RU2723345C1 - Gas pressure control device with turbo-expander - Google Patents
Gas pressure control device with turbo-expander Download PDFInfo
- Publication number
- RU2723345C1 RU2723345C1 RU2019136619A RU2019136619A RU2723345C1 RU 2723345 C1 RU2723345 C1 RU 2723345C1 RU 2019136619 A RU2019136619 A RU 2019136619A RU 2019136619 A RU2019136619 A RU 2019136619A RU 2723345 C1 RU2723345 C1 RU 2723345C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- gas
- input
- pressure
- load
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
- F01D17/02—Arrangement of sensing elements
- F01D17/08—Arrangement of sensing elements responsive to condition of working-fluid, e.g. pressure
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
- F17D3/00—Arrangements for supervising or controlling working operations
- F17D3/01—Arrangements for supervising or controlling working operations for controlling, signalling, or supervising the conveyance of a product
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
- F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D16/00—Control of fluid pressure
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
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-controlled inverter, load sensor of the external power supply, heating elements installed on each of the set of pipes, additional rectifier connected in series, load sensor of heating elements, adjustable power amplifier, power switches and heating elements (Patent RU 2587021 C1, cl.
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 operating mode adjuster, adjusting device with indicators of limit positions of the regulating element, measuring shunt, adjusting pressure value in the low pressure line, measuring rectifier, units for comparing the set operating modes and pressure values in the low pressure line, reversible binary counter, power switches, drive a regulating device with indicators of limit positions of the regulating element (Patent RU 2626268 C1, CL F17D 1/00, publ. 07.25.2017).
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.
Известно 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).A device for regulating the 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 and controlled through a controller from a pressure sensor of a low-pressure main connected to a turbo-expander loaded with an electric generator alternating current, connected in series with a voltage-regulated rectifier, frequency-controlled inverter and load sensor of an external power supply network, heating elements installed on each of a set of pipes of different diameters, power switches whose control inputs are connected to the controller, load sensor of heating elements, nominal regulator mode of operation 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 high-pressure line, a pressure sensor of the 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.
Наиболее близким является 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, задатчик номинального режима работы турбодетандера, блок сравнения номинальной работы турбодетандера, расходомер в магистрали высокого давления, датчики давления и температуры газа, установленные на каждой из набора труб разного диаметра, блоки сравнения, регуляторы мощности нагревательных элементов, силовые ключи, перемножители, корректирующие усилители, делитель, блок сравнения мощностей, сумматор нагрузки турбодетандера, индикатор недостатка мощности газового потока, ключ отсечки подогрева газа. (Патент RU 2680638 С1, кл. F17D 1/04, опубл. 25.02.2019).The closest is a gas pressure control device 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 pipeline with shut-off devices installed on them, controlled through a controller from a pressure sensor of a low-pressure line connected to a turbo-expander loaded with an electric generator alternating current connected in series with a voltage-regulated rectifier, frequency-controlled inverter and load sensor of an external power supply network, heating elements installed on each of a set of pipes of different diameters, power switches, a setpoint for rated operation of a turbo expander, a unit for comparing the rated operation of a turbo expander, a flowmeter in high-pressure lines, pressure and gas temperature sensors installed on each of the set of pipes of different diameters, comparison units, power regulators of heating elements, power switches, multipliers, correction amplifiers, divider, power comparison unit, turboexpander load adder, indicator of insufficient gas flow power, gas heating cut-off key. (Patent RU 2680638 C1, CL F17D 1/04, publ. 02.25.2019).
Известное устройство не обеспечивает высокую эффективностью преобразования запасенной энергии природного газа высокого давления при его редуцировании в электрическую энергию и не производит согласование преобразования энергии при изменении расхода потребления газа.The known device does not provide high efficiency for converting the stored energy of high-pressure natural gas when it is reduced to electric energy and does not coordinate energy conversion when the gas consumption is changed.
Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается в повышении эффективности преобразования запасенной энергии природного газа в электрическую энергию путем согласования величины запасенной энергии и преобразованной в процессе редуцирования магистрального газа высокого давления при изменении 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 electrical energy by coordinating the amount of stored energy and converted during the reduction of high-pressure main gas when changing gas consumption.
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, 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, вход третьего перемножителя соединен с выходом расходомера в магистрали высокого давления, 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, дополнительно введены датчик температуры газа, соединенный с турбодетандером и установленный на магистрали выхода газа низкого давления, датчик температуры газа, установленный на магистрали газа высокого давления, ограничитель нагрузки электросети, блок ступенчатой регулировки ограничения нагрузки электросети, пятый, шестой, седьмой, восьмой и девятый корректирующие усилители, второй делитель, корректирующий сумматор, блок выделения отрицательных значений, компаратор выделения положительных значений и компаратор выделения отрицательных значений, причем, силовой вход ограничителя нагрузки электросети соединен с датчиком нагрузки внешней электросети, а выход с электросетью, управляющий вход ограничителя нагрузки электросети соединен с выходом блока ступенчатой регулировки ограничения нагрузки электросети, датчик температуры газа, установленный на магистрали газа высокого давления через пятый корректирующий усилитель соединен с первым входом второго делителя, датчик температуры газа, соединенный с турбодетандером и установленный на магистрали выхода газа низкого давления через шестой корректирующий усилитель соединен со вторым входом второго делителя, выход делителя через седьмой корректирующий усилитель соединен с первым входом корректирующего сумматора, выход второго делителя через восьмой корректирующий усилитель соединен со вторым входом корректирующего сумматора, выход корректирующего сумматора соединен с входом третьего перемножителя, выход третьего корректирующего усилителя соединен с входом компаратора выделения положительных значений, выход блока сравнения мощностей через блок выделения отрицательных значений и девятый корректирующий усилитель соединен с входом компаратора выделения отрицательных значений, выход компаратора выделения положительных значений соединен с управляющим входом снижения нагрузки блока ступенчатой регулировки ограничения нагрузки электросети, выход компаратора выделения отрицательных значений соединен с управляющим входом увеличения нагрузки блока ступенчатой регулировки ограничения нагрузки электросети.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 heating elements, a setter 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 high-pressure line, a pressure sensor high pressure ali, gas temperature sensors installed on each of the set of pipes of different diameters, blocks 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 power regulators 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 gas temperature comparison units with the set values, respectively, the power inputs of the power regulators of the heating elements are connected to the outputs of the power switches, the inputs of which are connected to the electrical output through the load sensor of the heating elements an 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 input of which is connected to voltage of the electric alternator, and the second with the measuring output of the load sensor of the heating 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 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 to the output of the second correction amplifier, the input of the third multiplier is connected to the output of the flowmeter in the high pressure line, the first input of the subtraction unit is connected to the output of the third multiplier, the second input connected to the output of the flowmeter in the high-pressure line, and the output to the second input of the power comparison unit, the first input of the power comparison unit connected to the output of the load adder of the turbo expander, the output of the power comparison unit through a positive positive block and a third correction amplifier are connected to an indicator of the lack of gas flow power and through an inverter with a control input of the gas heating cut-off key, the inputs of the gas heating adder are 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 an amplifier and a cut-off key for heating the gas with the output of the unit for comparing the nominal operation of the turbo expander, the output of the adder for heating the gas is connected to the first inputs of the units for comparing the gas temperature with preset values for each of a 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 output of the adder of the load of the turbo 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, an additional gas temperature sensor connected to the turbo-expander and installed on the low-pressure gas outlet highway, dates a gas temperature sensor installed on the high-pressure gas line, a power load limiter, a step-by-step adjustment block of the power load limit, fifth, sixth, seventh, eighth and ninth correction amplifiers, a second divider, a correcting adder, a negative value extraction unit, a positive value comparator and a comparator for isolating negative values, moreover, the power input of the load limiter of the power supply is connected to the load sensor of the external power supply, and the output to the power supply, the control input of the load limiter of the power supply is connected to the output of the step control unit for load control of the power supply, the gas temperature sensor installed on the high-pressure gas line through the fifth correction amplifier is connected to the first input of the second divider, a gas temperature sensor connected to the turboexpander and installed on the low-pressure gas output line through the sixth correction amplifier is connected to the second m is the input of the second divider, the output of the divider through the seventh correcting amplifier is connected to the first input of the correcting adder, the output of the second divider through the eighth correcting amplifier is connected to the second input of the correcting adder, the output of the correcting adder is connected to the input of the third multiplier, the output of the third correcting amplifier is connected to the input of the selection comparator positive values, the output of the power comparison unit through the negative allocation unit and the ninth correcting amplifier is connected to the input of the negative value comparator, the output of the positive value comparator is connected to the load reduction control input of the power load limiting step adjustment block, the output of the negative value comparator is connected to the control input to increase the load of the block of step adjustment of the load limit of the power supply network.
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, вход третьего перемножителя 28 соединены с выходом расходомера 15 в магистрали высокого давления, 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, датчик температуры газа низкого давления 39, соединенный с турбодетандером 5 и установленный на магистрали выхода газа низкого давления, датчик температуры газа высокого давления 40, установленный на магистрали газа высокого давления, ограничитель нагрузки 41 электросети, блок ступенчатой регулировки 42 ограничения нагрузки электросети, пятый 43, шестой 44, седьмой 45, восьмой 46 и девятый 47 корректирующие усилители, второй делитель 48, корректирующий сумматор 49, блок выделения отрицательных 50 значений, компаратор выделения положительных 51 значений и компаратор выделения отрицательных 52 значений, силовой вход ограничителя нагрузки 41 электросети соединен с датчиком нагрузки 9 внешней электросети, а выход с электросетью, управляющий вход ограничителя нагрузки 41 электросети соединен с выходом блока ступенчатой регулировки 42 ограничения нагрузки электросети, датчик температуры газа высокого давления 40, установленный на магистрали газа высокого давления через пятый 43 корректирующий усилитель соединен с первым входом второго делителя 48, датчик температуры газа низкого давления 39, соединенный с турбодетандером и установленный на магистрали выхода газа низкого давления через шестой 44 корректирующий усилитель соединен со вторым входом второго делителя 48, выход делителя 27 через седьмой 45 корректирующий усилитель соединен с первым входом корректирующего сумматора 49, выход второго делителя 48 через восьмой 46 корректирующий усилитель соединен со вторым входом корректирующего сумматора 49, выход корректирующего сумматора 49 соединен с входом третьего перемножителя 28, выход третьего 32 корректирующего усилителя соединен с входом компаратора выделения положительных 51 значений, выход блока сравнения мощностей 30 через блок выделения отрицательных 50 значений и девятый 47 корректирующий усилитель соединен с входом компаратора выделения отрицательных 52 значений, выход компаратора выделения положительных 51 значений соединен с управляющим входом снижения нагрузки блока ступенчатой регулировки 42 ограничения нагрузки электросети, выход компаратора выделения отрицательных 52 значений соединен с управляющим входом увеличения нагрузки блока ступенчатой регулировки 42 ограничения нагрузки электросети.The device comprises a
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
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
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
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,
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.To determine the value of the 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
Дополнительно производятся замеры температуры газа в магистрали высокого давления датчиком температуры газа высокого давления 40 и в магистрали низкого давления датчиком температуры газа низкого давления 39.Additionally, the gas temperature is measured in the high-pressure pipe with a high-pressure
Сигнал от датчика 16 магистрали высокого давления через первый 25 корректирующий усилитель подается на первый вход делителя 27, сигнал от датчика магистрали низкого давления 4 через второй 26 корректирующий усилитель подается на второй вход делителя 27. В результате на выходе делителя 27 формируется сигнал, пропорциональный отношению давлений в магистралях высокого и низкого давлений.The signal from the
Сигнал от датчика температуры газа высокого давления 40 через пятый 43 корректирующий усилитель подается на первый вход второго делителя 48, сигнал от датчика температуры газа низкого давления 39 через шестой 44 корректирующий усилитель подается на второй вход второго делителя 48. В результате на выходе второго делителя 48 формируется сигнал, пропорциональный отношению температур редуцируемого газа.The signal from the high-pressure
Сигнал с выхода делителя 27 через седьмой 45 корректирующий усилитель подается на первый вход корректирующего сумматора 49, сигнал с выхода второго делителя 48 через восьмой 46 корректирующий усилитель подается на второй вход корректирующего сумматора 49, сигнал с выхода которого подается на второй вход третьего 28 перемножителя. Сигнал от расходомера 15 в магистрали высокого давления подается на первый вход третьего 28 перемножителя и затем на первый вход блока вычитания 29, на второй вход которого подается сигнал от расходомера 15.The signal from the output of the
В результате на выходе блока вычитания 29 формируется сигнал, пропорциональный величине запасенной энергии природного газа высокого давления, выделяемой при его редуцировании в низкое давление не только с учетом перепада давлений, но и температур газа в магистралях высокого и низкого давлений.As a result, a signal is generated at the output of the
Величины седьмого 45 и восьмого 46 корректирующих усилителей устанавливаются в зависимости от соотношений перепада давлений и температур в запасенной энергии природного газа высокого давления.The values of the seventh 45 and eighth 46 correction amplifiers are set depending on the ratios of the differential pressure and temperature in the stored energy of high-pressure natural gas.
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
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
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
Этот сигнал через первый блок выделения положительных значений 31 и третий 32 корректирующий усилитель подается на компаратор выделения положительных 51 значений и индикатор недостатка мощности 33 газового потока, предназначенный для информирования обслуживающего персонала о рассогласовании допускаемой и потребляемой мощностей.This signal, through the first block for extracting
Также сигнал с выхода блока сравнения мощностей 30 через блок выделения отрицательных 50 значений и девятый 47 корректирующий усилитель подается на компаратор выделения отрицательных 52 значений.Also, the signal from the output of the
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
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
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. При недостатке энергии газового потока по отношению к энергии, передаваемой во внешнюю сеть, электрическая энергия на подогрев газа не расходуется.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. With a lack of energy of the gas flow in relation to the energy transmitted to the external network, electric energy is not consumed for heating the gas.
При значительном недостатке энергии газового потока дополнительно производится ограничение по электроэнергии, передаваемой во внешнюю электрическую сеть. При этом срабатывает компаратор выделения положительных 51 значений и блок ступенчатой регулировки 42 ограничения нагрузки электросети формирует сигнал снижения нагрузки на одну заранее установленную ступень посредством ограничителя нагрузки 41 электросети.With a significant lack of energy of the gas stream, an additional restriction is made on the electric power transmitted to the external electric network. In this case, the comparator for isolating positive 51 values is activated and the
При избытке энергии газового потока производится увеличение подачи электроэнергии во внешнюю электрическую сеть. При этом срабатывает компаратор выделения отрицательных 52 значений и блок ступенчатой регулировки 42 ограничения нагрузки электросети формирует сигнал увеличения нагрузки на одну заранее установленную ступень посредством ограничителя нагрузки 41 электросети.With an excess of gas flow energy, an increase in the supply of electricity to the external electric network is performed. In this case, the comparator for isolating negative 52 values is activated and the
При превышении энергии газового потока по отношению к энергии, передаваемой во внешнюю сеть, электрическая энергия используется для подогрева газа в наборе труб разного диаметра.When the energy of the gas stream is exceeded with respect to the energy transmitted to the external network, electric energy is used to heat the gas in a set of pipes of different diameters.
Такое техническое решение обеспечивает повышение эффективности преобразования запасенной энергии природного газа в электрическую энергию путем согласования величины запасенной энергии и преобразованной в процессе редуцирования магистрального газа высокого давления при изменении потребления газа.Such a technical solution provides an increase in the efficiency of converting the stored energy of natural gas into electrical energy by matching the stored energy and that converted during the reduction of the main high-pressure gas with changing gas consumption.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019136619A RU2723345C1 (en) | 2019-11-13 | 2019-11-13 | Gas pressure control device with turbo-expander |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019136619A RU2723345C1 (en) | 2019-11-13 | 2019-11-13 | Gas pressure control device with turbo-expander |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2723345C1 true RU2723345C1 (en) | 2020-06-10 |
Family
ID=71067370
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019136619A RU2723345C1 (en) | 2019-11-13 | 2019-11-13 | Gas pressure control device with turbo-expander |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2723345C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060283169A1 (en) * | 2004-01-13 | 2006-12-21 | Krishnan Narayanan | Method and apparatus for the prevention of critical process variable excursions in one or more turbomachines |
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 |
FR2995356A1 (en) * | 2012-09-11 | 2014-03-14 | Renault Sa | Turbo compressor system for internal combustion engine of car, has control unit calculating power value of compressor, where power value is measured according to gas temperature in manifold and flow rate of gas passing via compressor |
RU2645821C1 (en) * | 2017-06-06 | 2018-02-28 | Акционерное общество "Газпром газораспределение Тула" | Device for pressure regulation in gas line with turbo-expander |
RU2665012C1 (en) * | 2017-11-28 | 2018-08-24 | Акционерное общество "Газпром газораспределение Тула" | Device for adjustment of the turboexpander with variable load |
RU2680638C1 (en) * | 2018-07-10 | 2019-02-25 | Акционерное общество "Газпром газораспределение Тула" | Gas pressure control device with turboexpander |
-
2019
- 2019-11-13 RU RU2019136619A patent/RU2723345C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060283169A1 (en) * | 2004-01-13 | 2006-12-21 | Krishnan Narayanan | Method and apparatus for the prevention of critical process variable excursions in one or more turbomachines |
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 |
FR2995356A1 (en) * | 2012-09-11 | 2014-03-14 | Renault Sa | Turbo compressor system for internal combustion engine of car, has control unit calculating power value of compressor, where power value is measured according to gas temperature in manifold and flow rate of gas passing via compressor |
RU2645821C1 (en) * | 2017-06-06 | 2018-02-28 | Акционерное общество "Газпром газораспределение Тула" | Device for pressure regulation in gas line with turbo-expander |
RU2665012C1 (en) * | 2017-11-28 | 2018-08-24 | Акционерное общество "Газпром газораспределение Тула" | Device for adjustment of the turboexpander with variable load |
RU2680638C1 (en) * | 2018-07-10 | 2019-02-25 | Акционерное общество "Газпром газораспределение Тула" | Gas pressure control device with turboexpander |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11767603B2 (en) | Modular systems for hydrogen generation and methods of operating thereof | |
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 | |
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 | |
US7656060B2 (en) | Power system with method for adding multiple generator sets | |
Cosse et al. | Turbine/generator governor droop/isochronous fundamentals-A graphical approach | |
RU2680638C1 (en) | Gas pressure control device with turboexpander | |
JP5047278B2 (en) | Power quality compensator | |
JP2009207225A (en) | Distributed power supply | |
RU2645821C1 (en) | Device for pressure regulation in gas line with turbo-expander | |
RU2723345C1 (en) | Gas pressure control device with turbo-expander | |
RU2579301C1 (en) | Turbo-expander control device | |
RU2665012C1 (en) | Device for adjustment of the turboexpander with variable load | |
JP3461495B2 (en) | Wind power output limiting system and method | |
Castillo et al. | Control of an island Micro-hydropower Plant with Self-excited AVR and combined ballast load frequency regulator | |
RU2587021C1 (en) | Device for pressure regulation in gas line | |
RU78339U1 (en) | DEVICE FOR REGULATING THE PRESSURE IN THE GAS PIPELINE | |
RU2634161C1 (en) | Device for controlling turbo-expander with adaptation to external load | |
CA2762610A1 (en) | Method of detecting an unintentional island condition of a distributed resource of a utility grid, and protective apparatus and controller including the same | |
CN102255516A (en) | High-voltage converter and fan and water pump application system thereof | |
RU2626268C1 (en) | Turboexpander device with pressure regulation in gas pipeline | |
RU81767U1 (en) | GAS DISTRIBUTION STATION WITH ELECTRIC GENERATING DEVICE | |
RU2611120C1 (en) | Device adaptive control of expansion turbines | |
Xu et al. | Coordinative control of CHP generation and battery for frequency response | |
RU2767847C1 (en) | Expander-generator pressure regulator with additional electrical control |