Возможности использования энергии давления природного газа на малых газораспределительных станциях
При поступлении природного газа из магистральных трубопроводов в системы городов и крупных промышленных предприятий осуществляется понижение его давления на газораспределительных станциях (ГРС). Снижение давления газа происходит в редукционных клапанах и является прямой потерей потенциальной энергии потока.
Идея использования указанного перепада давления общеизвестна. Имеются отдельные примеры ее успешной реализации путем установки крупных турбодетандерных агрегатов для выработки электроэнергии (ТЭЦ-22, Москва).
Целесообразность строительства таких комплексов именно на крупных ГРС не вызывает сомнения. В то же время в системе газоснабжения страны имеется огромное количество небольших ГРС и крупных ГРП, где редуцирование газа (например с 1,2 до 0,3 МПа) также идет с потерей потенциальной энергии.
Следует подчеркнуть, что практически все известные проекты использования избыточной энергии давления газа при его редуцировании в системах газораспределения и потребления направлены на производство электрической энергии. Вместе с тем нельзя забывать, что при адиабатном расширении газа с отдачей внешней работы существенно снижается температура рабочего тела, величина этого снижения определяется отношением давлений на входе и выходе расширительной машины (детандера).
Расчеты показывают, что при понижении давления газа с 1,2 до 0,3 МПа температура его снижается на 50–60 °C (в зависимости от состава газа и эффективности детандера). При увеличении степени понижения давления до 6 (от 1,8 до 0,3 МПа) разность температур возрастает до 70–80 °C. Если принять, что температура газа на входе в машину равна 20 °C, температура потока после расширения составит -30 – -40 °C в первом и -50 – -60 °C во втором случаях. Таким образом,
в результате использования избыточной энергии давления природного газа может вырабатываться не только электрическая энергия, но и значительные количества холода (от 60 до 80 кДж/нм 3 ). Исходя из этого представляется целесообразным строительство при ГРС промышленных холодильников, емкость которых будет определяться величиной стабильного расхода газа через расширительную машину.
Принципиальная схема электротехнологической детандерной установки.
Обозначения: 1 – редукционный клапан ГРС, 2 – винтовой детандер, 3 – электрогенератор, 4 – теплообменник, 5 – холодильная камера, 6 – циркуляционный насос, 7 – контур хладагента, 8 – сепаратор
Предварительная проработка проекта энерготехнологической детандерной установки на базе ГРС со стабильным суточным расходом газа 60 тыс. м 3 (рис. 1) показала, что ее хладопроизводительность оказалась достаточной для обеспечения типового промышленного холодильника емкостью 270 т.
При этом удельная выработка электроэнергии в установке составляет 0,025 кВт•ч/нм 3 , а электрическая мощность генератора – 62,5 кВт, что вполне достаточно для покрытия собственных нужд холодильника (автоматика, насосы, освещение и т. п.).
Несмотря на очевидную целесообразность подобных решений, практическая их реализация неизвестна, что может быть объяснено отсутствием расширительных машин, способных работать в указанных выше пределах давления и при относительно небольших расходах газа.
Существующие расширительные машины турбинного типа предназначены для больших объемных расходов.
При малых объемах газа необходимо существенно увеличивать скорость вращения турбодетандера, что заметно влияет на его эффективность.
В литературе [1] имеются данные об использовании для этих целей турбинных агрегатов малой мощности, однако, к сожалению, авторы не приводят данные по их энергетической эффективности, особенно в диапазоне давлений ГРС и ГРП (от 1,2 до 0,3 МПа) и малых величин объемных (при условиях входа в турбодетандер) расходов газа.
При использовании расширительных машин (детандеров) в описаных условиях к ним предъявляются специфические требования: обеспечение высокой степени расширения газа, надежная и эффективная работа на переменных режимах, нечувствительность к возможному выпадению конденсата и образованию гидратов в процессе расширения и т. п.
Разрез винтового детандера
Этим требованиям в полной мере удовлетворяют винтовые детандеры, являющиеся, как и поршневые, представителями класса объемных машин. В отличие от поршневых винтовые агрегаты имеют вращательное движение рабочих органов, в них отсутствует механизм газораспределения, нет «мертвого объема».
Винтовой детандер по конструкции аналогичен винтовому компрессору и состоит из корпуса и двух роторов, имеющих специальную винтовую нарезку и находящихся в зацеплении (рис. 2). Между всеми рабочими элементами агрегата имеются гарантированные зазоры, что обеспечивает полное отсутствие трения в рабочем объеме машины. В то же время существование этих зазоров обуславливает наличие основных потерь в детандере – так называемых протечек газа из полостей с более высоким давлением в полости с пониженным давлением.
Поскольку функции механизма газораспределения выполняют сами роторы, в агрегате отсутствуют клапаны, являющиеся в поршневых машинах основной причиной дроссельных потерь в процессах наполнения и выталкивания.
Влияние конденсатосодержания газа на адиабатический КПД. Обозначения: 1 – d = 3 см 3 /м 3 ; 2 – d = 20 см 3 /м 3 ;
3 – d = 40 см 3 /м 3 ; 4 – d = 60 см 3 /м 3
Конструкция винтовых машин исключает возможность гидравлических ударов, поэтому такие агрегаты могут надежно работать на влажном конденсатосодержащем газе, когда при снижении температуры потока в процессе расширения возможно выпадение конденсата или образование гидратов.
Более того, возможная при существенном снижении температуры потока конденсация тяжелых углеводородов приводит к уплотнению имеющихся зазоров в детандере и, следовательно, к повышению эффективности работы машины за счет уменьшения величины протечек. На рис. 3 приведены результаты экспериментального исследования работы винтового детандера на природном газе при различном содержании жидкой фазы d в потоке [2].
Высокий технологический эффект, получаемый при расширении природного газа в винтовом детандере, а также серийное производство винтовых компрессоров, которые после некоторых конструктивных изменений могут быть использованы в качестве расширительных машин, убедительно показывают целесообразность их использования вместо применяемых в настоящее время на ГРС и ГРП дросселирующих устройств с целью создания на их базе энерготехнологических установок, для обеспечения электроэнергией и холодом объектов, размещенных в районе расположения этих узлов газотранспортной системы.
Экспериментальные исследования винтовой расширительной машины при работе на природном газе [2, 3] позволили получить ряд характеристик, которые могут быть положены в основу оценки экономической эффективности промышленного использования детандеров для производства электроэнергии и холодоснабжения. На рис. 4 приведены экспериментальные данные по зависимости расхода газа через винтовой детандер, построенный на базе серийного винтового компрессора 7ВКГ-25/5, от степени понижения давления e и скорости вращения роторов n. Диаметр роторов испытываемого детандера – 315 мм. Адиабатный КПД опытного образца лежит в пределах 0,6–0,7, удельная мощность, вырабатываемая агрегатом, равна 0,024–0,026 кВт/нм 3 .
Экспериментальная зависимость расхода газа через детандер от скорости вращения роторов
Таким образом, по своим конструктивным и техническим характеристикам винтовые расширительные машины могут быть рекомендованы для энерготехнологических установок по использованию избыточного перепада давления газа на относительно небольших ГРС и крупных ГРП не только для выработки электроэнергии, но и для холодоснабжения, например, промышленных или сельскохозяйственных холодильников.
Литература
1. Аксенов Д. Т., Герцен А. Н. Использование энергохолодильных комплексов в целях энерго-сбережения // Промышленная энергетика. 2004. № 2.
2. Зарницкий Г. Э., Репин Л. А. Винтовые детандеры для использования избыточной энергии давления природного газа на промыслах. М., 1972.
3. Зарницкий Г. Э., Репин Л. А. Исследование работы винтового детандера на природном газе // Газовое дело. 1972. № 9.
Источник
Среднее или низкое давление газа.Что лучше для дома?
Все чаще и чаще у нас котеджные застройки газифицируют сетью газопроводов среднего давления (примерно 0,1-0,3 МПа, как правило), а не низкого (150-300 мм в ст). С одной стороны это дополнительное оборудование (регулятор давления), да и давление газа больше, но с другой стороны, учитывая какие мощные нынче себе народ газовые котлы ставит дома — среднее давление — единственный способ реализовать подачу газа в достаточном количестве конечному пользователю.
При газифизировании низким давлением давление на конечном приборе (например на опуске к котлу), по мере отдаления от ГРП (газорегуляторного пункта — своего рода местного центра распределения газа, говоря простым языком) будет уменьшаться. Например: если в зимний период максимально возможное давление (низкое) на выходе из ГРП — 300 мм. в. ст. (но опять же — это максимально допустимое, как правило устанавливается в исключительных случаях, в совсем проблемных местах), то при постепенном отдалении от ГРП у пользователя по мере разбора в отопительный период давление будет все ниже и ниже и допускается по нашим нормам даже меньше 120 мм. в. ст. Пока не начались лютые морозы — давления в газовой трубе хватает, как правило, всем. Но как только ударяют морозы и все хором включают газовые котлы на полную мощность, у владельцев котеджей на окраине, в самых удаленных точках от ГРП (распределительного центра) — давление газа подсаживается, падает. И когда величина давления опускается ниже планки 120 мм. в. ст. у таких счастливых обладателей котлов, особенно мощных, начинаются следующие проблемы: котел либо начинает периодически тухнуть (полбеды, обычно котлы с авторозжигом нынче), либо выбивают ошибку, что нет газа и не включаются до снятия ошибки.
При газоснабжении абонентов средним давлением по трубе к дому подается природный газ сжатый до 0,1-0,3 МПа, опять же чем дальше от ГРП тем давление это ниже, НО! Это давление газа лишь до персонального регулятора давления установленного на вводе. Потом регулятор снижает давление до низкого (примерно 200 мм. в. ст.) и Ваш котел с успехом работает, не страдая от нехватки давления газа. Но тут есть свои недостатки. У нас в Беларуси для населения по техническим условиям в проект забивают 2 вида регуляторов: Один регулятор — это ГДГД 2.0 , который производит «Белгазтехника» (официальное описание его можно посмотреть здесь) а другой регулятор ALSI FE-10 производства фирмы «ВОГАЗ» (его описание можно посмотреть здесь). Цена их порядка 80 долларов США. На установку других регуляторов на территории РБ сейчас, насколько я знаю, ТУ не дают. Вот и приходится выбирать из двух зол меньшее (в смысле регуляторов). Но прелести и недостатках каждого из этих двух регуляторов в следующих статьях. А вот если есть выбор между тем газопровод какого давления подводить к дому выбор на мой взгляд очевиден.
Статью можно найти в категориях: Общие данные по бытовым газовым котлам, Советы частникам . Предыдущие статьи из этой рубрики:
Источник
Классификация природного газа по давлению
Газопровод — это основа газовых сетей. Классифицировать газопроводы принято по давлению:
- газопроводы низкого давления служат для снабжения отоплением обыкновенных граждан, небольших газовых котельных, некрупных предприятий; давления газа в них составляет до до 5кПа;
- газопроводы среднего давления до 0,3МПа;
- газопроводы высокого давления до 1,2МПа, которые, в свою очередь, подразделяются на I, II и III категории.
Тогда как газопроводы низкого давления служат для работы в небольших газовых котельных, газопроводы среднего и высокого давления обеспечивают теплом и горячим водоснабжением различные коммунальные и промышленные предприятия. Обычно они работают через газорегуляторные установки.
Газоснабжение осуществляется при помощи разных систем, многоступенчатых и одноступенчатых. Обычно в небольших населённых пунктах предпочтение отдаётся двухступенчатому газопроводу, а в больших городах применяются, по большей части, многоступенчатые газопроводы высокого давления. Совсем крупные потребители газа имеют возможность подключиться к ТЭЦ с помощью газорегуляторной установки или напрямую к магистрали.
Кроме того, газопроводы разного давления делятся на наземные (или наводные) и подземные (или подводные).
Таблицы в картинках
Приведенные ниже картинки вы можете сохранить к себе для личного пользования.
Для расчёта стоимости котельной, пожалуйста,
заполните опросный лист на котельную.
Опросный лист можно заполнить в онлайн-режиме или скачать.
По всем возникшим вопросам:
телефон: 8 (906) 700-40-55
электронная почта: kotelzakaz@mail.ru
Источник