Устройство для регулирования давления в газовой магистрали

 

Использование: в магистралях, обеспечивающих снабжение потребителей сжатым газом и паром. Устройство содержит газораспределительное устройство, газовую расширительную машину, нагруженную электрическим генератором, и магистрали входного и выходного давлений, а также контроллер, датчик давления и регулируемый теплообменник-холодильник. Газораспределительное устройство выполнено в виде набора труб разного диаметра с установленными на них запорными устройствами, управляемыми через контроллер от датчика давления, подсоединенного к выходной магистрали. Газовая расширительная машина выполнена в виде нерегулируемого по числу оборотов турбодетандера с парциальным подводом газа к соплам. Электрический генератор соединен последовательно с регулируемым по частоте инвертором. Входы труб газораспределительного устройства соединены с входной магистралью, выходы - с группами сопел газовой расширительной машины, выход которой связан с выходной магистралью через регулируемый теплообменник-холодильник. Технический результат: более полное использование энергетических ресурсов газового потока. 1 ил.

Изобретение относится к области топливно-энергетического комплекса и может быть использовано в магистралях, обеспечивающих снабжение потребителей сжатым газом и паром.

Известны устройства для регулирования давления (выполненные в виде газораспределительных станций или газораспределительных пунктов), включающие регулятор давления, содержащий регулируемый дроссель, а также запорную и предохранительную арматуру (Шур И. А. Газорегуляторные пункты и установки. Л.: Недра, 1985, - 288 с.).

Недостатком таких устройств является то, что они при обеспечении стабилизации давления в магистрали существенно обесценивают энергию газового потока вследствие его дросселирования.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для регулирования давления газа в магистрали (Журнал "Директор", 2, 2002, с. 48), содержащее газораспределительное устройство, газовую расширительную машину, электрический генератор и магистрали входного и выходного давлений, причем магистраль входного давления соединена с входом газораспределительного устройства, включающего регулятор давления, выполненный в виде регулируемого дросселя, и через подогреватель газа с входом расширительной машины, выполненной в виде регулируемого по числу оборотов турбодетандера, нагруженного генератором переменного тока, а магистраль выходного давления соединена с выходами газораспределительного устройства и расширительной машины.

Указанное устройство позволяет при получении стабилизированного давления использовать энергию газового потока для выработки электрической энергии. Однако это устройство пропускает через расширительную машину лишь часть газового потока (около половины), в то время как энергия оставшейся части потока рассеивается при дросселировании.

Задача изобретения заключается в более полном использовании энергоресурсов газового потока.

Поставленная задача решается посредством того, что устройство для регулирования давления в газовой магистрали содержит газораспределительное устройство, газовую расширительную машину, нагруженную электрическим генератором переменного тока, и магистрали входного и выходного давлений, а также контроллер, датчик давления и регулируемый теплообменник-холодильник, причем газораспределительное устройство выполнено в виде набора труб разного диаметра с установленными на них запорными устройствами, управляемыми через контроллер от датчика давления, подсоединенного к выходной магистрали, газовая расширительная машина выполнена в виде нерегулируемого по числу оборотов турбо-детандера с парциальным подводом газа к соплам, электрический генератор соединен последовательно с регулируемым по напряжению выпрямителем и регулируемым по частоте инвертором, а входы труб газораспределительного устройства соединены с входной магистралью, выходы с группами сопел газовой расширительной машины, выход которой связан с выходной магистралью через регулируемый теплообменник-холодильник.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства для регулирования давления в газовой магистрали.

Устройство для регулирования давления в газовой магистрали содержит входную магистраль 1, питающую газораспределительное устройство, выполненное в виде набора труб 2 различного диаметра с установленными на них запорными устройствами 3, управляемыми контроллером 4 от датчика давления 5. Трубы 2 связаны с группами сопел нерегулируемого турбодетандера 6, нагруженного посредством вала 7 генератором переменного тока 8, соединенным последовательно с регулируемым по напряжению выпрямителем 9 и регулируемым по частоте инвертором 10. Выход турбодетандера 6 через регулируемый теплообменник-холодильник 11 связан с выходной магистралью 12.

Устройство для регулирования давления в газовой магистрали работает следующим образом: газ высокого давления из входной магистрали 1 поступает через трубы 2 с открытыми запорными элементами 3 к соплам нерегулируемою турбодетандера 6. Проходя через турбодетандер, газ совершает работу по приводу вала 7 и связанного с ним генератора переменного тока 8. Переменный ток с выхода генератора 8 поступает на регулируемый выпрямитель 9, который выдает постоянный ток заданного стабилизированного напряжения. Этот ток подается на инвертор 10, преобразующий его в переменный стабилизированной заданной частоты. Совершивший работу расширения в турбодетандере 6 газ, имея в результате этого пониженные давление и температуру, поступает в теплообменник-холодильник 11, где тепло, температурный уровень которого -20 - -30^oС, может быть полезно использовано в каких-либо других технологических линиях. Теплообменник может регулироваться по температуре за счет сброса части холодного газа по байпасному трубопроводу, минуя теплообменник. Прошедший теплообменник газ поступает через выходную магистраль 12 к потребителю. При этом давление газа измеряется датчиком 5 и, если его значение оказывается отличным от заданного, то в соответствии с программой, заложенной в контроллер 4, происходит переключение запорных элементов 3 на трубах 2 и расход газа, поступающего на детандер 6, изменяется таким образом, что давление газа на его выходе и соответственно на входе в магистраль 12 достигает требуемого значения. При этом число оборотов вала детандера 7 также изменяется, но в связи с использованием регулируемого по напряжению выпрямителя 9 и соединенного с ним регулируемого по частоте инвертора 10 напряжение и частота выработанного тока останутся неизменными. Таким образом, при изменении давления во входной магистрали 1, расхода газа потребителем через выходную магистраль 12 или каких-либо других возмущающих воздействий давление газа в выходной магистрали 12 будет стабилизировано с требуемой точностью, а изменение числа оборотов детандера 6 не приведет к изменению напряжения и частоты вырабатываемого тока.

Применение предлагаемого устройства за счет полного отсутствия элементов, дросселирующих газовый поток, позволит существенно (в некоторых режимах до 30% и более) увеличить выработку электроэнергии, а, кроме того, обеспечить холодом смежные с данным технологические процессы.

Формула изобретения

Устройство для регулирования давления в газовой магистрали, содержащее газораспределительное устройство, газовую расширительную машину, нагруженную электрическим генератором переменного тока, и магистрали входного и выходного давлений, отличающееся тем, что в него дополнительно введены регулируемый по напряжению выпрямитель, регулируемый по частоте инвертор, контроллер, датчик давления и регулируемый теплообменник-холодильник, а газораспределительное устройство выполнено в виде набора труб разного диаметра с установленными на них запорными устройствами, управляемыми через контроллер от датчика давления, подсоединенного к выходной магистрали, газовая расширительная машина выполнена в виде нерегулируемого по числу оборотов турбодетандера с парциальным подводом газа к соплам, электрический генератор соединен последовательно с регулируемым по напряжению выпрямителем и регулируемым по частоте инвертором, причем входы труб газораспределительного устройства соединены с входной магистралью, а выходы - с группами сопел газовой расширительной машины, выход которой связан с выходной магистралью через регулируемый теплообменник-холодильник.

РИСУНКИ

Рисунок 1