DE3505320A1 - Anlage zur regelung der aus einer hochdruckgasleitung in ein verbrauchernetz einzuspeisenden gasmenge - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Regelung der aus einer Hoch-
• druckgasleitung zu entnehmenden, in ein Mittel- oder Niederdruck aufweisendes Verbrauchernetz einzuspeisenden Gasmenge mit einem Pufferspeicher zum Ausgleich von Schwankungen des Gasverbrauchs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Um den Gasdruck im Mittel- oder Niederdrucknetz eines Gasversorgungssystems auch bei schwankendem Gasverbrauch konstant zu halten, und um eine gleichmäßige Entnahme aus der Hochdruckgasleitung zu bewirken, wird gemäß dem Stand der Technik entweder das Druckniveau im Verbrauchernetz verändert oder es wird zwischen Hochdrucknetz und Nieder- oder Mitteldrucknetz ein Pufferspeicher (z.B. in Kugel-oder Zylinderform) verwendet. Die Benutzung eines Pufferspeichers stellt dabei die wirkungsvollere der beiden Möglichkeiten dar. Um die Schwankungen im Gasverbrauch wirksam ausgleichen und den Gasdruck im Verbrauchernetz konstant halten zu können, muß der Pufferspeicher ein ausreichend großes Volumen aufweisen. Im praktischen Anwendungsfall ist das erforderliche Volumen häufig sehr groß, so daß die Investitionskosten für einen derartigen Pufferspeicher beträchtlich sind. Diese Investitionskosten stehen den Bereitstellungsgebühren, die die Betreiber der Hochdruckgasleitung nach dem maximalen Verbrauch des Gasversorgungssystems festsetzen, gegenüber. Um die Bereitstellungsgebühr zu reduzieren, muß daher die Entnahme aus der Hochdruckgasleitung möglichst über den ganzen Tag konstant sein.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anlage der gattungsgemäßen Art dahingehend zu verbessern, daß bei vergleichsweise geringem Volumen des Pufferspeichers und damit geringen Investitionskosten eine im wesentlichen gleichmäßige Gasentnahme aus der Hochdruckgasleitung ermöglicht und eine Überschreitung der zulässigen maximalen Gasentnahmemenge pro Zeiteinheit vermieden wird, wobei der Energieaufwand für den Betrieb der Anlage möglichst gering sein soll.
• Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Anlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorzugsweise Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 - 7.
• Die Erfindung soll im folgenden näher erläutert werden.
• Die Figur zeigt den im Übergangsbereich zwischen einer Hochdruckgasleitung und einem Verbrauchernetz angeordneten Pufferspeicher mit einer Druckerhöhungsanlage, die gerätemäßig im Sinne der Erfindung ausgestattet ist.
• Die der Hochdruckgasleitung 2 entnommene Gasmenge wird mittels eines Mengenmeßgerätes 16, das gleichzeitig neben dem Volumenstrom auch den Druck und die Temperatur des Gases ermittelt, festgestellt und an das Regelgerät gemeldet. Dieses Regelgerät für die Steuerung der gesamten Anlage ist in diesem Fall als Verbundsystem der beiden elektronischen Rechner 20 und 21 ausgeführt. Bei gefülltem Pufferspeicher 1 und einem Gasverbrauch im Verbrauchernetz 7, der unter der vereinbarten maximalen Entnahme liegt, strömt Gas aus der Hochdruckgasleitung 2 unmittelbar über das entsprechend gedrosselt eingestellte Dlrektentnahmeventil 13 in das Verbrauchernetz 7, das Mittel- oder Niederdruck aufweist. Der Druck im Verbrauchernetz 7 wird am Druckmeßgerät 17 ermittelt und ebenfalls laufend an den Rechner 20 gemeldet. Erreicht nun der Gasverbrauch die verelnbarte maximale Entnahme, wird das Direktentnahmeventil 13 so gedrosselt, daß die maximale Entnahme nicht überschritten wird, und der Druck an Druckmeßgerät 17 fällt zunächst ab. Dieser Druckverlust wird über den Rechner 20 durch Betätigung des Speicherentleerungsventils 14, durch das über die Leitung 8 Gas aus dem Pufferspeicher 1 in das Verbrauchernetz 7 eingespeist werden kann, ausgeglichen. Die Ventile 10, 11 und 12, die später erläutert werden, sind dabei geschlossen.
• Bei sinkendem Gasverbrauch wird das Speicherentleerungsventil 14 wieder entsprechend gedrosselt. Sinkt der Gasverbrauch unter die festgesetzte maximale Entnahmemenge pro Zeiteinheit, so wird das Speicherentleerungsventil 14 geschlossen. Der Rechner 20 übermittelt dann die Differenz, d.h. den Minderverbrauch gegenüber der maximalen Abnahmemenge pro Zeiteinheit an den Rechner 21. Dieser überprüft daraufhin den Differenzdruck (am Speicherfüllventil 10) in der Zuleitung 4 von der Hochdruckgasleltung 2 zum Pufferspeicher 1. Hierzu ist das Differenzdruckmeßgerät 19 vorgesehen. Ist der Druck hinter dem Speicherfüllventil 10 und somit im Pufferspeicher 1 geringer als der in der Hochdruckgasleitung 2, so wird Gas über das Spelcherfüllventil 10 direkt in den Pufferspeicher 1 geleitet.
• Hat der Pufferspeicher 1 nahezu den Druck der Hochdruckgasleitung 2 erreicht, so wird vom Rechner 21 das Speicherfüllventil 10 ganz geschlossen, während das Entspannungsmotoreinlaßventil 11 und das Verdichterelnlaßventil 12 geöffnet werden. Bei geöffnetem Entspannungsmotoreinlaßventil 11 kann durch die mit der Hochdruckgaslei tung 2 verbundene Gasleitung 6 Hochdruckgas durch den Entspannungsmotor 5 strömen und im entspannten Zustand (Mittel-bzw. Niederdruck) in das Verbrauchernetz 7 übernommen werden. Der Entspannungsmotor 5 treibt dabei einen Verdichter 3 an, der sich in einer parallel zur Leitung 4 mit einem Speicherfüllventil 10 liegenden Leitung 4' befindet, die ebenfalls mit der Hochdruckgasleitung 2 verbunden ist und in den Pufferspeicher 1 führt (in der Figur mündet die Leitung 4' in das letzte Teilstück der Zuleitung 4).
• Durch das Verdichtereinlaßventil 12 gelangt daher Gas aus der Hochdruckgasleitung 2 in den Verdichter 3, wird komprimiert und in den Pufferspeicher 1 geleitet, bis dieser maximal gefüllt ist. Die Ventile 11 und 12 können dabei auch hinter dem Entspannungsmotor 5 bzw. dem Verdichter 3 angeordnet sein.
• Der Entspannungsmotor 5, der eine Turbine oder eine Kolbenmaschine sein kann, treibt den Verdichter 3 an. Bei kleinen Gasdurchsatzmengen sind Kolbenmaschinen sowohl für den Verdichter 3 als auch für den Entspannungsmotor 5 zu bevorzugen, da ihre Funktionsfähigkeit und ihr Wirkungsgrad praktisch nicht von der Strömungsgeschwindigkeit abhängen.
• Mit Hilfe eines Drehzahl- bzw. Hubzahlmeßgerätes 22 kann die Drehzahl/Hubzahl des Verdichters 3 bzw. Entspannungsmotors 5 laufend vom Rechner 21 überwacht werden. Um eine möglichst gleichmäßige Gasentnahme aus der Hochdruckgasleitung zu gewährleisten und auch die maximal zulässige Drehzahl/Hubzahl nicht zu überschreiten, wird die Drehzahl/Hubzahl auf einen optimalen Wert eingeregelt. Hierzu stellt der Rechner 21 über entsprechende Stellglieder das Öffnungsverhältnis der Ventile 11 und 12 auf einen geeigneten Wert ein.
• Damit bei der Entspannung das Gas nicht zu weit abkühlt, was zum Vereisen der Ventile führen könnte, kann die Kompressionswärme des aus dem Verdichter 3 austretenden Gases über einen Wärmeaustauscher 9 entzogen und zur Erwärmung des dem Entspannungsmotor 5 zuge für ten Gases benutzt werden. Ebenso kann der Entspannungsmotor 5 mit dem Kühlwasser des Verdichters 3 aufgewärmt werden.
• Wenn zusätzlich über das Entspannungsmotoreinlaßventll 11 Gas in das Verbrauchernetz 7 eingespeist wird, steigt der Druck am Druckmeßgerät 17 an, worauf der Rechner 20 eine Drosselung der Gaszufuhr über das Direktentnahmeventll 13 bewirkt. Sinkt der Gasverbrauch weiter, so wird der Druck an dem Druckmeßgerät 17 nur noch über das Entspannungsmotoreinlaßventil 11 geregelt, d.h. das Direktentnahmeventil 13 ist geschlossen. Sobald der maximale Speicherdruck für den Pufferspeicher 1 erreicht ist, wird vom Rechner 20 über den Rechner 21 die Schließung der Ventile 11 und 12 veranlaßt, wobei der dann abfallende Druck im Verbrauchernetz 7 über das Direktentnahmeventil 13 wieder ausgeglichen wird.
• Steigt der Gasverbrauch wieder, so bleiben die an den Rechner 21 angeschlossenen Ventile 10, 11 und 12 geschlossen und die gesamte Gasentnahme erfolgt weiterhin unmittelbar aus der Hochdruckgasleitung 2 über das Dlrektentnahmeventll 13. Sobald der Verbrauch auf den Wert der festgesetzten Maximalentnahmemenge steigt, wird das Direktentnahmeventil 13 entsprechend gedrosselt und es erfolgt ein Druckausgleich wieder über das Speicherentleerungsventil 14 aus dem Pufferspeicher 1, womit der bereits beschriebene Regel zyklus von neuem beginnt.
• Um die Regelung von der Trägheit des Verbrauchernetzes 7 abzukoppeln, ist es zweckmäßig, im Einspeisebereich des Verbrauchernetzes ein Druckhalteventil 15 vorzusehen.
• Der Vorteil der erfindungsgemäßen Anlage ist, daß das Volumen des Pufferspeichers 1 vergleichsweise gering gehalten werden kann, weil das eingespeiste Gas über den Druck der Hochdruckgasleitung hinaus verdichtet und somit mehr Gas vom Pufferspeicher 1 aufgenommen werden kann. Der Betrieb dieser Anlage erfordert dabei keinen großen Aufwand, da bei geeigneter Dimensionierung aller Aggregate die Energie für den Verdichter 3 durch den Entspannungsmotor 5 beim Einspeisen des Gases in das Verbrauchernetz 7 geliefert werden kann.

Claims (7)

1. Anlage zur Regelung der aus einer Hochdruckgasleitung in ein Verbrauchernetz einzuspeisenden Gasmenge Patentansprüche: 1. Anlage zur Regelung der aus einer Hochdruckgasleitung zu entnehmenden, in ein Mittel- oder Niederdruck aufweisendes Verbrauchernetz einzuspeisenden Gasmenge, mit einem Pufferspeicher zum Ausgleich von Schwankungen des Gasverbrauchs, einem MengenmeBgerät zur laufenden Ermittlung - unter Berücksichtigung von Druck und Temperatur - der aus der Hochdruckgasleitung entnommenen Gasmenge, einem in Strömungsrichtung hinter dem Mengenmeßgerät angeordneten Direktentnahmeventil zur Regelung der unmittelbar aus der Hochdruckgasleitung in das Verbrauchernetz überströmenden Gasmenge, einer zwischen dem Mengenmeßgerät und dem Direktentnahmeventll abzweigenden, ein Speicherfüllventil aufweisenden Zuleitung zu dem Pufferspeicher, einer von dem Pufferspeicher zum Verbrauchernetz führenden, ein Speicherentl eerungsventil aufweisenden Entnahmeleitung, je einem Druckmeßgerät für den Druck des Verbrauchernetzes und den Druck des Pufferspeichers sowie mit einer Regeleinrichtung, die mit dem Mengenmeßgerät, den Druckmeßgeräten und den Stellgliedern für das Direktentnahme-, das Speicherfüll- und das Speicherentleerungsventil regelungstechnisch verbunden ist, wobei die Ventile in Abhängigkeit von der jeweiligen Menge des Gasverbrauchs im Verbrauchernetz gesteuert sind im Hinblick auf die Einhaltung einer pro Zeiteinheit maximal zulässigen Gasentnahmemenge aus der Hochdruckgasleitung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß parallel zu der Zuleitung (4) mit dem Speicherfüllventll (10) eine ebenfalls vor dem Direktentnahmeventll (13) mit der Hochdruckgasleitung (2) verbundene Zuleitung (4') zum Pufferspeicher (1) angeordnet ist, die durch ei n ein Verdlchterelnlaßventll (12) geöffnet werden kann und in die zur Erhöhung des Druckes im Pufferspeicher (1) über den Druck in der Hochdruckgasleitung (2) hinaus ein Verdichter (3) eingeschaltet ist, der von einem Entspannungsmotor (5) antreibbar ist, daß eine mit der Hochdruckgasleitung (2) verbundene und mit einem Entspannungsmotorelnlaßventil (11) zu öffnende Gasleitung (6) vorgesehen ist, mit der Hochdruckgas auf den Entspannungsmotor (5) gegeben und im entspannten Zustand in das Verbrauchernetz (7) eingeleitet werden kann und daß die Stellglieder des Entspannungsmotorei nl aßventil 5 (11) und des Verdichterelnlaßventil 5 (12) sowie ein Drehzahlmeßgerät (22) zur Erfassung der Drehzahlen von Entspannungsmotor (5) und Verdichter (3) mit der Regeleinrichtung regelungstechnisch verbunden sind.
2. 2. Anlage nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t, daß in Strömungsrichtung hinter dem Verdichter (3) ein Wärmeaustauscher (9) für die Vorwärmung des in der Gasleitung (6) zum Entspannungsmotor (5) geführten Gases mit der Kompresslonswärme des aus dem Verdichter (3) in den Pufferspeicher (1) strömenden Gases vorgesehen ist.
3. 3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Kühlwasser des Verdichters (3) zum Entspannungsmotor (5) leitbar ist.
4. 4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 - 3, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t, daß der Verdichter (3) und der Entspannungsmotor (5) als Kolbenmaschinen ausgebildet sind.
5. 5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 - 4, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t, daß am Spelcherfüllventll (10) ein Differenzdruckmeßgerät (19) vorgesehen ist, das mit der Regeleinrichtung regelungstechnisch verbunden ist.
6. 6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 - 5, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t, daß die Regeleinrichtung als elektronisches Rechnersystem ausgebildet ist.
7. 7. Anlage nach den Ansprüchen 5 und 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Regeleinrichtung als Verbundsystem zweier elektronischer Rechner (20, 21) ausgebildet ist, wobei der Rechner (20) mit dem Mengenmeßgerät (16), den Druckmeßgeräten (17, 18) für das Verbrauchernetz (7) und den Pufferspeicher (1) und mit den Stellgliedern des Dlrektentnahmeventils (13) und des Spelcherentleerungsventils (14) regelungstechnisch verbunden ist und daß der Rechner (21) mit den Steligliedern des Verdichtereinlaßventils (12), des Entspannungsmotoreinlaßventils (11) und des Speicherfüllventils (10) sowie mit dem Drehzahl meßgerät (22) und dem Differenzdruckmeßgerät (19) regelungstechnisch verbunden ist.