Детандер-генераторный агрегат с системой его регулирования

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2620624:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" (RU)

Изобретение относится к области газоснабжения и может быть использовано в составе газораспределительных станций (ГРС) и газорегуляторных пунктов (ГРП) для утилизации энергии потока газа. Детандер-генераторный агрегат с системой его регулирования, включающий электрогенератор, регулирующий орган с приводом, усилитель сигнала и блок сравнения, отличающийся тем, что на линии редуцирования между предохранительным запорным клапаном и регулятором давления дополнительно установлен объемный пневмодвигатель, при этом выход объемного пневмодвигателя соединен с его входом через регулирующий клапан, датчик перепада давлений на объемном пневмодвигателе соединен с элементом сравнения, усилителем сигнала и исполнительным устройством, связанным с регулирующим клапаном. Техническим результатом является возможность работы детандер-генераторной установки с относительно малыми давлениями и расходами, независимо от неравномерности отбора газа потребителями и изменения момента сопротивления, а также увеличение доли утилизированной энергии. 1 ил.

Известна установка для утилизации энергии расширения природного газа (патент РФ №2206838, опубл. 20.06.2003 г.). Изобретение обеспечивает выработку больших количеств энергии и холода путем подключения к скважине или магистральному газопроводу утилизационной энергетической установки, содержащей детандер с кинематически связанным электрогенератором и два или более теплообменника.

Недостатком является необходимость для ее эффективной работы высоких входного давления и расхода газа, что ограничивает круг объектов для ее применения.

Известен способ устойчивого газоснабжения газораспределительной станцией с энергохолодильным комплексом, использующим для выработки электрической энергии и холода энергию избыточного давления природного газа и система для реализации способа (патент РФ №2346205, опубл. 10.02.2009 г.). Группа изобретений осуществляют одновременную выработку электрической энергии и холода с использованием включенного параллельно ГРС энергохолодильного блока, содержащего детандер-генераторные агрегаты с теплообменниками и автоматическую систему синхронизации открытия / закрытия линий редуцирования с остановкой / включением детандер-генераторных агрегатов.

Недостатком является переменная подача газа потребителям, кроме этого для устойчивой работы необходимы высокие давление и расход газа.

Известен пневматический детандер-генераторный агрегат (патент РФ №2525027, опубл. 10.08.2014 г.), способный работать при невысоких величинах входного давления и объемного расхода газа при помощи использования в качестве расширительной машины шестеренного пневмодвигателя.

Недостатком является отсутствие системы регулирования, которая необходима для работы при переменных расходах газа в связи с неравномерностью отбора газа потребителями.

Известно устройство регулирования турбодетандера (патент РФ №2579301, опубл. 10.04.2016 г.), принятое за прототип, устанавливаемое параллельно газораспределительной станции и содержащее турбодетандер, генератор, стопорный клапан, два регулирующих органа с приводами, байпасный клапан, переключатель режимов работы, сумматор, три элемента сравнения, датчики давления и нагрузки внешней электрической сети, частотный преобразователь, фильтр и выпрямитель. Данное устройство позволяет регулировать работу турбодетандера в зависимости от величины нагрузки внешней электрической сети, снизить колебания давления газа в магистрали низкого давления, а также повысить надежность работы турбодетандера.

Недостатками этого устройства являются возможность эффективной работы детандер-генераторной установки в целом лишь на стабильных относительно высоких давлениях и расходах газа, а также чрезмерная сложность системы с высокими потерями энергии потока газа.

Техническим результатом является возможность работы детандер-генераторной установки с относительно малыми давлениями и расходами, независимо от неравномерности отбора газа потребителями и изменения момента сопротивления, а также увеличение доли утилизированной энергии.

Технический результат достигается тем, что на линии редуцирования между предохранительным запорным клапаном и регулятором давления дополнительно установлен объемный пневмодвигатель, при этом выход объемного пневмодвигателя соединен с его входом через регулирующий клапан, датчик перепада давлений на объемном пневмодвигателе соединен с элементом сравнения, усилителем сигнала и исполнительным устройством, связанным с регулирующим клапаном.

Устройство поясняется следующей фигурой:

фиг. 1 - принципиальная схема детандер-генераторного агрегата с системой его регулирования на примере линии редуцирования газорегуляторного пункта, где:

1 - детандер-генераторный агрегат с системой его регулирования;

2 - линия редуцирования давления газа;

3 - запорный кран;

4 - фильтр;

5 - предохранительный запорный клапан;

6 - регулятор давления газа;

7 - предохранительный сбросной клапан;

8 - объемный пневмодвигатель;

9 - электрогенератор;

10 - регулирующий клапан;

11 - датчик перепада давлений на объемном пневмодвигателе;

12 - элемент сравнения;

13 - усилитель сигнала;

14 - исполнительное устройство.

Детандер-генераторный агрегат с системой его регулирования 1 (фиг. 1), находящийся на линии редуцирования 2 между предохранительным запорным клапаном 5 и регулятором давления газа 6, включает: объемный пневмодвигатель 8, расположенный непосредственно на линии редуцирования 2 и связанный кинематически с электрогенератором 9, выход пневмодвигателя 8 соединен с его входом через регулирующий клапан 10, который приводится в действие исполнительным механизмом 14 через усилитель сигнала 13, элемент сравнения 12 и датчик перепада давлений на объемном пневмодвигателе 11.

На линии редуцирования 2 последовательно располагаются: запорный кран 3, фильтр 4, предохранительный запорный клапан 5, детандер-генераторный агрегат с системой его регулирования 1, регулятор давления 6, запорный кран 3, предохранительный сбросной клапан 7.

Устройство работает следующим образом. Во время отбора газа потребителями газ проходит через запорный кран 3, фильтр 4 и предохранительный запорный клапан 5, объемный пневмодвигатель 8, регулирующий клапан 10, регулятор давления газа 6, запорный кран 3.

После предохранительного запорного клапана 5 поток разделяется в зависимости от степени открытия регулирующего клапана 10. Часть проходит через объемный пневмодвигатель 8, где, теряя энергию, совершает работу, которая преобразуется в механическую, а затем, при помощи электрогенератора 9, в электрическую энергию. Другая часть проходит через параллельную линию, которая соединяет выход объемного пневмодвигателя 8 с его входом и содержит регулирующий клапан 10.

Угловая скорость ротора электрогенератора зависит от момента на его валу, который определяется электрической нагрузкой и перепадом давлений на объемном пневмодвигателе. Перепад давлений, соответствующий номинальной угловой скорости, определяется расчетом и является уставкой для системы регулирования.

Для регулирования объемного пневмодвигателя 8 датчик 11 формирует сигнал, пропорциональный перепаду давлений, который сравнивается на элементе сравнения 12 с сигналом уставки, после чего создается сигнал управляющего воздействия, который через усилитель сигнала 13 передается на исполнительное устройство 14, связанное с регулирующим клапаном 10.

При уменьшении отбора газа потребителями давление после объемного пневмодвигателя растет, а перепад на нем соответственно уменьшается ниже значения уставки, что выявляется элементом сравнения 12. Для его поддержания при помощи усилителя сигнала 13 и исполнительного устройства 14 регулирующий клапан 10 закрывается, увеличивая таким образом поток газа, проходящий через объемный пневмодвигатель до тех пор, пока перепад давлений на пневмодвигателе не сравняется с уставкой.

При увеличении отбора газа потребителями работа устройства происходит в обратном порядке.

Детандер-генераторный агрегат с системой его регулирования, включающий электрогенератор, регулирующий орган с приводом, усилитель сигнала и блок сравнения, отличающийся тем, что на линии редуцирования между предохранительным запорным клапаном и регулятором давления дополнительно установлен объемный пневмодвигатель, при этом выход объемного пневмодвигателя соединен с его входом через регулирующий клапан, датчик перепада давлений на объемном пневмодвигателе соединен с элементом сравнения, усилителем сигнала и исполнительным устройством, связанным с регулирующим клапаном.

Изобретение относится к области транспорта газа по магистральным газопроводам, в частности к способам работы газораспределительной станции (ГРС). Способ работы ГРС включает средства измерения давления и температуры газа в газопроводах высокого и среднего давления, фильтрации и регулирования давления газа, согласно которому природный газ из газопровода высокого давления подают в аккумулирующие емкости одинакового объема, предварительно заполняют природным газом с давлением на 0,5-0,6 МПа выше, чем давление в газопроводе среднего давления, дросселируют газ с повышением давления до 2,5-3 МПа, при этом за счет сжатия газа в них повышается температура, после чего дросселируют, очищают от примесей и подают газ с положительной температурой в газопровод среднего давления для газоснабжения потребителей.

Газораспределительная станция // 2601083

Изобретение относится к газовой технике, в частности к газораспределительным станциям (ГРС) для снижения давления газа в газопроводе. Технический результат - снижение энергоемкости эксплуатации ГРС за счет использования теплового потенциала вихревой трубы при получении электрического потенциала в термоэлектрическом генераторе.

Обогреватель-электрогенератор для газораспределительного пункта // 2597327

Предлагаемое изобретение относится к газоснабжению и может быть использовано для обогрева и электроснабжения основного оборудования газораспределительных пунктов и газораспределительных станций путем трансформации энергии давления транспортируемого газа в тепловую, а тепловую в электрическую.

Способ редуцирования давления природного газа // 2584742

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Автономная блочно-модульная автоматизированная газораспределительная станция // 2623726

Изобретение относится к газораспределительным станциям. Предложенная станция включает модуль подготовки газа, состоящий из блока переключения с узлами переключения высокого и низкого давления и узлом распределения, узла очистки газа, подогревателя с узлами нагрева газа и воздуха, блока одоризации газа с емкостью одоранта и блока автономного энергообеспечения. Кроме того, станция включает по меньшей мере один модуль редуцирования и учета газа, который состоит из по меньшей мере одного блока редуцирования с узлом коммерческого учета. При работе станции газ высокого давления, поступающий через узел переключения высокого давления, очищают, нагревают горячим теплоносителем, подаваемым из узла нагрева теплоносителя, одорируют и через узел распределения направляют потребителю после редуцирования и коммерческого учета. Часть газ высокого давления подают на собственные нужды по байпасным линиям для питания блока автономного энергообеспечения, пневмоприводной запорно-регулирующей арматуры, узла нагрева теплоносителя. Технический результат - автономность работы станции, обеспечение газом нескольких потребителей, снижение металлоемкости станции и уменьшение энергопотребления. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Автономная блочно-модульная автоматизированная газораспределительная станция // 2629345

Изобретение относится к газораспределительным станциям. Предложенная станция включает модуль подготовки газа, состоящий из блока переключения с узлами переключения высокого и низкого давления и узлом распределения, узла очистки газа, подогревателя с узлами нагрева газа и воздуха, блока одоризации газа с емкостью одоранта, расположенного на линии газа низкого давления, и блока автономного энергообеспечения. Кроме того, станция включает по меньшей мере один модуль редуцирования и учета газа, который состоит из по меньшей мере одного блока редуцирования с узлом коммерческого учета и резервной нитки редуцирования и коммерческого учета. При работе станции газ высокого давления, поступающий через узел переключения высокого давления, очищают, нагревают горячим теплоносителем, подаваемым из узла нагрева теплоносителя, и через узел распределения направляют потребителю после редуцирования, коммерческого учета и одорирования. Часть газ высокого давления подают на собственные нужды по байпасным линиям для питания блока автономного энергообеспечения, пневмоприводной запорно-регулирующей арматуры, узла нагрева теплоносителя. Технический результат - автономность работы станции, обеспечение газом нескольких потребителей, снижение металлоемкости станции и уменьшение энергопотребления. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Регулятор давления газа и способ управления таким регулятором // 2632678

Регулятор (1) давления эксплуатационного газа содержит проточный канал (2) для газа; перемещаемую задвижку (3), установленную в канале (2) с образованием сужения канала (2) для создания перепада давления газа с давления подачи до давления поставки; приводную камеру (4), сообщающуюся с расположенным ниже по потоку участком (2b), ограниченную первой перемещаемой стенкой (5), которая соединена с задвижкой (3) так, чтобы повышение давления поставки вызывало соответствующее смещение задвижки (3), приводящее к уменьшению поперечного сечения сужения, и наоборот; упругий элемент (8), выполненный с возможностью противодействия силе давления газа, воздействующей на первую перемещаемую стенку (5), путем приложения к ней заданной силы, стремящейся сместить задвижку (3) так, чтобы увеличить поперечное сечение сужения и компенсационную камеру (6), заполненную компенсационным газом и ограниченную второй перемещаемой стенкой (7), соединенной с задвижкой (3) так, чтобы обеспечивать возможность передачи силы давления компенсационного газа на задвижку (3). При работе регулятора осуществляют операцию ежемоментного регулирования давления компенсационного газа в соответствии с указанным давлением поставки. Повышаются точность и быстрота регулирования газа. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ и установка для разогрева природного газа // 2635960

Изобретение относится к газовой промышленности. Настоящее изобретение представляет способ и установку для нагрева природного газа, причем способ включает в себя следующие стадии: a) подачу природного газа, который имеет температуру от -10°C до 50°C и находится под давлением по меньшей мере в 30 бар, из трубопровода снабжения природным газом в первую систему полостей теплообменника, b) подачу средства нагрева (теплоносителя), имеющего температуру в пределах от 30°C до 160°C, во вторую систему полостей теплообменника, причем первая и вторая система полостей герметически изолированы друг от друга и от окружающей среды, c) нагрев природного газа в первой системе полостей до температуры в пределах от 20°C до 150°C посредством теплоносителя во второй системе полостей, причем в качестве теплообменника применяют пластинчатый теплообменник, включающий в себя по меньшей мере две пары теплообменных пластин. Теплообменные пластины каждой пары теплообменных пластин полностью сварены по меньшей мере по своим наружным краям, d) отвод нагретого природного газа из первой системы полостей по меньшей мере еще на одну стадию обработки. Техническим результатом является повышение КПД и уменьшение габаритов теплообменника, благодаря чему можно добиться снижения затрат. 3 н. и 6 з.п. ф-лы.

Антифрикционный агент на основе меркаптотриазола для газопроводов и способ его приготовления // 2637014

Изобретение относится к антифрикционному агенту на основе меркаптотриазола для газопроводов и способу его приготовления. Антифрикционный агент готовят с помощью следующих этапов: получение 1,3-диаминотиомочевины из гидразингидрата и сероуглерода в массовом отношении от 3:1 до 4:1 под действием катализатора I; получение дитиокарбогидразона по реакции конденсации 1,3-диаминотиомочевины и ароматического альдегида в массовом отношении от 1:1 до 1:1,5; получение меркаптотриазольного соединения из дитиокарбогидразона и ароматического сложного эфира в массовом отношении от 1:1 до 1:3 под действием катализатора II; растворение меркаптотриазольного соединения в ацетоне, добавление туда фосфорной кислоты или фосфата(ов) и тщательное перемешивание их с получением целевого продукта. Катализатор I представляет собой 2-хлорэтанол, 2-меркаптоэтанол, этиленхлоргидрин или 2-(2-хлорэтокси)этанол. Катализатор II представляет собой гидроксид калия или гидроксид натрия. Изобретение обеспечивает простые эксплутационные и мягкие реакционные условия, доступность исходных веществ и подходит для онлайновой атомизации и впрыскивания. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 пр.

Автономный автоматизированный газораспределительный комплекс (варианты) // 2639453

Изобретение относится к газораспределительным станциям, располагаемым на ответвлениях магистральных трубопроводов, и может быть использовано в газовой промышленности. Предложено два варианта комплекса: первый состоит из модуля подготовки газа, включающего блок переключения с узлами переключения высокого давления, распределения и переключения низкого давления, узел очистки газа, нагреватель с узлами нагрева газа и генератором горячего воздуха, блок одоризации газа, блок автономного энергообеспечения, узел подготовки и учета импульсного и топливного газа, систему отопления и вентиляции, а также включает по меньшей мере один модуль с узлами редуцирования и коммерческого учета. Во втором варианте нагреватель оснащен генератором теплоносителя. При работе комплекса газ высокого давления очищают, нагревают горячим воздухом (вариант 1) или циркулирующим теплоносителем (вариант 2), небольшую часть газа подают на собственные нужды в блок автономного энергообеспечения, узел подготовки и учета импульсного и топливного газа и пневмоприводы динамического оборудования и запорно-регулирующей арматуры, а основную часть после редуцирования и коммерческого учета после одоризации направляют потребителю. В генератор горячего воздуха (вариант 1) подают топливо, воздух и конденсат, а горячий воздух после нагрева им газа направляют в систему отопления и вентиляции. В варианте 2 из генератора теплоносителя выводят отработанные газы. Технический результат - обеспечение автономности работы комплекса, возможности подачи газа нескольким потребителям, возможности изменения производительности в диапазоне, превышающем рабочие диапазоны узла редуцирования, снижение металлоемкости и уменьшение энергопотребления. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Устройство для регулирования давления в газовой магистрали с турбодетандером // 2645821

Изобретение относится к устройствам регулирования давления в газовой магистрали с помощью турбодетандеров и может быть использовано на газораспределительных станциях для выработки электрической энергии. Устройство содержит газораспределительное устройство, контроллер, датчики давления, турбодетандер, инвертор, датчик нагрузки, нагревательные элементы, силовые ключи, масштабирующие усилители, сумматоры, расходомер, блоки сравнения, корректор и задатчик номинального режима работы турбодетандера, корректор и задатчик минимального значения нагрузки нагревательных элементов, блок вычисления разности давлений, блок вычисления запасенной энергии газа, компараторы, блоки сигнализации и отключения максимального значения внешней нагрузки. Технический результат - повышение надежности работы устройства посредством поддержания требуемой величины подогрева природного газа в зависимости от его расхода и согласования запасенной энергии сжатого газа и электроэнергии, отдаваемой в сеть. 1 ил.