Газораспределительная станция

Полезная модель относится к газовой промышленности, а именно, к газораспределительным станциям с применением турбодетандерной технологии понижения давления природного газа, и может быть использована 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 газораспределительной станции. Задачей полезной модели является повышение коэффициента полезного действия за счет использования низкотемпературного природного газа для охлаждения отработавших газов газотурбинной установки, исключение пиролиза природного газа, снижение вредных выбросов в окружающую среду за счет уменьшения удельного расхода топлива в газотурбинной установке, а также расширение функциональных возможностей за счет выработки конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов. Технический результат достигается тем, что газораспределительная станция, содержащая магистрали высокого и низкого давления природного газа, соединенные между собой при помощи редуцирующего устройства и через байпасный газопровод, в котором последовательно установлены газотурбинная установка и теплоутилизирующая турбодетандерная установка, каждая из которых имеет электрогенератор, соединенный с потребителем электроэнергии, газотурбинная установка включает в себя газотурбинный двигатель и обращенный газогенератор, причем газотурбинный двигатель содержит входное устройство, воздушный компрессор, камеру сгорания, турбину для привода воздушного компрессора и силовую турбину, за которой установлен обращенный газогенератор, вал силовой турбины соединен с электродвигателем газотурбинной установки, при этом обращенный газогенератор содержит установленные за силовой турбиной турбину перерасширения, дожимающий компрессор и теплообменник-охладитель, установленный перед дожимающим компрессором, причем турбина перерасширения и дожимающий компрессор установлены на общем валу, механически не связанном с валом силовой турбины, согласно предлагаемой полезной модели, снабжена энергоутилизационной турбодетандерной установкой с электрогенератором, соединенным с потребителем электроэнергии, которая выполнена с возможностью выработки низкотемпературного природного газа и конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов, теплоутилизирующая турбодетандерная установка выполнена с возможностью утилизации низкопотенциальной теплоты природного газа, нагретого отработавшими газами обращенного газогенератора газотурбинной установки, а газотурбинная установка выполнена с возможностью охлаждения его обращенного газогенератора вырабатываемым низкотемпературным природным газом, при этом энергоутилизационная турбодетандерная установка содержит теплообменник-охладитель природного газа высокого давления, первый вход которого соединен с магистралью высокого давления природного газа, а первый выход - с входом турбодетандера, выход которого соединен с сепаратором-отделителем жидкой фазы низкотемпературного природного газа, первый выход которого соединен с газотурбинной установкой, а второй выход - с сепаратором-отделителем жидкой фазы тяжелых углеводородных фракций, соединенным с вторым входом теплообменника-охладителя природного газа высокого давления, второй выход которого соединен с ресивером сжиженной фракции тяжелых углеводородов, причем газотурбинный двигатель снабжен теплообменником-охладителем воздушного компрессора и первым сепаратором-влагоотделителем, установленными перед воздушным компрессором, а обращенный газогенератор снабжен вторым сепаратором-влагоотделителем, установленным перед дожимающим компрессором, вход и выход теплообменника-охладителя воздушного компрессора соединены посредством газопровода низкотемпературного природного газа, соответственно, с первым выходом сепаратора-отделителя жидкой фазы низкотемпературного природного газа и входом теплообменника-охладителя обращенного газогенератора, выход которого соединен с входом турбодетандера теплоутилизирующей установки. При этом вход камеры сгорания газотурбинного двигателя соединен с выходом ресивера сжиженной фракции тяжелых углеводородов, байпасный газопровод имеет первый байпасный трубопровод, соединяющий первый вход и первый выход теплообменника-охладителя природного газа высокого давления, сепаратор-отделитель жидкой фазы тяжелых углеводородных фракций соединен с ресивером сжиженной фракции тяжелых углеводородов при помощи второго байпасного трубопровода, газопровод низкотемпературного природного газа имеет третий байпасный трубопровод, соединяющий вход и выход теплообменника-охладителя воздушного компрессора, первый и второй сепараторы-влагоотделители выполнены с возможностью дренажного слива, а сепаратор-отделитель жидкой фазы тяжелых углеводородных фракций выполнен с возможностью отвода твердых примесей. 1 с.п. ф-лы и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Полезная модель относится к газовой промышленности, а именно, к газораспределительным станциям с применением турбодетандерной технологии понижения давления природного газа, и может быть использована 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 газораспределительной станции.

Известна газотурбинная установка (ГТУ), включающая газотурбинный двигатель, за силовой турбиной которого установлен обращенный газогенератор, и основной электрогенератор, соединенный с валом силовой турбины, при этом обращенный газогенератор содержит установленные за силовой турбиной турбину перерасширения, дожимающий компрессор и теплообменник-охладитель перед дожимающим компрессором, причем турбина перерасширения и дожимающий компрессор установлены на общем валу, механически не связанном с валом силовой турбины (Авторское свидетельство СССР 267257, МПК F02C 3/04, опубликовано 10.06.2010).

Недостатком этого технического решения является недостаточно высокая удельная мощность и, как следствие, относительно низкий коэффициент полезного действия (КПД), обусловленные отсутствием утилизации низкопотенциальной теплоты.

Наиболее близким техническим решением к настоящей полезной модели является газораспределительная станция, содержащая магистрали высокого и низкого давления природного газа, соединенные между собой при помощи редуцирующего устройства и через байпасный газопровод, в котором последовательно установлены газотурбинная установка и теплоутилизирующая турбодетандерная установка, которая имеет электрогенератор, соединенный с потребителем электроэнергии (Патент RU 2009389, МПК F17D 1/04, 15.03.1994).

Основным недостатком известной газораспределительной станции 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°С) 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 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 за счет использования низкотемпературного природного газа для охлаждения отработавших газов газотурбинной установки, исключение пиролиза природного газа, снижение вредных выбросов в окружающую среду за счет уменьшения удельного расхода топлива в газотурбинной установке, а также расширение функциональных возможностей за счет выработки конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов.

Технический результат достигается тем, что газораспределительная станция, содержащая магистрали высокого и низкого давления природного газа, соединенные между собой при помощи редуцирующего устройства и через байпасный газопровод, в котором последовательно установлены газотурбинная установка и теплоутилизирующая турбодетандерная установка, каждая из которых имеет электрогенератор, соединенный с потребителем электроэнергии, газотурбинная установка включает в себя газотурбинный двигатель и обращенный газогенератор, причем газотурбинный двигатель содержит входное устройство, воздушный компрессор, камеру сгорания, турбину для привода воздушного компрессора и силовую турбину, за которой установлен обращенный газогенератор, вал силовой турбины соединен с электродвигателем газотурбинной установки, при этом обращенный газогенератор содержит установленные за силовой турбиной турбину перерасширения, дожимающий компрессор и теплообменник-охладитель, установленный перед дожимающим компрессором, причем турбина перерасширения и дожимающий компрессор установлены на общем валу, механически не связанном с валом силовой турбины, согласно предлагаемой полезной модели, снабжена энергоутилизационной турбодетандерной установкой с электрогенератором, соединенным с потребителем электроэнергии, которая выполнена с возможностью выработки низкотемпературного природного газа и конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов, теплоутилизирующая турбодетандерная установка выполнена с возможностью утилизации низкопотенциальной теплоты природного газа, нагретого отработавшими газами обращенного газогенератора газотурбинной установки, а газотурбинная установка выполнена с возможностью охлаждения его обращенного газогенератора вырабатываемым низкотемпературным природным газом, при этом энергоутилизационная турбодетандерная установка содержит теплообменник-охладитель природного газа высокого давления, первый вход которого соединен с магистралью высокого давления природного газа, а первый выход - с входом турбодетандера, выход которого соединен с сепаратором-отделителем жидкой фазы низкотемпературного природного газа, первый выход которого соединен с газотурбинной установкой, а второй выход - с сепаратором-отделителем жидкой фазы тяжелых углеводородных фракций, соединенным с вторым входом теплообменника-охладителя природного газа высокого давления, второй выход которого соединен с ресивером сжиженной фракции тяжелых углеводородов, причем газотурбинный двигатель снабжен теплообменником-охладителем воздушного компрессора и первым сепаратором-влагоотделителем, установленными перед воздушным компрессором, а обращенный газогенератор снабжен вторым сепаратором-влагоотделителем, установленным перед дожимающим компрессором, вход и выход теплообменника-охладителя воздушного компрессора соединены посредством газопровода низкотемпературного природного газа, соответственно, с первым выходом сепаратора-отделителя жидкой фазы низкотемпературного природного газа и входом теплообменника-охладителя обращенного газогенератора, выход которого соединен с входом турбодетандера теплоутилизирующей установки.

При этом вход камеры сгорания газотурбинного двигателя соединен с выходом ресивера сжиженной фракции тяжелых углеводородов, байпасный газопровод имеет первый байпасный трубопровод, соединяющий первый вход и первый выход теплообменника-охладителя природного газа высокого давления, сепаратор-отделитель жидкой фазы тяжелых углеводородных фракций соединен с ресивером сжиженной фракции тяжелых углеводородов при помощи второго байпасного трубопровода, газопровод низкотемпературного природного газа имеет третий байпасный трубопровод, соединяющий вход и выход теплообменника-охладителя воздушного компрессора, первый и второй сепараторы-влагоотделители выполнены с возможностью дренажного слива, а сепаратор-отделитель жидкой фазы тяжелых углеводородных фракций выполнен с возможностью отвода твердых примесей.

Таким образом, основным техническим результатом является повышение коэффициента полезного действия благодаря наличию энергоутилизационной турбодетандерной установки, вырабатывающей низкотемпературный природный газ, выполнению газотурбинной установки в виде газотурбинной установки с обращенным газогенератором, охлаждаемого низкотемпературным природным газом, и выполнению теплоутилизирующей турбодетандерной установки с возможностью утилизации низкопотенциальной теплоты природного газа, нагретого отработавшими газами обращенного газогенератора.

Кроме этого, техническим результатом является исключение пиролиза природного газа, а также снижение вредных выбросов в окружающую среду за счет использования обращенного газогенератора, расширение функциональных возможностей благодаря наличию энергоутилизационной турбодетандерной установки, выполненной с возможностью выработки конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена укрупненная блок-схема предлагаемой газораспределительной станции, а на фиг.2 - принципиальная схема предлагаемой газораспределительной станции.

На чертеже цифрами обозначены:

1 - магистраль высокого давления природного газа,

2 - магистраль низкого давления природного газа,

3 - редуцирующее устройство,

4 - байпасный газопровод,

5 - газотурбинная установка с обращенным газогенератором,

6- электрогенератор газотурбинной установки,

7 - теплоутилизирующая турбодетандерная установка,

8 - электрогенератор теплоутилизирующей установки,

9 - газотурбинный двигатель,

10 - обращенный газогенератор,

11 - входное устройство,

12 - воздушный компрессор,

13 - камера сгорания,

14 - турбина для привода воздушного компрессора,

15 - силовая турбина,

16 - вал силовой турбины,

17 - турбина перерасширения,

18 - дожимающий компрессор,

19 - теплообменник-охладитель обращенного газогенератора,

20 - вал турбины перерасширения,

21 - энергоутилизационная турбодетандерная установка,

22 - электрогенератор энергоутилизационной установки,

23 - теплообменник-охладитель природного газа высокого давления,

24 - турбодетандер энергоутилизационной установки,

25 - сепаратор-отделитель жидкой фазы низкотемпературного природного газа,

26 - сепаратор-отделитель жидкой фазы тяжелых углеводородных фракций,

27 - ресивер сжиженной фракции тяжелых углеводородов,

28 - теплообменник-охладитель воздушного компрессора,

29 - первый сепаратор-влагоотделитель,

30 - второй сепаратор-влагоотделитель,

31 - газопровод низкотемпературного природного газа,

32 - первый байпасный трубопровод,

33 - второй байпасный трубопровод,

34 - третий байпасный трубопровод.

Газораспределительная станция (фиг.1) содержит магистрали высокого 1 и низкого 2 давления природного газа, соединенные между собой при помощи редуцирующего устройства 3 и через байпасный газопровод 4.

В байпасном газопроводе 4 последовательно установлены газотурбинная установка 5, имеющая электрогенератор 6, и теплоутилизирующая турбодетандерная установка 7, имеющая электрогенератор 8. Электрогенераторы 6 и 8 соединены с потребителем электроэнергии, например с компрессорной станцией.

Газотурбинная установка 5 (фиг.2) включает в себя газотурбинный двигатель 9 и обращенный газогенератор 10, установленный за газотурбинным двигателем.

Газотурбинный двигатель 9 содержит входное устройство 11, воздушный компрессор 12, камеру сгорания 13, турбину 14 для привода воздушного компрессора и силовую турбину 15, вал 16 которой соединен с электродвигателем 6 газотурбинной установки 5.

Обращенный газогенератор 10 содержит установленные за силовой турбиной 15 турбину 17 перерасширения, дожимающий компрессор 18 и теплообменник-охладитель 19 обращенного газогенератор.

Теплообменник-охладитель 19 установлен перед дожимающим компрессором 18.

Турбина 17 перерасширения и дожимающий компрессор 18 установлены на общем валу 20, механически не связанном с валом 16 силовой турбины 15.

Отличием предлагаемой газораспределительной станции является то, что она снабжена энергоутилизационной турбодетандерной установкой 21 с электрогенератором 22, соединенным с потребителем электроэнергии (фиг.2).

Энергоутилизационная турбодетандерная установка 21 выполнена с возможностью выработки низкотемпературного природного газа и конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов.

Газотурбинная установка 5 выполнена с возможностью охлаждения его обращенного газогенератора 10 вырабатываемым низкотемпературным природным газом.

Теплоутилизирующая турбодетандерная установка 7 выполнена с возможностью утилизации низкопотенциальной теплоты природного газа, нагретого отработавшими газами обращенного газогенератора газотурбинной установки 5.

Энергоутилизационная турбодетандерная установка (фиг.2) содержит теплообменник-охладитель 23 природного газа высокого давления, турбодетандер 24 с электрогенератором 22, сепаратор-отделитель 25 жидкой фазы низкотемпературного природного газа, сепаратор-отделитель 26 жидкой фазы тяжелых углеводородных фракций и ресивер 27 сжиженной фракции тяжелых углеводородов.

Первый вход теплообменника-охладителя 23 природного газа высокого давления соединен с магистралью 1 высокого давления природного газа, а первый выход теплообменника-охладителя 23 - с входом турбодетандера 24.

Выход турбодетандера 24 соединен с сепаратором-отделителем 25 жидкой фазы низкотемпературного природного газа.

Первый выход сепаратора-отделителя 25 жидкой фазы низкотемпературного природного газа соединен с газотурбинной установкой 5 с обращенным газогенератором 10.

Второй выход сепаратора-отделителя 25 соединен с сепаратором-отделителем 26 жидкой фазы тяжелых углеводородных фракций.

Сепаратор-отделитель 26 жидкой фазы тяжелых углеводородных фракций соединен с вторым входом теплообменника-охладителя 23 природного газа высокого давления.

Второй выход теплообменника-охладителя 23 соединен с ресивером 27 сжиженной фракции тяжелых углеводородов.

Газотурбинный двигатель 9 (фиг.2) снабжен теплообменником-охладителем 28 воздушного компрессора и первым сепаратором-влагоотделителем 29, установленными перед воздушным компрессором 12.

Обращенный газогенератор (фиг.2) снабжен вторым сепаратором-влагоотделителем 30, установленным перед дожимающим компрессором 18.

Вход теплообменника-охладителя 28 воздушного компрессора соединен, посредством газопровода 31 низкотемпературного природного газа, с первым выходом сепаратора-отделителя 25 жидкой фазы низкотемпературного природного газа, т.е. первый выход сепаратора-отделителя 25 жидкой фазы низкотемпературного природного газа соединен с газотурбинной установкой 5 посредством газопровода 31 низкотемпературного природного газа.

Выход теплообменника-охладителя 28 воздушного компрессора соединен, посредством газопровода 31 низкотемпературного природного газа, с входом теплообменника-охладителя 19 обращенного газогенератора 10.

Выход теплообменника-охладителя 19 обращенного газогенератора 10 соединен с входом турбодетандера 7 теплоутилизирующей установки.

Вход камеры сгорания 13 газотурбинного двигателя 9 соединен с выходом ресивера 27 сжиженной фракции тяжелых углеводородов.

Байпасный газопровод 4 имеет первый 32 байпасный трубопровод, соединяющий первый вход и первый выход теплообменника-охладителя 23 природного газа высокого давления.

Сепаратор-отделитель 26 жидкой фазы тяжелых углеводородных фракций соединен с ресивером 27 сжиженной фракции тяжелых углеводородов при помощи второго 33 байпасного трубопровода.

Газопровод 31 низкотемпературного природного газа имеет третий 34 байпасный трубопровод, соединяющий вход и выход теплообменника-охладителя 28 воздушного компрессора.

Первый 29 и второй 30 сепараторы-влагоотделители выполнены с возможностью дренажного слива.

Сепаратор-отделитель 26 жидкой фазы тяжелых углеводородных фракций выполнен с возможностью отвода твердых примесей.

Предлагаемая газораспределительная станция работает следующим образом.

Природный газ забирают из магистрали 1 высокого давления перед редуцирующим устройством 3 и через байпасный газопровод 4 направляют в энергоутилизационную турбодетандерную установку 21 для выработки низкотемпературного природного газа и конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов при расширении в турбодетандере 24 установки 21.

При положительных температурах окружающей среды, забираемый природный газ из магистрали 1 высокого давления охлаждают в теплообменнике-охладителе 23 природного газа высокого давления с помощью выработанного конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов. При отрицательных температурах окружающей среды, забираемый природный газ из магистрали 1 высокого давления направляют непосредственно в турбодетандер 24 установки 21 через первый байпасный трубопровод 32.

Срабатывание избыточного давления природного газа в турбодетандере 24 установки 21 сопровождается резким снижением температуры газа, что становится причиной выпадения твердых гидратов воды, углекислого газа CO₂ и конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов. Мощность турбодетандера 24 передается соединенному на одном валу электрогенератору 22. Низкотемпературный природный газ на выходе из турбодетандера 24 установки 21 направляют в сепаратор-отделитель 25 жидкой фазы низкотемпературного природного газа.

Отсепарированный конденсат в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов с примесью твердых частиц CO₂ и гидратов воды направляют в сепаратор-отделитель 26 жидкой фазы тяжелых углеводородных фракций для извлечения твердых примесей и их удаления через имеющийся отвод твердых примесей.

Очищенный конденсат в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов может использоваться для охлаждения природного газа высокого давления в теплообменнике-охладителе 23 при положительных температурах окружающей среды, а при отрицательных температурах окружающей среды может непосредственно подаваться в ресивер 27 через второй байпасный 33 трубопровод.

Выработанный конденсат в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов может использоваться для сжигания в камере сгорания 13 газотурбинной установки 5, посредством подачи его через ресивер 27.

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

Выполнение жаровой трубы камеры сгорания 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 топливного 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 и ресурс газотурбинного двигателя.

Отсепарированный низкотемпературный природный газ направляют в теплообменник-охладитель 28 воздушного компрессора газотурбинной установки 5 с обращенным газогенератором, через газопровод 31 низкотемпературного природного газа.

Теплообменник-охладитель 28 воздушного компрессора используют при положительных температурах окружающей среды, для осушения наружного воздуха, при котором происходит конденсация влаги с дальнейшим дренажным сливом выделившейся влаги.

При отрицательных температурах окружающей среды отсепарированный низкотемпературный природный газ направляют непосредственно в теплообменник-охладитель 19 обращенного газогенератора газотурбинной установки 5 через газопровод 31 низкотемпературного природного газа, посредством третьего байпасного трубопровода 34.

Обращенный газогенератор 10 газотурбинной установки 5 охлаждают низкотемпературным природным газом, вырабатываемым в энергоутилизационной турбодетандерной установке 21. В процессе теплообмена низкотемпературного природного газа с отработавшими газами обращенного газогенератора, происходит осушение отработавших газов обращенного газогенератора 10 с дальнейшим дренажным сливом выделившейся влаги.

Низкотемпературный природный газ, нагретый полученной теплотой от отработавших газов обращенного газогенератора 10 газотурбинной установки 5, направляют в теплоутилизирующую турбодетандерную установку 7 для утилизации низкопотенциальной теплоты природного газа высокого давления при его расширении в теплоутилизирующей турбодетандерной установке 7, который на выходе, через байпасный газопровод 4, соединен с магистралью 2 низкого давления природного газа. Мощность теплоутилизирующей турбодетандерной установки 7 передается соединенному на одном валу электрогенератору 8.

Работа газотурбинной установки 5 с обращенным газогенератором 10 осуществляется по схеме:

всос наружного воздуха в проточную часть воздушного компрессора 12,

охлаждение и осушение в теплообменнике-охладителе 28 воздушного компрессора 12,

сжатие его в многоступенчатом воздушном компрессоре 12,

подвод теплоты в камере сгорания 13,

расширение в компрессорной турбине 14 и силовой турбине 15,

перерасширение в турбине 17 обращенного газогенератора 10,

охлаждение и осушение в теплообменнике-охладителе 19,

сжатие в дожимающем компрессоре 18.

Мощность силовой турбины 15 газотурбинной установки 5 передается соединенному на одном валу 16 электрогенератору 6.

Пример 1 конкретного выполнения.

Предлагаемая газораспределительная станция, имеющая газотурбинную установку 5 на основе газотурбинного двигателя 9 (ГТД) типа НК-16СТ с расчетным эффективным КПД _e=0,277.

Газотурбинный двигатель типа НК-16СТ при использовании обращенного газогенератора 10, установленного в существующем газоходе за силовой турбиной 15 ГТД, имеет следующие параметры термодинамического цикла:

температуру осушенного воздуха на входе в компрессор 12 Т _ов=273,15 К,

расход циклового воздуха 78,87 кг/с,

степень повышения давления в компрессоре 12 _k=9,5744,

температуру в камере сгорания 13 T_кc=1100 К,

расход топливного газа в камере сгорания 0,8824 кг/с,

температуру продуктов сгорания перед силовой турбиной 15 Т_г=826,34 К,

температуру продуктов сгорания за турбиной перерасширения 17 обращенного газогенератора 10 на входе в теплообменник-охладитель 19 T_г=522,3 К,

давление продуктов сгорания за турбиной перерасширения 17 обращенного газогенератора 10 на входе в теплообменник-охладитель 19 Р_г=0,0361 МПа,

температуру продуктов сгорания на входе в дожимающий компрессор 18 за теплообменником-охладителем 19 обращенного газогенератора 10 T_г=273,15 К,

давление продуктов сгорания на входе в дожимающий компрессор 18 за теплообменником-охладителем 19 обращенного газогенератора 10 Р_г=0,0346 МПа,

эффективный КПД _е=0,353,

температуру продуктов сгорания на выхлопе за дожимающим компрессором 18 обращенного газогенератора 383,13 К.

Применение указанного ГТД с обращенным газогенератором позволяет получить эффективную мощность на валу 16 силовой турбины 15 для привода электрогенератора 6, равную 16 МВт.

При этом для понижения давления транспортируемого природного газа при начальном давлении 5,5 МПа и расходе в 100 кг/с, используются:

энергоутилизационная турбодетандерная установка 21, включающая следующие элементы:

теплообменник-охладитель 23 природного газа высокого давления с параметрами:

природный газ на входе Т_пг=288,15 К, Р_пг=5,5 МПа,

природный газ на выходе Т_пг=285,15 К, Р_пг =5,4 МПа,

очищенный конденсат на входе Т _ок=255,75 К, Р_ок=3,1 МПа,

очищенный конденсат на выходе Т_ок=275,91 К, Р_ок=3 МПа,

расход очищенного конденсата G_oк =9,9 кг/с;

турбодетандер 24 энергоутилизационной установки 21, имеющий расчетный изоэнтропийный КПД=0,87 с параметрами:

природный газ на входе Т_пг=285,15 К, Р_пг=5,4 МПа,

низкотемпературный природный газ на выходе Т_пг=254,54К, Р_пг=3,3 МПа,

мощность для привода электрогенератора 22, равна 4,782 МВт;

сепаратор-отделитель 25 жидкой фазы низкотемпературного природного газа с параметрами:

низкотемпературный природный газ на входе Т_пг=254,54К, Р_пг=3,3 МПа,

отсепарированный низкотемпературный природный газ на выходе Т_пг=255,15 К, Р_пг =3,2МПа,

расход отсепарированного низкотемпературного природного газа на выходе G_пг=89,1 кг/с,

расход конденсата на выходе G_к=10,9 кг/с;

сепаратор-отделитель 26 жидкой фазы тяжелых углеводородных фракций с параметрами:

конденсат на входе Т_пг =255,15 К, Р_пг=3,2 МПа,

очищенный конденсат на выходе Т_ок=255,75 К, Р_ок=3,1 МПа,

расход очищенного конденсата G_ок =9,9 кг/с,

расход примесей твердых частиц на выходе G_птч=1 кг/с;

ресивер 27 сжиженной фракции тяжелых углеводородов для хранения очищенного конденсата с параметрами:

очищенный конденсат на входе Т _ок=275,91 К, Р_ок=3 МПа,

расход очищенного конденсата G_ок=9,9 кг/с;

теплообменник-охладитель 28 воздушного компрессора с параметрами: наружный воздух на входе Т_нв=288,15 К, Р_нв =0,1013 МПа, G_нв=78,87 кг/с, наружный воздух на выходе Т_нв=273,15 К, Р_нв=0,1 МПа, G_нв =78,87 кг/с, низкотемпературный природный газ на входе Т _пг=255,15 К, Р_пг=3,2 МПа, G_пг=89,1 кг/с,

низкотемпературный природный газ на выходе Т_пг=259,41 К, Р_пг=3,1 МПа, G_пг =89,1 кг/с;

теплообменник-охладитель 19 обращенного газогенератора 10 с параметрами:

отработавшие газы на входе Т_г=522,3 К, Р_г=0,0361 МПа, G_г=73,52 кг/с,

отработавшие газы на выходе Т_г=273,15К, Р_г=0,0346МПа, G _г=73,52 кг/с,

низкотемпературный природный газ на входе Т_пг=259,41 К, Р_пг=3,1 МПа, G_пг=89,1 кг/с,

низкотемпературный природный газ на выходе Т_пг=337,13 К, Р_пг =3 МПа, G_пг=89,1 кг/с;

теплоутилизирующая турбодетандерная установка 7, имеющая расчетный изоэнтропийный КПД=0,87 с параметрами:

на входе Т_пг =337,13 К, Р_пг=3 МПа,

на выходе Т _пг=281,07 К, Р_пг=1,25 МПа,

мощность для привода электрогенератора 8, равна 10,175 МВт.

В целом, при расходе природного газа, равном 100 кг/с, и начальным давлением 5,5 МПа суммарная электрическая мощность предлагаемой газораспределительной станции, затрачиваемая на привод электрогенераторов 6, 8 и 22, составляет 30,649 МВт, а эффективный КПД предлагаемой газораспределительной станции системы распределения природного газа составляет 0,676.

Использование более экономичных ГТД, а также повышение начального давления транспортируемого природного газа, приведет к еще большому увеличению эффективного КПД предлагаемой газораспределительной станции.

Пример 2 конкретного выполнения.

Предлагаемая газораспределительная станция, имеющая газотурбинную установку 5 на основе ГТД типа ГТА-6РМ с расчетным эффективным КПД _е=0,258.

Газотурбинный двигатель типа ГТА-6РМ при использовании обращенного газогенератора 10, установленного в существующем газоходе за силовой турбиной 15 ГТД, имеет следующие параметры термодинамического цикла:

температуру осушенного воздуха на входе в компрессор 12 Т _ов=273,15 К,

расход циклового воздуха 40 кг/с,

степень повышения давления в компрессоре 12 _к=8,523,

температуру в камере сгорания 13 Т_кс=1050 К,

расход топливного газа в камере сгорания 0,4918 кг/с,

температуру продуктов сгорания перед силовой турбиной 15 Т_г=770,27 К,

температуру продуктов сгорания за турбиной перерасширения 17 обращенного газогенератора 10 на входе в теплообменник-охладитель 19 Т_г=507,75 К,

давление продуктов сгорания за турбиной перерасширения 17 обращенного газогенератора 10 на входе в теплообменник-охладитель 19 Р_г=0,0364 МПа,

температуру продуктов сгорания на входе в дожимающий компрессор 18 за теплообменником-охладителем 19 обращенного газогенератора 10 Т_г=273,15 К,

давление продуктов сгорания на входе в дожимающий компрессор 18 за теплообменником-охладителем 19 обращенного газогенератора 10 Р_г=0,0349 МПа,

эффективный КПД _е=0,316,

температуру продуктов сгорания на выхлопе за дожимающим компрессором 18 обращенного газогенератора 383,13 К.

Применение указанного ГТД с обращенным газогенератором позволяет получить эффективную мощность на валу 16 силовой турбины 15 для привода электрогенератора 6, равную 6,86 МВт.

При этом для понижения давления транспортируемого природного газа при начальном давлении 5,5 МПа и расходе в 50 кг/с, используются:

энергоутилизационная турбодетандерная установка 21, включающая следующие элементы:

теплообменник-охладитель 23 природного газа высокого давления с параметрами:

природный газ на входе Т_пг=288,15 К, Р_пг=5,5 МПа,

природный газ на выходе Т_пг=285,15 К, Р_пг =5,4 МПа,

очищенный конденсат на входе Т _ок=255,75 К, Р_ок=3,1 МПа,

очищенный конденсат на выходе Т_ок=275,91 К, Р_ок=3 МПа,

расход очищенного конденсата G_ок =4,95 кг/с;

турбодетандер 24 энергоутилизационной установки 21, имеющий расчетный изоэнтропийный КПД=0,87 с параметрами:

природный газ на входе Т_пг=285,15 К, Р_пг=5,4 МПа,

низкотемпературный природный газ на выходе Т_пг=254,54 К, Р_пг=3,3 МПа,

мощность для привода электрогенератора 22, равна 2,3912 МВт;

сепаратор-отделитель 25 жидкой фазы низкотемпературного природного газа с параметрами:

низкотемпературный природный газ на входе Т_пг=254,54 К, Р_пг=3,3 МПа,

отсепарированный низкотемпературный природный газ на выходе Т_пг=255,15 К, Р_пг =3,2 МПа,

расход отсепарированного низкотемпературного природного газа на выходе G_пг=44,55 кг/с,

расход конденсата на выходе G_к=5,45 кг/с;

сепаратор-отделитель 26 жидкой фазы тяжелых углеводородных фракций с параметрами:

конденсат на входе Т_пг =255,15 К, Р_пг=3,2 МПа,

очищенный конденсат на выходе Т_ок=255,75 К, Р_ок=3,1 МПа,

расход очищенного конденсата G_ок =4,95 кг/с,

расход примесей твердых частиц на выходе G_птч=0,5 кг/с;

ресивер 27 сжиженной фракции тяжелых углеводородов для хранения очищенного конденсата с параметрами:

очищенный конденсат на входе Т _ок=275,91 К, Р_ок=3 МПа,

расход очищенного конденсата G_ок=4,95 кг/с;

теплообменник-охладитель 28 воздушного компрессора с параметрами:

наружный воздух на входе Т_нв=288,15 К, Р_нв=0,1013 МПа, G_нв=40 кг/с,

наружный воздух на выходе Т_нв=273,15 К, Р_нв =0,1 МПа, G_нв=40 кг/с,

низкотемпературный природный газ на входе Т_пг=255,15 К, Р_пг =3,2МПа, G_пг=44,55 кг/с,

низкотемпературный природный газ на выходе Т_пг=259,48 К, Р_пг =3,1МПа, G_пг=44,55 кг/с;

теплообменник-охладитель 19 обращенного газогенератора 10 с параметрами:

отработавшие газы на входе Т_г=507,75 К, Р_г =0,0364 МПа, G_г=40,29 кг/с, отработавшие газы на выходе Т_г=273,15 К, Р_г=0,0349 МПа, G_г =40,29 кг/с,

низкотемпературный природный газ на входе Т_пг=259,48 К, Р_пг=3,1 МПа, G _пг=44,55 кг/с,

низкотемпературный природный газ на выходе Г_пг=339,59К, Р_пг=3 МПа, G _пг=44,55 кг/с;

теплоутилизирующая турбодетандерная установка 7, имеющая расчетный изоэнтропийный КПД=0,87 с параметрами:

на входе Т_пг=339,59 К, Р_пг =3 МПа,

на выходе Т_пг=283,29 К, Рпг=1,25 МПа,

мощность для привода электрогенератора 8, равна 5,1308 МВт.

В целом, при расходе природного газа, равном 50 кг/с, и начальным давлением 5,5 МПа суммарная электрическая мощность предлагаемой газораспределительной станции, затрачиваемая на привод электрогенераторов 6, 8 и 22, составляет 14,2368 МВт, а эффективный КПД предлагаемой газораспределительной станции системы распределения природного газа составляет 0,65.

Использование более экономичных ГТД, а также повышение начального давления транспортируемого природного газа, приведет к еще большому увеличению эффективного КПД предлагаемой газораспределительной станции.

Таким образом, по сравнению с прототипом, при сохранении надежности функционирования, возможность варьирования режимами газотурбинной установки 5 с обращенным газогенератором 10, а также использование низкотемпературного природного газа, вырабатываемого в энергоутилизационной турбодетандерной установке 21, приводит к повышению коэффициента полезного действия (до 76%) предлагаемой газораспределительной станции и снижению выбросов (до 60%) окислов азота в процессе конденсации паров влаги, содержащихся в выхлопных газах газотурбинной установки 5 с обращенным газогенератором 10, исключению пиролиза природного газа, расширению функциональных возможностей за счет получения конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов.

Предлагаемая газораспределительная станция 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. Газораспределительная станция, содержащая магистрали высокого и низкого давления природного газа, соединенные между собой при помощи редуцирующего устройства и через байпасный газопровод, в котором последовательно установлены газотурбинная установка и теплоутилизирующая турбодетандерная установка, каждая из которых имеет электрогенератор, соединенный с потребителем электроэнергии, газотурбинная установка включает в себя газотурбинный двигатель и обращенный газогенератор, причем газотурбинный двигатель содержит входное устройство, воздушный компрессор, камеру сгорания, турбину для привода воздушного компрессора и силовую турбину, за которой установлен обращенный газогенератор, вал силовой турбины соединен с электродвигателем газотурбинной установки, при этом обращенный газогенератор содержит установленные за силовой турбиной турбину перерасширения, дожимающий компрессор и теплообменник-охладитель, установленный перед дожимающим компрессором, причем турбина перерасширения и дожимающий компрессор установлены на общем валу, механически не связанном с валом силовой турбины, отличающаяся тем, что она снабжена энергоутилизационной турбодетандерной установкой с электрогенератором, соединенным с потребителем электроэнергии, которая выполнена с возможностью выработки низкотемпературного природного газа и конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов, теплоутилизирующая турбодетандерная установка выполнена с возможностью утилизации низкопотенциальной теплоты природного газа, нагретого отработавшими газами обращенного газогенератора газотурбинной установки, а газотурбинная установка выполнена с возможностью охлаждения его обращенного газогенератора вырабатываемым низкотемпературным природным газом, при этом энергоутилизационная турбодетандерная установка содержит теплообменник-охладитель природного газа высокого давления, первый вход которого соединен с магистралью высокого давления природного газа, а первый выход - с входом турбодетандера, выход которого соединен с сепаратором-отделителем жидкой фазы низкотемпературного природного газа, первый выход которого соединен с газотурбинной установкой, а второй выход - с сепаратором-отделителем жидкой фазы тяжелых углеводородных фракций, соединенным с вторым входом теплообменника-охладителя природного газа высокого давления, второй выход которого соединен с ресивером сжиженной фракции тяжелых углеводородов, причем газотурбинный двигатель снабжен теплообменником-охладителем воздушного компрессора и первым сепаратором-влагоотделителем, установленными перед воздушным компрессором, а обращенный газогенератор снабжен вторым сепаратором-влагоотделителем, установленным перед дожимающим компрессором, вход и выход теплообменника-охладителя воздушного компрессора соединены посредством газопровода низкотемпературного природного газа соответственно с первым выходом сепаратора-отделителя жидкой фазы низкотемпературного природного газа и входом теплообменника-охладителя обращенного газогенератора, выход которого соединен с входом турбодетандера теплоутилизирующей установки.

2. Газораспределительная станция по п.1, отличающаяся тем, что вход камеры сгорания газотурбинного двигателя соединен с выходом ресивера сжиженной фракции тяжелых углеводородов.

3. Газораспределительная станция по п.1, отличающаяся тем, что байпасный газопровод имеет первый байпасный трубопровод, соединяющий первый вход и первый выход теплообменника-охладителя природного газа высокого давления, сепаратор-отделитель жидкой фазы тяжелых углеводородных фракций соединен с ресивером сжиженной фракции тяжелых углеводородов при помощи второго байпасного трубопровода, а газопровод низкотемпературного природного газа имеет третий байпасный трубопровод, соединяющий вход и выход теплообменника-охладителя воздушного компрессора.

4. Газораспределительная станция по п.1, отличающаяся тем, что первый и второй сепараторы-влагоотделители выполнены с возможностью дренажного слива.

5. Газораспределительная станция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что сепаратор-отделитель жидкой фазы тяжелых углеводородных фракций выполнен с возможностью отвода твердых примесей.