Способ редуцирования давления природного газа

Изобретение относится к технологии редуцирования природного газа на газоредуцирующих объектах: газораспределительных станциях (ГРС) магистральных газопроводах (МГ) и газораспределительных пунктах (ГРП) системы газораспределения. Предлагаемый изотермический способ редуцирования основан на использовании энергетического потенциала сжатого газа. При расширении газа высокого давления в вихревом энергоразделяющем устройстве получают горячий и низкотемпературный потоки газа низкого давления, используемые для попеременного нагрева и охлаждения воды питьевого предназначения в кожухотрубном теплообменном аппарате. Одновременно с осуществлением редуцирования решают задачу получения биологически активированной воды (термоактивированной воды), которая рассматривается как самостоятельная товарная продукция, при реализации которой покрываются как эксплуатационные расходы, так и капитальные затраты на создание системы. 1 ил.

 

Изобретение относится к технологии редуцирования природного газа на газоредуцирующих объектах: газораспределительных станциях (ГРС) магистральных газопроводов (МГ) и газораспределительных пунктах (ГРП) системы газораспределения.

Для исключения возможности подачи в газопровод низкого давления газа с температурой менее 0°С предложен и используется способ редуцирования, основанный на подогреве газа высокого давления перед его поступлением на регуляторы давления газоредуцирующего объекта. Нагрев газа высокого давления ведется за счет рекуперативной утилизации тепла газообразных продуктов сжигания части подвергающегося дросселированию природного газа. Ионин А.А. Газоснабжение. Учебник для вузов. Москва, Стройиздат, 1981.

Недостатком способа является высокий уровень эксплуатационных расходов, обусловленный необратимыми потерями природного газа, связанными с его сжиганием.

Известен энергосберегающий способ изотермического редуцирования, при котором расходование природного газа на сжигание не осуществляется. Патент РФ №2309322, 27.10.2007 - прототип.

Существо способа заключается в редуцировании части потока сжатого природного газа, поступающего на газоразоредуцирующий объект, в процессе энергоразделения в вихревой трубе и последующем подогреве холодного потока в трубном пространстве кожухотрубного теплообменного аппарата за счет отбора теплоты кристаллизации частично замораживаемой в межтрубном пространстве теплообменника воды. При этом намерзший на трубном пучке теплообменника лед после его растопления за счет отбора тепла от горячего потока газа вихревой трубы рассматривается в качестве самостоятельной конкурентно способной товарной продукции, покрывающей капитальные и эксплуатационные затраты на практическую реализацию способа.

Недостатком способа - прототипа являются высокие удельные величины энергетических затрат на производство товарной продукции, связанные с необходимостью реализации фазовых переходов при замораживании - размораживании льда и его относительно небольшой доли (30-50%) в общей массе, подвергающейся обработке водной среды.

Задачей изобретения является снижение уровня энергетических затрат на производство товарной продукции при общем сохранении достоинств, присущих подобному подходу к решению задачи редуцирования.

Поставленная задача решается и технический результат достигается тем, что способ редуцирования давления природного газа на газораспределительном объекте, включает предварительное энергоразделение части потока редуцируемого газа в вихревой трубе на горячий и холодный потоки, и их поочередное введение в кожухотрубный теплообменник, межтрубное пространство которого заполнено водой питьевого предназначения, периодически сливаемой для потребления, при этом новым является то, что первоначально в трубное пространство теплообменника подается горячий поток газа от вихревой трубы для прогрева всей массы жидкости в аппарате, а затем холодный - для ее охлаждения.

В предлагаемом способе в качестве товарной продукции предполагается использовать не «талую», а «термоактивированную» воду, обладающую близкими биоактивными свойствами.

В этом случае, в отличие от способа-прототипа, первоначально, в трубное пространство кожухотрубного теплообменника от вихревой трубы подается теплый поток газа низкого давления. Теплый газ обеспечивает интенсивный прогрев питьевой воды, заполняющей межтрубное пространство теплообменника. После завершения прогрева вода быстро охлаждается за счет теплообмена с холодным потоком газа низкого давления, подаваемого в трубный пучек кожухотрубного теплообменника. Полученная подобным образом термоактивированная вода сливается из теплообменного аппарата и рассматривается в качестве самостоятельной товарной продукции. Отнесение понесенных энергетических затрат на всю массу жидкой продукции обеспечивает заявленные преимущества рассматриваемого способа над способом-прототипом.

Для обеспечения непрерывности процесса получения термоактивированной воды он осуществляется в двух попеременно вводимых в работу кожухотрубных теплообменных аппаратах. Отработавшие по описанному циклу теплый и холодный потоки газа, выводятся в потребительскую сеть низкого давления, обеспечивая энергосберегающий характер заявленной технологии.

Пример расчета снижения величины удельных энергетических затрат при реализации способа.

Затраты энергии в предлагаемом способе:

Q=c_p·ΔT₁+c_p·ΔT₂=398,1 кДж/кг,

где первый член уравнения - энергетические затраты на нагрев обрабатываемой воды (начальная температура жидкости 15°С; конечная - 65°С);

второй - энергетические затраты на охлаждение обрабатываемой жидкости (начальная температура 65°С; конечная - 20°С);

c_р - теплоемкость воды, 4,19 кДж/кг, К;

ΔT₁ - разность температур при нагреве жидкости.

ΔТ₂ - разность температур при охлаждении жидкости.

При принятых обозначениях применительно к способу-прототипу, энергетические затраты составляют:

Q=[0,3(c_p·ΔT+λ)+0,7c_p·ΔT]+[0,3(c_p-ΔT+λ)]/0,3=1031,1 кДж /кг,

первый член уравнения - энергетические затраты на охлаждение и частичное замораживание воды (начальная температура жидкости - 20°С; доля замороженной воды - 30%);

второй - энергетические затраты на расплавление и нагрев обрабатываемой жидкости (конечная температура жидкости - 20°С);

λ - теплота кристаллизации и плавления льда, 334 кДж /кг.

Сопоставление расчетных энергетических затрат на выпуск единицы массы товарной продукции свидетельствует о том, что в предлагаемом способе они в 2,6 раза ниже, чем в способе-прототипе.

Принципиальная технологическая схема организации процесса редуцирования природного газа на газоредуцирующей станции (пункте) по предлагаемому способу приведена на чертеже.

При реализации предлагаемого способа газ высокого давления перед газоредуцирующим объектом разделяют на два самостоятельных потока. Первый из них (меньшая часть) поступает на регуляторы давления газоредуцирующего объекта, а второй (большая часть) - в вихревую трубу 1. Генерируемый вихревой трубой 1 горячий поток газа низкого давления направляют в трубное пространство кожухотрубного теплообменника 2, заполненного питьевой водой. В тоже время для обеспечения условий непрерывности цикла производства холодный поток от вихревой трубы 1 поступает в трубное пространство кожухотрубного теплообменника 3, где охлаждает нагретую до этого воду. После завершения охлаждения воды до температуры окружающей среды готовая продукция сливается из межтрубного пространства кожухотрубного теплообменника 3, в него заливается новая порция водопроводной питьевой воды и газовые потоки от вихревой трубы 1 перенаправляются: теплый поступает в трубное пространство кожухотрубного теплообменника 3, а холодный - поступает в трубное пространство кожухотрубного теплообменника 2.

Способ редуцирования давления природного газа на газораспределительном объекте, включающий предварительное энергоразделение части потока редуцируемого газа в вихревой трубе на горячий и холодный потоки и их поочередное введение в кожухотрубный теплообменник, межтрубное пространство которого заполнено водой питьевого предназначения, периодически сливаемой для потребления, отличающийся тем, что первоначально в трубное пространство теплообменника подается горячий поток газа от вихревой трубы для прогрева всей массы жидкости в аппарате, а затем холодный - для ее охлаждения.