RU2283462C1 - Method for ecologically safe utilization of cold, generated during expansion of natural gas in cryogenic gas expansion machine with diversion of mechanical energy, and system for realization of said method - Google Patents
Method for ecologically safe utilization of cold, generated during expansion of natural gas in cryogenic gas expansion machine with diversion of mechanical energy, and system for realization of said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2283462C1 RU2283462C1 RU2005126629/06A RU2005126629A RU2283462C1 RU 2283462 C1 RU2283462 C1 RU 2283462C1 RU 2005126629/06 A RU2005126629/06 A RU 2005126629/06A RU 2005126629 A RU2005126629 A RU 2005126629A RU 2283462 C1 RU2283462 C1 RU 2283462C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat exchanger
- liquid refrigerant
- gas
- refrigerator
- cooling
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Группа изобретений относится к области теплоэнергетики и предназначена для применения в средствах использования холода природного газа на выходе из детандера для экологически безопасного охлаждения воздуха в камерах холодильника для хранения продуктов питания и других целей.The group of inventions relates to the field of power engineering and is intended for use in the means of using cold natural gas at the outlet of the expander for environmentally friendly cooling of air in the chambers of the refrigerator for storing food and other purposes.
Уровень техники.The prior art.
В известных способах и системах охлаждения воздуха в холодильных камерах используются экологически опасные хладагенты, такие как фреон, аммиак и другие. В настоящее время разработаны новые менее опасные хладагенты и способы для этих целей.In known methods and air cooling systems in refrigerating chambers, environmentally hazardous refrigerants are used, such as freon, ammonia and others. Currently, new less hazardous refrigerants and methods for these purposes have been developed.
Одним из направлений решения этой проблемы является применение в качестве хладагента природного газа, который охлаждается при расширении в детандере с отводом механической энергии, например, на привод электрогенератора.One of the solutions to this problem is the use of natural gas as a refrigerant, which is cooled during expansion in the expander with the removal of mechanical energy, for example, to drive an electric generator.
Способы и техника выработки электроэнергии и «холода» с помощью детандеров освещены в ряде публикаций и патентов. Например, в книге «Энергосберегающие турбодетандерные установки», издательство «Недра», 1999 г., автор - Степанец А.А., в статье Аксенова Д.Т. «Выработка электрической энергии и «холода» без сжигания топлива», журнал «Энергосбережение», №3, 2003 г. и др. публикациях, а также в патенте РФ №2098713, кл. F 16 H 41/00,1996 г.The methods and techniques for generating electricity and “cold” using expanders are covered in a number of publications and patents. For example, in the book “Energy-Saving Turbine Expander Units”, publishing house “Nedra”, 1999, the author - Stepanets A.A., in the article by Aksenov D.T. “Generation of electric energy and“ cold ”without burning fuel”, “Energy Saving” magazine, No. 3, 2003 and other publications, as well as in RF patent No. 2098713, cl. F 16
Наиболее близким к предложенному является способ использования холода, образующегося при расширении природного газа в детандере с отводом механической энергии для его реализации по патенту РФ №2098713.Closest to the proposed method is the use of cold generated during the expansion of natural gas in an expander with the removal of mechanical energy for its implementation according to the patent of the Russian Federation No. 2098713.
В имеющихся решениях охлажденный природный газ в детандере поступает в теплообменники, размещенные в камерах холодильника (воздухоохладители), где газ передает свой холод воздуху, а затем подогретый таким образом газ поступает в трубопровод подачи газа потребителям.In existing solutions, the cooled natural gas in the expander enters the heat exchangers located in the refrigerator chambers (air coolers), where the gas transfers its cold to the air, and then the gas heated in this way enters the gas supply pipeline to consumers.
При этом проблемой является то, что газ является пожаро- и взрывоопасным агентом и при его применении необходимо реализовать ряд организационных и других мер, которые регламентируются правилами и нормами для опасных объектов. Такие холодильники рационально применять для долговременного (стратегического) хранения продуктов питания, так как в этом случае возможно организовать для его обслуживания персонал, подготовленный для работы на газоопасных объектах. Однако большая доля холодильного парка используется для оперативной закладки и изъятия продуктов питания с короткими сроками их хранения исходя из условий их рыночной реализации. В таких случаях отдельные камеры или группы камер сдают в аренду пользователям, которым требуется доступ в камеры в любое время и с любой частотой тем персоналом, которым они располагают, т.е. не аттестованным на опасных объектах. Это обстоятельство поставило техническую проблему по приданию холодильнику свойства безопасности при использовании в нем холода природного газа, образующегося при его расширении в детандерах. До настоящего времени такая проблема не возникала, а потому и не решалась. Обусловлено это новизной данного направления комплексного использования энергии избыточного давления газа при его подготовке и подачи потребителям.The problem is that gas is a fire and explosive agent and, when applied, it is necessary to implement a number of organizational and other measures that are governed by the rules and regulations for hazardous facilities. It is rational to use such refrigerators for long-term (strategic) storage of food products, since in this case it is possible to organize personnel trained for working at gas hazardous facilities to serve it. However, a large share of the refrigeration fleet is used for the operational laying and seizing of food products with short shelf life based on the conditions of their market sale. In such cases, individual cameras or groups of cameras are leased to users who need access to the cameras at any time and at any frequency by the personnel they have, i.e. not certified at hazardous facilities. This circumstance posed a technical problem for making the refrigerator safe when using cold natural gas generated during its expansion in expanders. Until now, such a problem has not arisen, and therefore has not been resolved. This is due to the novelty of this direction of the integrated use of energy of excess gas pressure in its preparation and supply to consumers.
Сущность изобретения.SUMMARY OF THE INVENTION
Задачей изобретения является создание технического решения, обеспечивающего эффективность, экологичность и пожаро- и взрывобезопасность технологии приема холода, образующегося при расширении природного газа в детандерах при выработке электрической энергии и передаче этого холода воздуху камер холодильника.The objective of the invention is the creation of a technical solution that ensures the efficiency, environmental friendliness and fire and explosion safety of the technology for receiving cold generated during the expansion of natural gas in the expanders during the generation of electrical energy and the transmission of this cold to the air of the refrigerator chambers.
При этом способ, применяемый в этой технологии, должен осуществляться с помощью известных процессов и оборудования серийного производства, а используемые устройства должны быть усовершенствованными с применением унифицированных элементов этого оборудования.Moreover, the method used in this technology should be carried out using well-known processes and equipment of serial production, and the devices used should be improved using standardized elements of this equipment.
Задача изобретения решается тем, что в новой технологии используется экологически и пожаро-, взрывобезопасный жидкий промежуточный (между холодным газом после детандеров и охлаждаемым воздухом в камерах холодильника) хладагент, например один из водных растворов полипропиленгликоля, этиленгликоля и т.п.The objective of the invention is solved by the fact that the new technology uses an environmentally and fire-, explosion-proof liquid intermediate (between the cold gas after the expanders and the cooled air in the refrigerator chambers) refrigerant, for example, one of the aqueous solutions of polypropylene glycol, ethylene glycol, etc.
Технический результат достигается тем, что в способе использования холода, образующегося при расширении природного газа в, по меньшей мере, одном детандере, с отводом механической энергии путем пропускания охладившегося газа перед подачей потребителю через, по меньшей мере, один теплообменник с повышением при этом температуры газа и охлаждения воздуха в, по меньшей мере, одной холодильной камере, согласно изобретению при пропускании охладившегося газа через теплообменник осуществляют охлаждение в этом теплообменнике промежуточного экологически и пожаро- и взрывобезопасного жидкого хладагента, а охлаждение воздуха в холодильной камере осуществляют путем пропускания через теплообменник холодильника охлажденного жидкого хладагента, который возвращают обратно в теплообменник для охлаждения его природным газом.The technical result is achieved by the fact that in the method of using the cold generated during the expansion of natural gas in at least one expander, with the removal of mechanical energy by passing the cooled gas before supplying the consumer through at least one heat exchanger with increasing gas temperature and cooling the air in at least one refrigerating chamber according to the invention, while passing the cooled gas through a heat exchanger, cooling is carried out in the intermediate heat exchanger ologicheski fire- and explosion-proof and liquid refrigerant, and the cooling air in the refrigerator compartment is carried out by passing through the cooler heat exchanger cooled liquid refrigerant which is returned back to the heat exchanger for cooling the natural gas it.
При этом могут использовать как теплообменник для охлаждения жидкого хладагента природным газом, так и теплообменник для охлаждения воздуха жидким хладагентом с герметичными разделяющими среды стенками или с прямым контактом сред.In this case, they can use both a heat exchanger for cooling a liquid refrigerant with natural gas, and a heat exchanger for cooling air with a liquid refrigerant with sealed walls separating the medium or with direct contact of the media.
При использовании теплообменников для охлаждения жидкого хладагента природным газом и для охлаждения воздуха жидким хладагентом с прямым контактом сред предпочтительно использовать жидкий хладагент, который при рабочих давлениях и температурах не вступает в химические реакции с природным газом и не насыщается природным газом.When using heat exchangers for cooling a liquid refrigerant with natural gas and for cooling air with a liquid refrigerant with direct media contact, it is preferable to use a liquid refrigerant that does not react with natural gas at working pressures and temperatures and is not saturated with natural gas.
При использовании теплообменника для охлаждения жидкого хладагента природным газом с прямым контактом сред желательно компенсировать унос жидкого хладагента природным газом путем подачи жидкого хладагента в контур его циркуляции при снижении уровня жидкого хладагента в теплообменнике, а также осуществлять дегазацию жидкого хладагента путем пропускания его через расширительную емкость перед входом в теплообменник.When using a heat exchanger for cooling a liquid refrigerant with natural gas with direct media contact, it is advisable to compensate for the entrainment of the liquid refrigerant with natural gas by supplying a liquid refrigerant to its circulation circuit when the liquid refrigerant level in the heat exchanger decreases, and to degass the liquid refrigerant by passing it through an expansion tank in front of the inlet to the heat exchanger.
При подключении одного или группы детандеров параллельно действующей газовой редуцирующей станции (ГРС) величину потока природного газа при изменении режима работы холодильника регулируют путем изменения мощности детандера, если он один, или изменением числа работающих детандеров, или путем комбинации этих способов.When one or a group of expanders is connected in parallel with a gas reducing station (GDS), the amount of natural gas flow when the refrigerator operating mode is changed is controlled by changing the expander power, if there is one, or by changing the number of expanders working, or by a combination of these methods.
Целесообразно поддерживать неизменным давление газа, подаваемого потребителю, путем изменения числа включенных линий редуцирования на ГРС.It is advisable to maintain unchanged the pressure of the gas supplied to the consumer by changing the number of included reduction lines on the gas distribution system.
При использовании более одной камер холодильника в теплообменники, по меньшей мере, части из них пропускают охлажденный жидкий хладагент последовательно с обеспечением различного уровня температуры в камерах холодильника и с соблюдением условия, что температура на выходе последнего теплообменника превышает температуру охлажденного природного газа на выходе из теплообменника, в котором он охлаждается.When using more than one refrigerator chambers in the heat exchangers, at least part of them pass the cooled liquid refrigerant sequentially to ensure a different temperature level in the refrigerator chambers and subject to the condition that the temperature at the outlet of the last heat exchanger exceeds the temperature of the cooled natural gas at the outlet of the heat exchanger, in which he cools.
Технический результат также достигается тем, что система для использования холода, образующегося при расширении природного газа с отводом механической энергии, содержащая, по меньшей мере, один детандер с устройством для приема механической энергии, соединенный с источником природного газа высокого давления, и, по меньшей мере, одна камера холодильника с теплообменником согласно изобретению снабжена теплообменником для охлаждения жидкого хладагента, вход которого по газу соединен трубопроводом с выходом, по меньшей мере, одного детандера, выход по газу - с трубопроводом подачи газа потребителю, выход по жидкому хладагенту - с насосом, который соединен с входом, по меньшей мере, одного теплообменника камеры холодильника, выход которого соединен трубопроводом с входом по жидкому хладагенту теплообменника для охлаждения жидкого хладагента.The technical result is also achieved by the fact that the system for using the cold generated during the expansion of natural gas with the removal of mechanical energy, comprising at least one expander with a device for receiving mechanical energy, connected to a source of high-pressure natural gas, and at least , one chamber of the refrigerator with a heat exchanger according to the invention is equipped with a heat exchanger for cooling a liquid refrigerant, the gas inlet of which is connected by a pipe to the outlet of at least one detan EPA yield gas - a gas supply pipe to the consumer, the yield of liquid coolant - with a pump which is connected to the input of at least one heat exchanger of the refrigerator chamber, the output of which is connected to the input conduit for the liquid coolant heat exchanger for cooling the liquid refrigerant.
Теплообменник для охлаждения жидкого хладагента и теплообменник камеры холодильника могут представлять собой либо теплообменник с герметичными разделяющими среды стенками, либо теплообменник с прямым контактом сред.The heat exchanger for cooling the liquid refrigerant and the heat exchanger of the refrigerator compartment can be either a heat exchanger with hermetically separable media walls, or a heat exchanger with direct media contact.
Система может быть снабжена аккумулирующей емкостью для жидкого хладагента с устройством контроля уровня жидкого хладагента, подсоединенной к трубопроводу, соединяющему выход по жидкому хладагенту теплообменника для охлаждения жидкого хладагента с, по меньшей мере, одним теплообменником камеры холодильника, и выполненной с возможностью соединения с хранилищем жидкого хладагента и через клапан для сброса газа - с атмосферой при поступлении на клапан сигнала от устройства контроля уровня жидкого хладагента.The system may be equipped with a liquid refrigerant storage tank with a liquid refrigerant level control device connected to a pipeline connecting the liquid refrigerant outlet of the heat exchanger for cooling the liquid refrigerant with at least one heat exchanger of the refrigerator compartment, and configured to connect to the liquid refrigerant storage and through the valve for gas discharge - with the atmosphere upon receipt of a signal from the device for monitoring the level of liquid refrigerant to the valve.
Система может также быть снабжена расширительной емкостью, установленной на входе по жидкому хладагенту теплообменника для охлаждения жидкого хладагента и снабженной устройством контроля уровня жидкого хладагента и клапаном для сброса газа, выполненным с возможностью соединения расширительной емкости с атмосферой при поступлении на него сигнала от устройства контроля уровня жидкого хладагентаThe system can also be equipped with an expansion tank installed at the inlet through the liquid refrigerant of the heat exchanger for cooling the liquid refrigerant and equipped with a device for monitoring the level of liquid refrigerant and a valve for venting gas, configured to connect the expansion tank to the atmosphere upon receipt of a signal from the device for monitoring the liquid level refrigerant
Теплообменник для охлаждения жидкого хладагента с прямым контактом сред выполнен в виде корпуса, в верхней части которого размещены разбрызгивающие сопла для подачи жидкого хладагента, в нижней его части расположена ванна для сбора охлажденного жидкого хладагента, соединенная с насосом, над ванной размещено средство ввода охлажденного природного газа, а верхней части корпус имеет выходное отверстие для подогретого природного газа и установленный перед ним каплеуловитель для уменьшения уноса жидкого хладагента.The heat exchanger for cooling liquid refrigerant with direct media contact is made in the form of a housing, in the upper part of which there are spray nozzles for supplying liquid refrigerant, in its lower part there is a bath for collecting chilled liquid refrigerant connected to the pump, means for introducing chilled natural gas are placed above the bath and the upper part of the body has an outlet for heated natural gas and a droplet eliminator installed in front of it to reduce the entrainment of liquid refrigerant.
Теплообменник камеры холодильника с прямым контактом сред выполнен в виде корпуса, в верхней части которого размещены разбрызгивающие сопла для подачи охлажденного жидкого хладагента, в нижней его части расположена ванна для сбора нагретого жидкого хладагента, соединенная с насосом, над ванной размещено средство ввода подогретого воздуха, соединенное с компрессором и с улавливателем молекул воды, а верхней части корпус имеет выходное отверстие для охлажденного воздуха и установленный перед ним каплеуловитель для уменьшения уноса жидкого хладагента.The heat exchanger of the refrigerator’s chamber with direct media contact is made in the form of a housing, in the upper part of which there are spray nozzles for supplying cooled liquid refrigerant, in its lower part there is a bath for collecting heated liquid refrigerant, connected to the pump, and heated air inlet means connected over the bath with a compressor and a trap of water molecules, and the upper part of the body has an outlet for cooled air and a droplet eliminator installed in front of it to reduce liquid entrainment whom refrigerant.
Система снабжена датчиками давления и температуры газа, установленными на трубопроводе подачи газа потребителю, и, по меньшей мере, одним датчиком температуры воздуха в камере холодильника, связанными с блоком согласования операций (БСО), один или группа детандеров подключены параллельно действующей газовой редуцирующей станции (ГРС), БСО выполнен с возможностью изменения мощности детандера или детандеров или изменения числа работающих детандеров, а также изменения числа подключенных линий редуцирования ГРС при отклонении значений параметров, измеряемых указанными датчиками, от заданных значений.The system is equipped with pressure and gas temperature sensors installed on the gas supply line to the consumer, and at least one air temperature sensor in the refrigerator chamber associated with the operation matching unit (BSO), one or a group of expanders are connected in parallel with an existing gas reducing station (GDS) ), BSO is made with the possibility of changing the power of the expander or expanders or changing the number of working expanders, as well as changing the number of connected HRS reduction lines when deviating the sizes measured by the specified sensors, from the set values.
По меньшей мере, один датчик температуры воздуха в камере холодильника связан с управляемыми запорными органами с возможностью регулирования подачи охлажденного жидкого хладагента в теплообменник камеры холодильника и/или подачи охлажденного воздуха в камеру холодильника при отклонении температуры воздуха в камере холодильника от заданного значения.At least one air temperature sensor in the refrigerator chamber is connected with controlled shutoff bodies with the possibility of regulating the supply of chilled liquid refrigerant to the heat exchanger of the refrigerator chamber and / or supply of cooled air to the refrigerator chamber when the air temperature in the refrigerator chamber deviates from a predetermined value.
Заданный температурный режим в камерах холодильника поддерживается и регулируется за счет изменения температуры и количества жидкого хладагента, который пропускают через воздухоохладители. Изменение этих показателей по жидкому хладагенту обуславливает изменение режима работы теплообменника, в котором он охлаждается газом после детандера. Изменение температуры газа, который пропускают через газожидкостный теплообменник, регулируют изменением степени расширения газа в детандере, а количество газа, которое пропускают через этот теплообменник, регулируют с помощью управляемого системой автоматики запорно-регулирующего органа, установленного на его входе.The specified temperature in the refrigerator chambers is maintained and regulated by changing the temperature and the amount of liquid refrigerant that is passed through the air coolers. A change in these indicators for liquid refrigerant causes a change in the operating mode of the heat exchanger, in which it is cooled by gas after the expander. The change in temperature of the gas that is passed through the gas-liquid heat exchanger is controlled by a change in the degree of expansion of the gas in the expander, and the amount of gas that is passed through this heat exchanger is controlled by a shut-off regulating body installed at its inlet using an automation system.
Из этого следует, что режимы работы системы хладоснабжения холодильника и детандеров взаимосвязаны и взаимно обуславливают действия системы их регулирования. Кроме того, режимы работы детандеров и ГРС также взаимосвязаны и они должны автоматически изменяться таким образом, чтобы давление и температура газа в трубопроводе подачи его потребителям поддерживались в заданных пределах. Например, при включении дополнительного детандера или с увеличением его мощности на ГРС должны быть выведено из работы одна или несколько редуцирующих «ниток» (линий редуцирования).From this it follows that the operating modes of the refrigeration system of the refrigerator and expanders are interconnected and mutually determine the actions of their regulation system. In addition, the operation modes of expanders and GDS are also interconnected and they should automatically change so that the pressure and temperature of the gas in the pipeline supplying it to consumers are maintained within specified limits. For example, when an additional expander is turned on or with an increase in its power, one or more reducing “threads” (reduction lines) should be taken out of operation on the GDS.
При работе энерго-холодильного комплекса на ГРС должны четко и взаимообусловлено изменяться переменные во времени режимы работы системы подачи газа к ГРС, системы потребления газа, системы хладоснабжения холодильника, детандерно-генераторного энергоблока, газоредуцирующих узлов ГРС и внешней электросети, в которую он передает электроэнергию.During the operation of the energy-refrigerating complex at the gas distribution system, the time-varying operating modes of the gas supply system to the gas distribution system, gas consumption system, refrigeration system of the refrigerator, expander-generator power unit, gas-reducing units of the gas distribution system and an external power supply network to which it transfers electricity should be clearly and interdependently changed.
Свойство заявленной системы состоит в безусловном поддержании параметров газа, подаваемого потребителям в заданных пределах, независимо от любых изменений в газовой, холодильной системах и во внешней электросети, и это свойство должна обеспечить САУ. Задача эта решается тем, что в трубопроводе подачи газа потребителям устанавливают датчики давления и температуры газа, которые при отклонении указанных параметров формируют импульсы, которые преобразуются в программном блоке в новые импульсы, которые воздействуют на систему управления детандерно-генераторного блока и систему управления редуцирующих узлов ГРС, при одновременном требуемом хладоснабжении холодильника независимо от изменения параметров газа, подаваемого в ГРС. Кроме того, в задачу программного блока входит выполнение операции по выбору числа и конкретных номеров как детандерно-генераторных агрегатов, так и редуцирующих узлов ГРС, которые необходимо ввести или вывести из работы. Это обусловлено тем, что, как правило, некоторые из них находятся в ремонтно-профилактическом обслуживании.The property of the claimed system is to unconditionally maintain the parameters of the gas supplied to consumers within the specified limits, regardless of any changes in the gas, refrigeration systems and external power supply, and this property should be provided by self-propelled guns. This problem is solved by the fact that pressure sensors and gas temperatures are installed in the gas supply pipeline, which, when these parameters deviate, form pulses, which are converted into new pulses in the program unit that affect the control system of the expander-generator unit and the control system of the reducing units of the GDS , at the same time the required cold supply of the refrigerator, regardless of changes in the parameters of the gas supplied to the gas distribution station. In addition, the task of the program unit is to perform the operation to select the number and specific numbers of both the expander-generator units and the reducing units of the GDS, which must be entered or taken out of operation. This is due to the fact that, as a rule, some of them are in repair and preventive maintenance.
Краткое описание чертежей Brief Description of the Drawings
Группа изобретений представляется чертежами, где:A group of inventions is represented by drawings, where:
фиг.1 - функциональная схема заявленной системы - газовый энергохолодильный комплекс (ЭХК);figure 1 is a functional diagram of the claimed system is a gas energy-refrigerating complex (ECC);
фиг.2 - функциональная схема системы охлаждения воздуха камеры холодильника жидким хладагентом;figure 2 - functional diagram of the cooling system of the air of the refrigerator chamber with liquid refrigerant;
фиг.3 - функциональная блок-схема системы автоматического управления (САУ) газового энергохолодильного комплекса.figure 3 is a functional block diagram of an automatic control system (ACS) of a gas energy refrigerating complex.
На фиг.1 представлена схема заявленной системы - газового энергохолодильного комплекса, включая и систему хладоснабжения, реализующего предлагаемый способ, показывающего взаимосвязи его компонентов между собой и с ГРС. Как видно, этот комплекс включает ГРС 100, энергоблок 101 с детандерно-генераторными агрегатами, холодильник 102 и систему хладоснабжения камер холодильника. Все эти объекты связаны одним газовым потоком. Каждый объект, составляющий энерго-холодильный комплекс, производит свой положительный эффект:Figure 1 presents a diagram of the claimed system is a gas energy refrigerating complex, including a cold supply system that implements the proposed method, showing the relationship of its components with each other and with GDS. As you can see, this complex includes the GDS 100, the
- ГРС 100 - регулирует процесс редуцирования газа при совместной работе с энергоблоком;- GDS 100 - regulates the process of gas reduction during joint work with the power unit;
- Энергоблок 101 вырабатывает электроэнергию и холод;-
- Холодильник 102 осуществляет охлажденное хранение продуктов питания;- The
- Система хладоснабжения 103 осуществляет отбор холода от газа после детандера и передает его воздуху камер холодильника;- The cold supply system 103 selects the cold from the gas after the expander and transfers it to the air of the refrigerator chambers;
- Система автоматического управления (САУ) обеспечивает согласованное во времени функционирование технологических процессов, совершающихся в объектах комплекса исходя из условия подачи газа потребителям с заданными параметрами и требуемого хладоснабжения холодильника.- The automatic control system (ACS) provides coordinated in time operation of technological processes occurring in the facilities of the complex based on the conditions of gas supply to consumers with specified parameters and the required cold supply of the refrigerator.
ГРС 100 и энергоблок 101 подключаются параллельно к внешнему источнику газа высокого давления и к трубопроводу подачи газа потребителям. Холодный газ после детандеров (при их параллельном подключении) поступает в коллектор, из которого газ поступает в систему хладоснабжения, которая обеспечивает прием холода от газа и передачу его воздуху в его камерах.GDS 100 and
Таким образом, система, реализующая способ, представляет собой блок отбора холода от газа и передачи его жидкому промежуточному хладоагенту и взаимосвязанную с ним циркуляционную систему с насосной установкой, которая доставляет жидкий хладагент в теплообменники (воздухоохладители) камер холодильника для передачи принесенного холода воздуху и затем осуществляет возврат жидкого хладагента вновь в теплообменник для отбора холода от газа. Эта система показана на фиг. 1 вместе с энергоблоком и ГРС.Thus, the system that implements the method is a unit for taking cold from the gas and transferring it to the liquid intermediate refrigerant and an interconnected circulation system with a pumping unit that delivers liquid refrigerant to the heat exchangers (air coolers) of the refrigerator chambers to transfer the brought cold to the air and then carries out return of the liquid refrigerant to the heat exchanger again for taking cold from the gas. This system is shown in FIG. 1 together with the power unit and GDS.
Блок отбора холода от газа устроен следующим образом: к выходу газа из детандера или к коллектору 1 трубопроводом, оборудованным запорно-регулирующим органом 2, подсоединен теплообменник 3 для охлаждения жидкого хладагента, выход которого трубопроводом, оборудованным запорным органом 4, соединен с трубопроводом 5 отвода газа потребителям при закрытом запорном органе 6. Количество газа, которое необходимо пропускать через теплообменник 3, зависит от хладопотребления холодильника и регулируется с помощью управляемого запорно-регулирующего органа 2. С этим блоком взаимодействует циркуляционная система хладоснабжения холодильника через теплообменник 3. В этот теплообменник 3 по трубопроводу, оборудованному запорно-регулирующим органом 7, поступает подогретый в воздухоохладителях промежуточный жидкий хладагент. Количество жидкого хладагента, которое необходимо пропускать через теплообменник, регулируется с помощью управляемого органа 7. После его охлаждения в теплообменнике 3 его по трубопроводу, оборудованному запорным органом 8, забирают насосом 9 и подают в коллектор 10 холодильника. Из коллектора 10 жидкий хладагент через запорно-регулирующие устройства 11 поступает в теплообменники 12 камер 13 холодильника, где он отдает принесенный от газа холод воздуху. Затем подогретый в теплообменниках 12 жидкий хладагент отводится в коллектор 14 и далее по трубопроводу, оборудованному запорным органом 15, при закрытом запорном органе 16, подается через управляемый запорно-регулирующий орган 7 вновь в теплообменник 3 для отбора холода от газа. При этом разность температур между газом и жидким хладагентом на входе и выходе теплообменника 3 регулируется изменением соотношения количества сред, которые проходят через него.The cold gas extraction unit is arranged as follows: to the gas outlet from the expander or to the collector 1 by a pipe equipped with a shut-off-regulating
Необходимая разность температур между газом на входе в теплообменник 3 и воздухом в камере 13 холодильника определяется путем суммирования заданных перепадов температур в теплообменниках 3 и 12 между теплопередающими средами и потери температурного напора в соединяющем их трубопроводе. Абсолютная же величина температуры газа на входе его в теплообменник 3 определяется путем суммирования заданной температуры воздуха в камере 13 холодильника с указанной разностью температур, то есть с потерей температурного напора в теплообменниках и трубопроводе. Требуемый уровень этой температуры газа обеспечивается за счет регулирования степени расширения газа в детандерах. Величина потока холодного газа, подаваемого в теплообменник 3, регулируется изменением мощности детандера (если он один) или изменением числа включенных в работу детандеров. А величина потока жидкого хладагента, подаваемого в этот же теплообменник 3, регулируется с помощью управляемого запорно-регулирующего органа 7 исходя из условия требуемого хладопотребления холодильника 102.The required temperature difference between the gas at the inlet to the
Система хладоснабжения предусматривает максимально возможное использование температурного напора жидкого хладагента. С этой целью он подается сначала в первую группу теплообменников 12 для поддержания в камерах 13, где они размещены, наиболее низкой температуры воздуха. Для этого к коллектору 10 присоединены не все теплообменники 12, а только их часть - половина, а остальные подсоединены к коллектору 17 и коллектору 14. Жидкий хладагент через управляемые запорно-регулирующие органы 11 в требуемом по режиму работы камеры 13 количестве подается в теплообменники 12 и, пройдя их, поступает в коллектор 14, а затем из этого коллектора 14 через управляемые запорно-регулирующие органы 18 (при открытых запорно-регулирующих органах 18а) поступает в коллектор 17 и далее (при открытом запорном органе 16 и закрытом запорном органе 15) поступает по трубопроводу через запорно-регулирующий орган 7 в теплообменник 3. При этом запорный орган 19 на трубопроводе, соединяющем коллекторы 10 и 17 закрыт. Такая схема трубопроводной обвязки для жидкого хладагента позволяет осуществить как указанное последовательное подключение групп воздухоохладителей - теплообменников 12, так и, при определенных условиях, их параллельное подключение с целью подачи в них жидкого хладагента с той температурой, с которой он поступает в коллектор 10. Уровень температуры воздуха в камере 13 холодильника в сторону ее повышения может регулироваться уменьшением подачи жидкого хладагента в воздухоохладители, уменьшением числа включенных воздухоохладителей, отключением одного или нескольких вентиляторов на воздухоохладителях и снижением скорости их вращения.The cold supply system provides for the maximum possible use of the temperature head of the liquid refrigerant. To this end, it is fed first to the first group of
В теплообменнике 3 холод от газа к жидкому хладагенту может передаваться через герметичную разделительную стенку, а также путем непосредственного контакта теплообменивающихся сред. В этом случае к свойствам жидкого хладагента предъявляются следующие требования: он должен быть экологически и пожаро- и взрывобезопасным, не должен насыщаться газом, должен быть химически инертным к природному газу, должен длительное время сохранять физико-химические свойства при рабочем давлении и температуре. В системе с теплообменниками с разделительными стенками для охлаждения воздуха до заданной температуры требуется существенно больший температурный напор из-за неизбежных его потерь в указанных теплообменниках, то есть созданный холод используется недостаточно эффективно. В случае передачи холода путем прямого контакта теплообменивающихся сред потери температурного напора резко снижаются, и созданный холод используется с высокой эффективностью.In
При применении контактного теплообменника неизбежен некоторый унос жидкого хладагента газовым потоком и в процессе работы необходимо подпитывать систему. Для этой цели предусматривается подключение аккумулирующей емкости 20 к трубопроводу на выходе жидкого хладагента из теплообменника 3 через управляемый запорный орган 21, который срабатывает при поступлении импульсов от устройства 22 контроля уровня жидкого хладагента в ванне теплообменника 3, в которую он сливается после охлаждения путем орошения встречного потока холодного газа после детандера. Аккумулирующая емкость 20 соединяется с хранилищем жидкого хладагента трубопроводом, оборудованным запорным органом 23. Кроме того, эта емкость 20 соединяется с коллектором газа 1 импульсной трубкой, оборудованной запорным органом 24 и с атмосферой через запорный орган 25.When using a contact heat exchanger, some entrainment of the liquid refrigerant by the gas stream is inevitable, and during operation it is necessary to recharge the system. For this purpose, it is envisaged to connect the storage tank 20 to the pipeline at the outlet of the liquid refrigerant from the
При прямом контакте газа с жидким хладагентом возможно некоторое насыщение его газом. В связи с этим, для дегазации жидкого хладагента на входе его в теплообменник 3 его пропускают через расширительную емкость 26. В этой емкости поддерживается в заданном интервале уровень жидкого хладагента путем сброса газа дегазации через управляемый запорный орган 27, который срабатывает при поступлении импульсов от устройства 28 контроля уровня.With direct contact of the gas with a liquid refrigerant, some gas saturation is possible. In this regard, to degass the liquid refrigerant at the inlet to the
В случае превышения заданного давления жидкого хладагента после насоса 9 из-за несоответствия его подачи и расхода через теплообменники 12 осуществляется его перепуск на вход теплообменника 3 по трубопроводу с клапаном 29.If the specified pressure of the liquid refrigerant after the
Контактный теплообменник 3 (фиг.2) представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд - корпус 30. В верхней части корпуса 30 имеется выход для газа, перед которым установлен каплеуловитель 31 традиционной конструкции для предотвращения уноса газом жидкого хладагента, а ниже каплеуловителя 31 установлено устройство 32 для разбрызгивания жидкого хладагента с целью орошения встречного потока холодного газа, который вводится через средство 33 в нижней части сосуда 30. К устройству 32 для разбрызгивания подогретый в камерах 13 холодильника жидкий хладагент подается через свой вход по каналам. В нижней части корпуса 30 сосуда имеется ванна для сбора охладившегося при контакте с газом жидкого хладагента, из которой он забирается насосом 9а и далее, как описано ранее, подается в коллектор 10 холодильника. В указанной ванне, как отмечалось, поддерживается в заданных пределах уровень жидкого хладагента. При этом вход газа размещается выше уровня жидкого хладагента в этой ванне.The contact heat exchanger 3 (Fig. 2) is a vertical cylindrical vessel -
В изобретении, как вариантное решение, предлагается применять контактный способ передачи холода от жидкого хладагента к воздуху камер 13 холодильника вместо использования воздухоохладителей традиционного типа, то есть теплообменников с герметичными стенками, разделяющими теплообменивающиеся среды. При этом так же, как и в описанном выше способе охлаждения жидкого хладагента холодным газом, охлаждение встречного вертикального потока воздуха осуществляется путем орошения его холодным жидким хладагентом в аналогичном теплообменнике 12, который также сливается в собирающую ванну, а из нее он с помощью насоса по трубопроводу возвращается в теплообменник 3 для охлаждения холодным газом после детандеров.In the invention, as an alternative solution, it is proposed to use a contact method for transferring cold from liquid refrigerant to the air of the
На фиг. 2 показана функциональная схема системы забора воздуха из камеры холодильника, его охлаждения в контактном теплообменнике жидким хладагентом и возврата холодного воздуха вновь в камеру холодильника.In FIG. 2 shows a functional diagram of a system for taking air from a refrigerator chamber, cooling it in a contact heat exchanger with liquid refrigerant, and returning cold air back to the refrigerator chamber.
Воздух из камеры холодильника 13 по каналу 34 откачивается компрессором 35, перед которым установлен уловитель 36 микрокристаллов молекулярной воды, выносимых с потоком воздуха из камеры 13 холодильника. Этот уловитель 36 представляет собой устройство, в котором имеются извилистые по ходу воздуха каналы, обеспечивающие многократное касание воздуха при его движении со стенками. Стенки этих каналов имеют температуру на несколько градусов ниже температуры воздуха, что обеспечивает прилипание к ним микрокристаллов молекулярной воды, то есть их улавливание. Такую температуру стенок каналов возможно обеспечить путем охлаждения их с помощью жидкого хладагента. Далее, «осушенный» таким образом воздух подается во вход контактного теплообменника 37, в котором он перемещается снизу вверх, орошается холодным жидким хладагентом и охлаждается. Холодный воздух через выход, перед которым установлен каплеуловитель 31, по каналу 38, оборудованному управляемым регулирующим органом 39, подается в камеру 13 холодильника. Циркуляцию воздуха в камере 13 обеспечивают традиционно вентиляторами.The air from the
В нижней части корпуса теплообменника 37 устроена ванна, в которой собирается разбрызгиваемый жидкий хладагент. Уровень его в этой ванне поддерживается в заданных пределах путем изменения подачи. Вход воздуха в контактный теплообменник 37 располагается выше указанного уровня. По существу этот теплообменник аналогичен теплообменнику, который описан выше при рассмотрении охлаждения жидкого хладагента холодным газом. Жидкий хладагент после подогрева при контакте с воздухом забирается из ванны насосом 9а и по трубопроводу подается в теплообменник 3 для охлаждения газом.A bath is arranged in the lower part of the
В системе хладоснабжения холодильника могут применяться любые комбинации указанных способов хладообмена между газом и жидким хладагентом.Any combination of these methods of cold exchange between gas and liquid refrigerant can be used in the refrigerator’s cold supply system.
Энергохолодильный комплекс состоит из нескольких объектов, объединенных единым потоком газа. Причем этот комплекс связан с газовой и внешней электрической системами, режимы работы которых существенно изменяются во времени (по сезонам, в течение каждого месяца, по неделям месяца и по часам в течение суток). Для обеспечения стабильной и эффективной работы такого сложного комплекса, имеющего в качестве главной цели - поддержание давления и температуры газа, подаваемого потребителям, в заданных пределах и гарантированное хладоснабжение холодильника, необходима система автоматического управления (САУ), которая способна согласованно и направленно воздействовать на определяющие процессы и характеристики объектов, объединенных в комплекс.The energy-refrigerating complex consists of several objects united by a single gas stream. Moreover, this complex is connected with gas and external electrical systems, the operating modes of which vary significantly over time (by season, during each month, by week of the month and by hour during the day). To ensure stable and efficient operation of such a complex complex, whose main goal is to maintain the pressure and temperature of the gas supplied to consumers within the specified limits and guaranteed cold supply of the refrigerator, an automatic control system (ACS) is required that is able to influence the determining processes in a coordinated and directed way. and characteristics of the objects combined into a complex.
На фиг.3 представлена схема энергохолодильного комплекса и технология его управления. Как отмечалось, главной специфической целью этой системы является четкое поддержание параметров газа на выходе из энергохолодильного комплекса. Датчик 40 давления и датчик 41 температуры газа, подаваемого потребителю, а также датчик 42 температуры воздуха в камере 13 холодильника контролируют указанные параметры и при их отклонении за допустимые пределы они выдают свои импульсы в блок согласования операций (БСО) 43. В свою очередь БСО 43 по программе преобразует их в новые импульсы, которые воздействуют одновременно на режим работы энергоблока из детандерно-генераторных агрегатов 44 через их системы автоматики 45 и на режим работы ГРС. Этот блок производит направленный поиск вида воздействия (включить-выключить детандер и одновременно: выключить-включить «нитку» (линию редуцирования) на ГРС), выбор номера детандера и номера «нитки», которые находятся в работе или в резерве и, затем, подает команды на их соответствующее срабатывание.Figure 3 presents a diagram of an energy-refrigerating complex and its control technology. As noted, the main specific purpose of this system is to clearly maintain the parameters of the gas at the outlet of the energy refrigeration complex. The
«Нитка» соединяет коллектор 46 газа высокого давления с коллектором 47 газа низкого давления. Она представляет собой трубопровод, оборудованный двумя редуцирующими клапанами 48 и 49, один из которых является рабочим, а другой - резервным. Резервный клапан 48 всегда находится в открытом состоянии. Этот клапан 48 имеет мембранную управляющую головку. Если подать газ под давлением в эту головку, то клапан 48 закроется и «нитка» будет отключена. Для это цели на головку устанавливается два управляемых запорных органа 50 и 51. Один (поз.51) - для подачи сжатого газа в головку при команде на отключение «нитки», а другой (поз.50) - для сброса газа из нее при поступлении команды на открывание «нитки» с одновременным закрытием запорного органа 50. Газ в головки редуцирующих клапанов 48 или 49 подается от редуктора 52 при требуемом давлении. Здесь описан один из возможных вариантов исполнения редуцирующей «нитки».A “thread” connects the high
При повышении температуры воздуха в камере 13 холодильника от датчика 42 температуры одновременно поступает импульс в БСО 43 и в блок 53 регулирования системы хладоснабжения холодильника. БСО 53 контролирует с помощью датчика 50 температуру жидкого хладагента на выходе из теплообменника 3, в котором он охлаждается холодным газом после детандеров 44, поступающим в него через управляемый запорно-регулирующий орган 2. Этот орган 2 изменяет подачу газа в теплообменник 3 по импульсу, который подается к нему от БСО 53 после преобразования в нем импульса от датчика 50 температуры. БСО 53 может по программе подавать импульсы на управление запорно-регулирующим органом 11, который регулирует подачу жидкого хладагента в теплообменник 12 и на управление перепускным органом 29.With increasing air temperature in the
Энергохолодильный комплекс с системой автоматики работает и регулируется следующим образом.An energy-refrigerating complex with an automation system operates and is regulated as follows.
При работе ГРС газ от внешнего источника поступает в коллектор 46, а из него через редуцирующие «нитки» он поступает под сниженным давлением в коллектор 47, который соединен с трубопроводом подачи газа потребителям. На этом трубопроводе установлены датчики 36 давления и 37 температуры.During the operation of the gas distribution system, gas from an external source enters the manifold 46, and from it through the reducing "threads" it enters under
К коллектору 46 присоединен общий для всех детандерно-генераторных агрегатов коллектор 55, из которого газ поступает в детандеры и затем он выходит в коллектор низкого давления 1. Далее газ через открытый запорно-регулирующий орган 2 поступает в теплообменник 3, в котором он охлаждает жидкий промежуточный хладагент. Из этого теплообменника 3 газ по трубопроводу отводится в трубопровод 43 подачи газа потребителям.A
Регулирование и управление газового комплекса по отклонениям показаний датчиков 36 и 37, как отмечалось, осуществляется с помощью импульсов от них, которые поступают в БСО 53, преобразуются в новые импульсы и подаются в системы автоматики управления детандерно-генераторных агрегатов 44 для изменения режимов работы энергоблока и ГРС.Regulation and control of the gas complex according to the deviations of the readings of
В теплообменнике 3, через который проходит холодный газ из коллектора 1, встречным потоком проходит жидкий хладагент, охлаждается и затем подается в теплообменник 12 камеры 13 холодильника. На выходе из теплообменника 3 контролируется его температура с помощью датчика 50, а при ее отклонении от заданного значения подается импульс в БСО 53 на изменение прохода газа через орган 2 или подачи жидкого хладагента - через орган 11.In the
Температура воздуха в камере 13 холодильника контролируется датчиком 42. При ее отклонении от заданного значения он подает импульс в БСО 53, который преобразует его в новые импульсы и подает их на орган 11 для направленного воздействия на подачу жидкого хладагента в теплообменник 12 или на регулирование величины его перепуска через орган 29.The air temperature in the
Приведенный выше материал дает основание заключить, что предложенное техническое решение в объеме двух изобретений (способ и система для его реализации) позволяет преодолеть ряд проблем, стоящих на пути повышения эффективности использования холода, образующегося при выработке электроэнергии детандерно-генераторными агрегатами за счет энергии технологических перепадов природного газа на ГРС для создания высокоэффективных экологически безопасных холодильников.The above material allows us to conclude that the proposed technical solution in the scope of two inventions (a method and system for its implementation) overcomes a number of problems that stand in the way of increasing the efficiency of using the cold generated during the generation of electricity by the expander-generator units due to the energy of technological differences in natural gas at the gas distribution station to create highly efficient environmentally friendly refrigerators.
Промышленная применимость.Industrial applicability.
Настоящее изобретение может быть применено в системах газораспределения промышленно-жилищных центров, на компрессорных станциях магистральных газопроводов и на газовых промыслах.The present invention can be applied in gas distribution systems of industrial housing centers, at compressor stations of main gas pipelines and in gas fields.
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005126629/06A RU2283462C1 (en) | 2005-08-23 | 2005-08-23 | Method for ecologically safe utilization of cold, generated during expansion of natural gas in cryogenic gas expansion machine with diversion of mechanical energy, and system for realization of said method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005126629/06A RU2283462C1 (en) | 2005-08-23 | 2005-08-23 | Method for ecologically safe utilization of cold, generated during expansion of natural gas in cryogenic gas expansion machine with diversion of mechanical energy, and system for realization of said method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2283462C1 true RU2283462C1 (en) | 2006-09-10 |
Family
ID=37112957
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005126629/06A RU2283462C1 (en) | 2005-08-23 | 2005-08-23 | Method for ecologically safe utilization of cold, generated during expansion of natural gas in cryogenic gas expansion machine with diversion of mechanical energy, and system for realization of said method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2283462C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
MD4409C1 (en) * | 2015-04-10 | 2016-10-31 | Ион ЧЕРЕМПЕЙ | Cryogenic gas-turbine plant with closed circuit |
CN114668481A (en) * | 2022-05-26 | 2022-06-28 | 上海导向医疗系统有限公司 | Dual-system cryotherapy system based on precooling of cryogenic refrigerator |
-
2005
- 2005-08-23 RU RU2005126629/06A patent/RU2283462C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ЗАРНИЦКИЙ Г.Э. Теоретические основы использования энергии давления природного газа. - М.: Недра, 1968, с.195-198. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
MD4409C1 (en) * | 2015-04-10 | 2016-10-31 | Ион ЧЕРЕМПЕЙ | Cryogenic gas-turbine plant with closed circuit |
CN114668481A (en) * | 2022-05-26 | 2022-06-28 | 上海导向医疗系统有限公司 | Dual-system cryotherapy system based on precooling of cryogenic refrigerator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10835836B2 (en) | Method and system of combined power plant for waste heat conversion to electrical energy, heating and cooling | |
WO2019114536A1 (en) | Constructed cold source energy recovery system, heat engine system and energy recovery method | |
CN107202452B (en) | LNG vaporization and refrigeration system of LNG power fishing boat and working method thereof | |
US3621653A (en) | Power generation plant | |
CN212057909U (en) | Refrigeration cold-storage system that many connects | |
CN104870920A (en) | Method and apparatus for cooling in liquefaction process | |
RU2283462C1 (en) | Method for ecologically safe utilization of cold, generated during expansion of natural gas in cryogenic gas expansion machine with diversion of mechanical energy, and system for realization of said method | |
CN105444483B (en) | A kind of flooded screw mechanism ice maker group | |
CN109470733B (en) | Experimental device capable of realizing visualization of condensation inside and outside steam pipes | |
CN102095290A (en) | Ice crystal evaporator and ice crystal water cooling device producing from same | |
RU55928U1 (en) | SYSTEM FOR ENVIRONMENTALLY SAFE USE OF COLD FORMED WHEN EXTENDING NATURAL GAS IN A DETANDER WITH MECHANICAL ENERGY DISCHARGE | |
CN102494429A (en) | Two-stage compression integrated low-temperature refrigerating unit | |
CN211876453U (en) | Ice making and transporting system | |
CN110220341B (en) | Power generation and ice making combined system utilizing natural gas excess pressure | |
CN208567566U (en) | A kind of water ring vacuum pump cooling system | |
CN207701188U (en) | Construct low-temperature receiver energy-recuperation system and heat engine system | |
CN116447510A (en) | Device system and method for recycling liquid hydrogen gasification cold energy | |
CN110243126A (en) | A kind of energy source station based on LNG gasification heat-exchange system | |
CN211328772U (en) | Small-size vapor recovery system device | |
Ivanov et al. | Experience of technical development of obtaining cold as a component of national food security | |
CN107024063A (en) | A kind of United system and its control method | |
CN211177498U (en) | Direct-fired heat pump and hot water type refrigerated lithium bromide absorption type unit | |
CN208419665U (en) | A kind of condenser vacuum system | |
RU2264581C1 (en) | Method and system for natural gas preparation before supplying thereof to consumer with complex natural gas energy usage, energy-cooling plant, as well as energy drive with impeller machine, gas refrigerator and ice generator | |
CN106352654B (en) | A kind of vaporization cold amount of liquid nitrogen recyclable device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170824 |