Способ использования вторичных энергетических ресурсов магистральных газопроводов на компрессорных станциях

Патент 2162986

Авторы

Классы МПК

Реферат

Изобретение относится к энергосберегающим и экологически безопасным технологиям трубопроводного транспорта газа, нефти, нефтепродуктов и может быть использовано при сооружении новых и модернизации действующих магистральных трубопроводов. Способ предполагает утилизацию тепла потока сжатого газа на компрессорной станции магистрального газопровода и использование его для получения дополнительной приводной мощности нагнетателя, а также использование тепла отработанного в паровой турбине водяного пара для подогрева потока нефти (нефтепродукта), в результате чего повышают степень утилизации потенциальных объемов вторичных энергетических ресурсов, сокращают расход первичных энергетических ресурсов на трубопроводный транспорт газа, нефти, нефтепродуктов и создают экологически чистую технологию подогрева нефти (нефтепродуктов) на потоке. 1 ил.

Технико-экономические показатели магистральных трубопроводов существенно зависят от энергоемкости производства, а энергоемкость, в свою очередь, в значительной мере определяется степенью утилизации потенциальных объемов вторичных энергетических ресурсов.

Существует много различных способов рационального использования вторичных энергетических ресурсов магистральных газопроводов как для повышения мощности газоперекачивающих агрегатов (ГПА), так и удовлетворения технологических нужд компрессорных станций (КС). Известны, например, способы утилизации выпускных газов газотурбинных установок (ГТУ) [1] и тепла потока сжатого газа [2 - 6].

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ утилизации вторичных энергетических ресурсов (тепла выпускных газов ГТУ), реализуемый на КС в Гранд - Ченьер (США, штат Луизиана) по схеме, приведенной на рис. 2 [7]. Основной недостаток этого способа заключается в недоиспользовании вторичных энергетических ресурсов, имеющихся на КС.

Задача изобретения - сокращение расхода первичных энергоресурсов на трубопроводный транспорт газа, нефти, нефтепродуктов и создание экологически чистой технологии подогрева нефти и нефтепродуктов на потоке.

Технический результат достигается за счет утилизации тепла потока сжатого газа, транспортируемого по магистральному газопроводу, и тепла отработанного в паровой турбине водяного пара.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что предлагаемый способ предусматривает, во-первых, использование ранее невостребованного тепла, отбираемого от потока сжатого газа магистрального газопровода, для получения дополнительной приводной мощности газового нагнетателя КС и, во-вторых, использование тепла отработанного в паровой турбине водяного пара для подогрева потока нефти (нефтепродукта), транспортируемого по магистральному трубопроводу, чем обеспечивают более полную утилизацию и эффективное использование имеющихся на магистральном газопроводе потенциальных объемов вторичных энергетических ресурсов, сокращение расхода первичных энергоресурсов на трубопроводный транспорт газа, нефти, нефтепродуктов и создание экологически чистой технологии подогрева нефти (нефтепродукта) на потоке.

На чертеже представлена упрощенная технологическая схема, поясняющая заявляемый способ использования вторичных энергетических ресурсов магистральных газопроводов на компрессорных станциях.

На схеме показаны компрессорная станция КС магистрального газопровода Г с газоперекачивающим агрегатом, собранного в виде машинного каскада (газотурбинная установка 1 - нагнетатель 2 - паровая турбина 3), теплообменная система ТОС (состоящая из конденсатора 4 и участка нефтепровода H), деаэратор 5, котел-утилизатор 6, циркуляционные насосы 7 и 7a, тепловой насос ТН (состоящий из теплообменника-испарителя ТИ, компрессора К с регулируемым приводом М, парогенератора ПГ, дроссельного устройства 8 и хладопровода 9), паропровод ПП, конденсатопровод КП.

Парогазовая установка (газотурбинная установка - котел-утилизатор - паровая турбина), с помощью которой утилизируется тепло выпускных газов ГТУ, реализует способ, заложенный в прототипе, а паротурбинная установка (тепловой насос - паровая турбина), с помощью которой утилизируется тепло потока сжатого газа магистрального газопровода, а также теплообменная система ТОС (конденсатор - участок магистрального нефтепровода) реализуют заявляемый способ.

Часть схемы, поясняющая заявляемый способ, работает следующим образом.

Первичный энергоноситель (теплоотдатчик) - поток сжатого нагнетателем 2 газа поступает в трубное пространство теплообменника-испарителя ТИ теплового насоса ТН и далее (в охлажденном состоянии) - в линейную часть магистрального газопровода Г. Одновременно в межтрубное пространство ТИ подается хладагент - жидкость, кипящая при низкой температуре, который используется в технологическом процессе ТН в качестве промежуточного энергоносителя. В теплообменнике-испарителе ТИ происходит теплопередача от первичного энергоносителя к промежуточному, т.е. охлаждение потока газа и нагрев хладагента.

В процессе теплопередачи хладагент вскипает и его пары отсасываются из ТИ компрессором К теплового насоса ТН, благодаря чему в межтрубном пространстве ТИ постоянно поддерживается низкое давление и, следовательно, низкая температура. Сжатые компрессором К пары хладагента до высокого давления (нагреваются до необходимой температуры) нагнетаются по хладопроводу 9 в межтрубное пространство парогенератора ПГ, в котором происходит теплопередача от промежуточного энергоносителя к теплоприемнику (технической воде), т.е. происходит образование водяного пара и охлаждение хладагента, в результате чего последний конденсируется.

Из трубного пространства парогенератора ПГ водяной пар с необходимыми технологическими параметрами (давлением и температурой) подается по паропроводу ПП в общий паровой коллектор, откуда - на вход паровой турбины 3, а из межтрубного пространства ПГ жидкий хладагент поступает в хладопровод 9 и, пройдя дроссельное устройство 8, вновь подается в межтрубное пространство теплообменника-испарителя ТИ, затем рабочий цикл теплового насоса ТН повторяется.

Паровая турбина 3 вращает вал нагнетателя 2, дополняя мощность, подводимую к другому концу вала нагнетателя от газовой турбины.

Отработанный в паровой турбине 3 водяной пар поступает в трубное пространство конденсатора 4, через межтрубное пространство которого проходит поток нефти (нефтепродукта), в результате чего происходит теплообмен: нефть (нефтепродукт) нагревается, а отработанный водяной пар конденсируется. Конденсат с помощью циркуляционного насоса 7 подается по конденсатопроводу КП в деаэратор 5, откуда насосом 7a забирается для повторного использования по замкнутому контуру.

Заявляемый способ позволяет одновременно улучшать технико-экономические показатели магистральных газопроводов и нефтепроводов (нефтепродуктопроводов) за счет эффективного использования ранее невостребованных вторичных энергетических ресурсов магистральных газопроводов - тепла потока сжатого газа и тепла отработанного в паровой турбине водяного пара.

Источники информации 1. Поршаков Б.П. Газотурбинные установки для транспорта газа и бурения скважин. - М.: Недра, 1982. - 182 с.

2. Способ транспорта газа по магистральному газопроводу. Патент на изобретение РФ N 2116558, F 17 D 1/02, 1998. Бюл. N 21.

3. Система охлаждения сжатого газа на компрессорной станции магистрального газопровода. Патент на изобретение РФ N 2116584, F 25 В 1/00, F 17 D 1/07, F 25 В 30/00, 1998. Бюл. N 21.

4. Способ автоматического управления режимом работы магистрального газопровода. Патент на изобретение РФ N 2116557, F 17 D 1/00, 1998. Бюл. N 21.

5. Установка для охлаждения природного газа на компрессорной станции магистрального газопровода. Патент на изобретение РФ N 2125212, F 25 В 1/02, 30/02, 1999. Бюл. N 2.

6. Гришин В.Г., Каменских И.А. Энергосберегающий субоптимальный термодинамический режим работы магистральных газопроводов. Известия вузов. Нефть и газ, 1998, N 4. - С. 80 - 85.

7. Повышение эффективности использования газа на компрессорных станциях/ В. А. Динков, А.И. Гриценко, Ю.Н. Васильев, П.М. Мужиливский. - М.: Недра, 1981. - С. 24 - 31, 65 - 74, 216 - 228.

Формула изобретения

Способ использования вторичных энергетических ресурсов магистральных газопроводов на компрессорных станциях, заключающийся в их утилизации, отличающийся тем, что используют ранее невостребованное тепло потока сжатого газа магистральных газопроводов для получения дополнительной приводной мощности газовых нагнетателей и тепло отработанного водяного пара - для подогрева потока нефти (нефтепродукта), транспортируемого по магистральному нефтепроводу, чем обеспечивают более полную утилизацию потенциальных объемов вторичных энергетических ресурсов, в результате чего сокращают расход первичных энергетических ресурсов на трубопроводный транспорт газа, нефти (нефтепродуктов) и создают экологически чистую технологию подогрева нефти (нефтепродуктов) на потоке.

РИСУНКИ

Рисунок 1