Комбинированная газотурбинная установка системы газораспределения

Полезная модель относится к комбинированным газотурбинным установкам и может быть использована в энергетике, газовой промышленности, преимущественно в наземных установках для комбинированной выработки электроэнергии, промышленного холода и конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов за счет использования энергии перепада давления природного газа на входе и выходе газораспределительных станций и газорегуляторных пунктов. Задачей полезной модели является повышение коэффициента полезного действия комбинированной газотурбинной установки, снижение вредных выбросов в окружающую среду за счет использования теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина, а также расширение функциональных возможностей за счет выработки конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов. Технический результат достигается тем, что в комбинированной газотурбинной установке системы газораспределения, содержащей газотурбинный двигатель, тепловой двигатель с замкнутым контуром циркуляции, энергоутилизационный турбодетандер для выработки электроэнергии при расширении природного газа высокого давления, теплоутилизирующий турбодетандер, каждый из которых имеет электрогенератор, а также магистраль газопровода высокого давления, соединенную с входом энергоутилизационного турбодетандера, и магистраль газопровода низкого давления, соединенную с выходом теплоутилизирующего турбодетандера, при этом газотурбинный двигатель имеет воздушный компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, свободную турбину и установленный в ее тракте теплообменник-утилизатор, согласно предлагаемой полезной модели, в качестве теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции используют тепловой двигатель на низкокипящем рабочем теле с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина и включающий турбодетандер, низкотемпературный теплообменник-конденсатор и конденсатный насос, при этом выход конденсатного насоса соединен с входом теплообменника-утилизатора, выход которого соединен с входом турбодетандера, а выход турбодетандера соединен с первым входом низкотемпературного теплообменника-конденсатора, первый выход которого соединен с конденсатным насосом, образуя замкнутый контур циркуляции, причем энергоутилизационный турбодетандер снабжен сепарирующей установкой, включающей последовательно установленные сепаратор-отделитель жидкой фазы низкотемпературного природного газа, сепаратор-отделитель жидкой фазы тяжелых углеводородных фракций и ресивер сжиженной фракции тяжелых углеводородов, при этом выход энергоутилизационного турбодетандера соединен с входом сепаратора-отделителя жидкой фазы низкотемпературного природного газа, выход ресивера сжиженной фракции тяжелых углеводородов через дозатор соединен с камерой сгорания газотурбинного двигателя, а выход сепаратора-отделителя жидкой фазы низкотемпературного природного газа соединен с вторым входом низкотемпературного теплообменника-конденсатора, второй выход которого соединен с входом теплоутилизирующего турбодетандера, который выполнен с возможностью утилизации низкопотенциальной теплоты природного газа, нагретого скрытой теплотой в процессе конденсации низкокипящего рабочего тела. В качестве низкокипящего рабочего тела используют этанол или метанол. Сепаратор-отделитель жидкой фазы тяжелых углеводородных фракций выполнен с возможностью отвода примесей и твердых частиц. 1 с.п. ф-лы, 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Полезная модель относится к комбинированным газотурбинным установкам и может быть использована в энергетике, газовой промышленности, преимущественно в наземных установках для комбинированной выработки электроэнергии, промышленного холода и конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов за счет использования энергии перепада давления природного газа на входе и выходе газораспределительных станций и газорегуляторных пунктов.

Известна газораспределительная станция с энергетической установкой, содержащая магистрали высокого и низкого давления природного газа, соединенные между собой при помощи редуцирующего устройства и через байпасный газопровод, в котором последовательно установлены газотурбинный двигатель с теплообменником - утилизатором и теплоутилизирующий турбодетандер, которая имеет электрогенератор, соединенный с потребителем электроэнергии (Патент RU 2009389, МПК F17D 1/04, 15.03.1994).

Основным недостатком известной газораспределительной станции с энергетической установкой является недостаточно высокий коэффициент полезного действия (до 45%), связанный с особенностями термодинамического цикла газотурбинной установки с регенерацией тепла.

Природный газ в теплообменнике-утилизаторе омывается высокотемпературным потоком продуктов сгорания (350500°C) газотурбинного двигателя, что приводит к пиролизу природного газа и ухудшает его физические и термодинамические свойства.

Дросселирование газотурбинного двигателя за счет регулирования температуры в камере сгорания приводит (на режимах пониженной мощности) к повышению удельного расхода топлива и увеличению выбросов загрязняющих веществ с продуктами сгорания.

Кроме этого, недостатком известной газораспределительной станции с энергетической установкой являются ограниченные функциональные возможности, так как она не позволяет вырабатывать конденсат в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов.

Наиболее близким техническим решением к настоящей полезной модели является комбинированная газотурбинная установка системы газораспределения, содержащая газотурбинный двигатель, имеющий воздушный компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, свободную турбину и установленный в ее тракте теплообменник-утилизатор, а также напорный газопровод высокого давления, низкотемпературный теплообменник, энергоутилизационный турбодетандер, выходную магистраль отвода газа низкого давления и тепловой двигатель с замкнутым контуром циркуляции, работающего по циклу Брайтона. (Патент RU 2199020, МПК F02C 6/00, 20.02.2003).

Основным недостатком известной комбинированной газотурбинной установки является недостаточно высокий коэффициент полезного действия (до 60%), обусловленный необходимостью нагрева в теплообменнике-утилизаторе рабочего тела теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции, работающего по циклу Брайтона без изменения фазового состояния рабочего тела. При этом замкнутый контур циркуляции характеризуется низким эффективным коэффициентом полезного действия (КПД), равным 23,2%, при использовании низкотемпературного природного газа в качестве теплоприемника для охлаждения рабочего тела.

Причем недостаточно высокий КПД известного технического решения приводит к повышению удельного расхода топлива и увеличению выбросов загрязняющих веществ с продуктами сгорания.

Также недостатком известной комбинированной газотурбинной установки системы газораспределения являются ограниченные функциональные возможности, так как она не позволяет вырабатывать конденсат в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов.

Задачей полезной модели является повышение коэффициента полезного действия комбинированной газотурбинной установки, снижение вредных выбросов в окружающую среду за счет использования теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина, а также расширение функциональных возможностей за счет выработки конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов.

Технический результат достигается тем, что в комбинированной газотурбинной установке системы газораспределения, содержащей газотурбинный двигатель, тепловой двигатель с замкнутым контуром циркуляции, энергоутилизационный турбодетандер для выработки электроэнергии при расширении природного газа высокого давления, теплоутилизирующий турбодетандер, каждый из которых имеет электрогенератор, а также магистраль газопровода высокого давления, соединенную с входом энергоутилизационного турбодетандера, и магистраль газопровода низкого давления, соединенную с выходом теплоутилизирующего турбодетандера, при этом газотурбинный двигатель имеет воздушный компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, свободную турбину и установленный в ее тракте теплообменник-утилизатор, согласно предлагаемой полезной модели, в качестве теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции используют тепловой двигатель на низкокипящем рабочем теле с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина и включающий турбодетандер, низкотемпературный теплообменник-конденсатор и конденсатный насос, при этом выход конденсатного насоса соединен с входом теплообменника-утилизатора, выход которого соединен с входом турбодетандера, а выход турбодетандера соединен с первым входом низкотемпературного теплообменника-конденсатора, первый выход которого соединен с конденсатным насосом, образуя замкнутый контур циркуляции, причем энергоутилизационный турбодетандер снабжен сепарирующей установкой, включающей последовательно установленные сепаратор-отделитель жидкой фазы низкотемпературного природного газа, сепаратор-отделитель жидкой фазы тяжелых углеводородных фракций и ресивер сжиженной фракции тяжелых углеводородов, при этом выход энергоутилизационного турбодетандера соединен с входом сепаратора-отделителя жидкой фазы низкотемпературного природного газа, выход ресивера сжиженной фракции тяжелых углеводородов через дозатор соединен с камерой сгорания газотурбинного двигателя, а выход сепаратора-отделителя жидкой фазы низкотемпературного природного газа соединен с вторым входом низкотемпературного теплообменника-конденсатора, второй выход которого соединен с входом теплоутилизирующего турбодетандера, который выполнен с возможностью утилизации низкопотенциальной теплоты природного газа, нагретого скрытой теплотой в процессе конденсации низкокипящего рабочего тела. В качестве низкокипящего рабочего тела используют этанол или метанол. Сепаратор-отделитель жидкой фазы тяжелых углеводородных фракций выполнен с возможностью отвода примесей и твердых частиц.

Таким образом, основным техническим результатом является повышение коэффициента полезного действия и снижение вредных выбросов в окружающую среду благодаря утилизации теплоты выхлопных газов газотурбинного двигателя с использованием низкокипящего рабочего тела с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина с изменением фазового состояния низкокипящего рабочего тела (газ-жидкость) и охлаждаемого низкотемпературным природным газом, выполнению теплоутилизирующего турбодетандера с возможностью утилизации низкопотенциальной теплоты природного газа, нагретого скрытой теплотой в процессе конденсации низкокипящего рабочего тела, а также расширение функциональных возможностей благодаря возможности выработки конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена принципиальная схема комбинированной газотурбинной установки системы газораспределения, а на фиг.2 представлен термодинамический цикл Ренкина в T-s диаграмме для низкокипящего рабочего тела (этанола) с замкнутым контуром циркуляции.

На чертеже цифрами обозначены:

1 - газотурбинный двигатель,

2 - тепловой двигатель с замкнутым контуром циркуляции,

3 - энергоутилизационный турбодетандер,

4 - теплоутилизирующий турбодетандер,

5 - магистраль газопровода высокого давления,

6 - магистраль газопровода низкого давления,

7 - электрогенератор газотурбинного двигателя,

8 - электрогенератор теплового двигателя,

9 - электрогенератор энергоутилизационного турбодетандера,

10 - электрогенератор теплоутилизирующего турбодетандера,

11 - входное устройство,

12 - воздушный компрессор,

13 - камера сгорания,

14 - газовая турбина,

15 - силовая турбина,

16 - вал силовой турбины,

17 - теплообменник-утилизатор,

18 - турбодетандер с низкокипящим рабочим телом,

19 - низкотемпературный теплообменник-конденсатор,

20 - конденсатный насос,

21 - сепарирующая установка,

22 - сепаратор-отделитель жидкой фазы низкотемпературного природного газа,

23 - сепаратор-отделитель жидкой фазы тяжелых углеводородных фракций,

24 - ресивер сжиженной фракции тяжелых углеводородов,

25 - дозатор конденсата.

Комбинированная газотурбинная установка системы газораспределения (фиг.1) содержит газотурбинный двигатель 1, тепловой двигатель 2 с замкнутым контуром циркуляции, энергоутилизационный турбодетандер 3 для выработки электроэнергии при расширении природного газа высокого давления, теплоутилизирующий турбодетандер 4, а также магистраль 5 газопровода высокого давления, соединенную с входом энергоутилизационного турбодетандера 3, и магистраль 6 газопровода низкого давления, соединенную с выходом теплоутилизирующего турбодетандера 4.

Газотурбинный двигатель 1, тепловой двигатель 2 с замкнутым контуром циркуляции, энергоутилизационный турбодетандер 3 и теплоутилизирующий турбодетандер 4 имеют соответственно электрогенераторы 7, 8, 9 и 10.

Газотурбинный двигатель 1 имеет входное устройство 11, воздушный компрессор 12, камеру сгорания 13, газовую турбину 14, свободную турбину 15 с валом 16 и, установленный в ее тракте, теплообменник-утилизатор 17.

Отличием предлагаемой комбинированной газотурбинной установки системы газораспределения является то, что в качестве теплового двигателя 2 с замкнутым контуром циркуляции используют тепловой двигатель на низкокипящем рабочем теле с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина и включающий турбодетандер 18, низкотемпературный теплообменник-конденсатор 19 и конденсатный насос 20.

Замкнутый контур циркуляции теплового двигателя 2 на низкокипящем рабочем теле образован в результате следующих соединений:

выход конденсатного насоса 20 соединен с входом теплообменника-утилизатора 17;

выход теплообменника-утилизатора 17 соединен с входом турбодетандера 18;

выход турбодетандера 18 соединен с первым входом низкотемпературного теплообменника-конденсатора 19;

первый выход низкотемпературного теплообменника-конденсатора 19 соединен с конденсатным насосом 20.

Энергоутилизационный турбодетандер 3 снабжен сепарирующей установкой 21, включающей последовательно установленные сепаратор-отделитель 22 жидкой фазы низкотемпературного природного газа, сепаратор-отделитель 23 жидкой фазы тяжелых углеводородных фракций и ресивер 24 сжиженной фракции тяжелых углеводородов.

Выход энергоутилизационного турбодетандера 3 соединен с входом сепаратора-отделителя 22 жидкой фазы низкотемпературного природного газа.

Выход ресивера 24 сжиженной фракции тяжелых углеводородов через дозатор 25 соединен с камерой сгорания 13 газотурбинного двигателя 1.

Выход сепаратора-отделителя 22 жидкой фазы низкотемпературного природного газа соединен с вторым входом низкотемпературного теплообменника-конденсатора 19.

Второй выход низкотемпературного теплообменника-конденсатора 19 соединен с входом теплоутилизирующего турбодетандера 4.

Теплоутилизирующий турбодетандер 4 выполнен с возможностью утилизации низкопотенциальной теплоты природного газа, нагретого скрытой теплотой в процессе конденсации низкокипящего рабочего тела. В качестве низкокипящего рабочего тела используют этанол или метанол. Сепаратор-отделитель 23 жидкой фазы тяжелых углеводородных фракций выполнен с возможностью отвода примесей и твердых частиц.

Предлагаемая комбинированная газотурбинная установка системы газораспределения работает следующим образом.

Природный газ забирают из магистрали 5 газопровода высокого давления и направляют на расширение в энергоутилизационный турбодетандер 3, снабженный сепарирующей установкой 21 для выработки низкотемпературного природного газа, используемого для охлаждения низкокипящего рабочего тела (этанола) теплового двигателя 2, и конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов, используемого для сжигания в камере сгорания 13 газотурбинного двигателя 1.

При выработке электроэнергии в энергоутилизационном турбодетандере 3 происходит срабатывание избыточного давления природного газа, что сопровождается резким снижением температуры газа. Это становится причиной выпадения твердых гидратов воды, углекислого газа CO₂ и конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов. Мощность энергоутилизационного турбодетандера 3 передается соединенному на одном валу электрогенератору 9.

На выходе из энергоутилизационного турбодетандера 3 низкотемпературный природный газ содержит сжиженные фракции тяжелых углеводородов с примесью гидратов воды и CO₂ .

Далее низкотемпературный природный газ направляют в сепаратор-отделитель 22 жидкой фазы низкотемпературного природного газа сепарирующей установки 21.

Конденсат в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов с примесью гидратов воды и CO₂, отсепарированный в сепараторе-отделителе 22 жидкой фазы низкотемпературного природного газа, направляют в сепаратор-отделитель 23 жидкой фазы тяжелых углеводородных фракций для извлечения примесей и твердых частиц, и их удаления через имеющийся отвод примесей и твердых частиц.

Очищенный конденсат в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов направляют в ресивер 24.

Выработанный конденсат в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов может использоваться для сжигания в камере сгорания 13 газотурбинного двигателя 1, посредством подачи его из ресивера 24 через дозатор 25 конденсата.

При этом использование конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов позволяет охлаждать стенки жаровых труб в процессе испарения конденсата в пристенной зоне камере сгорания 13.

Выполнение жаровой трубы камеры сгорания 13 с испарительной камерой, которая образована двумя концентрично расположенными стенками жаровой трубы (на чертеже условно не показаны), позволяет улучшить теплоотвод от нагретых стенок жаровой трубы. При этом повышается эффективность использования конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов при его испарении и газификации непосредственно в испарительной камере, обеспечивая тем самым снижение термических напряжений в стенках жаровой трубы, возникающих вследствие перепадов температур на стенках жаровых труб. Кроме этого, повышается надежность работы камеры сгорания 13 и ресурс газотурбинного двигателя 1.

При выработке электроэнергии в газотурбинном двигателе 1 наружный воздух последовательно проходит входное устройство 11, компрессор 12, камеру сгорания 13, газовую турбину 14 и силовую турбину 15. Мощность силовой турбины 15 передается соединенному на одном валу 16 основному электрогенератору 7. Выхлопные газы направляют в теплообменник-утилизатор 17.

Преобразование тепловой энергии выхлопных газов газотурбинного двигателя 1 в механическую энергию и, далее, в электрическую происходит в тепловом двигателе 2 с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина.

Весь процесс начинается с подачи сжиженного низкокипящего рабочего тела (этанола) из расходного баллона, который на чертеже условно не показан, на сжатие в конденсатный насос 20 (процесс I-II на фиг.2).

Низкокипящее рабочее тело под давлением направляют на подогрев в теплообменник-утилизатор 17 (процесс II-III), куда поступают выхлопные газы газотурбинного двигателя 1.

Температура кипения низкокипящего рабочего тела (этанола) сравнительна низка (78,24°C при нормальных условиях), поэтому в теплообменнике-утилизаторе 17 он быстро переходит в газообразное состояние (процесс III-IV), после чего, имея температуру перегретого газа, направляют в турбодетандер 18 с низкокипящим рабочим телом.

Процесс настроен таким образом, что в турбодетандере 18 не происходит конденсации низкокипящего рабочего тела в ходе срабатывания теплоперепада (процесс IV-V). Мощность турбодетандера 18 передается соединенному на одном валу электрогенератору 8. На выходе из турбодетандера 18 низкокипящее рабочее тело (этанол) имеет температуру около 79,29°C с влажностью не превышающей 7%.

Температуру низкокипящего рабочего тела снижают в низкотемпературном теплообменнике-конденсаторе 19 (процесс V-I), охлаждаемого низкотемпературным природным газом, выработанным в сепарирующей установке 21.

После низкотемпературного теплообменника-конденсатора 19 в сжиженном состоянии низкокипящее рабочее тело сжимают в конденсатном насосе 20 (процесс I-II) и направляют на подогрев и испарение в теплообменник-утилизатор 17 газотурбинного двигателя 1.

Низкотемпературный теплообменник-конденсатор 19 теплового двигателя 2 с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина, охлаждают низкотемпературным природным газом, вырабатываемым в сепараторе-отделителе 22 жидкой фазы низкотемпературного природного газа сепарирующей установки 21.

В процессе теплообмена низкотемпературного природного газа с низкокипящим рабочим телом, происходит конденсация низкокипящего рабочего тела с выделением скрытой теплоты парообразования.

Низкотемпературный природный газ, нагретый скрытой теплотой в процессе конденсации низкокипящего рабочего тела в низкотемпературном теплообменнике-конденсаторе 19, направляют в теплоутилизирующий турбодетандер 4 для утилизации низкопотенциальной теплоты природного газа при его расширении в турбодетандере 4, который на выходе соединен с магистралью 6 газопровода низкого давления природного газа. Мощность теплоутилизирующего турбодетандера 4 передается соединенному на одном валу электрогенератору 10.

Пример конкретного выполнения.

Предлагаемая комбинированная газотурбинная установка системы газораспределения, содержащая газотурбинный двигатель 1 (ГТД) типа НК-16СТ, имеет следующие параметры термодинамического цикла:

температуру воздуха на входе в компрессор 12 T _в=288,15 K,

расход циклового воздуха 99,98 кг/с,

степень повышения давления в компрессоре 12 _к - 9,1327,

температуру в камере сгорания 13 T_кс=1086 K,

расход топливного газа в камере сгорания 1,3441 кг/с,

температуру продуктов сгорания перед силовой турбиной 15 T_г=807 K,

температуру продуктов сгорания на выхлопе T _г=663,33 K,

расход продуктов сгорания на выхлопе 100,67 кг/с,

эффективный КПД _е=0,277.

Применение указанного ГТД позволяет получить эффективную мощность на валу 16 силовой турбины 15 для привода электрогенератора 7, равную 16 МВт.

Для утилизации теплоты выхлопных газов газотурбинного двигателя 1 в теплообменнике-утилизаторе 17 используют низкокипящее рабочее тело (этанол) теплового двигателя 2 с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина, охлаждаемого низкотемпературным природным газом, включающий следующие элементы:

теплообменник-утилизатор 17 выхлопных газов с параметрами:

выхлопные газы на входе T_г=663,33 K, G _г=100,67 кг/с,

выхлопные газы на выходе T_г=388,15 K, G_г=100,67 кг/с,

сжиженный этанол на входе T_нрт=359,19 K, P_нрт =32 МПа, G_нрт=27,7 кг/с,

перегретый газ этанол на выходе T_нрт=625 K, P_нрт=30 МПа, G_нрт=27,7 кг/с;

турбодетандер 18, имеющий расчетный изоэнтропийный КПД=0,87 с параметрами:

перегретый газ этанол на входе T_нрт=625 K, P_нрт=30 МПа, G_нрт=27,7 кг/с,

влажный газ этанол на выходе T_нрт=352,44 K, P _нрт=0,1056 МПа,

мощность для привода электрогенератора 8, равна 7,595 МВт;

низкотемпературный теплообменник-конденсатор 19 с параметрами:

влажный газ этанол на входе T_нрт=352,44 K, P_нрт=0,1056 МПа, G_нрт =27,7 кг/с,

сжиженный этанол на выходе T _нрт=351 K, P_нрт=0,1014 МПа, G_нрт=27,7 кг/с,

отсепарированный низкотемпературный природный газ на входе T_пг=238,5 К, P_пг=3,15 МПа, G_пг=90,7 кг/с,

природный газ на выходе T_пг=337,15 K, P_пг=3 МПа, G_пг =90,7 кг/с;

конденсатный насос 20 с параметрами:

сжиженный этанол на входе T_нрт=351 K, P_нрт=0,1014 МПа, G_нрт=27,7 кг/с,

сжиженный этанол на выходе T_нрт=359,19 K, P_нрт =32 МПа, G_нрт=27,7 кг/с,

потребляемая мощность равна 1,415 МВт.

Для понижения давления транспортируемого природного газа при начальном давлении 7,5 МПа и расходе в 100 кг/с, имеющего средний объемный состав равный (%): CH₄ - 92; C₂H₆ - 1; C ₃H₈ - 2; C₄H₁₀ - 2,5; C₅H₁₂ - 1,5; H₂O - 0,5; CO ₂ - 0,5; используются:

энергоутилизационный турбодетандер 3, имеющий расчетный изоэнтропийный КПД=0,87, с параметрами:

природный газ на входе T_пг =288,15 K, P_пг=7,5 МПа,

низкотемпературный природный газ на выходе T_пг=237 K, Р_пг=3,3 МПа,

мощность для привода электрогенератора 9, равна 7,425 МВт;

теплоутилизирующий турбодетандер 4, имеющий расчетный изоэнтропийный КПД=0,87, с параметрами:

на входе T_пг=337,15 K, P_пг =3 МПа, G_пг=90,7 кг/с;

на выходе T _пг=281,1 K, Р_пг=1,25 МПа,

мощность для привода электрогенератора 10, равна 10,253 МВт.

Для выработки низкотемпературного природного газа и конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов, используют сепарирующую установку 21, включающую следующие элементы:

сепаратор-отделитель 22 жидкой фазы низкотемпературного природного газа с параметрами:

низкотемпературный природный газ на входе T_пг=237 K, P_пг=3,3 МПа,

отсепарированный низкотемпературный природный газ на выходе T_пг=238,5 K, P_пг=3,15 МПа,

расход отсепарированного низкотемпературного природного газа на выходе G_пг=90,7 кг/с,

расход конденсата на выходе G_к=9,3 кг/с;

сепаратор-отделитель 23 жидкой фазы тяжелых углеводородных фракций с параметрами:

конденсат на входе T_к =238,5 K, P_к=3,15 МПа,

очищенный конденсат на выходе T_ок=240 K, P_ок=2,7 МПа,

расход очищенного конденсата G_ок=8,37 кг/с,

расход примесей и твердых частиц на выходе G_пр=0,93 кг/с;

ресивер 24 сжиженной фракции тяжелых углеводородов для хранения очищенного конденсата с параметрами:

очищенный конденсат на входе T_ок=240 K, P_ок =2,7 МПа,

расход очищенного конденсата G _ок=8,37 кг/с.

В целом, при расходе природного газа, равном 100 кг/с, и начальным давлением 7,5 МПа суммарная электрическая мощность предлагаемой комбинированной газотурбинной установки системы газораспределения, затрачиваемая на привод электрогенераторов 7, 8, 9, 10, с учетом затрат на привод конденсатного насоса 20, составляет 39,698 МВт, а эффективный КПД предлагаемой комбинированной газотурбинной установки системы газораспределения природного газа составляет 0,687.

Использование более экономичных газотурбинных двигателей 1, например ГТД типа АЛ-31Ф с эффективным КПД _е=0,389, приведет к еще большому увеличению эффективного КПД предлагаемой комбинированной газотурбинной установки системы газораспределения.

Таким образом, по сравнению с прототипом, при сохранении надежности функционирования, использование теплового двигателя 2 на низкокипящем рабочем теле с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина, а также выполнение теплоутилизирующего турбодетандера с возможностью утилизации низкопотенциальной теплоты природного газа, нагретого скрытой теплотой в процессе конденсации низкокипящего рабочего тела, приводит к повышению коэффициента полезного действия (до 80%) и снижению вредных выбросов в окружающую среду предлагаемой комбинированной газотурбинной установки системы газораспределения.

Использование сепарирующей установки 21 для получения конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов позволяет расширить функциональные возможности комбинированной газотурбинной установки системы газораспределения.

Предлагаемая комбинированная газотурбинная установка системы газораспределения позволяет повысить эффективность съема электрической энергии с одного килограмма природного газа, широко варьировать мощностями электрогенераторов в зависимости от запросов потребителя, обеспечить гарантийные значения давления и температуры газа, транспортируемого в системах газораспределительных пунктов, а также осуществить утилизацию: теплоты продуктов сгорания газотурбинного двигателя, физической эксергии природного газа, транспортируемого по магистральным трубопроводам под высоким давлением.

1. Комбинированная газотурбинная установка системы газораспределения, содержащая газотурбинный двигатель, тепловой двигатель с замкнутым контуром циркуляции, энергоутилизационный турбодетандер для выработки электроэнергии при расширении природного газа высокого давления, теплоутилизирующий турбодетандер, каждый из которых имеет электрогенератор, а также магистраль газопровода высокого давления, соединенную с входом энергоутилизационного турбодетандера, и магистраль газопровода низкого давления, соединенную с выходом теплоутилизирующего турбодетандера, при этом газотурбинный двигатель имеет воздушный компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, свободную турбину и установленный в ее тракте теплообменник-утилизатор, отличающаяся тем, что в качестве теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции используют тепловой двигатель на низкокипящем рабочем теле с замкнутым контуром циркуляции, работающий по органическому циклу Ренкина и включающий турбодетандер, низкотемпературный теплообменник-конденсатор и конденсатный насос, при этом выход конденсатного насоса соединен с входом теплообменника-утилизатора, выход которого соединен с входом турбодетандера, а выход турбодетандера соединен с первым входом низкотемпературного теплообменника-конденсатора, первый выход которого соединен с конденсатным насосом, образуя замкнутый контур циркуляции, причем энергоутилизационный турбодетандер снабжен сепарирующей установкой, включающей последовательно установленные сепаратор-отделитель жидкой фазы низкотемпературного природного газа, сепаратор-отделитель жидкой фазы тяжелых углеводородных фракций и ресивер сжиженной фракции тяжелых углеводородов, при этом выход энергоутилизационного турбодетандера соединен с входом сепаратора-отделителя жидкой фазы низкотемпературного природного газа, выход ресивера сжиженной фракции тяжелых углеводородов через дозатор соединен с камерой сгорания газотурбинного двигателя, а выход сепаратора-отделителя жидкой фазы низкотемпературного природного газа соединен с вторым входом низкотемпературного теплообменника-конденсатора, второй выход которого соединен с входом теплоутилизирующего турбодетандера, который выполнен с возможностью утилизации низкопотенциальной теплоты природного газа, нагретого скрытой теплотой в процессе конденсации низкокипящего рабочего тела.

2. Комбинированная газотурбинная установка системы газораспределения по п.1, отличающаяся тем, что в качестве низкокипящего рабочего тела используют этанол или метанол.

3. Комбинированная газотурбинная установка системы газораспределения по п.1, отличающаяся тем, что сепаратор-отделитель жидкой фазы тяжелых углеводородных фракций выполнен с возможностью отвода примесей и твердых частиц.