5.7. Турбодетандер

Одним из направлений снижения технологических потерь транспорта газа является рациональное использование энергии, теряемой при снижении давления газа на газораспределительных станциях (ГРС) и при подготовке топливного газа. Снижение давления традиционно происходит дросселированием технологического газа. Использовать энергию газового потока, высвобождаемую при снижении давления газа, можно путем применения турбодетандера, представляющего собой газовую турбину, работающую на перепаде давления дросселируемого газа. Применение турбодетандера позволяет получить полезную мощность, используемую, например, для выработки электроэнергии. Величина вырабатываемой мощности зависит от степени понижения давления и расхода газа в турбодетандере. На рис. 5.6 представлена примерная зависимость мощности турбодетандера от степени понижения давления газа и числа работающих на номинальном режиме ГПА-Ц-16 (расхода топливного газа), из которой следует, что при ограничении давления на выходе турбодетандера 3 МПа и давления в газопроводе 5,40 и 7,35 МПа при работе одного ГПА можно получить полезную мощность ~100 и ~120 кВт, соответственно. При работе пяти ГПА-Ц-16 полезная мощность при тех же степенях понижения давления газа увеличивается соответственно до 240 и 300 кВт.

Рис. 5.6. Зависимость мощности ПЭГА от числа работающих ГПА-Ц-16 и степени понижения давления

Процесс расширения газа в турбине турбодетандера сопровождается понижением его температуры; поэтому, если обеспечить теплообмен между воздухом, отбираемым за осевым компрессором ГТУ, и топливным газом, можно осуществить подогрев топливного газа и тем самым получить его экономию до 10-12 %.

Конструктивное исполнение турбодетандера совместно с электрогенератором и системой регулирования представляет собой пневмоэлектрогенераторный агрегат (ПЭГА), структурная схема которого представлена на рис. 5.7. Там же схематично показан график изменения давления и температуры газа в турбине и проточная часть турбины. Работа ПЭГА заключается в следующем. Газ из магистрального газопровода через управляемый кран Ки дозатор Д поступает к сопловому аппарату СА газовой турбины. В сопловом аппарате увеличивается скорость газа за счет снижения давления (потенциальная энергия газа преобразуется в кинетическую). Газ воздействует на рабочие лопатки турбины, создает окружное усилие на рабочем колесе ротора, который через упругую муфту приводит во вращение электрогенератор Г. Частота вращения ротора генератора поддерживается центробежным регулятором путем изменения подачи газа в турбину с помощью дозирующего элемента дозатора Д. При высоких давлениях >3 МПа рабочего газа осуществляется непрерывное автоматическое регулирование подачи газа с помощью дозатора. В случае снижения давления газа ниже 3 МПа (ГРС) и необходимости увеличения мощности включается дискретное регулирование, увеличивая расход газа через кран К.

Рис. 5.7. Структурная схема ПЭГА (а) и схема проточной части турбины (б):

ТД - турбодетандер; Г - генератор; Д - дозатор газа; РЧВ - регулятор частоты вращения; СА - сопловой аппарат; РК - рабочее колесо; НА - направляющий аппарат