Обратимая электротурбодетандерная установка

Авторы патента:

Козярук Анатолий Евтихиевич (RU)

Васильев Богдан Юрьевич (RU)

F25B11/04 - центробежного типа

F17D1/04 - для распределения газа

Владельцы патента RU 2497051:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" (RU)

Изобретение относится к области газовой промышленности и энергетики, в частности к установкам перекачки природного газа и энергетическим установкам, утилизирующим энергию избыточного давления природного газа. Обратимая электротурбодетандерная установка содержит электрическую машину, турбодетандер, установленный перед ним электрический нагреватель, подключенный к аккумуляторной батарее, установленной с возможностью подзарядки от электрической машины, дополнительную систему подогрева природного газа. Она снабжена центробежным нагнетателем и газовой турбиной, кинематически связанной с турбодетандером, с центробежным нагнетателем и с электрической машиной, снабженной полупроводниковым преобразователем. Дополнительная система подогрева выполнена в виде рекуператора тепла, установленного в газовой турбине, и соединенного через водяной насос с водяным нагревателем, установленным перед электрическим нагревателем, а аккумуляторная батарея соединена с электрической машиной через полупроводниковый преобразователь. Электрическая машина выполнена в виде синхронного электродвигателя с возможностью его работы в режиме генератора электроэнергии или в режиме регулируемого электродвигателя. Техническим результатом является расширение возможностей устройства и повышение надежности работы. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Известна турбодетандерная установка, содержащая турбодетандер, электрогенератор, линию высокого давления природного газа, газопаровый теплообменник и электропарогенератор, соединенный с противодавленческой турбиной (патент RU 2403406, опубл. 10.11.2010 г.).

Недостатками установки являются узкая область применения, наличие газопарового теплообменника и электропарогенератора, что повышает себестоимость и снижает надежность установки.

Известна теплотурбодетандерная установка в системе ГРС (патент RU 2330968, опубл. 10.08.2008), содержащая компрессор, камеру сгорания, турбину, подогреватель цикловой воды, дымовую трубу, газопровод высокого давления, подогреватель газа, гидротурбину, электродвигатель, циркуляционный насос, гидромуфту, турбодетандер, электрогенератор, распределительные коллекторы, причем, циркуляционный насос, подогреватель цикловой воды, подогреватель газа, гидротурбина образуют замкнутый контур цикловой воды, при этом турбина соединена с подогревателем цикловой воды, который подключен через магистраль воды к подогревателю газа, а магистралью отработавшего газа к дымовой трубе, магистраль природного газа высокого давления через подогреватель соединена с турбодетандером, который на своем выхлопе через систему газопроводов подключен к распределительным коллекторам.

Недостатками установки является ее привязка к ГРС, что существенно снижает область применения, а также неэкологичность эксплуатации, поскольку происходит сжигание природного газа, и выброс продуктов сгорания в атмосферу.

Известна газотурбодетандерная установка для утилизации энергии сжатого природного газа (патент RU 2276758, опубл. 20.05.2006), принятая за прототип. Она содержит последовательно установленные на магистрали природного газа высокого давления электрический нагреватель для подогрева газа, турбодетандер, кинематически связанный с электрогенератором, и аккумуляторную батарею с возможностью подзарядки последней от электрогенератора при работающем в режиме турбодетандера и подключении к нагревателю в начальный момент работы установки с последующим отключением от нагревателя при выходе турбодетандера на режимную работу.

Недостатками установки являются узкая область применения и низкая надежность, т.к. отсутствует дублирующая система подогрева газа на входе турбодетандера.

Техническим результатом изобретения является расширение возможностей устройства и повышение надежности работы.

Технический результат достигается тем, что обратимая электротурбодетандерная установка, содержащая электрическую машину, турбодетандер, установленный перед ним электрический нагреватель, подключенный к аккумуляторной батареи, установленной с возможностью подзарядки от электрической машины, дополнительную систему подогрева природного газа, снабжена центробежным нагнетателем и газовой турбиной, кинематически связанной с турбодетандером, с центробежным нагнетателем и с электрической машиной, снабженной полупроводниковым преобразователем, при этом дополнительная система подогрева выполнена в виде рекуператора тепла, установленного в газовой турбине, и соединенного через водяной насос с водяным нагревателем, установленным перед электрическим нагревателем, а аккумуляторная батарея соединена с электрической машиной через полупроводниковый преобразователь.

В системе подогрева природного газа, перед турбодетандером, электрический нагреватель является основным, а водяной нагреватель - дополнительным.

Структурная схема обратимой электротурбодетандерной установки представлена на фиг.1. Установка содержит электрическую машину 8, снабженную полупроводниковый преобразователем 9, турбодетандер 3, установленный перед ним электрический нагреватель 2, подключенный к аккумуляторной батареи 4, центробежный нагнетатель 7, дополнительную систему подогрева природного газа, газовую турбину 6. Дополнительная система подогрева выполнена в виде рекуператора тепла 11, установленного в газовой турбине 6, и соединенного через водяной насос 12 с водяным нагревателем 13, установленным перед электрическим нагревателем 2. Рекуператор тепла 11 служит для утилизации тепла и использования его в дополнительном водном нагревателе 13 природного газа на входе в турбодетандер 3. В качестве теплоносителя используется вода. Водяной насос 12 используют для обеспечения циркуляции воды. Электрический нагреватель 2 для подогрева природного газа, турбодетандер 3 и центробежный нагнетатель 7 установлены на магистрали природного газа высокого давления 1. Газовая турбина 6 кинематически связана с турбодетандером 3, с центробежным нагнетателем 7 и с электрической машиной 8. Турбодетандер 3 также кинематически связан с электрической машиной 8. Аккумуляторная батарея 4 установлена с возможностью подзарядки от электрической машины 8 и соединена с ней через полупроводниковый преобразователь 9.

Обратимая электротурбодетандерная установка работает следующим образом. Из магистрали высокого давления 1 природный газ поступает в турбодетандер 3, расходует энергию на его вращение и теряет давление (фиг.2). На выходе турбодетандера 3 начинается магистраль природного газа низкого давления 5. Таким образом, за счет турбодетандетрного эффекта, происходит снижение давления природного газа. При снижении давления природного газа происходит снижение его температуры. Для избежания обмерзания турбодетандера 3 температуру природного газа повышают электрическим нагревателем 2. При вращении турбодетандера 3 вращается кинематически связанная с ним электрическая машина 8. Электрическая машина 8 работает в генераторном режиме и через полупроводниковый преобразователь 9 заряжает аккумуляторную батарею 4 и питает электрический нагреватель 2. Таким образом, обратимая электротурбодетандерная установка работает в турбодетандерном режиме.

При неисправности электрического нагревателя 2 или электрической машины 8, запускают газовую турбину 6 (фиг.3). В результате, работает дополнительная система подогрева. В рекуператоре тепла 11 происходит нагрев воды, которую с помощью водяного насоса 12 перекачивают в водяной нагреватель 13 и подогревают природный газ на входе в турбодетандер 3. Этим достигают надежность работы установки.

При работе на повышение давления за счет центробежного нагнетателя 7 (фиг.4), последний может приводиться во вращательное движение со стороны газовой турбины 6, при отсутствии электроэнергии. При этом, одновременно с вращением центробежного нагнетателя 7, происходит вращение электрической машины 8. При этом электрическая машина 8 работает в генераторном режиме, а выработанная энергия направляют в аккумуляторную батарею 4 и внешнюю сеть. Таким образом, обратимая электротурбодетандерная установка обеспечивает комбинированный режим работы.

При работе на повышение давления за счет центробежного нагнетателя 7 (фиг.5), последний может приводиться во вращательное движение также со стороны электрической машины 8. При этом она работает в двигательном режиме, а управление ею осуществляют с помощью полупроводникового преобразователя 9.

Обратимая электротурбодетандерная установка работает в режиме газового компрессора центробежного нагнетателя 7 магистрали высокого давления 1.

Установка работает в турбодетандерном режиме, в режиме газового компрессора магистрального газопровода с приводом от газовой турбины или электрической машины и в комбинированном режиме работы при использовании газовой турбины в качестве привода центробежного нагнетателя для компремирования природного газа, и электрической машины для генерации электроэнергии.

Таким образом, расширяются возможности использования установки и повышается надежность ее работы.

1. Обратимая электротурбодетандерная установка, содержащая электрическую машину, турбодетандер, установленный перед ним электрический нагреватель, подключенный к аккумуляторной батареи, установленной с возможностью подзарядки от электрической машины, дополнительную систему подогрева природного газа, отличающаяся тем, что она снабжена центробежным нагнетателем и газовой турбиной, кинематически связанной с турбодетандером, с центробежным нагнетателем и с электрической машиной, снабженной полупроводниковым преобразователем, при этом дополнительная система подогрева выполнена в виде рекуператора тепла, установленного в газовой турбине и соединенного через водяной насос с водяным нагревателем, установленным перед электрическим нагревателем, а аккумуляторная батарея соединена с электрической машиной через полупроводниковый преобразователь.

2. Обратимая электротурбодетандерная установка по п.1, отличающаяся тем, что электрическая машина выполнена в виде синхронного электродвигателя с возможностью его работы в режиме генератора электроэнергии или в режиме регулируемого электродвигателя.

Изобретение относится к устройству и способу для использования с циклом кондиционирования воздуха. .

Турбохолодильник'^^ // 337622

Устройство для вентилирования и замера уровня масла в картере турбохолодильника // 319821

Турбохолодильник для летательных аппаратов // 144405

Способ доставки природного газа потребителю // 2496048

Изобретение относится к способу доставки природного газа потребителю. Способ включает получение газовых гидратов, их перемещение потребителю, разложение газогидрата с получением газа и характеризуется тем, что газогидрат получают в виде водогидратной пульпы с содержанием частиц газогидрата около 50% ее объема.

Гидравлическая система для заправки сжатым природным газом и способ управления заправкой газом // 2493477

Гидравлическая система заправки СПГ содержит гидравлический силовой блок, блок управления и по меньшей мере один блок снабжения СПГ. Гидравлический силовой блок содержит резервуар для хранения гидравлической жидкости при нормальном давлении и насос замкнутого контура для нагнетания сжатой гидравлической жидкости в блок снабжения СПГ.

Газораспределительная станция // 2489638

Изобретение относится к газовой технике, в частности к газораспределительным станциям для снижения давления газа в газопроводе. .

Способ транспортировки и распределения между потребителями гелийсодержащего природного газа // 2489637

Изобретение относится к технологиям трубопроводного транспорта природного газа, содержащего гелий, его очистки от гелия и распределения очищенного газа между промежуточными потребителями.

Способ утилизации энергии сжатого газа // 2483239

Способ редуцирования давления природного газа // 2472062

Изобретение относится к газовой промышленности, в частности к технологии редуцирования давления природного газа, и предназначено для использования при транспортировке и потреблении природного газа.

Устройство для непрерывного кондиционирования поступающего из хранилища природного газа // 2471116

Изобретение относится к устройству для непрерывного кондиционирования поступающего из хранилища природного газа перед его закачкой в распределительные трубопроводы для поставки потребителям.

Газораспределительная станция // 2463514

Комбинированная газотурбодетандерная установка для работы на природном газе // 2463462

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано на газораспределительных станциях, в составе которых имеется энергетическая установка.

Газораспределительная станция // 2431077

Устройство для подготовки природного газа для транспортирования // 2498153

Изобретение относится к устройству для подготовки природного газа для транспортирования, включающему реактор, сообщенный с источником газа и воды, средство охлаждения смеси воды и газа и средство поддержания давления в реакторе не ниже равновесного, необходимого для гидратообразования. Устройство характеризуется тем, что в качестве реактора использован резервуар, рассчитанный на давление более 1 МПа, теплоизолированный с возможностью поддержания температуры на уровне 0,2°C, снабженный средством перемешивания материала. При этом в качестве средства охлаждения смеси воды и газа использована тонкодисперсная водоледяная пульпа, для чего устройство содержит вакуумный льдогенератор, выполненный в виде теплоизолированного резервуара, сообщенного с источником морской воды и вакуумным выходом турбокомпрессора, предпочтительно выполненного с возможностью создания в резервуаре разряжения, равного по величине давлению тройной точки морской воды. Причем выход льдогенератора сообщен с отделителем льда от рассола, ледовый выход которого сообщен со смесителем льда и пресной воды. В свою очередь источник природного газа сообщен с газовым входом реактора и газовой турбиной турбокомпрессора, выполненной с возможностью использования энергии газов, продуктов сжигания природного газа, а второй вход реактора посредством пульпопровода льдосодержащей пульпы, снабженного первым пульповым насосом, сообщен с накопителем льдосодержащей пульпы, выполненным в виде теплоизолированного резервуара. При этом гидратный выход реактора пульпопроводом гидратсодержащей пульпы сообщен с накопителем гидратсодержащей пульпы, выполненным в виде теплоизолированного резервуара, с возможностью поддержания давления не ниже равновесного, исключающего диссоциацию гидратсодержащего материала, с возможностью отгрузки из него гидратсодержащей пульпы, кроме того, водяной выход реактора сообщен со смесителем льда и пресной воды, при этом выход смесителя льда и пресной воды посредством пульпопровода льдосодержащей пульпы, снабженного вторым пульповым насосом, сообщен с накопителем льдосодержащей пульпы. Изобретение обеспечивает снижение энергозатрат на получения гидратов и снижение массо-габаритных характеристик комплекта оборудования, необходимого для получения гидратов. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ подготовки природного газа для транспортирования // 2500950

Изобретение относится к способу подготовки природного газа для транспортирования, включающий получение газовых гидратов путем смешения газа с водой в реакторе непрерывного охлаждения и поддержания требуемых температур полученной смеси с одновременным поддержанием давления не ниже равновесного, необходимого для гидратообразования. Способ характеризуется тем, что процесс получения газовых гидратов осуществляют при температуре +0,2°C и давлении 1 МПа, при этом для охлаждения смеси газа с водой используют водоледяную пульпу, предпочтительно, с крупностью частиц не более 10 мкм, которые равномерно распределяют по объему реактора, при этом содержание льда составляет около 50% ее объема. Использование настоящего изобретения позволяет снизить энергетические, капительные и текущие затраты на получение газового гидрата, а также снизить материалоемкость оборудования, необходимого для реализации способа. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Комплекс для доставки природного газа потребителю // 2520220

Изобретение относится к комплексу для доставки природного газа потребителю, включающему средство его трансформирования в газогидрат. Средство содержит реактор, сообщенный с источником газа и воды, средство охлаждения смеси воды и газа и средство поддержания давления в реакторе не ниже равновесного, необходимого для гидратообразования, средство отгрузки газогидрата в транспортное средство снабженное грузовыми помещениями, выполненными с возможностью поддержания термодинамического равновесия, исключающего диссоциацию газогидрата, и средство разложения газогидрата с получением газа. Комплекс характеризуется тем, что реактор выполнен с возможностью формирования газогидратной пульпы в виде резервуара, рассчитанного на давление более 1 МПа, теплоизолированного с возможностью поддержания температуры на уровне 0,2°С. При этом реактор выполнен с возможностью отвода тепла гидратообразования тонкодисперсной водоледяной пульпой, для чего средство охлаждения смеси воды и газа содержит вакуумный льдогенератор, выполненный в виде теплоизолированного резервуара сообщенного с источником морской воды и вакуумным выходом турбокомпрессора, при этом выход льдогенератора, сообщен с отделителем льда от рассола, ледовый выход которого сообщен со смесителем льда и пресной воды, причем источник природного газа сообщен с газовым входом реактора и газовой турбиной турбокомпрессора льдогенератора, а второй вход реактора посредством пульпопровода льдосодержащей пульпы сообщен с выходом накопителя льдосодержащей пульпы, выполненного в виде теплоизолированного резервуара, при этом гидратный выход реактора первым пульпопроводом гидратсодержащей пульпы сообщен с накопителем гидратсодержащей пульпы, а водяной выход реактора сообщен со смесителем льда и пресной воды, при этом выход смесителя льда и пресной воды посредством второго пульпопровода льдосодержащей пульпы сообщен со входом накопителя льдосодержащей пульпы, кроме того, средства отгрузки газогидрата включают пульповый насос и задвижку, установленные на выпускном патрубке накопителя гидратсодержащей пульпы, выполненном с возможностью разъемного соединения с приемным патрубком грузового помещения транспортного средства, снабженным задвижкой, при этом грузовое помещение транспортного средства выполнено с возможностью разъемного соединения с приемным патрубком разгрузочного компрессора, выход которого сообщен с газгольдером. Использование настоящего изобретения позволяет снизить энергетические, капитальные и текущие затраты для получения газового гидрата. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ работы газораспределительной станции // 2525041

Способ предназначен для комбинированной выработки электроэнергии, промышленного холода и конденсата. Способ заключается в следующем: природный газ забирают из магистрали высокого давления перед редуцирующим устройством и через байпасный газопровод направляют в магистраль низкого давления, при этом природный газ направляют в энергоутилизационную турбодетандерную установку для выработки электрической энергии в турбодетандере при расширении природного газа высокого давления, далее его направляют в газотурбинную установку для выработки электрической энергии с помощью газотурбинного двигателя и затем его направляют в теплоутилизационную турбодетандерную установку для выработки электрической энергии в турбодетандере при расширении природного газа высокого давления. Технический результат - повышение коэффициента полезного действия, снижение вредных выбросов в окружающую среду, упрощение работы газораспределительной станции. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Устройство для утилизации энергии природного сжатого газа // 2530958

Изобретение относится к устройству для утилизации энергии сжатого газа. Устройство содержит каскады низкого и высокого давления, блок измерения расхода газа, радиатор, средства для регулирования температуры газа, поступающего потребителю, основной теплообменник, холодильную камеру, потребитель холода, источник электроэнергии и дополнительный теплообменник. В каскадах низкого и высокого давления в качестве средства регулирования и понижения давления и регулирования расхода газа применены объемно-роторные лопастные машины (ОРЛМ). ОРЛМ состоят из всасывающего и нагнетательного патрубков, входящих в неподвижный статор с концентрично установленным в нем ротором. Ротор снабжен радиальными сквозными каналами. В каналах подвижно размещены пластинчатые элементы, разделяющие между собой всасывающие и нагнетательные полости корпуса статора. Статор снабжен плоской опорной площадкой прямоугольной формы. Опорная площадка жестко сопряжена с корпусом и имеет объемное прямоугольное окно. В окно входит подвижная скользящая плита. Плита снабжена регулировочным винтом. Вал машины в каскаде высокого давления сочленен с первым электрическим генератором. Вал машины в каскаде низкого давления сочленяют со вторым электрическим генератором. Энергию второго электрического генератора используют для подогрева газа в радиаторе. Частоту вращения первого генератора поддерживают стабильной с помощью первой ОРЛМ. Давление газа и массовый его расход на выходе регулируют с помощью второй ОРЛМ. Изобретение направлено на повышение КПД и упрощение конструкции устройства. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Газораспределительная станция // 2544404

Изобретение относится к газовой технике, в частности к газораспределительным станциям (далее ГРС) для снижения давления газа в газопроводе. ГРС содержит блок управления, технологический блок с газопроводом высокого и низкого давления, емкость сбора конденсата, соединенную с газопроводом высокого давления и через запорный орган с газопроводом низкого давления, эжектор, вихревую трубу, установленную на газопроводе высокого давления, теплообменник, соединенный с выходом горячего потока вихревой трубы, а выход ее холодного потока соединен с конденсатоотводчиком. Блок управления снабжен датчиком температуры наружного воздуха и регулятором расхода горячего потока вихревой трубы, расположенным на входе эжектора. Теплообменник выполнен пластинчатым и расположен на рециркуляционном контуре системы отопления и своим выходом соединен с входом эжектора. Выход эжектора соединен с газопроводом низкого давления, а его камера смешивания соединена с конденсатоотводчиком. Наружная поверхность емкости сбора конденсата покрыта теплоизолирующим и теплоаккумулирующим материалом, выполненным в виде пучков вытянутых тонких волокон из базальта, расположенных вертикально. Технический результат: обеспечение заданного тепломассообменного процесса удаления влаги в емкость сбора конденсата. 2 ил.

Система подачи газа и способ подачи газа // 2574790

Настоящее изобретение предлагает систему подачи газа, включающую устройство для хранения газа, силовое устройство и устройство для заправки газом. Устройство для хранения газа включает две группы цилиндров, имеющие одинаковое число цилиндров. Каждый цилиндр снабжен первым клапаном и вторым клапаном, соответственно, на его двух концах. Устройство для хранения газа включает первый трубопровод для среды, второй трубопровод для среды и трубопровод для выхода газа. Все цилиндры соединены с трубопроводом для выхода газа через их соответственные вторые клапаны. Каждый цилиндр в первой группе соединен с первым трубопроводом для среды через свой первый клапан, и каждый цилиндр второй группы соединен с вторым трубопроводом для среды через свой первый клапан. Силовое устройство включает резервуар для хранения среды, насос для подачи среды из резервуара в устройство для хранения газа и соединительный трубопровод для среды, включающий коллектор с реверсирующими клапанами. Устройство для заправки газом включает раздаточное устройство, соединенное с трубопроводом для выхода газа устройства для хранения газа. Настоящее изобретение также предлагает способ подачи газа. Технический результат - повышение безопасности. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 5 ил.