CH643648A5 - Verfahren und vorrichtung zum abkuehlen von erdgas. - Google Patents

Description

643 648 2

PATENTANSPRÜCHE 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, da-

1. Verfahren zum Abkühlen von Erdgas, bei dem unter durch gekennzeichnet, dass ein Wellenende für die Ankupp-Druck vorliegendes Erdgas in einer Entspannungsturbine lung eines in der Zuleitung (7) des zu entspannenden Erdgases entspannt, nach der Entspannung eine Abtrennung von Gas- zu der Entspannungsturbine (3) angeordneten Vorverdichters gemischkomponenten durchgeführt und das entspannte Erd- 5 ausgebildet ist.

gas in einem Verdichter mindestens teilweise wieder komprimiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von dem

vorhandenen Druckunterschied zwischen Eingang der Entspannungsturbine und Ausgang des Verdichters der Entspan- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abkühlen von nungsturbine Energie entnommen oder der Entspannungstur- io Erdgas, bei dem unter Druck vorliegendes Erdgas in einer bine und dem Verdichter Energie zugeführt wird und die Ver- Entspannungsturbine entspannt, nach der Entspannung eine dichtung des entspannten Erdgases nach Wärmetausch mit Abtrennung von Gasgemischkomponenten durchgeführt und dem zu entspannenden Erdgas und/oder unmittelbar noch bei das entspannte Erdgas in einem Verdichter mindestens teil-Entspannungstemperatur durchgeführt wird. weise wieder komprimiert wird, sowie eine Vorrichtung zur

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 15 Durchführung des Verfahrens.

dass das bei Entspannungstemperatur verdichtete Erdgas in Das Prinzip der Kälteerzeugung durch arbeitsleistende

Wärmetausch mit dem zu entspannenden Erdgas gebracht Entspannung eines Gases ist seit langem bekannt und wird wird. bei Luft- und Gaszerlegungsanlagen der verschiedensten Bau-

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- arten angewendet. Dabei werden in allen Anlagen grösserer zeichnet; dass das zu entspannende Erdgas durch Fremdkälte 20 Leistung Expansionsturbinen, zumeist in der Bauform der gekühlt wird. Radialturbine mit Gasströmung von aussen nach innen ein-

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach ei- gesetzt. Die dem Gas entzogene Leistung wird von der Turnern der Ansprüche 1 bis 3 mit einer Entspannungsturbine, bine entweder über Getriebe und Elektrogenerator an das die über eine Zuleitung mit einer Quelle für Erdgas in Verbin- Netz oder an eine auf gleicher Welle mit dem Turbinenrad sit-dung steht, und einem mit dieser gekoppelten, an einen Ver- 25 zende Ölwirbelbremse oder Luftbremse oder an ein Turbo-braucher angeschlossenen Verdichter, wobei die Laufräder verdichterrad abgegeben, das auf dem freien Ende der Turbi-der Entspannungsturbine und des Verdichters auf einer ge- nenwelle angebracht ist. Aus Gründen der Wärmeisolierung meinsamen Welle angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, ist bei der zuletzt genannten Bauart das Turbinenrad fliegend dass Entspannungsturbinen (3) und Verdichter (4) in einem auf dem einen Wellenende, das Turboverdichterrad ebenfalls gemeinsamen Gehäuse (1) angeordnet sind, das Gehäuse (1) 30 fliegend auf dem anderen Wellenende befestigt. Zwischen je einen Gaseintittsstutzen (19,20) und je einen Gasaustritts- Turbinengehäuse und Verdichtergehäuse sind in einem be-stutzen (21,22) für Entspannungsturbine (3) und Verdichter sonderen Lagerträger Wellenabdichtungen, Lagerungen und (4) aufweist, der Gasaustrittsstutzen (21) der Entspannungs- Drehzahlfühler angebracht. Turbinenleistung und Verdich-turbine (3) über eine einen Abscheider (10) aufweisende Ver- terleistung müssen genau aufeinander abgestimmt werden, da bindungsleitung mit dem Gaseintrittsstutzen (20) des Ver- 35 eine weitere Leistungszu- oder abführung bei dieser Kondichters (4) in Verbindung steht, die Laufräder der Entspan- struktion nicht möglich ist bzw. einen grossen Konstruktions-nungsturbine (3) und des Verdichters (4) auf der gemeinsa- aufwand erfordert.

men Welle (2) zwischen den Wellenlagern (25,26) angeordnet Solche Entspannungsturbinen-Verdichter-Einheiten wer-sind, die Welle (2) mindestens an einem Ende in einer Wellen- den auch bei der Abkühlung von Erdgas in Taupunktanlagen durchführung (23 bzw. 24) aus dem Gehäuse (1) herausge- 40 oder anderen Anlagen zur Abtrennung von Gasgemischkom-führt ist und an einem Wellenende eine als Generator und/ ponenten, wie z.B. von schweren Kohlenwasserstoffen, ange-oder Antriebsmaschine betreibbare Maschine (6) angekuppelt wendet. In der gleichen oben beschriebenen Konstruktion ist. wird hier das Erdgas mit dem Turbinenrad entspannt und das

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich- entspannte magere Erdgas, das inzwischen zur Abtrennung net, dass die Verbindungsleitung zwischen Gasaustrittsstut- 45 der Gasgemischkomponenten über entsprechende Appara-zen (21) der Entspannungsturbine (3) und Gaseintrittsstutzen tegruppen geleitet wurde, mit dem auf dem anderen Wellen-(20) des Verdichters (4) über den Abscheider (10) und einen in ende sitzenden Turboverdichterrad wieder aufverdichtet, um der Zuleitung (7) zum Gaseintrittsstutzen (19) der Entspan- z.B. in eine Pipeline abgegeben zu werden. Bei sinkendem nungsturbine (3) angeordneten Wärmetauscher geführt ist. Erdgasquellendruck kann in solchen Anlagen die Druckdiffe-

50 renz zwischen Quellendruck und Abnehmer so gering werden,

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn- dass die in der Entspannungsturbine zur Abscheidung von zeichnet, dass die Laufräder der Entspannungsturbine (3) und Gemischkomponenten erforderlichen niedrigen Temperatu-des Verdichters (4) in gleicher oder in gegenläufiger Strö- ren nicht mehr erreicht werden. In solchen Fällen ist dann der mungsrichtung einbaubar sind und/oder die Leitschaufeln im Einbau einer Kälteanlage, wie z.B. einer Propankälteanlage, Düsenring der Entspannungsturbine (3) und die Eintritts- 55 mit äusserer Kühlung des Gases oder der Einbau zusätzlicher Leitschaufeln des Verdichters (4) verstellbar sind. Vor- oder Nachverdichter als getrennte Maschinen üblich.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, da- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren durch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) als Topfgehäuse zum Abkühlen von Erdgas der eingangs genannten Art zu mit beidseitigen Gehäusedeckeln (17,18) ausgebildet ist, die entwickeln, bei dem bei sich ändernden Betriebsbedingungen Wellendurchführungen (23,24) den Gehäusedeckeln (17,18) 60 die für das Verfahren thermodynamisch günstisten Bedingun-zugeordnet und die Wellenlager (25,26) in den Gehäusedek- gen jederzeit auf einfache und wirtschaftliche Weise eingehal-keln (17,18) von aussen zugänglich angeordnet sind. ten werden können. Ausserdem soll eine für die Durchfüh-

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, da- rung des Verfahrens geeignete, ohne besonderen technischen durch gekennzeichnet, dass die Lagerkammern der Wellenla- Aufwand zu verwirklichende Vorrichtung angegeben werden, ger (25,26) durch öl- oder gasgeschmierte Gleitringdichtun- 65 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, gen (27,28) und durch Sperrgasdichtungen (29,30) gegen die dass abhängig von dem vorhandenen Druckunterschied zwi-Gasräume von Entspannungsturbine (3) und Verdichter (4) sehen Eingang der Entspannungsturbine und Ausgang des abgedichtet sind. Verdichters der Entspannungsturbine Energie entnommen

643 648

oder der Entspannungsturbine und dem Verdichter Energie zugeführt wird und die Verdichtung des entspannten Erdgases nach Wärmetausch mit dem zu entspannenden Erdgas und/oder unmittelbar noch bei Entspannungstemperatur durchgeführt wird.

Mit dem erfindungsgemässen Verfahren kann eine Erd-gas-Taupunktanlage so betrieben werden, dass die Entspan-nungsturbinen-Verdichter-Einheit zunächst im Leistungsgleichgewicht von Entspannungsturbine und Verdichter läuft. Bei sinkendem Quellendruck kann ein Zusatzantrieb zugeschaltet werden, dessen Leistung je nach Bedarf gesteigert werden kann. Dadurch kann durch Absenken des Turbinengegendruckes bei sinkendem Eintrittsdruck das Druckverhältnis und damit die Temperaturabsenkung in der Turbine konstant gehalten werden. Das notwendig werdende höhere Druckverhältnis des Verdichters ist mittels äusserer Zusatzleistung erreichbar. Je nach Anlagenart kann die benötigte Zusatzleistung durch Ankuppeln eines Elektromotors mit Getriebe, einer Gasturbine, einer Dampfturbine, einer weiteren Gasentspannungs-Turbine für örtlich benötigtes Niederdruckgas usw. zugeführt werden. Da andererseits bei steigendem Quellendruck und damit grösser werdender Druckdifferenz zwischen Quellendruck und Abnehmer die Leistung der Entspannungsturbine grösser als die benötigte Verdichterleistung werden kann, ist dann eine Energieabfuhr beispielsweise über einen angekuppelten Generator möglich.

Die Rückverdichtung des entspannten Erdgases dabei wie angegeben durchzuführen, hat folgende Vorteile: Wird das entspannte Erdgas nach einer Abtrennung der Gasgemischkomponenten erst nach Wärmetausch mit dem zu entspannenden Erdgas verdichtet, kann die im entspannter Erdgas bei der Entspannungstemperatur vorhandene Kälteenergie voll zur Vorkühlung des zu entspannenden Erdgases genutzt werden, so dass bei niedrigem Quellendruck die bei der Entspannung des Erdgases zur Abtrennung der Gasgemischkomponenten notwendige tiefe Temperatur möglicheweise noch erreicht werden kann. Wird dagegen das entspannte Erdgas unmittelbar noch bei Entspannungstemperatur wieder rückverdichtet, wird dafür eine geringe Verdichterleistung benötigt, da eine Rückverdichtung von kaltem Gas energetisch günstiger ist als die von warmem Gas. Der Verdichter weist bei tiefer Ausgangstemperatur eine geringe Leistungsaufnahme und eine geringe Endtemperatur auf. Je nach verwendeter Anlage und vorhandenem Erdgas-Quellendruck kann es aber auch zweckmässig sein, beide Rückverdichtungsarten miteinander zu kombinieren und deren beider Vorteile zu nutzen, indem ein Teil des entspannten Erdgases in Wärmetausch mit dem zu entspannenden Erdgas gebracht, nach dem Wärmetausch mit dem verbleibenden Teil des entspannten Erdgases vermischt und mit diesem verdichtet wird.

Wird das entspannte Erdgas noch bei Entspannungstemperatur verdichtet, so kann es vorteilhaft sein, das bei Entspannungstemperatur verdichtete Erdgas in Wärmetausch mit dem zu entspannenden Erdgas zu bringen, um die im verdichteten Erdgas immer noch vorhandene Kälteenergie zur Vorkühlung des zu entspannenden Erdgases ausnützen zu können. Die Verdichtung des Erdgases sollte dabei auf einen solchen Druck erfolgen, der über dem für den Abnehmer erforderlichen Enddruck liegt, um die Druckverluste im Wärmetauscher berücksichtigen und ausgleichen zu können.

Bei besonders niedrigem Quellendruck kann es zweckmässig sein, das verdichtete Erdgas vor dem Wärmetausch mit dem zu entspannenden Erdgas durch Fremdkälte zu kühlen, da dann das verdichtete Erdgas in relativ kaltem Zustand mit dem zu entspannenden Erdgas in Wärmetausch gebracht und dieses entsprechend vorgekühlt werden kann. Die zur Abtrennung von Gasgemischkomponenten benötigten tiefen Temperaturen können dann nach der Entspannungsturbine auch bei niedrigem Quellendruck erreicht werden. Die Fremdkälte kann dem verdichteten Erdgas beispielsweise mit Hilfe einer Propan-Zusatzkühlung zugeführt werden.

Um den Energieverbrauch zu beschränken ist es nach ei-5 nem weiteren Erfindungsgedanken vorteilhaft, wenn bei niedrigen Quellendrücken Fremdkälte nicht dem verdichteten Erdgas oder nicht ausschliesslich dem verdichteten Erdgas zugeführt wird, sondern wenn das zu entspannende Erdgas durch Fremdkälte gekühlt wird. Die Fremdkälte kann auch 10 in diesem Fall durch eine Propanzusatzkühlung oder aber auch durch Luftkühlung mittels Gebläse erzeugt werden.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens um-fasst eine Entspannungsturbine, die über eine Zuleitung mit einer Quelle für Erdgas in Verbindung steht, und einen mit 15 dieser gekoppelten, an einen Verbraucher angeschlossenen Verdichter, wobei die Laufräder der Entspannungsturbine und des Verdichters auf einer gemeinsam Welle angeordnet sind. Die Vorrichtung ist vorteilhafterweise dadurch gekennzeichnet, dass Entspannungsturbine und Verdichter in einem 20 gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, das Gehäuse je einen Gaseintrittsstutzen und einen Gasaustrittsstutzen für Entspannungsturbine und Verdichter aufweist, der Gasaustrittsstutzen der Entspannungsturbine über einen Abscheider aufweisende Verbindungsleitung mit dem Gaseintrittsstutzen des 25 Verdichters in Verbindung steht, die Laufräder der Entspannungsturbine und des Verdichters auf der gemeinsamen Welle zwischen den Wellenlagern angeordnet sind, die Welle mindestens an einem Ende in einer Wellendurchführang aus dem Gehäuse herausgeführt ist und an einem Wellenende eine als 30 Generator und/oder Antriebsmaschine betreibbare Maschine angekuppelt ist.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung ist die Verbindungsleitung zwischen Gasaustrittsstutzen der Entspannungsturbine und Gaseintrittsstutzen des Verdichters 35 über einen Abscheider und einen in der Zuleitung zum Gaseintrittsstutzen der Entspannungsturbine angeordneten Wärmetauscher geführt.

Bei dem erfindungsgemässen Aufbau der Entspannungs-turbinen-Verdichter-Einheit ist die Möglichkeit gegeben, 40 mindestens über ein freies Wellenende zusätzliche Leistung zuzuführen oder überschüssige Leistung zu entnehmen, so dass die für die Verfahrensdurchführung günstigsten thermo-dynamischen Bedingungen jederzeit durch entsprechende Lei-stungszu- oder -abführung eingehalten werden können. Falls 45 beispielsweise bei sinkendem Quellendruck Entspannungsturbine und Verdichter nicht mehr im Leistungsgleichgewicht betrieben werden können und die zum Erreichen eines vorgegebenen Verbraucherdruckes notwendige Verdichterleistung nicht mehr durch die verfügbare Leistung der Entspannungs-50 turbine gedeckt wird, kann die an dem freien Wellenende angekuppelte Antriebsmaschine zugeschaltet und deren Leistung nach Bedarf einreguliert werden. Bei den bisher für den Betrieb einer Erdgas-Taupunktanlage verwendeten und eingangs beschriebenen Entspannungsturbinen-Verdichter-Ein-55 heiten war es bei einem Betrieb ausserhalb des durch die Auslegedaten von Entspannungsturbine und Verdichter einmal festgelegten Leistungsgleichgewichtes aufgrund deren Konstruktion allenfalls unter grossem Aufwand möglich eine Lei-stungszu- oder -abführung durchzuführen. Erst die erfin-dungsgemässe Anordnung der Laufräder der Entspannungsturbine und des Verdichters in einem gemeinsamen Gehäuse auf einer gemeinsamen Welle zwischen den Wellenlagern und das damit mögliche Herausführen der Welle aus dem Gehäuse mindestens an einem Wellenende erlaubt auf einfache Weise das Ankuppeln einer als Generator und/oder Antriebsmaschine betreibbaren Maschine zur Leistungszu- oder abführung. Als was die an das freie Wellenende angekuppelte Maschine ausgebildet ist, als Antriebsmaschine, als Genera-

60

65

643 648 4

tor oder als eine Kombination beider Maschinenarten richtet der Zuleitung des zu entspannenden Erdgases zu dem Zulei-sich nach derAuslegung der Entspannungsturbinen-Verdich- tungsstutzen der Entspannungsturbine angeordneten Vorver-ter-Einheit gemäss den durch vorhandenen Quellendruck und dichter anzukuppeln. Durch Zuschalten des Vorverdichters benötigten Verbraucherdruck vorgegebenen Bedingungen. Ist kann bei sinkendem Quellendruck das zu entspannende Erd-beispielsweise die Entspannungsturbinen-Verdichter-Einheit 5 gas auf einen solchen Druck gehalten werden, dass bei der unter Berücksichtigung der vorgegebenen Bedingungen so Entspannung des Erdgases die zur Abtrennung von Gasge-ausgelegt, dass ausschliesslich eine Leistungszuführung zu er- mischkomponenten erforderlichen tiefen Temperaturen si-warten ist, kann dann die an das freie Wellenende angekup- eher erreicht werden.

pelte Maschine, wie bereits erwähnt, neben einem Elektromo- Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden tor mit Getriebe auch eine Gasturbine oder eine Dampftur- io anhand dreier in den Figuren schematisch dargestellter Aus-bine sein. führungsbeispiele näher erläutert.

Um bei sinkendem Quellendruek den Gegendruck hinter Es zeigt:

der Entspannungsturbine soweit absenken zu können, dass die für die Abtrennung von Gasgemischkomponenten erfor- Figur 1 ein Fliessschema einer nach dem erfindungsge-

derliche tiefe Temperatur stets erreicht werden kann, ist es 15 mässen Verfahren betriebenen Erdgas-Taupunktanlage; ausserdem vorteilhaft, wenn die Laufräder der Entspannungsturbine und des Verdichters in gleicher oder in gegen- Figur 2 ein weiteres Fliessschema und läufiger Strömungsrichtung einbaubar sind und/oder die

Leitschaufeln im Düsenring der Entspannungsturbine und Figur 3 im Schnitt eine Entspannungstubinen-Verdichter-

die Eintritts-Leitschaufeln des Verdichters verstellbar sind. 20 Einheit, wie sie bei dem erfindungsgemässen Verfahren einzu-Dann kann durch Austausch des Verdichterrades oder durch setzen ist.

Verstellen der Eintritts-Leitschaufeln des Verdichters oder In Figur 1 ist mit 1 ein Gehäuse für eine Entspannungstur-

durch eine Kombination beider Massnahmen die Leistungs- binen-Verdichter-Einheit bezeichnet, in dem auf einer ge-aufnahme des Verdichters den veränderten Betriebsverhält- meinsamen Welle 2 zwischen den Wellenlagern ein Laufrad 3 nissen angepasst werden. Darüberhinaus kann durch Verstel- 25 für die Entspannungsturbine und ein Laufrad 4 für den Ver-len der Leitschaufeln im Düsenring der Entspannungsturbine dichter angeordnet ist. Die Welle 2 der Entspannungsturbi-die Durchsatzmenge des zu entspannenden Erdgases geregelt nen-Verdichter-Einheit ist an einem Ende aus dem Gehäuse 1 und den Betriebsverhältnissen angepasst werden. herausgeführt und über ein Getriebe 5 an die Welle einer als

Für einen unkomplizierten und wartungsfreundlichen Motor und als Generator betreibbaren elektrischen Maschine Aufbau der Entspannungsturbinen-Verdichter-Einheit ist es 30 6 angekoppelt.

des weiteren vorteilhaft, das Gehäuse als Topfgehäuse mit Eine Zuleitung für den zu entspannendes Erdgas von einer beidseitigen Gehäusedeckeln auszubilden, die Wellendurch- nicht dargestellten Quelle zu der Entspannungsturbine ist mit führungen den Gehäusedeckeln zuzuordnen und die Wellen- 7, eine Ableitung für nach der Entspannung wieder verdichte-lager in den Gehäusedeckeln von aussen zugänglich anzuord- tes Erdgas von dem Verdichter zu einem ebenso nicht darge-nen. Ein wichtiger Vorteil eines solchen Aufbaus ist, dass die 35 stellten Vebraucher, wie z.B. einer Pipeline, mit 8 und eine Wellenlager dann ausserhalb der Gasräume von Entspan- Verbindungsleitung zwischen Ausgang der Entspannungstur-nungsturbine und Verdichter liegen, so dass eine Trennung bine und Eingang des Verdichters mit 9 bezeichnet. Die Ver-der ölgeschmierten Lagerräume von den Gasräumen leicht zu bindungsleitung 9 ist dabei vom Ausgang der Entspannungs-verwirklichen ist und ein Eindringen von Öl in die Gasräume turbine über einen Abscheider 10, der zur Abscheidung der verhindert werden kann. Ausserdem sind mit der Anordnung 40 bei der Entspannung angefallenen Gasgemischkomponenten, der Lager auf der Aussenseite der Gehäusedeckel die Lager wie z.B. schwerer Kohlenwasserstoffe, dient, und über einen zusammen mit den Wellendichtungen als Hauptrevisionsteile in der Zuleitung 7 angeordneten Wärmetauscher 13 zum Einleicht von aussen zugänglich und können, ohne dass das Ge- gang des Verdichters geführt, so dass das entspannte Erdgas häuse geöffnet werden muss, ausgewechselt werden. Darüber- nach Abscheidung der Gasgemischkomponenten zunächst er-hinaus ermöglicht die Verwendung eines Topfgehäuses den 45 wärmt und dann erst wieder verdichtet wird.

Ein- und Ausbau der Laufräder von Entspannungsturbine In der Zuleitung 7 ist ausserdem wie üblich ein Absperr und Verdichter sowie deren Leiteinrichtungen zusammen mit ventil 11, ein dem Absperrventil 11 nachgeschalteter erster der Abnahme oder Anbringung der Gehäusedeckel als Bau- Zwischenabscheider 12 zur Abscheidung des in de Zuleitung 7 einheit, ohne dass das ganze Gehäuse abgebaut und die Ge- vor dem Absperrventil 11 oder im Absperrventil 11 selbst an-häuseanschlüsse gelöst werden müssen. 50 gefallenen Kondensats, ein dem ersten Zwischenabscheider

Zur Abdichtung der Lagerkammern der Wellenlager ge- 12 und dem ersten Wärmetauscher 13 nachgeschalteter zweigen die Gasräume von Entspannungsturbine und Verdichter ter Wärmetauscher 14, der mit dem in der Verbindungslei-können Gasgleitringdichtungen, Schwimmringdichtungen tung 9 zwischen Entspannungsturbine und Verdichter vor-oder Labyrinthdichtungen verwendet werden. Besonders vor- handenen Abscheider 10 zur Vorkühlung des zu entspannen-teilhaft ist jedoch eine Kombination von ölgeschmierten 55 den Erdgases mit Hilfe der im Abscheider 10 angefallenen, Gleitringdichtungen und Sperrgasdichtungen, bei der die unter Entspannungstemperatur vorliegenden Gasgemisch-Gleitringdichtungen auf einfache Weise aus dem Schmieröl- komponenten in Verbindung steht, sowie ein diesem Wärmekreislauf der Entspannungsturbinen-Verdichter-Einheit mit tauscher 14 nachgeschalteter und der Entspannungsturbine dem notwendigen Öl versorgt werden. Der Sperrgasdichtung unmittelbar vorgeschalteter zweiter Zwischenabscheider 15 kommt dabei vorzugsweise die Aufgabe zu, das zu den Gas- 60 zur Abscheidung des beim Wärmetausch angefallenen Konräumen von Entspannungsturbine und Verdichter hin gering- densats angeordnet. In der Abteilung 8 ist gegebenenfalls fügig immer austretende Lecköl der Gleitringdichtungen nach noch ein Kühler angeordnet. Zum Unterschied zu Figur 1 ist aussen abzuführen. in Figur 2 die Verbindungsleitung 9 zwischen Ausgang der

Da aufgrund des Aufbaues der Entspannungsturbinen- Entspannungsturbine und Eingang des Verdichters nur unter Verdichter-Einheit die gemeinsame Welle der Laufräder von Zwischenschaltung des zur Abscheidung der bei der Entspan-Entspannungsturbine und Verdichter an beiden Wellenenden nung anfallenden Gasgemischkomponenten dienenden Ahaus dem Gehäuse herausgeführt werden kann, ist es des weite- scheiders 10 vom Ausgang der Entspannungsturbine zum ren vorteilhafterweise möglich, an einem Wellenende einen in Eingang des Verdichters geführt, so dass das entspannte Erd-

5 643 648

gas noch bei Entspannungstemperatur wieder verdichtet liehen. Das erste Zahlenbeispiel (1) berücksichtigt dabei den wird, wobei die Tatsache genutzt wird, dass eine Rückver- Fall, dass über die an die Entspannungsturbinen-Verdichter-dichtung von kaltem Gas energetisch günstiger ist als die von Einheit angekuppelte elektrische Maschine überschüssige Lei-warmem Gas. Der erste Wärmetauscher 13 in der Zuleitung 7 stung abgeführt werden kann; das zweite Beispiel (2) den Fall steht in diesem Fall mit der Ableitung 8 für wiederverdichte- 5 dass Entspannungsturbine und Verdichter im Leistungs-tes Erdgas zur Vorkühlung des zu entspannenden Erdgases gleichgewicht sind; und das dritte Beispiel (3) den Fall, dass mit Hilfe der im verdichteten Erdgas immer noch Vorhände- bei sinkendem Quellendruck über die angekoppelte Maschine nen Kälteenergie in Verbindung. der Entspannungsturbinen-Verdichter-Einheit zum Erreichen Neben den gezeigten Schaltschemata sind durchaus auch der für die Abscheidung der Gasgemischkomponenten benö-andere Schaltschemata möglich. Beispielsweise kann in der 10 tigten tiefen Temperatur Leistung zugeführt werden muss. • Zuleitung 7 des zu entspannenden Erdgases nach dem ersten Ausgegangen wird in allen Fällen von einer Entspannungs-Wärmetauscher 13 ein Zusatzkühler angeordnet sein, über turbinen-Verdichter-Einheit die bei veränderlichem Quellenden dem zu entspannenden Erdgas zusätzlich Fremdkälte, die druck und einem maximalen Verdichtungsdruck von Pn = 77 beispielsweise von einer Propanzusatzkühlung erzeugt wer- bar läuft. Weiterhin sei in allen Beispielen vorgegeben, dass den kann, zugeführt wird. Bei der Verfahrensführung gemäss 15 die Entspannungstemperatur T2 (K) jeweils bei etwa 233 K Fig. 2 kann die Zusatzkühlung statt in der Zuleitung 7 des zu liegt, bei der ein ausreichender Flüssigkeitsanfall im Abschei-entspannenden Erdgases in der Ableitung 8 des verdichteten der nach der Entspannungsturbine von etwa 11 % des DurchErdgases vor deren Verbindung mit dem ersten Wärmetau- satzes durch die Entspannungsturbine gegeben ist. Ausser-scher 13 angeordnet sein. Darüber hinaus kann die Zuleitung dem ist für jedes Beispiel der jeweilige Quellendruck PQ und 7 bei beiden in den Figuren 1 und 2 dargestellten Verfahrens- 20 der sich bei dem Quellendruck PQ aufgrund der vorgeschalte-führungen nach dem ersten Zwischenabschneider 12 einem ten Wärmetauscher und Zwischenabscheider vor der Ent-Vorverdichter, der an die Welleder Entspannungsturbinen- spannungsturbine einstellende Druck P] sowie die jeweilige Verdichter-Einheit angekoppelt ist, zugeführt werden, so dass Temperatur T1 des zu entspannenden Erdgases vor der Ent-die Möglichkeit besteht, das zu entspannende Erdgas bei sin- spannungsturbine vorgegeben.

kendem Quellendruck vorzuverdichten. Welche Verfahrens- 25 Für die einzelnen Beispiele ergeben sich mit diesen vorgeführung gewählt wird, hängt im wesentlichen von den vor- gebenen Werten die aus der folgenden Tabelle ersichtlichen handenen Erdgasquellendrücken, dem benötigten Verbrau- Werte für den Entspannungsdruck P2 = Verdichtungsvor-cherdruck und den Auslegedaten der Entspannungsturbinen- druck PI; die Verdichtungstemperatur Tn und die über die an Verdichter-Einheit ab. die Welle 2 angekoppelten Maschine 6 zuführende bzw. abzu-

Drei auf die Verfahrensführung der Fig. 1 bezogene Zah- 30 führende Leistung:

lenbeispiele (1,2,3) sollen diese Zusammenhänge verdeut-

Bei

PQ

Pi

T,

t2

Pu

P2Ä:PI

T„

abzu zuzu spiel bar bar

(K)

(K)

(bar) bar

(K)

führende führende

Leist. (kW)

Leist. (kW)

1

180

175

286

233

77

60

337

1400

2

144

140

272

233

77

60

337

0

0

3

106

102

258

233

77

60

337

-

1100

Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, kann bei dem dritten 1 herausgeführten Ende der Welle 2 eine als Generator und/ Beispiel (3) mit verhältnismässig niedrigem Quellendruck die 45 oder Motor betreibbare Maschine anzukoppeln. Darüber für die Abscheidung der Gasgemischkomponenten benötigte hinaus sind bei dieser Bauweise Entspannungsturbine und tiefe Temperatur T2 = 233 K durch eine Leistungsführung Verdichter zu einer Baueinheit zusamengefasst, deren Aus-von 1100 kW noch erreicht werden. Würde der Quellendruck und Einbau ohne Abbau des Gehäuses 1 und somit ohne Lö-noch weiter absinken, wäre eine Zusatzkühlung beispielsweise sen der Gasanschlussverbindungen durchgeführt werden des zu entspannenden Egases zweckmässig. so kann. Für einen Ausbau ist es lediglich notwendig, den Ge-

Das in Figur 3 dargestellte Ausführungsbeispiel einer bei häusedeckel 18 in dem das als Festlager ausgebildete Wellendem erfindungsgemässen Verfahren einzusetzenden Entspan- lager 26 angeordnet ist, von dem Topfgehäuse 1 abzuschrau-nungsturbinen-Verdichter-Einheit zeigt die Anordnung der ben und abzuziehen. Über das als Festlager ausgebildete Wel-Laufräder 3,4 für Entspannungsturbine und Verdichter auf lenlager 26 werden dann mit dem Gehäusedeckel 18 auch die der gemeinsamen Welle 2 in dem Gehäuse 1. Das Gehäuse 1 55 Welle 2 und die auf der Welle angeordneten Laufräder 3,4 ist als Topfgehäuse mit an beiden Enden verschraubten Ge- von Entspannungsturbine und Verdichter sowie die mit dem häusedeckeln 17,18 ausgeführt, wobei Gaseintrittsstutzen 19, Gehäusedeckel 18 verschraubten Leiteinrichtungen von Ent-20 und Gasaustrittsstutzen 21,22 für die Entspannungstur- spannungsturbine und Verdichter aus dem Topfgehäuse herbine und den Verdichter am Topfgehäuse 1 in entsprechender ausgezogen. Lediglich ein Teil der Leiteinrichtung der Entstellung zu den Laufräder 3,4 vorgesehen sind. In den Ge- 60 spannungsturbine bleibt, wie über eine Schraubverbindung häusedeckeln 17,18 sind Wellendurchführungen 23,24 und 31 in der Figur angedeutet ist, mit dem anderen Gehäusedek-Wellenlager 25,26 für die Welle 2 so angeordnet, dass die kel 17 verbunden.

Wellenlager 25,26 als Hauptrevisionsteile ohne Abnahme der Zur Abdichtung der Wellendurchführungen 23,24 zu den Gehäusedeckel 17,18 von aussen zugänglich sind. Dabei ist Lagerkammern der Wellenlager 25,26 hin sind zwischen den das in der Figur linke Wellenlager 25 als Loslager und das in « Wellenlagern 25,26 und den Wellendurchführungen 23,24 der Figur rechte Wellenlager 26 als Festlager ausgebildet. Gleitringdichtungen 27,28 vorgesehen, die öl- oder gasge-Durch diese Bauweise der Entspannungsturbinen-Verdichter- schmiert sein können, während zur Abdichtung der Wellen-Einheit ist es möglich, zumindest an einem aus dem Gehäuse durchführungen 23,24 gegen die Gasräume von Expansions-

643648

turbine und Verdichter Sperrgasdichtungen 29,30 verwendet werden. Die Öl- bzw. Gaszuführungen zu den einzelnen Dichtungen sind der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt.

Zum Einsatz der in der Figur 3 dargestellten Entspan-nungsturbinen-Verdichter-Einheitin einer Erdgas-Taupunkt-anlage, wie sie in den Figuren 1 oder 2 gezeigt ist, muss lediglich der Gaseintrittsstutzen 19 der Entspannungsturbine mit der Gaszuleitung 7 für zu entspannendes Erdgas, der Gasaustrittsstutzen 21 der Entspannungsturbine über eine mit einem Abschneider 10 ausgestattete Verbindungsleitung 9 mit dem

Gaseintrittsstutzen 20 des Verdichters und der Gasaustrittsstutzen 22 des Verdichters mit der Ableitung 8 für verdichtetes Erdgas verbunden und die aus dem Gehäuse 1 herausgeführte Welle 2 an eine als Motor- und/oder Generator be-5 treibbare Maschine 6 angekuppelt werden. Durch diese zuletztgenannte Massnahme kann dann die Entspannungsturbinen-Verdichter-Einheit ohne Schwierigkeit weitgehend allen auftretenden Betriebsverhältnissen, d.h. veränderten Quellendrücken, angepasst werden.

C

2 Blatt Zeichnungen