RU2680638C1 - Gas pressure control device with turboexpander - Google Patents

Gas pressure control device with turboexpander Download PDF

Info

Publication number
RU2680638C1
RU2680638C1 RU2018125354A RU2018125354A RU2680638C1 RU 2680638 C1 RU2680638 C1 RU 2680638C1 RU 2018125354 A RU2018125354 A RU 2018125354A RU 2018125354 A RU2018125354 A RU 2018125354A RU 2680638 C1 RU2680638 C1 RU 2680638C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
output
power
pressure
input
Prior art date
Application number
RU2018125354A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Юрьевич Воробьев
Сергей Николаевич Пахомов
Геннадий Юрьевич Царьков
Владимир Михайлович Степанов
Михаил Владимирович Панарин
Original Assignee
Акционерное общество "Газпром газораспределение Тула"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Газпром газораспределение Тула" filed Critical Акционерное общество "Газпром газораспределение Тула"
Priority to RU2018125354A priority Critical patent/RU2680638C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2680638C1 publication Critical patent/RU2680638C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17DPIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D1/00Pipe-line systems
    • F17D1/02Pipe-line systems for gases or vapours
    • F17D1/04Pipe-line systems for gases or vapours for distribution of gas

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

FIELD: power engineering.SUBSTANCE: invention relates to the turbine building, in particular to the pressure in the gas mainline regulating devices using the turboexpanders, and can be used at the gas distribution stations for the electrical energy generation. Device contains a turboexpander, a generator, a rectifier, an inverter, a controller, pressure sensors, heating elements, power switches, mains and heating elements load sensors, turboexpander nominal operation mode setting device, comparison units, flow meter, gas temperature sensors, heating elements power regulators on each of the different diameter pipes set, power switches, multipliers, measuring rectifiers with filters, turboexpander load adders, corrective amplifiers, power comparison unit and gas flow power deficiency indicator.EFFECT: increase in the natural gas in the high-pressure pipeline stored energy conversion efficiency during its reduction into the electrical energy during the external power grid load and the gas consumption change.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике турбостроения, а именно к устройствам регулирования давления в газовой магистрали с помощью турбодетандеров, и может быть использовано на газораспределительных станциях для рекуперации энергии сжатого газа и выработки электрической энергии.The invention relates to techniques for turbine construction, and in particular to devices for regulating pressure in a gas line using turboexpander, and can be used at gas distribution stations for recovering compressed gas energy and generating electric energy.

Известно устройство регулирования давления в газовой магистрали, содержащее газораспределительное устройство, выполненное в виде соединенных с магистралью высокого давления набора труб разного диаметра с установленными на них запорными устройствами, управляемыми через контроллер от датчика давления магистрали низкого давления, турбодетандер, электрический генератор переменного тока, регулируемый по напряжению выпрямитель, регулируемый по частоте инвертор, датчик нагрузки внешней электросети, нагревательные элементы, установленные на каждой из набора труб, последовательно соединенные дополнительный выпрямитель, датчик нагрузки нагревательных элементов, регулируемый силовой усилитель, силовые ключи и нагревательные элементы (Патент RU 2587021 С1, кл. F17D 1/00, опубл. 10.06.2016).A device for regulating the pressure in a gas line containing a gas distribution device made in the form of a set of pipes of different diameters connected to a high-pressure line with shut-off devices installed on them, controlled through a controller from a pressure sensor of a low-pressure line, a turboexpander, an electric alternator regulated by voltage rectifier, frequency adjustable inverter, load sensor of the external power supply, heating elements, installed on each of the set of pipes, in series connected an additional rectifier, a load sensor of the heating elements, an adjustable power amplifier, power switches and heating elements (Patent RU 2587021 C1, CL F17D 1/00, publ. 06/10/2016).

Известное устройство не обеспечивает согласования запасенной энергии сжатого газа и электроэнергии, отдаваемой в сеть и требуемой величины подогрева природного газа в зависимости от его расхода, что снижает надежность работы устройства.The known device does not provide coordination of the stored energy of the compressed gas and the electricity supplied to the network and the required amount of heating of natural gas depending on its consumption, which reduces the reliability of the device.

Известно устройство турбодетандера с регулированием давления в газовой магистрали, содержащее газораспределительное устройство, выполненное в виде соединенных с магистралью высокого давления набора труб разного диаметра с установленными на них запорными устройствами и нагревательными элементами, датчик давления магистрали низкого давления, турбодетандер, электрический генератор, выпрямитель, инвертор, задатчик номинального режима работы, регулирующее устройство с индикаторами предельных положений регулирующего элемента, измерительный шунт, задатчик величины давления в магистрали низкого давления, измерительный выпрямитель, блоки сравнения заданных режимов работы и величины давления в магистрали низкого давления, реверсивный двоичный счетчик, силовые ключи, привод регулирующего устройства с индикаторами предельных положений регулирующего элемента (Патент RU 2626268 С1, кл. F17D 1/00, опубл. 25.07.2017).A device for a turboexpander with pressure regulation in a gas main is known, comprising a gas distribution device made in the form of a set of pipes of different diameters connected to a high-pressure main with shut-off devices and heating elements mounted on them, a low-pressure main pressure transducer, a turbine expander, an electric generator, a rectifier, an inverter , nominal operation mode adjuster, adjusting device with indicators of limit positions of the regulating element, measure shunt, adjuster of the pressure value in the low-pressure line, measuring rectifier, units for comparing the set operating modes and pressure values in the low-pressure line, a reversible binary counter, power switches, control device drive with indicators of limit positions of the control element (Patent RU 2626268 C1, class F17D 1/00, published July 25, 2017).

В известном устройстве эффективность преобразования запасенной энергии природного газа в магистрали высокого давления при его редуцировании в электрическую энергию при изменении нагрузки внешней электросети не высока.In the known device, the efficiency of converting the stored energy of natural gas into a high-pressure line when it is reduced to electric energy when the load of the external power supply is changed is not high.

Наиболее близким является устройство регулирования давления в газовой магистрали с турбодетандером, содержащее газораспределительное устройство, выполненное в виде соединенных с магистралью высокого давления набора труб разного диаметра с установленными на них запорными устройствами, управляемыми через контроллер от датчика давления магистрали низкого давления, соединенного с турбодетандером, нагруженным электрическим генератором переменного тока, последовательно соединенным с регулируемым по напряжению выпрямителем, регулируемым по частоте инвертором и датчиком нагрузки внешней электросети, нагревательные элементы, установленные на каждой из набора труб разного диаметра, силовые ключи, управляющие входы которых соединены с контроллером, датчик нагрузки нагревательных элементов, задатчик номинального режима работы турбодетандера, соединенный с первым входом блока сравнения номинальной работы турбодетандера, расходомер в магистрали высокого давления, датчик давления магистрали высокого давления (Патент RU 2645821 С1, кл. F17D 1/04, опубл. 28.02.2018).The closest is a device for regulating pressure in a gas main with a turbo-expander containing a gas distribution device made in the form of a set of pipes of different diameters connected to a high-pressure mains with shut-off devices installed on them, controlled through a controller from a pressure sensor of a low-pressure main connected to a turbo-expander loaded an electric alternator connected in series with a voltage-regulated rectifier; frequency inverter and load sensor of the external power supply, heating elements installed on each of a set of pipes of different diameters, power switches, control inputs of which are connected to the controller, load sensor of heating elements, setpoint for the nominal operation mode of the turbo expander connected to the first input of the nominal comparison unit operation of a turboexpander, a flow meter in a high-pressure line, a pressure sensor of a high-pressure line (Patent RU 2645821 C1, cl. F17D 1/04, publ. 02/28/2018).

Известное устройство не обладает высокой эффективностью преобразования запасенной энергии природного газа в магистрали высокого давления при его редуцировании в электрическую энергию при изменении нагрузки внешней электросети и расхода потребления газа.The known device does not have high efficiency for converting the stored energy of natural gas into high-pressure lines when it is reduced to electrical energy when the load of the external power supply and gas consumption are changed.

Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается в повышении эффективности преобразования запасенной энергии природного газа в магистрали высокого давления при его редуцировании в электрическую энергию при изменении нагрузки внешней электросети и расхода потребления газа.The technical result achieved by the implementation of this invention is to increase the efficiency of converting the stored energy of natural gas into high-pressure lines when it is reduced to electrical energy when the load of the external power supply and gas consumption are changed.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство регулирования давления газа с турбодетандером, содержащее газораспределительное устройство, выполненное в виде соединенных с магистралью высокого давления набора труб разного диаметра с установленными на них запорными устройствами, управляемыми через контроллер от датчика давления магистрали низкого давления, соединенного с турбодетандером, нагруженным электрическим генератором переменного тока, последовательно соединенным с регулируемым по напряжению выпрямителем, регулируемым по частоте инвертором и датчиком нагрузки внешней электросети, нагревательные элементы, установленные на каждой из набора труб разного диаметра, силовые ключи, управляющие входы которых соединены с контроллером, датчик нагрузки нагревательных элементов, задатчик номинального режима работы турбодетандера, соединенный с первым входом блока сравнения номинальной работы турбодетандера, расходомер в магистрали высокого давления, датчик давления магистрали высокого давления, дополнительно введены датчики температуры газа, установленные на каждой из набора труб разного диаметра, блоки сравнения температуры газа с заданными значениями для каждой из набора труб разного диаметра, вторые входы которых соединены с выходами датчиков температуры газа на каждой из набора труб разного диаметра соответственно, регуляторы мощности нагревательных элементов на каждой из набора труб разного диаметра, управляющие входы которых соединены с выходами блоков сравнения температуры газа с заданными значениями соответственно, силовые входы регуляторов мощности нагревательных элементов соединены с выходами силовых ключей, входы которых через датчик нагрузки нагревательных элементов соединены с выходом электрического генератора переменного тока, первый перемножитель, первый вход которого соединен с линией напряжения регулируемого по частоте инвертора, а второй - с измерительным выходом датчика нагрузки внешней электросети, второй перемножитель, первый вход которого соединен с линией напряжения электрического генератора переменного тока, а второй - с измерительным выходом датчика нагрузки нагревательных элементов, выходы первого и второго перемножителей соответственно через первый и второй измерительные выпрямители с фильтрами соединены с входами сумматора нагрузки турбодетандера, первый и второй корректирующие усилители соединены с выходами датчиков давления в магистралях высокого и низкого давления соответственно, первый вход делителя соединен с выходом первого корректирующего усилителя, а второй - с выходом второго корректирующего усилителя, входы третьего перемножителя соединены с выходами расходомера в магистрали высокого давления и делителя, первый вход блока вычитания соединен с выходом третьего перемножителя, второй вход соединен с выходом расходомера в магистрали высокого давления, а выход - со вторым входом блока сравнения мощностей, первый вход блока сравнения мощностей соединен с выходом сумматора нагрузки турбодетандера, выход блока сравнения мощностей через первый блок выделения положительных значений и третий корректирующий усилитель соединен с индикатором недостатка мощности газового потока и через инвертор с управляющим входом ключа отсечки подогрева газа, входы сумматора подогрева газа соединены с выходом блока контроля включения запорных устройств набора труб разного диаметра, выходом инвертора и через четвертый корректирующий усилитель и ключ отсечки подогрева газа с выходом блока сравнения номинальной работы турбодетандера, выход сумматора подогрева газа соединен с первыми входами блоков сравнения температуры газа с заданными значениями для каждой из набора труб разного диаметра, второй вход блока сравнения номинальной работы турбодетандера соединен с выходом сумматора нагрузки турбодетандера, входы блока контроля включения запорных устройств набора труб разного диаметра соединены с контроллером.The specified technical result is achieved in that in a gas pressure regulating device with a turboexpander containing a gas distribution device made in the form of a set of pipes of different diameters connected to a high-pressure line with shut-off devices installed on them, controlled through a controller from a pressure sensor of a low-pressure line connected to a turboexpander, loaded with an electric alternator, connected in series with a voltage-regulated rectifier a frequency-controlled inverter and a load sensor of an external power supply, heating elements installed on each of a set of pipes of different diameters, power switches, the control inputs of which are connected to the controller, a load sensor of heating elements, a regulator of the nominal operation mode of the turbo expander connected to the first input of the unit comparing the nominal operation of the turboexpander, a flow meter in the high-pressure line, a pressure sensor of the high-pressure line, additionally, temperature sensors ha a, installed on each of the set of pipes of different diameters, units for comparing the gas temperature with set values for each of the set of pipes of different diameters, the second inputs of which are connected to the outputs of the gas temperature sensors on each of the set of pipes of different diameters, respectively, the power regulators of the heating elements on each from a set of pipes of different diameters, the control inputs of which are connected to the outputs of the blocks for comparing the gas temperature with the set values, respectively, the power inputs of the power controllers will heat the elements are connected to the outputs of the power switches, the inputs of which are connected to the output of the electric alternator, through the load sensor of the heating elements, the first multiplier, the first input of which is connected to the voltage line of the frequency-controlled inverter, and the second to the measuring output of the load sensor of the external power supply, the second a multiplier, the first input of which is connected to the voltage line of the electric alternator, and the second to the measuring output of the load sensor elements, the outputs of the first and second multipliers, respectively, through the first and second measuring rectifiers with filters are connected to the inputs of the load adder of the turbo expander, the first and second correction amplifiers are connected to the outputs of the pressure sensors in the high and low pressure lines, respectively, the first input of the divider is connected to the output of the first correction amplifier, and the second with the output of the second correction amplifier, the inputs of the third multiplier are connected to the outputs of the flowmeter in the high pressure and divider, the first input of the subtraction unit is connected to the output of the third multiplier, the second input is connected to the output of the flowmeter in the high-pressure line, and the output is connected to the second input of the power comparison unit, the first input of the power comparison unit is connected to the output of the turbine expander load adder, the output of the block power comparisons through the first block of selection of positive values and the third correction amplifier is connected to the indicator of the lack of power of the gas stream and through the inverter with the control input of the key about gas heating tshech, the gas heating adder inputs are connected to the output of the control unit for turning on the locking devices of a set of pipes of different diameters, the inverter output and through the fourth correction amplifier and the gas heating cut-off key with the output of the turbine expander nominal operation comparison unit, the gas heating adder output is connected to the first inputs of the blocks comparing the gas temperature with the set values for each of the set of pipes of different diameters, the second input of the unit for comparing the nominal operation of the turbo expander is connected to the outlet ohm load turboexpander adder, input latch enable control unit sets different diameters of pipes connected to the device controller.

На фигуре представлена структура устройства регулирования давления газа с турбодетандером.The figure shows the structure of a gas pressure control device with a turboexpander.

Устройство содержит газораспределительное устройство 1, выполненное в виде соединенных с магистралью высокого давления набора труб разного диаметра с установленными на них запорными устройствами 2, управляемыми через контроллер 3 от датчика давления магистрали низкого давления 4, соединенного с турбодетандером 5, нагруженным электрическим генератором 6 переменного тока, последовательно соединенным с регулируемым по напряжению выпрямителем 7, регулируемым по частоте инвертором 8 и датчиком нагрузки 9 внешней электросети, нагревательные элементы 10, установленные на каждой из набора труб разного диаметра, силовые ключи 11, управляющие входы которых соединены с контроллером 3, датчик нагрузки 12 нагревательных элементов, задатчик номинального режима работы 13 турбодетандера, соединенный с первым входом блока сравнения номинальной работы 14 турбодетандера, расходомер 15 в магистрали высокого давления, датчик давления магистрали высокого 16 давления, датчики температуры 17 газа, установленные на каждой из набора труб разного диаметра, блоки сравнения температуры 18 газа с заданными значениями для каждой из набора труб разного диаметра, вторые входы которых соединены с выходами датчиков температуры 17 газа на каждой из набора труб разного диаметра соответственно, регуляторы мощности 19 нагревательных элементов на каждой из набора труб разного диаметра, управляющие входы которых соединены с выходами блоков сравнения температуры 18 газа с заданными значениями соответственно, силовые входы регуляторов мощности 19 нагревательных элементов соединены с выходами силовых ключей 11, входы которых через датчик нагрузки 12 нагревательных элементов соединены с выходом электрического генератора 6 переменного тока, первый перемножитель 20, первый вход которого соединен с линией напряжения регулируемого по частоте инвертора 8, а второй - с измерительным выходом датчика нагрузки 9 внешней электросети, второй перемножитель 21, первый вход которого соединен с линией напряжения электрического генератора 6 переменного тока, а второй - с измерительным выходом датчика нагрузки 12 нагревательных элементов, выходы первого 20 и второго 21 перемножителей соответственно через первый 22 и второй 23 измерительные выпрямители с фильтрами соединены с входами сумматора нагрузки 24 турбодетандера, первый 25 и второй 26 корректирующие усилители соединены с выходами датчиков давления в магистралях высокого 16 и низкого 4 давления соответственно, первый вход делителя 27 соединен с выходом первого 25 корректирующего усилителя, а второй - с выходом второго 26 корректирующего усилителя, входы третьего перемножителя 28 соединены с выходами расходомера 15 в магистрали высокого давления и делителя 27, первый вход блока вычитания 29 соединен с выходом третьего 28 перемножителя, второй вход соединен с выходом расходомера 15 в магистрали высокого давления, а выход - со вторым входом блока сравнения мощностей 30, первый вход блока сравнения мощностей 30 соединен с выходом сумматора нагрузки 24 турбодетандера, выход блока сравнения мощностей 30 через первый блок выделения положительных значений 31 и третий 32 корректирующий усилитель соединен с индикатором недостатка мощности 33 газового потока и через инвертор 34 с управляющим входом ключа отсечки 35 подогрева газа, входы сумматора подогрева газа 36 соединены с выходом блока контроля включения 37 запорных устройств набора труб разного диаметра, выходом инвертора 34 и через четвертый 38 корректирующий усилитель и ключ отсечки 35 подогрева газа с выходом блока сравнения номинальной работы 14 турбодетандера, выход сумматора подогрева газа 36 соединен с первыми входами блоков сравнения температуры 18 газа с заданными значениями для каждой из набора труб разного диаметра, второй вход блока сравнения номинальной работы 14 турбодетандера соединен с выходом сумматора нагрузки 24 турбодетандера, входы блока контроля включения 37 запорных устройств набора труб разного диаметра соединены с контроллером 3.The device comprises a gas distribution device 1, made in the form of a set of pipes of different diameters connected to a high-pressure line with shut-off devices 2 mounted on them, controlled through a controller 3 from a pressure sensor of a low-pressure line 4 connected to a turboexpander 5 loaded with an alternating current electric generator 6, connected in series with a voltage-regulated rectifier 7, a frequency-controlled inverter 8 and a load sensor 9 of an external power supply network, heating elements 10 installed on each of the set of pipes of different diameters, power switches 11, the control inputs of which are connected to the controller 3, a load sensor 12 of the heating elements, a nominal operating mode adjuster 13 of the turbo expander connected to the first input of the nominal operation comparing unit 14 of the turbo expander, a flowmeter 15 in the high-pressure line, the pressure sensor of the high-pressure line 16, gas temperature sensors 17 installed on each of the set of pipes of different diameters, gas temperature comparison units 18 from values for each of the set of pipes of different diameters, the second inputs of which are connected to the outputs of the temperature sensors 17 of gas on each of the set of pipes of different diameters, respectively, the power controllers 19 of the heating elements on each of the set of pipes of different diameters, the control inputs of which are connected to the outputs of the comparison blocks gas temperatures 18 with predetermined values, respectively, the power inputs of the power controllers 19 of the heating elements are connected to the outputs of the power switches 11, the inputs of which through the load sensor 12 on heating elements are connected to the output of an electric alternator 6, the first multiplier 20, the first input of which is connected to the voltage line of the frequency-controlled inverter 8, and the second to the measuring output of the load sensor 9 of the external power supply, the second multiplier 21, the first input of which is connected to the line voltage of the electric alternator 6, and the second with the measuring output of the load sensor 12 of the heating elements, the outputs of the first 20 and second 21 multipliers, respectively, through The first 22 and second 23 measuring rectifiers with filters are connected to the inputs of the load adder 24 of the turbo expander, the first 25 and second 26 correction amplifiers are connected to the outputs of the pressure sensors in the high 16 and low 4 pressure lines, respectively, the first input of the divider 27 is connected to the output of the first 25 correction amplifier and the second - with the output of the second 26 correction amplifier, the inputs of the third multiplier 28 are connected to the outputs of the flow meter 15 in the high-pressure line and divider 27, the first input of the subtraction unit 29 nen with the output of the third 28 multiplier, the second input is connected to the output of the flowmeter 15 in the high-pressure line, and the output is connected to the second input of the power comparison unit 30, the first input of the power comparison unit 30 is connected to the output of the load adder 24 of the turbo expander, the output of the power comparison unit 30 is the first positive value isolation unit 31 and the third 32 correction amplifier are connected to the low power indicator 33 of the gas stream and through the inverter 34 with the control input of the gas cut-off key 35, the inputs of the adder p gas heating 36 is connected to the output of the control unit for turning on 37 locking devices of a set of pipes of different diameters, the output of the inverter 34 and through the fourth 38 a correction amplifier and a cut-off key 35 for gas heating with the output of the comparison unit for rated operation 14 of the turbo expander, the output of the gas heating adder 36 is connected to the first inputs blocks for comparing the temperature of gas 18 with set values for each of a set of pipes of different diameters, the second input of the unit for comparing the nominal work 14 of the turboexpander is connected to the output of the load adder 24 t urban expander, the inputs of the control unit include 37 locking devices of a set of pipes of different diameters connected to the controller 3.

Устройство регулирования давления газа с турбодетандером работает следующим образом.A gas pressure control device with a turboexpander operates as follows.

Газ магистрали высокого давления через набор труб разного диаметра с установленными на них запорными устройствами 2 газораспределительного устройства 1 поступает в турбодетандер 5 и приводит во вращательное движение электрический генератор 6 переменного тока. Вырабатываемое переменное напряжение выпрямляется на выпрямителе 7 и преобразуется в напряжение промышленной частоты с помощью инвертора 8. Датчик нагрузки внешней электросети 9 вырабатывает напряжение, пропорциональное значению текущей нагрузки внешне электросети.The gas of the high-pressure line through a set of pipes of different diameters with the locking devices 2 of the gas distribution device 1 installed on them enters the turbo expander 5 and rotates the electric alternator 6. The generated alternating voltage is rectified on the rectifier 7 and converted into industrial frequency voltage using the inverter 8. The load sensor of the external power supply 9 generates a voltage proportional to the value of the current load of the external power supply.

Для поддержания требуемого давления газа при возможных изменениях расхода в магистрали низкого давления, датчик давления 4 магистрали низкого давления вырабатывает пропорциональное напряжение, которое обрабатывается контроллером 3. На основе этого вырабатываются управляющие воздействия для запорных устройств 2 на отдельных трубах.To maintain the required gas pressure with possible changes in the flow rate in the low-pressure line, the pressure sensor 4 of the low-pressure line generates a proportional voltage, which is processed by the controller 3. Based on this, control actions are generated for the shut-off devices 2 on separate pipes.

Одновременно с открытием запорных устройств 2 на каждой из набора труб разного диаметра, открывается соответствующий силовой ключ 11, через который часть нагрузки с выхода электрического генератора 6 переменного тока через датчик нагрузки 12 нагревательных элементов подается на соответствующий регулятор мощности 19 нагревательных элементов на каждой из набора труб разного диаметра.Simultaneously with the opening of the locking devices 2 on each of the set of pipes of different diameters, a corresponding power switch 11 is opened, through which part of the load from the output of the electric alternator 6 through the load sensor 12 of the heating elements is supplied to the corresponding power regulator 19 of the heating elements on each of the set of pipes different diameters.

Для равномерного прогрева газа в каждой из набора труб разного диаметра установлены датчики температуры 17 газа, сигнал с которых сравнивается на блоках сравнения температуры 18 газа с заданными значениями и на основе этого вырабатывается сигнал регулирования температуры газа в каждой из набора труб разного диаметра. Этот сигнал отрабатывается регулятором мощности 19 и нагревательными элементами 10, обеспечивая равномерный прогрев газа в каждой из набора труб разного диаметра, повышая тем самым эффективность преобразования запасенной энергии природного газа высокого давления в электрическую энергию.For uniform heating of the gas in each of the set of pipes of different diameters, gas temperature sensors 17 are installed, the signal from which is compared on the units for comparing the temperature of gas 18 with the set values and based on this a signal is generated to control the temperature of the gas in each of the set of pipes of different diameters. This signal is processed by the power regulator 19 and the heating elements 10, ensuring uniform heating of the gas in each of the set of pipes of different diameters, thereby increasing the efficiency of converting the stored energy of high-pressure natural gas into electrical energy.

Для определения величины запасенной энергии природного газа высокого давления, выделяемой при его редуцировании в низкое давление, производятся замеры давлений газа в магистрали высокого давления датчиком 16 и в магистрали низкого давления датчиком 4. Эти сигналы через первый 25 и второй 26 корректирующие усилители подаются на первый и второй входы делителя 27 соответственно. В результате на выходе делителя 27 формируется сигнал, пропорциональный отношению давлений в магистралях высокого и низкого давлений, который с сигналом от расходомера 15 в магистрали высокого давления подается на третий 28 перемножитель и затем первый вход блока вычитания 29, на второй вход которого подается сигнал от расходомера 15. В результате на выходе блока вычитания 29 формируется сигнал, пропорциональный величине запасенной энергии природного газа высокого давления, выделяемой при его редуцировании в низкое давление,To determine the amount of stored energy of high-pressure natural gas released during its reduction to low pressure, gas pressures are measured in the high-pressure pipe with a sensor 16 and in the low-pressure pipe with a sensor 4. These signals are fed through the first 25 and second 26 correction amplifiers to the first and the second inputs of the divider 27, respectively. As a result, at the output of the divider 27, a signal is generated proportional to the ratio of the pressures in the high and low pressure lines, which, with the signal from the flow meter 15 in the high pressure line, is supplied to the third multiplier 28 and then the first input of the subtraction unit 29, the second input of which is supplied by the signal from the flow meter 15. As a result, a signal is generated at the output of the subtraction unit 29, which is proportional to the stored energy of high-pressure natural gas released when it is reduced to low pressure,

Величина мощности, выдаваемой во внешнюю электрическую сеть, определяется первым 20 перемножителем, на входы которого подаются сигналы, пропорциональные току и напряжению, отдаваемому устройством во внешнюю сеть.The amount of power supplied to the external electrical network is determined by the first 20 multiplier, the inputs of which are fed signals proportional to the current and voltage supplied by the device to the external network.

Величина мощности, используемой для подогрева газа, определяется вторым 21 перемножителем, на входы которого подаются сигналы, пропорциональные току и напряжению, отдаваемому нагревательным элементам 10 устройства.The amount of power used to heat the gas is determined by the second 21 multiplier, the inputs of which are supplied signals proportional to the current and voltage supplied to the heating elements 10 of the device.

Эти величины мощностей через первый 22 и второй 23 измерительные выпрямители с фильтрами подаются на сумматор нагрузки 24 турбодетандера, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный полной вырабатываемой мощности турбодетандера.These power values through the first 22 and second 23 measuring rectifiers with filters are fed to the load adder 24 of the turbo expander, at the output of which a signal is generated proportional to the total generated power of the turbo expander.

Величина полной вырабатываемой мощности турбодетандера на блоке сравнения мощностей 30 сравнивается с величиной запасенной энергии природного газа высокого давления, выделяемой при его редуцировании в низкое давление в единицу времени. В результате на выходе блока сравнения мощностей 30 формируется сигнал, пропорциональной разности выделяемой и потребляемой энергии.The value of the total generated power of the turboexpander on the power comparison unit 30 is compared with the stored energy of high-pressure natural gas released when it is reduced to low pressure per unit time. As a result, a signal is generated at the output of the power comparison unit 30, which is proportional to the difference between the released and consumed energy.

Этот сигнал через первый блок выделения положительных значений 31 и третий 32 корректирующий усилитель соединен с индикатором недостатка мощности 33 газового потока, предназначенным для информирования обслуживающего персонала о рассогласовании допускаемой и потребляемой мощностей.This signal through the first block of selection of positive values 31 and the third 32 correction amplifier is connected to the indicator of lack of power 33 of the gas stream, designed to inform service personnel about the mismatch between allowable and consumed power.

Регулирование избыточной мощности, отдаваемой на подогрев газа, производится посредством изменения температуры газа с помощью блоков сравнения температуры 18 газа с заданными значениями, поступающими от сумматора подогрева газа 36.The regulation of excess power given to the gas heating is carried out by changing the gas temperature using blocks comparing the temperature of the gas 18 with the set values coming from the adder gas heating 36.

Сумматор подогрева газа 36 формирует выходной сигнал на основе количества включенных труб разного диаметра, определяемого блоком контроля включения 37 запорных устройств, избытка мощности запасенной энергии в магистрали высокого давления, определяемого блоком сравнения мощностей 30 и поддержания эффективной работы посредством блока сравнения номинальной работы 14 турбодетандера. Сигнал с блока сравнения мощностей 30 поступает на сумматор подогрева газа 36 через первый блок выделения положительных значений 31, третий 32 корректирующий усилитель и инвертор 34. Блок сравнения номинальной работы 14 турбодетандера отключает через ключ отсечки 35 подогрева газа четвертый 38 корректирующий усилитель в случае отсутствия запаса мощности редуцирования газового потока.The gas heating adder 36 generates an output signal based on the number of connected pipes of different diameters, determined by the control unit for turning on 37 shut-off devices, the excess power of stored energy in the high-pressure line, determined by the power comparison unit 30 and maintaining efficient operation by means of the nominal operation comparing unit 14 of the turbine expander. The signal from the power comparison unit 30 is fed to the gas heating adder 36 through the first positive value isolation unit 31, the third 32 correction amplifier and inverter 34. The turbine expander nominal operation comparison unit 14 disconnects the fourth 38 correction amplifier through the gas heating cut-off key 35 in the absence of power reserve gas flow reduction.

В результате на подогрев газа расходуется энергия превышения энергии газового потока по отношению к энергии, передаваемой во внешнюю сеть посредством автоматического регулирования температуры подогрева газа в наборе труб разного диаметра.As a result, the energy of exceeding the energy of the gas flow with respect to the energy transmitted to the external network by automatically adjusting the temperature of the gas heating in the set of pipes of different diameters is consumed for gas heating.

Такое техническое решение обеспечивает повышение эффективности преобразования запасенной энергии природного газа в магистрали высокого давления при его редуцировании в электрическую энергию при изменении нагрузки внешней электросети и расхода потребления газа.Such a technical solution provides an increase in the efficiency of converting the stored energy of natural gas into high-pressure lines when it is reduced to electric energy when the load of the external power supply and gas consumption are changed.

Claims (1)

Устройство регулирования давления газа с турбодетандером, содержащее газораспределительное устройство, выполненное в виде соединенных с магистралью высокого давления набора труб разного диаметра с установленными на них запорными устройствами, управляемыми через контроллер от датчика давления магистрали низкого давления, соединенного с турбодетандером, нагруженным электрическим генератором переменного тока, последовательно соединенным с регулируемым по напряжению выпрямителем, регулируемым по частоте инвертором и датчиком нагрузки внешней электросети, нагревательные элементы, установленные на каждой из набора труб разного диаметра, силовые ключи, управляющие входы которых соединены с контроллером, датчик нагрузки нагревательных элементов, задатчик номинального режима работы турбодетандера, соединенный с первым входом блока сравнения номинальной работы турбодетандера, расходомер в магистрали высокого давления, датчик давления магистрали высокого давления, отличающееся тем, что в него дополнительно введены датчики температуры газа, установленные на каждой из набора труб разного диаметра, блоки сравнения температуры газа с заданными значениями для каждой из набора труб разного диаметра, вторые входы которых соединены с выходами датчиков температуры газа на каждой из набора труб разного диаметра соответственно, регуляторы мощности нагревательных элементов на каждой из набора труб разного диаметра, управляющие входы которых соединены с выходами блоков сравнения температуры газа с заданными значениями соответственно, силовые входы регуляторов мощности нагревательных элементов соединены с выходами силовых ключей, входы которых через датчик нагрузки нагревательных элементов соединены с выходом электрического генератора переменного тока, первый перемножитель, первый вход которого соединен с линией напряжения регулируемого по частоте инвертора, а второй - с измерительным выходом датчика нагрузки внешней электросети, второй перемножитель, первый вход которого соединен с линией напряжения электрического генератора переменного тока, а второй - с измерительным выходом датчика нагрузки нагревательных элементов, выходы первого и второго перемножителей соответственно через первый и второй измерительные выпрямители с фильтрами соединены с входами сумматора нагрузки турбодетандера, первый и второй корректирующие усилители соединены с выходами датчиков давления в магистралях высокого и низкого давления соответственно, первый вход делителя соединен с выходом первого корректирующего усилителя, а второй - с выходом второго корректирующего усилителя, входы третьего перемножителя соединены с выходами расходомера в магистрали высокого давления и делителя, первый вход блока вычитания соединен с выходом третьего перемножителя, второй вход соединен с выходом расходомера в магистрали высокого давления, а выход - со вторым входом блока сравнения мощностей, первый вход блока сравнения мощностей соединен с выходом сумматора нагрузки турбодетандера, выход блока сравнения мощностей через первый блок выделения положительных значений и третий корректирующий усилитель соединен с индикатором недостатка мощности газового потока и через инвертор - с управляющим входом ключа отсечки подогрева газа, входы сумматора подогрева газа соединены с выходом блока контроля включения запорных устройств набора труб разного диаметра, выходом инвертора и через четвертый корректирующий усилитель и ключ отсечки подогрева газа - с выходом блока сравнения номинальной работы турбодетандера, выход сумматора подогрева газа соединен с первыми входами блоков сравнения температуры газа с заданными значениями для каждой из набора труб разного диаметра, второй вход блока сравнения номинальной работы турбодетандера соединен с выходом сумматора нагрузки турбодетандера, входы блока контроля включения запорных устройств набора труб разного диаметра соединены с контроллером.A gas pressure regulating device with a turboexpander containing a gas distribution device made in the form of a set of pipes of different diameters connected to a high-pressure pipeline with locking devices installed on them and controlled through a controller from a pressure sensor of a low-pressure pipeline connected to a turboexpander loaded with an electric alternator, connected in series with a voltage-regulated rectifier, a frequency-controlled inverter and a load sensor external electric mains power, heating elements installed on each of a set of pipes of different diameters, power switches, the control inputs of which are connected to the controller, a load sensor for heating elements, a regulator for the nominal operation mode of the turbo expander, connected to the first input of the unit for comparing the nominal operation of the turbo expander, a flow meter in the main high pressure, pressure sensor of the high pressure line, characterized in that it additionally includes gas temperature sensors installed on each from a set of pipes of different diameters, blocks for comparing gas temperatures with set values for each of a set of pipes of different diameters, the second inputs of which are connected to the outputs of gas temperature sensors on each of a set of pipes of different diameters, respectively, power regulators of heating elements on each of a set of pipes of different diameters the control inputs of which are connected to the outputs of the units for comparing the gas temperature with the set values, respectively, the power inputs of the power controllers of the heating elements are connected with the outputs of the power switches, the inputs of which are connected through the load sensor of the heating elements to the output of the electric alternator, the first multiplier, the first input of which is connected to the voltage line of the frequency-controlled inverter, and the second to the measuring output of the load sensor of the external power supply, the second multiplier, the first the input of which is connected to the voltage line of the electric alternator, and the second to the measuring output of the load sensor of the heating elements, the outputs of of the second and second multipliers, respectively, through the first and second measuring rectifiers with filters are connected to the inputs of the load adder of the turbo expander, the first and second correction amplifiers are connected to the outputs of the pressure sensors in the high and low pressure lines, respectively, the first input of the divider is connected to the output of the first correction amplifier, and the second - with the output of the second correction amplifier, the inputs of the third multiplier are connected to the outputs of the flowmeter in the high-pressure line and divider, the first input of the subtraction unit is connected to the output of the third multiplier, the second input is connected to the output of the flowmeter in the high-pressure line, and the output is connected to the second input of the power comparison unit, the first input of the power comparison unit is connected to the output of the turbine expander load adder, the output of the power comparison unit is through the first block selection of positive values and the third correction amplifier is connected to the indicator of the lack of power of the gas stream and through the inverter to the control input of the gas heating cut-off key, input The gas heating adder is connected to the output of the control unit for turning on the shut-off devices of a set of pipes of different diameters, the inverter output and through the fourth correction amplifier and the gas heating cut-off key to the output of the turbine expander nominal operation comparison unit, the gas heating adder output is connected to the first inputs of the gas temperature comparison blocks with the given values for each of the set of pipes of different diameters, the second input of the unit for comparing the nominal operation of the turboexpander is connected to the output of the load adder the expander, the inputs of the control unit for turning on the locking devices of a set of pipes of different diameters are connected to the controller.
RU2018125354A 2018-07-10 2018-07-10 Gas pressure control device with turboexpander RU2680638C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018125354A RU2680638C1 (en) 2018-07-10 2018-07-10 Gas pressure control device with turboexpander

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018125354A RU2680638C1 (en) 2018-07-10 2018-07-10 Gas pressure control device with turboexpander

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2680638C1 true RU2680638C1 (en) 2019-02-25

Family

ID=65479435

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018125354A RU2680638C1 (en) 2018-07-10 2018-07-10 Gas pressure control device with turboexpander

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2680638C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2723345C1 (en) * 2019-11-13 2020-06-10 Акционерное общество "Газпром газораспределение Тула" Gas pressure control device with turbo-expander
CN116345527A (en) * 2022-10-25 2023-06-27 襄阳航力机电技术发展有限公司 Grid-connected control method for turbine expansion high-speed permanent magnet synchronous power generation grid-connected device

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5212942A (en) * 1990-11-09 1993-05-25 Tiernay Turbines, Inc. Cogeneration system with recuperated gas turbine engine
RU2199020C2 (en) * 2000-08-03 2003-02-20 Уфимский государственный авиационный технический университет Method of operation and design of combination gas turbine plant of gas distributing system
RU2223533C1 (en) * 2002-10-10 2004-02-10 Тульский государственный университет Gas main pressure control device
RU78339U1 (en) * 2008-06-10 2008-11-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет (ТулГУ) DEVICE FOR REGULATING THE PRESSURE IN THE GAS PIPELINE
RU2587021C1 (en) * 2015-07-16 2016-06-10 Открытое акционерное общество "Газпром газораспределение Тула" Device for pressure regulation in gas line
RU2626268C1 (en) * 2016-08-17 2017-07-25 Акционерное общество "Газпром газораспределение Тула" Turboexpander device with pressure regulation in gas pipeline
RU2645821C1 (en) * 2017-06-06 2018-02-28 Акционерное общество "Газпром газораспределение Тула" Device for pressure regulation in gas line with turbo-expander

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5212942A (en) * 1990-11-09 1993-05-25 Tiernay Turbines, Inc. Cogeneration system with recuperated gas turbine engine
RU2199020C2 (en) * 2000-08-03 2003-02-20 Уфимский государственный авиационный технический университет Method of operation and design of combination gas turbine plant of gas distributing system
RU2223533C1 (en) * 2002-10-10 2004-02-10 Тульский государственный университет Gas main pressure control device
RU78339U1 (en) * 2008-06-10 2008-11-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет (ТулГУ) DEVICE FOR REGULATING THE PRESSURE IN THE GAS PIPELINE
RU2587021C1 (en) * 2015-07-16 2016-06-10 Открытое акционерное общество "Газпром газораспределение Тула" Device for pressure regulation in gas line
RU2626268C1 (en) * 2016-08-17 2017-07-25 Акционерное общество "Газпром газораспределение Тула" Turboexpander device with pressure regulation in gas pipeline
RU2645821C1 (en) * 2017-06-06 2018-02-28 Акционерное общество "Газпром газораспределение Тула" Device for pressure regulation in gas line with turbo-expander

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2723345C1 (en) * 2019-11-13 2020-06-10 Акционерное общество "Газпром газораспределение Тула" Gas pressure control device with turbo-expander
CN116345527A (en) * 2022-10-25 2023-06-27 襄阳航力机电技术发展有限公司 Grid-connected control method for turbine expansion high-speed permanent magnet synchronous power generation grid-connected device
CN116345527B (en) * 2022-10-25 2024-02-13 襄阳航力机电技术发展有限公司 Grid-connected control method for turbine expansion high-speed permanent magnet synchronous power generation grid-connected device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9599999B2 (en) Method for early detection and anticipatory control of consumer-end load shedding in an electrical grid, and apparatus for carrying out the method
US8198753B2 (en) Power system with method for adding multiple generator sets
US11016517B2 (en) On-load tap-changer control method, excitation control system carrying out said control method and power excitation chain
RU2680638C1 (en) Gas pressure control device with turboexpander
Cosse et al. Turbine/generator governor droop/isochronous fundamentals-A graphical approach
CN104428971A (en) Method and apparatus for feeding electric energy into an electric supply network
JP2008278700A (en) Distributed generating set, and method for controlling and retaining power quality
EP1583893A1 (en) Gas turbine apparatus
CN108448596B (en) Primary frequency modulation control system and method for thermal power generating unit
JPWO2008139758A1 (en) Power quality compensator
RU2645821C1 (en) Device for pressure regulation in gas line with turbo-expander
CZ422797A3 (en) Method of metering thermal output of a combined thermal energetic equipment and apparatus for making the same
RU2723345C1 (en) Gas pressure control device with turbo-expander
RU2665012C1 (en) Device for adjustment of the turboexpander with variable load
RU2579301C1 (en) Turbo-expander control device
RU2587021C1 (en) Device for pressure regulation in gas line
CN209742979U (en) heat load balance distribution control device for multiple steam turbine generator units
RU78339U1 (en) DEVICE FOR REGULATING THE PRESSURE IN THE GAS PIPELINE
RU2634161C1 (en) Device for controlling turbo-expander with adaptation to external load
RU81767U1 (en) GAS DISTRIBUTION STATION WITH ELECTRIC GENERATING DEVICE
RU2671659C1 (en) Method and system of automatic regulation of the ccgt unit with forcing impact on the control valves of high and medium pressure of the steam turbine
RU2626268C1 (en) Turboexpander device with pressure regulation in gas pipeline
RU2295191C1 (en) Method for controlling electrical energy generating plant
RU2223533C1 (en) Gas main pressure control device
RU2611120C1 (en) Device adaptive control of expansion turbines

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200711