Газопровод для транспортировки природного газа в виде газовых гидратов

Газопровод для транспортировки природного газа в виде газовых гидратов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. ГАЗОПРОВОД ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА В ВИДЕ ГАЗОВЫХ ГИДРАТОВ, содержащий кристаллизатор для производства газовых гидратов, компрессорную и холодильную установки, смонтированные на начальной станции, компрессорные установки промежуточнЕлх станций, плавитель газовых гидратов, смонтированный на конечной станции, и магистральный трубопровод для транспортировки гидратов,отличаю-щ и и с я тем, что, с целью повышения экономической эффективности, начальная станция газопровода снабжена газоконвертером для формирования из газовых гидратов переохлажденных блоков, состыкованным с магистральным трубопроводом и соединенным трубопроводом с кристаллизатором, компрессорно-й и холодильной установки, а промежуточные станции снабжены переохладителями гидратных блоков.2. Газопровод по п. 1, отличающийся тем, что газоконвертер выполнен в виде горизонтального цилиндра переменного диаметра, в котором размещены обогатительнопрессующая камера, снабженная шнеком, и камера переохлаждения гидратных блоков, образованная двумя трубами, соосно расположенными одна в другой, из которых внутренняя имеет перфорацию и выполнена с дис1метром, равным внутреннему диаметру магистраль ного трубопровода, причем камеры разделены конусным фильтром с центральным отверстием, равным внутреннему диаметру магистрального трубопровода.3.Газопровод по п. 1, отличающийся тем, что компрессорная и холодильная установки начальной станции выполнены в виде блока, содержащего термокомпрессор, снабженный камерой предварительного охлаждения и связанный с ней трубопроводом, а также трубопроводы для подачи предварительного охлажденного газа из камеры предварительного охлаждения к турбодетандерам и охлажденного газа от турбодетандеров в камеру переохлаждения газоконвертера .4.Газопровод по п. 1, отличающийся тем, что компрессорная установка промежуточной станции выполнена в виде блока, содержащего тер>&мокомпрессор, связанный трубопроводом с камерой предварительного охлаждения, и трубопроводы, один из которых соединяет камеру предвари-• тельного охлаждения с турбодетандером, а другой служит для подачи газа от турбодетандера к переохладителям промежуточной станции, параллельно соединенным с магистральным трубопроводом.5.Газопровод по п. 1, отличающийся тем, что переохладитель выполнен в виде соосно расположенных одна в другой труб, из которых внутренняя имеет диаметр, равный внутреннему диаметру магистрального трубопровода, и перфорацию, внутренние трубы переохладителя, а также места соединения переохладителей с магистральным трубопроводом снабжены направляющими гидратных блоков, причем на входе переохлади-!?(Л^ елоо

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„711758

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2316340/29-08 (22) 04.01.76 (46) 07.12.83. Бюл. Р 45 (72) Л.Ф. Смирнов (71) Институт технической теплофизики AH Украинской ССР (53) 621.643(088.8) (56) 1. Большая Советская энциклопедия, М., 1971, т. 6, с. 24-25.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 477917, кл. В 65 G 51/02, 1973. (54) (57) 1, ГАЗОПРОВОД ДЛЯ ТРАНСПОР—

ТИРОВКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА В ВИДЕ ГАЗОВЫХ ГИДРАТОВ, содержащий кристаллизатор для производства газовых гидратов, компрессорную и холодильную установки, смонтированные на начальной станции, компрессорные установки промежуточных станций, плавитель газовых гидратов, смонтированный на конечной станции, и магистральный трубопровод для транспортировки гидратов, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения экономической эффективности, начальная станция газопровода снабжена газоконвертером для формирования из Газовых гидратов переохлажденных блоков, состыкованным с магистральным трубопроводом и соединенным трубопроводом с кристаллизатором, компрессорной и холодильной установки, а промежуточные станции снабжены переохладителями гидратных блоков.

2. Газопровод по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что газоконвертер выполнен в виде горизонтального цилиндра переменного диаметра, s котором размещены обогатительнопрессующая камера, снабженная шнеком, и камера переохлаждения гидратных блоков, образованная двумя трубами, соосно расположенными одна в другой, из которых внутренняя имеет перфорацию и выполнена с диаметром, рав3(5П В 65 G 51/02 F 17 D 1/02 ным внутреннему диаметру магистраль ного трубопровода, причем камеры разделены конусным фильтром с центральным отверстием, равным внутреннему диаметру магистрального трубопровода.

3. Газопровод по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что компрессорная и холодильная установки начальной станции выполнены в виде блока, содержащего термокомпрессор, снабженный камерой предварительного охлаждения и связанный с ней трубопроводом, а также трубопроводы для подачи предварительного охлажденного газа из камеры предварительного охлаждения к турбодетандерам и у охлажденного газа от турбодетандеров в камеру переохлаждения газоконвертера.

4. Газопровод по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что компрессорная установка промежуточной станции выполнена в виде блока, содержащего ® с,) термокомпрессор, связанный трубопроводом с камерой предварительного охлаждения, и трубопроводы, один из которых соединяет камеру предварительного охлаждения с турбодетандером, а другой служит для подачи газа от турбодетандера к переохлади- () телям промежуточной станции, параллельно соединенным с магистральным трубопроводом.

5. Газопровод по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что переохладитель выполнен в виде соосно расположенных одна в другой труб, из которых внутренняя имеет диаметр, равный внутреннему диаметру магистрального трубопровода, и перфорацию, внутренние трубы переохладителя, а также места соединения переохладителей с магистральным трубопроводом снабжены направляющими гидратных блоков, причем на входе переохлади711758 теля установлены самовоэвратные а жания блоков во время их переохлажна выходе — приводные упоры для удер- дения.

Изобретение относится к магистральному газопроводу для транспортировки природного газа и может быть использовано, преимущественно, для передачи газов из районов газодобычи с холодным климатом.

Известен газопровод для транспор-. тировки природного газа в газообразном состоянии под высоким давлением, содержащий начальную станцию подготовки газа с компрессорной установкой, создающей давление от 55 до

75 бар, промежуточные компрессорные станции для поддержания высокого давления в газопроводе и расположенные вдоль трассы через каждые 100120 км, и гаэораспределительную станцию в пункте доставки для понижения давления газа (13.

Недостатком известного газопровода является низкая плотность транспортируемого газа, а также низкая пропускная способность, обусловленная малыми скоростями транспортирования. Увеличение скорости ограничено возрастанием аэродинамических потерь, которые приводят к понижению давления по трассе газопровода и, как следствие, к повышению энергои .капиталозатрат на его поддержание.

Известен также газопровод для транспортирования природного газа в виде газовых гидратон в контейнерах, содержащий кристаллизатор для производства газовых гидратов, компрессорную и холодильную установки, смонтированные на начальной станции, комг1рессорные установки промежуточных станций, плавитель газовых гидратов, смонтированный на конечной станции, магистральный трубопровод для транспортирования гидратов, а также установки для загрузки и выгрузки контейнеров и дополнительный трубопровод для возврата порожних контейнеров Г2 g.

Недостатком этого газопровода является низкая экономическая эффективность, связанная с тем, что в газопроводе не предусмотрены средства для обезвоживания гидратов, поэтому гидраты транспортируют во влажном состоянии, вследствие чего перевозится дополнительное количество воды, не вошедшее в состав гид" ратов.

Кроме того установки для загрузки и выгрузки контейнеров и допол45

55

40 нительный трубопровод для возврата порожних контейнеров усложняют конструкцию газопровода и повышают капиталовложения на его сооружение.

Целью изобретения является повышение экономической эффективности газопровода °

Эта цель достигается тем, что начальная станция газопровода снабжена гаэоконвертером для формирования иэ газовых гидратов переохлажденных блоков, состыкованным с магистральным трубопроводом и соединенным трубопроводом с кристаллогидратом, компрессорной и холодильной установками, а промежуточные станции снабжены переохладителями гидратных блоков.

При этом газоконвертер выполнен в виде горизонтального цилиндра переменного диаметра, в котором размещены обогатительно-прессующая камера, снабженная шнеком, и камера переохлаждения гидратных блоков, образованная двумя трубами, соосно расположенными одна в другой, из которых внутренняя имеет перфорацию и выполнена диаметром, равным внутреннему диаметру магистрального трубопровода, причем камеры разделены конусным фильтром с центральным отверстием, равным внутреннему диаметру магистрального трубопровода.

Кроме того, указанная цель достигается тем, что компрессорная и холодильная установки начальной станции выполнены в виде блока, содержащего термокомпрессор, снабженный камерой предварительного охлаждения и связанный с ней трубопроводом, а также трубопроводы для подачи предварительно охлажденного газа из камеры предварительного охлаждения к турбодетандерам и охлажденного гаэа от турбодетандеров в камеру переохлаждения газоконвертера.

Компрессорная установка промежуточной станции выполнена в виде блока, содержащего термокомпрессор, связанный трубопроводом с камерой предварительного охлаждения, и трубопроводы, один из которых соединяет камеру предварительного охлаждения с турбодетандером, а другой для подачи газа от турбодетандера к переохладителям промежуточной станции, параллельно соединенным с магистральным трубопроводом.

711758

Переохладитель выполнен в виде соосно расположенных одна в другой труб, из которых внутренняя имеет диаметр равный внутреннему диаметру магистрального трубопровода и перфорацию, внутренние трубы переохладителя, а также места соединения переохладителей с магистральным трубопроводом снабжены направляющими гидратных блоков, причем на входе переохладителя установлены самовозвратные, а на выходе — приводные упоры для удержания блоков во время их переохлаждения.

На фиг. 1 представлена схема газопровода для транспортирования при- 15 родного газа в виде газовых гидратов; на фиг. 2 — переохладители промежуточной станции.

Газопровод содержит начальную станцию А, расположенную в районе 20 газодобычи, промежуточные станции В, установленные по трассе газопровода, конечную станцию С, находящуюся в пункте доставки природного газа и соединяющую указанные станции, магистральный трубопровод Д.

Начальная станция A предназначена для производства из природного газа кристаллогидратов и формирования из них монолитных цилиндрических переохлажденных блоков, пригодных для транспортировки на газовой подушке, а также для создания перепада давления в трубопроводе, необходимого для транспортировки этих блоков.

Станция A содержит кристаллизатор 1 для получения газовых гидратов, газоконвертер 2 для обогащения газовых гидратов, формирования и переохлаждения газогидратных блоков;. 40 кристаллогидратный термокомпрессор

3 для получения охлажденного газа высокого давления.

Газоконвертер 2 выполнен в виде горизонтального цилиндра переменно- 45 го диаметра, в которс размещены обогатительно-прессующая камера 4, снабженная шнеком 5, конусным фильтром 6 и камера 7 переохлаждения гидратных блоков, образованная дву- 5р мя трубами соосно расположенными одна в другой, из которых внутренняя ! труба 8 имеет перфорацию и выполнена диаметром, равным внутреннему диаметру магистрального трубопровода. Ко- 55 нусный фильтр 6, разделяющий камеры 4,7, имеет центральное отверстие, равное внутреннему диаметру магистрального трубопровода.

Между камерами 4 и 7 установлено ножевое устройство 9 для нарезки газогидратных блоков. Привод шнека 5 имеет трубодетандер 10 и редуктор

11. Газоконвертер 2 имеет также пат- 65 рубок 12 для подвода холодной воды и патрубок 13 для сброса ее излишка.

Термокомпрессор 3 снабжен приводом, имеющим редуктор 14 и турбодетандер 15, установленный на одном валу с электродвигателем 16. Входй двух турбодетандеров 10 и 15 соединены трубопроводом 17 с камерой 18 предварительного охлаждения, которая через трубопровод 19 для подачи сжатого газа соединена с зоной плавления термокомпрессора, и через трубопровод 20 с его зоной прессования для подачи холодной воды, для сброса которой камера 18 предварительного охлаждения имеет патрубок 21.

Выходы трубодетандеров трубопроводами 22 и 23 соединены с камерой 7 переохлаждения газоконвертера 2.

Кроме того, термокомпрессор 3, имеет патрубок 24 для подвода холодной воды, патрубок 25 для горячей воды и патрубок 26 для сброса ее излишка °

Зона кристаллообраэования термокомпрессора 3 соединена трубопроводом

27 с камерой 7 переохлаждения гаэоконвертера 2.

Кристаллиэатор 1 имеет входной патрубок 28 для подвода природного газа, трубу 29 подвода холодной воды и трубу 30 для сброса ее излишка. Кроме того, кристаллизатор 1 соединен с камерами прессования гицратов газоконвертера 2 и термокомпрессора 3, с одной стороны, при помощи трубопровода 31, насоса 32 и трубопровода 33 для подачи кристаллогидратной суспензии и, с другой стороны, трубопроводами 34 и 27 для подачи избытка природного газа.

Промежуточная станция В предназначена для дополнительного охлаждения гаэогидратных блоков для компенсации утечек холода при их транспортировке и для компенсации потерь давления в магистральном трубопроводе.

Станция В содержит параллельные переохладители 35 для поочередного подсоединения к магистральному трубопроводу, связанные с кристаллогидратным термокомпрессором 36, устройство и назначение которого аналогично термокомпрессору 3 станции А, Переохладители 35 выполнены в виде соосно расположенных одна в другой труб 37 и 38, иэ которых внутренняя имеет диаметр равный внутреннему диаметру магистрального трубопровода и перфорацию для прохода внутрь ее иэ пространства 39, заключенного между трубами 37 и 38, охлажденного газа высокого давления.

Магистральный трубопровод Д и внутренняя труба 38 переохладителя

35 (см. рис ° 2) снабжены неподвижными направляющими штангами 40 и 41, 711758 прикрепленными снизу к внутренней поверхности труб. В месте соединения нескольких переохладителей 35 с магистральным трубопроводом установлена направляющая штанга 42. На входе переохладитель 35 имеет самовоз- 5 вратные пружинные упоры 43, которые обеспечивают однонаправленное движение газогидратных блоков, на выходе — приводные упоры 44 (привод на чертеже не показан) для задержания )p блоков на время их накопления и переохлаждения и для их последующего выпуска в магистральный трубопровод Д.

Зона кристаллообразования термокомпрессора 36 соединена с выходом переохладителя 35 трубопроводом 45 через клапан 46, и зона плавления через трубопровод 47, камеру 48 предварительного охлаждения, трубопровод

49, турбодетандер 50, трубопровод 51 и клапан 52 — .с ее выходом.

Кроме того, на промежуточной станции B имеется трубопровод 53 для отбора газа из магистрального трубопровода Д в термокомпрессор 36 и трубопровод 54 с клапаном 55 для подачи газа высокого давления иэ турбодетандера 50 к входу переохладителя 35.

Конечная станция C предназначена для плавления гидратных блоков с выделением из них природного газа и пресной воды. Конечная станция имеет два плавителя: плавитель 56 для получения газа давлением до 10 бар и 35 плавитель 57 для получения газа высого давления от 60 до 200 бар. Оба плавителя соединены с магистральным трубопроводом Д и имеют внутри камеры поддерживающие решетки 58 в 40 нижней части и сепараторы 59 в верхней части. Плавитель 56 снабжен трубой 60 для отвода газа низкого давления,патрубком 61 подвода воды иэ холодильной системы и патрубком

62 для отвода охлажденной воды в холодильную систему. Плавитель 57 содержит трубу 63 для отвода газа высокого давления, патрубок 64 для подвода горячей воды и патрубок для ее сброса.

Газопровод работает следующим образом.

Природный гаэ по патрубку 28 поступает в кристаллиэатор 1, контактирует с водой, подаваемой по трубе

29 и при температуре около 12 С и давлении 50 бар образует кристаллогидраты.

Для интенсификации этого процесса проводят турбулизацию кристаллогид- 60 ратной суспензии путем барботажа газа через противоток холодной воды.

Теплоту гидратообразования отводят излишком холодной воды, отводрмой через трубу 30. 65

Кристаллогидратную суспензию, содержание твердых кристаллов в которой достигает 15%, перекачивают насосом 32 по трубопроводу 33 в газоконвертер 2 и термокомпрессор 3.

В эти же аппараты по трубопроводам

34 и 27 подают излишек природного газа, не перешедшего в состав кристаллогидратов.в кристаллизаторе 1, и холодную воду по патрубкам 12 и 24.

В камере 4 обогащения и прессования газоконвертера 2 увеличивают концентрацию твердых кристаллов в кристаллогидратной суспенэии с 15 до 60%, во первых, эа счет дополнительного гидратообразования и, вовторых, за счет дренажа воды иэ гидратной массы при уплотнении шнеком 5, который затем продавливает концентрированную суспензию через центральное отверстие конусного фильтра 6 в камеру 7 переохлаждения.

Количество остаточной воды в кристаллогидратной массе напоминает снег, который прессуют в газоконвертере 2 от начального давления порядка 50 бар до конечного давления 80 бар. После окончания прессования получают цилиндрический кристаллогидратный поршень диаметром, равным диаметру центрального отверстия в конусном фильтре 6, имеющий в своей нижней части направляющий паэ. При переходе из камеры 4 в камеру 7 ножевое устройство 9 разрезает поршень на блоки, которые при движении по камере 7 обдувают сжатым холодным газом с температурой около -30 С, поступающим от турбодетандеров 10 и 15 по трубопроводам 22 и 23. При этом межкристаллическая вода, оставшаяся в гидратном блоке после прессования, кристаллизуется в лед.

Под действием перепада давления за блоком и перед ним, при котором давление в камере 7 выше давления в магистральном трубопроводе, гидратный блок из камеры 7 переохлаждения и движется по трубопроводу на газовой подушке со скоростью порядка 20 м/с и интервалом движения между блоками 1-2 с до первой промежуточной станции B. Вследствие низкой теплопроводности гидратов, приблизительно равной теплопроводности льда, блок в камере переохлаждения не успевает охладиться во всем объеме, например, до температуры около -6 С при транспортировке чистого метана, переохгаждаются лишь боковые стенки блока на глубину порядка 200 мм, а и реохлаждение всего объема происходит уже в пути за счет холодного природного газа, транспортируемого в промежутках между блоками, 711758

Для перемещения гидратных блоков на газовой подушке в магистральном трубопроводе создают давление порядка 50 бар. В термокомпрессоре 3 вырабатывают гаэ высокого давления порядка 100 бар, которое понижает до давления 50 бар, для чего по трубопроводу 19 его подают в камеру 18 предварительного охлаждения, в которой он барботируется через холодную воду, подаваемую по трубе 20. 10

Из камеры 18 газ высокого давления о при температуре порядка 18 С по трубопроводу 17 поступает на входы турбодетандеров 10 и 15, из которых после расширения выходит под давлением 15 порядка 50 бар и с температурой около -30 С. Этот газ по трубопроо водам 22 и 23 поступает в камеру 7 переохлаждения и через отверстие в трубе 8 в магистральный трубопровод.

Излишек газа возвращают в термокомпрессор 3 по трубопроводу 27.

При транспортировке газогидратных блоков по магистральному трубопроводу, вследствие теплопритоков из окружающей среды и трения, температура блоков повышается и как показывает расчет теплового баланса газопровода перед промежуточной станцией равна почти -1 C для метана, в связи с чем для сохранения их механической прочности блоки необходимо периодически переохлаждать.

Кроме того, давление газа внутри магистрального трубопровода понижается с 50 бар до 35 бар и для поддержания необходимой скорости движения гидратных блоков его также периодически повышают. Для этого, а также для периодического охлаждения блоков через каждые 100-150 км на 40 трассе газопровода установлены промежуточные станции В.

Газогидратные блоки иэ магистрального трубопровода направляют в один из переохладителей 35 станции В в 45 соответствующее положение подвижной штанги 42. При этом во время заполнения переохладителя пружинные упоры 43 утапливаются в тело трубы и не препятствуют дйижению блоков. В это же время упоры 44 выдвинуты и не позволяют блокам выходить иэ переохладителя, благодаря чему происходит накапливание блоков. B начале накопления в пространство 39 через клапан 52 кратковременно подают порцию газа высокого давления порядка

50 бар и тем самым создают перепад давления, направленный навстречу перепаду давления в магистральном трубопроводе, что снижает скорость блока в переохладителе почти до нуля.

После заполнения переохладителя

35 подвижную штангу 42 передвигают для подсоединения к магистральному трубопроводу другого переохладителя, а первый переходит в режим переохлаждения, в котором по трубопроводу. через открытый канал 51 в переохладитель подают охлажденный до -30 С газ высокого давления порядка

50 бар, который обдувает блоки и уходит через клапан 46 по трубопроводу 45 в термокомпрессор 36. После окончания переохлаждения блоков клапаны 46 и 52 закрывают, утапливают приводные упоры 44 и ко входу переохладителя подводят по трубопроводу

54 через открытый клапан 55 газ высокого давления порядка 50 бар.

Под действием этого давления блоки выходят из переохладителя в магистральный трубопровод и продолжают транспортировку.

По прибытии гидратных блоков на конечную станцию С они поступак г в один из параллельных плавителей 56 и 57 в зависимости от того, газ какого давления необходимо получить.

В плавителе 56 гидратные блоки плавят при температуре около ЗОС, подавая в него по трубе 61 воду из холодильной системы, например кондиционирования воздуха, имеющую температуру 10-15 С, и получают гаэ с давлением около 10 бар и холодную воду с температурой 0-6 С. Воду по трубе 62 отводят опять к холодильной системе. B плавителе 57 плавление гидратных блоков ведут при температуре 20-30ОC подавая по трубе 64 горячую воду с температурой

40-50 С и получают газ высокого давления от 60 до 200 бар. Отработанную воду сливают по трубе 65 °

711758

Тираж 949 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, М-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 10769/5

Филиал ППП Патент, г. У>.город, ул. Проектная, 4

Редактор П. Горькова Техред Ж.Кастелевич Корректор М. Шароши