2.7.2. Технология использования двухконтурной пгу для совершения дополнительной механической работы – привода нагнетателя
Использование ПГУ в составе КС МГ позволит не только экономить топливный газ и сократить его расход.
Эффективность ПГУ проявится, главным образом, в том, что паровая турбина установки будет служить приводом нагнетателю газа.
Эффект получается большой. Подсчитано, что замена на компрессорных станциях газотранспортной системы Украины эксплуатируемых газовых турбин комбинированными газопаротурбиннными установками позволит снизить расход топливного газа на 40 – 60 %, что составит 1,8 – 2,8 млрд. м3/год или 144 – 244 млн. долл. США в год (в ценах 2004 г.).
На рис. 7.3 приведена технологическая схема теплоутилизационной установки на КС для привода нагнетателя природного газа. По предлагаемой схеме, на КС, оборудованной 5-ью нагнетателями природного газа, будут работать с приводом от ГТД три нагнетателя, а два оставшихся нагнетателя природного газа будут работать от утилизационных турбин. При этом расчётное снижение расхода топливного газа составляет 40 % от проектного.
Для предупреждения замерзания воды в трубах в качестве рабочих тел двух контуров предложено использовать водный раствор н-пропанола (пропиловый спирт) и бутан.
Во-первых, азеотропный 80-и %-й водный раствор н-пропанола является хорошим антифризом и не замерзает при температуре - 40 °С.
Во-вторых, он удобен для использования в ПГУ вместо воды, т.к. температуры кипения н-пропанола и воды различаются на 2 °С, а правые пограничные кривые на термодинамических диаграммах близко расположены и эквидистантны друг другу. Практически он ведет себя как однородная жидкость, и разделение смеси на отдельные компоненты в испарителе и в конденсаторе практически не происходит.
И наконец, н-пропанол является доступным продуктом и производится отечественной промышленностью. Бутан также является доступным естественным углеводородом, который производится на газоперерабатывающих и нефтеперерабатывающих заводах.
Бутан удобен в качестве рабочего тела, т.к. при положительных температурах окружающей среды давление конденсации насыщенных паров бутана больше атмосферного, что автоматически исключает применение в паросиловом цикле теплоутилизационных систем деаэраторов.
Рассмотренный вариант утилизации тепла выхлопных газов с трансформацией его в механическую энергию привода нагнетателей является эффективным и приемлемым для условий КС МГ. Реализация этого проекта возможна как на этапе проектирования и сооружения МГ, так и при реконструкции КС МГ.
По данной схеме эффект достигается за счет более глубокой утилизации тепловых ВЭР в двухконтурной теплоутилизационной установке. Дополнительно вырабатываемая мощность снимается как с вала утилизационной водопропаноловой турбины, так и с вала утилизационной бутановой турбины.
Рисунок 7.3 - Принципиальная технологическая схема теплоутилизационной установки на КС для привода нагнетателя природного газа:
1 - нагнетатель природного газа с утилизационными турбинами в качестве привода; 2 -нагнетатель природного газа с газотурбинным приводом; 3 - бутановая утилизационная турбина; 4 - водопропаноловая утилизационная турбина; 5 - силовая турбина ГТД; 6 -камера сгорания ГТД; 7 - воздушный компрессор ГТД; 8 - водопропаноловый пароперегреватель котла-утилизатора; 9 - водопропаноловый испарительный теплообменник котла-утилизатора; 10 - водопропаноловый экономайзер котла-утилизатора; 11 - бутановый пароперегреватель котла-утилизатора; 12 - барабан водопропанолового испарительного теплообменника; 13 - водопропаноловый циркуляционный насос; 14 - водопропаноловый питательный насос; 15 - бутановый питательный насос; 16 - емкость для водопропанола; 17 - емкость для бутана; 18 - бутановый испарительный теплообменник; 19 - бутановый экономайзер; 20 - воздушный конденсатор паров бутана; ПГ- природный газ, ПС - продукты сгорания.
Большим преимуществом двухконтурной ПГУ является использование в рабочих контурах жидкостей, незамерзающих при эксплуатационных температурах. Водный раствор пропанола и бутан обеспечивают вместе эффективную работу теплоутилизационной установки без применения деаэраторов в условиях глубокого охлаждения продуктов сгорания ГТД.