DE895208C

DE895208C - Process for increasing the utilization of natural gas sources and equipment for carrying out the process

Info

Publication number: DE895208C
Application number: DESCH7981D
Authority: DE
Inventors: Ernst Dr-Ing Schmidt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1943-02-27
Filing date: 1943-02-27
Publication date: 1953-11-02

Description

Verfahren zur Steigerung der Ausnutzung von Erdgasquellen und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens Bei natürlichen Erdgasquellen ist der Druck in den einzelnen Bohrlöchern, den sogernannten Sonden, verschieden und nimmt in der Regel mit wachsender Teufe zu. Im Laufe der Ausbeutung fällt der Druck mehr oder weniger rasch ab, je nachdem viel oder wenig Gas entnommen wird. Meist wird das Gas den Verbrauchsstellen durch Fernleitungen mit Anfangsdrücken von io bis 2o at zugeführt. Man wählt so hohe Drücke, um die Rohrleitungen von kleinerem Durchmesser wählen und in ihnen größeren Druckabfall zulassen zu können. Beim Absinken des Druckes der Sonden tritt daher früher oder später der Fall sein, daß der Druck mancher Sonden unter den der Fernleitung sinkt und ihr Gas nicht mehr in die Fornleitung geschickt werden kann, sondern einer weniger hochwertigen Verwendung zugeführt werden muß.Process to increase the utilization of natural gas sources and facilities to carry out the process In the case of natural gas sources, the pressure is in the individual boreholes, the so-called probes, different and usually takes with increasing depth. In the course of exploitation, the pressure falls more or less quickly, depending on whether much or little gas is withdrawn. Most of the time the gas is the Consumption points supplied by long-distance lines with initial pressures of 10 to 20 atm. One chooses such high pressures as to choose the pipelines of smaller diameter and to be able to allow larger pressure drops in them. When the pressure drops of the probes will therefore sooner or later be the case that the pressure of some probes sinks below that of the pipeline and its gas is no longer sent into the pipeline can be, but must be put to a less valuable use.

Die Erfindung zeigt Wege, auch Gase niederen Druckes in die Fernleitung zu schicken, indem der Überdruck des Gases der Hochdrucksonden über den Leitungsdruck benutzt wird, um das Gas: der Niederdrucksonden auf den Leitungsdruck zu verdichten.The invention shows ways of including low pressure gases in the pipeline to send by increasing the overpressure of the gas of the high pressure probes above the line pressure is used to compress the gas: the low pressure probes to the line pressure.

Die einfachste Möglichkeit einer solchen Verdichtung bietet der an sich bekannte Injektor. Dabei wird das Gasi höheren Druckes: in einer Düse, durch Entspannung auf hohe, Geschwindigkeit ge bracht und dem so gebildeten Strahl an seinem Umfang Gas niederen Druckeis zugeführt. Durch Mischung und Impulsübertragung wird das Gas niederen Druckes beschleunigt, und es entsteht ein Gemisch mittlerer Geschwindigkeit. Diese Strömungsgeschwindigkeit wird dann in einem Diffusor in einen Druck zurückverwandelt, -dar über dem Anfangsdruck des Niederdruckgases liegt und ausreicht, um das Gas in die Fernleitung zu fördern. Dieses Verfahren isst sehr einfach, da keinerlei bewegliche Maschinenteile benutzt werden, aber es ist von beschränktem Wirkungsgrad, da die Energie vom Hochdruckgas auf das Niederdruckgas durch Reibung und Mischbewegung übertragen wird.The easiest option for such a compression is offered by known injector. The gas is at higher pressure: in a nozzle, through Relaxation at high speed and applied to the jet formed in this way its circumference supplied gas lower pressure ice. Through mixing and impulse transfer will the gas low pressure accelerates, and a Medium speed mixture. This flow rate is then in one Diffuser converted back to a pressure, -that above the initial pressure of the low pressure gas and is sufficient to deliver the gas into the pipeline. This method eats very easily as no moving machine parts are used, but it does is of limited efficiency because the energy from the high pressure gas to the low pressure gas is transmitted by friction and mixing movement.

Ein beisgeres Verfahren ist die. Anwendung zweier Strömungsmaschinen, von denen die eine, als Turbine wirkende, das Gas der Hochdrucksonde' auf den Druck der Ferngasleitung entspannt und dabei mechanische Arbeit gewinriti; während die andere, als Verdichter wirkende, diese, Arbeit benutzt, um das Gas der Niederdrucksondei auf den Fernleitungsdruck zu verdichten. Auf diese! Weiise lassen sich .sehr viel bessere Wirkungsgradre erreichen als beim Injektor, da sich solche Strömungsmaschinen bei den verhältnismäßig kleinen Druckverhältnissen von vielleicht 1,5: i bis 4 : i, um die es sich hier handelt, mit hohen Wirkungsgraden bauen lassen. Die Maschinen werden dabei klein und billig, da man bei den kleinen Druckgefällen nur wenig Stufen braucht und da est sich um Gase höheren Druckes und daher kleinen Volumens handelt.A more recent method is that. Application of two flow machines, one of which, acting as a turbine, the gas of the high pressure probe 'on the pressure the gas pipeline is relaxed and mechanical work is gained in the process; while the others, acting as compressors, these, work used to probe the gas of the low pressure to compress to the pipeline pressure. To this! Many things can be done in white Achieve better efficiency than with injectors, since such flow machines with the relatively small pressure ratios of maybe 1.5: i to 4: i, which we are dealing with here, can be built with a high degree of efficiency. The machines are small and cheap because there are only a few steps with the small pressure gradient and since it is a question of gases of higher pressure and therefore of small volume.

Besonders einfach wird die Benutzung von Strömungsmaschinen, wenn man Turbine und Verdichter zusammenbaut und in dasselbe Gehäuse setzt, da man dann keine herausgeführtem Weillenenden und keinerlei Stopfbüchsen braucht. Man erhält so. eine sehr robuste Maschine, die auch unter den raunen Verhältnissen des Bohrbetriebes ohne Geifahr verwendbar ist. Einei solche Maschenei zeigt als Beispiel die Abb. i. Darin ist links, die T'urhine und rechts der Verdichter im genfeinsamen Gehäuse -dargestellt. Es bedeutet a1 der Läufer der Turbine, a2 der Läufer des Verdichters, die beide auf derselben Welle sitzen und dreistufig mit radialem Gas(durchtritt gezeichnet sind. Beiiden Läufern gegenüber stehen-die Leitapparate bi und b2 je mit einem axialen Leitsdhaufeilkranz c1 und c2 und drei radialen Leitschaufelkränzen dl und d2. Das Ganze sitzt in zwei zur leichteren Druckaufnahme als Kugelkalotten ausgebildeem G;ehäusehälften e1 und e2, zwischen die eine, Trennwand f mit Labyrinthdichtungen eingebaut ist, die aber nur kleine Kräfte aufzunehmen hat, -da die Gase nach dem Durchgang durch die Turbine und den Verdichter nahezu denselben Druck haben. Diese Trennwand ist nötig, wenn man die mit verschiedenen Temperaturen aus Turbine und Verdichter kommenden Gase noch in Wärmetauschern zum Kühlen und Vorwärmein verwenden will. Sonst kann man die Trennwand auch fortlassen und die beiden -Läuferscheiben zu einer gemeinsamen Scheibe vereinigen, die auf der einen Seitei Turbinenschaufeln, auf der anderen Verdichterschaufeln trägt.. Die Gase treten, wie in der Ab-Bildung durch Pfeile angedeutet ist, mit dem beispielsweise angegebenem Druck von 4o at auf der Turbinenseite und io ab auf der Verdichterseite axial ein -und mit dem ungefähr gleichen Druck von 2o at nach links und rechts aus durch diel schrägen Stutzen, dien doppelt angeordnet sind, um je nach den räumlichen Verhältnissen den einen oder anderen oder auch beide benutzen zu können. Einzelheiten, wie z. B. Maßnahmen zur Aufnahme des AxialsdhubeNs, sind in der Abbildung fortgelassen; eine einfache Möglichkeit des Axialschubausgleiches besteht z. B. darin, zwei solche Maschinen spiegelbildlich zusammenzubauen, derart; daß etwa die.beiiden Verdichter in der Mittee und diel beidem Turbiinen auf den Enden dlerselben Welle sitzen. Da es sich um Gase hohen Druckers: handelt, werden die Maschinen überraschend klein und damit auch billig, Die gewählte Bauart erlaubt ein lelichtes Auswechseiln der Lauf- und Leiträder und damit die Anpassung an verschiedene Betriebsbedingungen. Ändert sich z. B. das Druckverhältnis odler die zu verarbeitende Gasmenge, so, braucht man nur die Schaufelkränze der Laufräder und der Leitradscheiben zu verändern oder auszuwechseln.The use of fluid flow machines is particularly easy if you assemble the turbine and compressor and put them in the same housing, then you does not need any lead-out ends and no stuffing boxes. You get so. a very sturdy machine that also works under the rough conditions of the drilling operation can be used without risk. Such a mesh egg is shown as an example in Fig. i. On the left there is the T'urhine and on the right the compressor in the Geneva housing - shown. It means a1 the rotor of the turbine, a2 the rotor of the compressor, which both sit on the same shaft and three-stage with radial gas (passes are drawn. Opposite both runners are the diffusers bi and b2 each with an axial guide vane ring c1 and c2 and three radial guide vane rings dl and d2. The whole thing sits in two for easier pressure absorption than spherical caps formed G; ehäusehälften e1 and e2, between one, partition f with labyrinth seals is built in, but only has to absorb small forces, -as the gases after the Passage through the turbine and the compressor have almost the same pressure. These Partition wall is necessary if you are dealing with the turbine and with different temperatures Compressor coming gases can still be used in heat exchangers for cooling and preheating want. Otherwise you can leave out the partition and the two carriers combine to form a common disk with turbine blades on one side, carries on the other compressor blades .. The gases enter, as in the Ab formation is indicated by arrows, with the pressure of 40 at on the turbine side and io ab on the compressor side axially in -and with the approximately equal pressure of 2o at to the left and right through the inclined nozzle, which are arranged twice, depending on the spatial conditions, one or to be able to use the other or both. Details such as B. Actions to accommodate the AxialsdhubeNs are omitted in the figure; a simple one There is a possibility of axial thrust compensation. B. in it, two such machines to assemble in mirror image, like this; that about the two compressors in the The center and the two turbines sit on the ends of the same shaft. Since it is When it comes to gases from high pressure, the machines are surprisingly small and therefore also cheap, the chosen design allows easy replacement of the running and Idlers and thus the adaptation to different operating conditions. Changes z. B. the pressure ratio or the amount of gas to be processed, so you only need to change or replace the blade rings of the impellers and the stator disks.

Sinkt der Druck der Hochdrucksonden so weit, daß nicht mehr genügend Gefälle verfügbar ist, oder will man mehr Gas verdichten als mit der Leistung der Turbine möglich ist, so kann man dem Turbinenverdichteiraggregati auch noch meichanische Leistung von außen z. B. durch einen Elektromotor zuführen. )Dieser 'Elektromotor oder wenigstens sein Läufer läßt sich in dem druckfesten Gehäuse mit unterbringen, so daß auch hier keine Welle aus dem Druckraum herausgeführt zu weirden braucht.If the pressure of the high pressure probes falls so far that it is no longer sufficient Gradient is available, or you want to compress more gas than with the power of the Turbine is possible, so you can also meichanische the turbine compressor aggregate External performance e.g. B. feed by an electric motor. ) That 'electric motor or at least its rotor can be accommodated in the pressure-resistant housing, so that here, too, no shaft needs to be led out of the pressure chamber.

Bcii feuchem Erdgas, können Schwierigkeiten im Betrieb der Turbine durch dti'e starke Abkühlung bei der adiabaten Entspannung Beis Gases auftreten. Die Feuchtigkeit kann sich nämlich als. Reif in der Turbine ablagern, den Wirkungsgrad verschlechtern und sogar den Betrieb unmöglich machen. Diese Schwierigkeit beseitigt man, wenn man das in die Turbine! eintretende Hochdruckgas und das. aus dem Ve@rd,chter kommende und in ihm durch adiabate Verdichtung erwärmte Gas mi,thleren Druckes durch einen Wärmeaustauscher, am zweckmäßigsten im Gegenstrom führt. Dadurch wird das Gas vor seinem Eintritt in die Turbine erwärmt, so daß es sich bei der ädiabatein Entspannung nicht mehr unter den Eispunkt abkühlt und so auch keinen Reif in der Turbine ali,scheiden kann. Die Ausscheidung von Feuchtigkeit als flüssiges Wasser schadet nichts, sondern ,ist sogar erwünscht, da sie das Gas trocknet. Durch die Vorwärmung des Gaseis tritt zugleich eine merkliche Steigerung der Turbinenleistung ein.Bcii moist natural gas, can cause difficulties in the operation of the turbine due to the strong cooling during adiabatic expansion when gas occurs. The moisture can actually appear as. Depositing frost in the turbine, the efficiency deteriorate and even make operation impossible. Eliminated this difficulty you when you put that in the turbine! Incoming high pressure gas and that from the Ve @ rd, chter incoming gas, heated in it by adiabatic compression, with a higher pressure a heat exchanger, most expediently in countercurrent. This will make that Gas is heated before its entry into the turbine, so that it becomes the ädiabatein Relaxation no longer cools below the ice point and thus no frost in the Turbine ali, can divorce. The excretion of moisture as liquid water does not harm anything, but is even desirable because it dries the gas. Through the When the gas ice is preheated, there is also a noticeable increase in turbine output a.

Das Schema einer solchen Einrichtung zeigt beispielsweise die Abb. a. Dabei ist a die Turbine; b der Verdichter und c der Wärmeaustauscher. Das Hochdruckgas durchfließt, aus der Hochdruckleitung kommend, wie durch Pfeilei angedeutet, die eine Seite des Gegenstromwärmeaustauschers c und tritt dann vorgewärmt in die Türbinei ein, Das Niederdruckgas strömt aus der Niederdruckleitung unmittelbar in den Verdichter b und geht dann durch dem Gegenstromwärmeaustauscher c, wo es sich wieder abkühlt. Beide Gasströme! gehen dann vereinigt in die Mitteldruckleitung bzw. die Fernleitung. Turbine und Verdichter sind hier der Deutlichkeit halber ge'tre'nnt gezeichnet, sie, können selbstverständlich auch nach dem Beispiel der Abt. i in einem Gehäuse zusammengefaßt sein. Überhaupt sind die beschriebenen Ausführungsformen nur als Beispiele zu betrachten, die Gegenstände der Erfindung können auch andere Gestalt haben.The scheme of such a device is shown, for example, in Fig. A. Where a is the turbine; b the compressor and c the heat exchanger. The high-pressure gas flows through, coming from the high-pressure line, as indicated by the arrow, one side of the countercurrent heat exchanger c and then enters the door bins preheated.The low-pressure gas flows from the low-pressure line directly into the compressor b and then goes through the countercurrent heat exchanger c, where it cools down again. Both gas flows! then go combined into the medium pressure line or the long-distance line. For the sake of clarity, the turbine and compressor are drawn separately; they can of course also be combined in one housing according to the example of Section 1. In general, the embodiments described are to be regarded only as examples; the subject matter of the invention can also have other forms.

Die Schwierigkeiten der Eisbildung in der Turbine lassen sich auch durch vorheriges Trocknen beseitigen, wobei irgendeines der bekannten Trocknungsverfahren Verwendung finden kann.The difficulties of ice formation in the turbine can also be solved by prior drying, using any of the known drying methods Can be used.

Die Leistung deir Turbine läßt sich. noch dadurch steigern, daß man das Gas vor dem Eintritt durch Heizen erwärmt, gegebenenfalls nach dem Austritt aus dem Wärmeaustauscher und vor Eintritt in die Turbine. Ein solches Verfahren ist bei dem geringen Entspannungsverhältnis zwar nicht sehr wirtschaftlich, aber es ist sehr einfach durchzuführen und kann als ergänzende oder vorübergehende Maßnahme am Platze sein.The power of the turbine can be. increase by the fact that one the gas is heated by heating before entering, if necessary after exiting from the heat exchanger and before entering the turbine. Such a procedure is not very economical with the low expansion ratio, but it is very easy to perform and can be used as a complementary or temporary measure be in place.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Procedures to increase the utilization of natural gas sources, the z. B. serve to feed gas pipelines, characterized in that the pressure gradient between high pressure probes and the gas pipeline is used, to feed the gas from probes with lower pressure than the fine gas line on one the gas pipeline or for other purposes to increase sufficient pressure. -q. Method according to claim i, characterized in that the pressure increase takes place with the help of injectors: n. 3. The method according to claim i, characterized in that that a turbine and a turbo compressor are used to increase the pressure Machine set is used. q .. device for carrying out the method according to claim i and 3, characterized in that the gas turbine and the compressor in one common housing are arranged without protruding shaft ends. Facility for carrying out this method according to claims i and 3, characterized in that that the same rotor, designed as a radial wheel, has turbine blades on one side, carries on the other compressor blades. 6. Facility for carrying out the procedure according to claims i and 3, characterized in that the turbine and compressor existing unit with an additional drive, e.g. B. by, an electric motor, is provided. 7. The method according to claim i and 3, characterized in that the off, warmer gas coming into the compressor and the one entering the turbine Heat exchangers flow through by exchanging heat. B. Procedure according to Claim i and 3, characterized in that the gas, before entering the turbine is dried. G. Method according to claims i and 3, characterized in that the gas is heated before entering the turbine.