RU150383U1

RU150383U1 - FUEL GAS HEATING SYSTEM IN A GAS PUMPING UNIT

Info

Publication number: RU150383U1
Application number: RU2014136889/28U
Authority: RU
Inventors: Юрий Васильевич Белоусов; Константин Юрьевич Белоусов; Николай Николаевич Верещагин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Газхолодтехника"
Priority date: 2014-09-11
Filing date: 2014-09-11
Publication date: 2015-02-20

Abstract

Система нагрева топливного газа в газоперекачивающем агрегате с блоками очистки и фильтрации топливного газа, блоком управления или первичными датчиками, связанными электрическими цепями с функциональными исполнительными элементами, а также с системой подогрева топливного газа, состоящей из двух, но не ограничиваясь этим, газомасляных теплообменников, соединенных между собой последовательно, один из которых подключен к системе маслообеспечения компрессора, а второй подключен к системе маслообеспечения двигателя газоперекачивающего агрегата, при этом в качестве греющего теплоносителя для нагрева топливного газа в обоих теплообменниках используется горячее масло соответственно от компрессора газоперекачивающего агрегата и от его двигателя одновременно, между последовательно соединенными газомасляными теплообменниками установлен с последовательным подключением к ним блок редуцирования топливного газа, соединенный трубопроводом подвода топливного газа с газомасляным теплообменником, использующим в качестве греющего теплоносителя горячее масло компрессора газоперекачивающего агрегата, и соединенный трубопроводом отвода топливного газа с газомасляным теплообменником, использующим в качестве греющего теплоносителя горячее масло двигателя газоперекачивающего агрегата, при этом газомасляные теплообменники выполнены в виде кожухотрубных, пластинчатых или пластинчато-ребристых теплообменников.A fuel gas heating system in a gas pumping unit with fuel gas purification and filtration units, a control unit or primary sensors connected by electrical circuits to functional actuators, as well as with a fuel gas heating system consisting of two, but not limited to gas-oil heat exchangers connected each other in series, one of which is connected to the compressor oil supply system, and the second is connected to the oil supply system of the gas pumping engine about the unit, while the heat carrier for heating the fuel gas in both heat exchangers is used hot oil, respectively, from the compressor of the gas pumping unit and from its engine at the same time, between the gas-oil heat exchangers connected in series with the fuel gas reduction unit connected in series to them, connected to the fuel supply pipe gas with a gas-oil heat exchanger using hot compressor oil as a heating medium a gas pumping unit, and connected by a fuel gas exhaust pipe to a gas-oil heat exchanger using hot engine oil of a gas-pumping unit as a heating medium, while gas-oil heat exchangers are made in the form of shell-and-tube, plate or plate-fin heat exchangers.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно, к средствам подготовки топливного газа в системе трубопроводного транспорта природного газа, и может быть использована в составе газоперекачивающих агрегатов (ГПА), установленных на компрессорных станциях (КС) магистральных газопроводов.The utility model relates to the field of mechanical engineering, namely, to means for preparing fuel gas in a natural gas pipeline transport system, and can be used as a part of gas pumping units (GPU) installed at compressor stations (CS) of main gas pipelines.

Известна система топливного и пускового газа компрессорной станции, Козаченко А.Н. «Эксплуатация компрессорных станций магистральных газопроводов», М.: Нефть и газ, 1999, с. 57÷58. Система предназначена для очистки, осушки и поддержания требуемого давления и расхода топливного газа перед подачей в камеру сгорания и на пусковое устройство (турбодетандер). Система имеет блочное исполнение и включает в себя блок очистки, блок осушки, подогреватели, блок редуцирования топливного газа, трубопроводы, замерное устройство, пусковое устройство. В системе газ проходит первичную и более глубокую очистки от механических примесей и влаги, далее нагревается в огневом подогревателе до температуры 45÷50°C и поступает в блок редуцирования, после которого в сепараторе происходит повторная очистка газа от влаги, выделившейся при редуцировании. Затем газ поступает в топливный коллектор.Known system of fuel and starting gas of a compressor station, Kozachenko AN “Operation of compressor stations of gas pipelines”, Moscow: Oil and gas, 1999, p. 57 ÷ 58. The system is designed to clean, dry and maintain the required pressure and fuel gas flow rate before being fed to the combustion chamber and to the starting device (turbo expander). The system has a block design and includes a cleaning unit, a drying unit, heaters, a fuel gas reduction unit, pipelines, a metering device, and a starting device. In the system, the gas undergoes primary and deeper purification from mechanical impurities and moisture, then it is heated in a fire heater to a temperature of 45 ÷ 50 ° C and enters the reduction unit, after which the separator re-purifies the gas from moisture released during reduction. Then the gas enters the fuel manifold.

Недостатком данного технического решения является пониженная эффективность работы ГПА вследствие использования огневого подогревателя в системе топливного и пускового газа, поскольку для работы подогревателя требуется дополнительный расход топливного газа, либо расход электроэнергии. Повышенная металлоемкость этого технического решения обусловлена необходимостью применения дополнительного сепаратора для повторной очистки топливного газа от влаги, выделившейся при его редуцировании, а также необходимостью установки аппаратов воздушного охлаждения для охлаждения масла двигателя и компрессора ГПА.The disadvantage of this technical solution is the reduced efficiency of the GPU due to the use of a fire heater in the fuel and start-up gas system, since the heater requires additional fuel gas consumption or energy consumption. The increased metal consumption of this technical solution is due to the need to use an additional separator for re-purification of fuel gas from moisture released during its reduction, as well as the need to install air-cooling units for cooling engine oil and GPA compressor.

Известен агрегатный блок подготовки топливного газа с системой подогрева топливного газа и системой редуцирования газа, включающей две нитки редуцирования, патент РФ №92934 «Агрегатный блок подготовки топливного газа», опубл. 10.04.2010 г. Система подогрева топливного газа включает, по меньшей мере, один газомасляный подогреватель газа, выполненный в виде кожухотрубчатого или пластинчатого теплообменника, имеющего промежуточную полость между полостями природного газа и масла, причем промежуточная полость заполнена инертным газом или промежуточным теплоносителем.Known aggregate unit for the preparation of fuel gas with a heating system for fuel gas and a gas reduction system, including two threads reduction, RF patent No. 92934 "Aggregate unit for the preparation of fuel gas", publ. 04/10/2010, The fuel gas heating system includes at least one gas-oil gas heater made in the form of a shell-and-tube or plate heat exchanger having an intermediate cavity between the natural gas and oil cavities, the intermediate cavity being filled with an inert gas or an intermediate heat carrier.

Необходимость применения инертного газа или промежуточного теплоносителя ведет к повышению стоимости конструкции агрегатного блока и в целом снижает эффективность работы компрессорной станции магистрального газопровода.The need to use an inert gas or an intermediate coolant leads to an increase in the cost of construction of the aggregate unit and generally reduces the efficiency of the compressor station of the main gas pipeline.

Цель изобретения - повышение надежности, эффективности работы ГПА, снижение металлоемкости.The purpose of the invention is to increase the reliability, efficiency of the GPA, reducing metal consumption.

Поставленная цель достигается в системе нагрева топливного газа в газоперекачивающем агрегате с блоками очистки и фильтрации топливного газа, блоком управления или первичными датчиками, связанными электрическими цепями с функциональными исполнительными элементами, а также с системой подогрева топливного газа, состоящей из двух, но не ограничиваясь этим, газомасляных теплообменников, соединенных между собой последовательно, один из которых подключен к системе маслообеспечения компрессора, а второй подключен к системе маслообеспечения двигателя газоперекачивающего агрегата, при этом в качестве греющего теплоносителя для нагрева топливного газа в обеих теплообменниках используется горячее масло соответственно от компрессора газоперекачивающего агрегата и от его двигателя, одновременно, между последовательно соединенными газомасляными теплообменниками установлен с последовательным подключением к ним блок редуцирования топливного газа, соединенный трубопроводом подвода топливного газа с газомасляным теплообменником, использующим в качестве греющего теплоносителя горячее масло компрессора газоперекачивающего агрегата, и соединенный трубопроводом отвода топливного газа с газомасляным теплообменником, использующим в качестве греющего теплоносителя горячее масло двигателя газоперекачивающего агрегата. Газомасляные теплообменники выполнены в виде кожухотрубных, пластинчатых или пластинчато-ребристых теплообменников.This goal is achieved in a fuel gas heating system in a gas pumping unit with fuel gas purification and filtration units, a control unit or primary sensors connected by electrical circuits with functional actuators, as well as with a fuel gas heating system, which consists of two, but not limited to, gas-oil heat exchangers interconnected in series, one of which is connected to the compressor oil supply system, and the second is connected to the oil supply system the engine of the gas-pumping unit, while hot oil is used as heating medium for heating the fuel gas in both heat exchangers, respectively, from the compressor of the gas-pumping unit and from its engine, at the same time, between the series-connected gas-oil heat exchangers, a fuel gas reduction unit connected to them in series a fuel gas supply pipeline with a gas-oil heat exchanger using heat the carrier is the hot oil of the compressor of the gas pumping unit, and connected to the fuel gas exhaust pipe with a gas-oil heat exchanger using hot engine oil of the gas-pumping unit as a heating medium. Gas-oil heat exchangers are made in the form of shell-and-tube, plate or plate-fin heat exchangers.

Установка в системе подогрева топливного газа двух газомасляных теплообменников, соединенных между собой последовательно, в которых для нагрева топливного газа используется горячее масло от компрессора и от двигателя ГПА позволяет повысить эффективность и надежность работы ГПА, поскольку газомасляные теплообменники одновременно подключаются к системам маслообеспечения компрессора и двигателя и служат для достижения двух целей - подогрева топливного газа и охлаждения масла, так что отпадает необходимость устанавливать огневые подогреватели газа и аппараты воздушного охлаждения масла (АВОМ).The installation in the fuel gas heating system of two gas-oil heat exchangers interconnected in series, in which the hot oil is used to heat the fuel gas from the compressor and from the GPU engine allows to increase the efficiency and reliability of the GPU operation, since gas-oil heat exchangers are simultaneously connected to the compressor and engine oil supply systems and serve to achieve two goals - heating the fuel gas and cooling the oil, so that there is no need to install fire gas heaters and air oil coolers (ABOM).

Поскольку максимальная температура масла компрессора меньше, чем максимальная температура масла двигателя, то расположение газомасляных теплообменников именно такое. В противном случае газомасляный теплообменник компрессора не будет работать из-за малой разности температур теплоносителей.Since the maximum temperature of the compressor oil is less than the maximum temperature of the engine oil, the location of the gas-oil heat exchangers is just that. Otherwise, the gas-oil heat exchanger of the compressor will not work due to the small temperature difference of the coolants.

Расположение блока редуцирования между последовательно соединенными газомасляными теплообменниками позволяет отказаться от использования огневого подогревателя газа и сепаратора для повторной очистки топливного газа от влаги, что снижает металлоемкость, значительно повышает эффективность работы ГПА за счет экономии затрат на электроэнергию и на газ.The location of the reduction unit between the gas-oil heat exchangers connected in series allows you to refuse to use a fire gas heater and a separator for re-purification of fuel gas from moisture, which reduces the metal consumption, significantly increases the efficiency of the gas compressor unit due to saving energy and gas costs.

Полезная модель иллюстрируется рисунками фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3. На фиг. 1 показана схема системы нагрева топливного газа в газоперекачивающем агрегате при низких температурах окружающей среды, на фиг. 2 показана схема системы нагрева топливного газа в газоперекачивающем агрегате при высоких температурах окружающей среды, где:The utility model is illustrated in the drawings of FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 3. In FIG. 1 shows a diagram of a fuel gas heating system in a gas pumping unit at low ambient temperatures, FIG. 2 shows a diagram of a fuel gas heating system in a gas pumping unit at high ambient temperatures, where:

1 - газомасляный теплообменник ГМТ-К с греющим теплоносителем - маслом от компрессора ГПА,1 - gas-oil heat exchanger GMT-K with heating coolant - oil from the GPA compressor,

2 - автоматический кран (байпасирование топливного газа),2 - automatic valve (bypassing fuel gas),

3 - блок редуцирования топливного газа (БРД),3 - block reduction of fuel gas (BRD),

4 - газомасляный теплообменник ГМТ-Д с греющим теплоносителем - маслом от двигателя ГПА.4 - gas-oil heat exchanger GMT-D with heating coolant - oil from the GPA engine.

На фиг. 3 приведены сравнительные графики изменения температуры нагрева топливного газа в зависимости от расположения блока редуцирования (БРД) по отношению к ГМТ-К и ГМТ-Д в компоновке ГПА.In FIG. Figure 3 shows comparative graphs of changes in the temperature of heating of fuel gas depending on the location of the reduction unit (BRD) with respect to the GMT-K and GMT-D in the GPU layout.

Система нагрева топливного газа в газоперекачивающем агрегате содержит газомасляный теплообменник ГМТ-К 1 с входным трубопроводом топливного газа и с подключением к системе маслообеспечения компрессора, автоматический кран 2 для байпасирования топливного газа, блок редуцирования 3 топливного газа для редуцирования давления природного газа с входного значения до требуемых значений, а также для автоматического поддержания заданного выходного давления независимо от изменения расхода и входного давления природного газа. Система содержит также газомасляный теплообменник ГМТ-Д 4 с входным трубопроводом топливного газа и с подключением к системе маслообеспечения двигателя.The fuel gas heating system in the gas pumping unit contains a gas-oil heat exchanger GMT-K 1 with an inlet fuel gas pipeline and with connection to a compressor oil supply system, an automatic valve 2 for bypassing the fuel gas, a fuel gas reduction unit 3 for reducing the pressure of natural gas from the input value to the required values, as well as to automatically maintain a given output pressure, regardless of changes in flow and inlet pressure of natural gas. The system also contains a gas-oil heat exchanger GMT-D 4 with an inlet pipe for fuel gas and with connection to an engine oil supply system.

Система нагрева топливного газа в газоперекачивающем агрегате работает следующим образом.The heating system of fuel gas in a gas pumping unit operates as follows.

В период работы при пониженных температурах окружающей среды (фиг. 1) природный газ в качестве топливного газа с температурой ~ -17°C и давлением 55 атм. поступает из магистрального газопровода, проходит блоки очистки и фильтрации (на чертежах не показаны), поступает в систему подогрева с первым газомасляным теплообменником 1 (ГМТ-К), подключенным к системе маслообеспечения компрессора ГПА и нагревается до температуры +8,1°C за счет тепла масла компрессора ГПА, при этом масло компрессора охлаждается с температуры +51,5°C до +46°C. Автоматический кран 2 служит для предотвращения понижения температуры масла на выходе из газомасляного теплообменника 1 ниже минимально допустимой. При достижении минимально допустимой температуры масла на выходе из ГМТ-К, автоматический кран 2 открывается, что приводит к уменьшению расхода топливного газа через ГМТ-К и, соответственно, к повышению температуры масла на выходе из ГМТ-К. Далее подогретый топливный газ проходит в блок редуцирования 3 (БРД) для редуцирования давления газа с входного значения до требуемых значений, а также для автоматического поддержания заданного выходного давления независимо от изменения расхода и входного давления газа, при этом температура подогрева топливного газа несколько снижается до -3,4°C, а также снижается давление топливного газа до значения в 30 атм. После редуцирования топливный газ направляют во второй газомасляный теплообменник 4 (ГМТ-Д), подключенный к системе маслообеспечения двигателя ГПА, в котором топливный газ подогревается до температуры +33,8°C, а масло от двигателя ГПА, требующее охлаждения, охлаждается с температуры +58°C до +25° C.During operation at low ambient temperatures (Fig. 1), natural gas is used as fuel gas with a temperature of ~ -17 ° C and a pressure of 55 atm. comes from the main gas pipeline, passes the cleaning and filtration units (not shown in the drawings), enters the heating system with the first gas-oil heat exchanger 1 (GMT-K) connected to the oil supply system of the GPA compressor and is heated to a temperature of + 8.1 ° C due to heat of the GPA compressor oil, while the compressor oil is cooled from a temperature of + 51.5 ° C to + 46 ° C. Automatic valve 2 is used to prevent lowering of the oil temperature at the outlet of the gas-oil heat exchanger 1 below the minimum allowable. Upon reaching the minimum allowable oil temperature at the outlet of GMT-K, the automatic valve 2 opens, which leads to a decrease in fuel gas flow through GMT-K and, accordingly, to an increase in oil temperature at the outlet of GMT-K. Next, the heated fuel gas passes to the reduction unit 3 (BRD) to reduce the gas pressure from the input value to the required values, as well as to automatically maintain the specified output pressure regardless of the change in gas flow and inlet pressure, while the temperature of the fuel gas heating is slightly reduced to - 3.4 ° C, and the fuel gas pressure is reduced to a value of 30 atm. After reduction, the fuel gas is sent to the second gas-oil heat exchanger 4 (GMT-D) connected to the oil supply system of the GPA engine, in which the fuel gas is heated to a temperature of + 33.8 ° C, and the oil from the GPA engine, which requires cooling, is cooled from + 58 ° C to + 25 ° C.

В период работы при высоких температурах окружающей среды (фиг. 2) топливный газа с температурой ~+18°C и давлением 55 атм. поступает из магистрального газопровода через блоки очистки и фильтрации (на чертежах не показаны), подается в систему подогрева в первый газомасляный теплообменник 1 (ГМТ-К), подключенный к системе маслообеспечения компрессора ГПА и нагревается до температуры +44,2°C за счет тепла масла компрессора ГПА, при этом масло компрессора охлаждается с температуры +58,5°C до +53°C. Автоматический кран 2 в период работы при высоких температурах окружающей среды закрыт, поскольку газ поступает с плюсовой температурой и минимальная температура масла на выходе из ГМТ-К превышает установочное значение температуры +40°C. Далее подогретый топливный газ проходит в блок редуцирования 3 (БРД), при этом температура подогрева топливного газа несколько снижается до +34,5°C и снижается давление значения в 30 атм. После редуцирования топливный газ направляют во второй газомасляный теплообменник 4 (ГМТ-Д), подключенный к системе маслообеспечения двигателя ГПА, в котором топливный газ подогревается до температуры +71,7°C, а масло от двигателя ГПА, требующее охлаждения, охлаждается с температуры +89°C до +57°C.During operation at high ambient temperatures (Fig. 2) fuel gas with a temperature of ~ + 18 ° C and a pressure of 55 atm. comes from the main gas pipeline through the cleaning and filtration units (not shown in the drawings), is supplied to the heating system in the first gas-oil heat exchanger 1 (ГМТ-К), connected to the oil supply system of the GPA compressor and heated to a temperature of + 44.2 ° C due to heat GPA compressor oil, while the compressor oil is cooled from a temperature of + 58.5 ° C to + 53 ° C. The automatic valve 2 is closed during operation at high ambient temperatures, since the gas enters with a positive temperature and the minimum oil temperature at the outlet of GMT-K exceeds the set temperature + 40 ° C. Next, the heated fuel gas passes to the reduction unit 3 (BRD), while the temperature of the heating of the fuel gas is somewhat reduced to + 34.5 ° C and the pressure value of 30 atm decreases. After reduction, the fuel gas is sent to the second gas-oil heat exchanger 4 (GMT-D), connected to the oil supply system of the GPA engine, in which the fuel gas is heated to a temperature of + 71.7 ° C, and the oil from the GPA engine, which requires cooling, is cooled from + 89 ° C to + 57 ° C.

Для работы данной системы исполнение газомасляных теплообменников ГМТ-К и ГМТ-Д может быть различным. Они могут быть выполнены в виде кожухотрубных, пластинчатых или пластинчато-ребристых теплообменников.For the operation of this system, the performance of gas-oil heat exchangers ГМТ-К and ГМТ-Д can be different. They can be made in the form of shell-and-tube, plate or plate-fin heat exchangers.

Применение в заявляемой системе двух, но не ограничиваясь этим, газомасляных теплообменников одновременно подключенных к системам маслообеспечения двигателя и компрессора для охлаждения масла и к системе подачи топливного газа для нагрева топливного газа позволяет повысить надежность и эффективность работы ГПА. Отпадает необходимость устанавливать огневые подогреватели газа и аппараты воздушного охлаждения масла (АВОМ). Оптимальное расположение блока редуцирования между последовательно соединенными газомасляными теплообменниками с последовательным подключением к ним показано на сравнительных графиках (фиг. 3) зависимости температуры нагрева топливного газа от расположения блока редуцирования по отношению к газомасляным теплообменникам ГМТ-К и ГМТ-Д. Такое расположение блока редуцирования позволяет оптимизировать процесс нагрева топливного газа, отказаться от применения сепаратора для повторной очистки топливного газа от влаги.The use in the inventive system of two, but not limited to, gas-oil heat exchangers simultaneously connected to the oil supply systems of the engine and compressor for cooling the oil and to the fuel gas supply system for heating the fuel gas can improve the reliability and efficiency of the gas compressor unit. There is no need to install fire gas heaters and air oil coolers (ABOM). The optimal arrangement of the reduction unit between series-connected gas-oil heat exchangers with series connection to them is shown in comparative graphs (Fig. 3) of the dependence of the temperature of heating of fuel gas on the location of the reduction unit with respect to the gas-oil heat exchangers ГМТ-К and ГМТ-Д. This arrangement of the reduction unit allows you to optimize the process of heating the fuel gas, to abandon the use of a separator for re-purification of fuel gas from moisture.

Таким образом, система нагрева топливного газа с двумя газомасляными теплообменниками одновременно подключенными к системам маслообеспечения двигателя и компрессора для охлаждения масла и к системе подачи топливного газа для нагрева топливного газа, с одновременной установкой между ними блока редуцирования, позволяет повысить надежность и эффективность работы ГПА, снизить металлоемкость.Thus, the fuel gas heating system with two gas-oil heat exchangers simultaneously connected to the engine and compressor oil supply systems for oil cooling and to the fuel gas supply system for heating fuel gas, with the simultaneous installation of a reduction unit between them, increases the reliability and efficiency of the gas compressor metal consumption.

Claims

A fuel gas heating system in a gas pumping unit with fuel gas purification and filtration units, a control unit or primary sensors connected by electrical circuits to functional actuators, as well as with a fuel gas heating system consisting of two, but not limited to gas-oil heat exchangers connected each other in series, one of which is connected to the compressor oil supply system, and the second is connected to the oil supply system of the gas pumping engine about the unit, while the heat carrier for heating the fuel gas in both heat exchangers is used hot oil, respectively, from the compressor of the gas pumping unit and from its engine at the same time, between the gas-oil heat exchangers connected in series with the fuel gas reduction unit connected in series to them, connected to the fuel supply pipe gas with a gas-oil heat exchanger using hot compressor oil as a heating medium a gas pumping unit, and connected by a fuel gas exhaust pipe to a gas-oil heat exchanger using hot engine oil of a gas-pumping unit as a heating medium, while gas-oil heat exchangers are made in the form of shell-and-tube, plate or plate-fin heat exchangers.