain useful power, characterized in that the natural gas is passed through an ejector, with with the help of which a vacuum is created at the exit of the turbine, through which air is passed from the atmosphere, and the gas-air mixture obtained in the ejector with a volumetric content of natural gas of at least 30% of the volume of the mixture apravlyayut in Thermo-generated device.