Поступая в городские и промышленные системы из магистральных трубопроводов, природный газ проходит через редукционные клапаны, где выполняется снижение его давления. Это является потерей потенциальной энергии газового потока, которую можно и нужно использовать. Данная идея была успешно реализована на практике посредством установки больших турбодетандерных механизмов для выработки электричества (московская ТЭЦ-22). Кроме крупных ГРС подобные проекты можно применить и для небольших подстанций.
Базовые направления использования энергии
Практически все существующие проекты задействования энергии, высвобождающейся при понижении давления газа, направлены именно на производство электричества. Но адиабатное расширение газа приводит и к значительному уменьшению температуры рабочей среды, которое зависит от отношения входного и выходного давлений. Согласно расчетам, понижение до 0,3 МПа (с 1,2 МПа, что наблюдается на многих станциях) приводит к падению температуры газа на 55±5 °C. Если исходная температура среды составляла 20 °C, то на выходе из детандера (расширительной машины) поток охладится до -35±5 °C. Это позволяет применять избыточную энергию давления газа не только для производства электричества, но и выработки холода, что делает целесообразным обустройство промышленных холодильников при ГРС.
Принципиальная схема детандерной установки
Схема энерготехнологической детандерной установки, предназначенной для ГРС с постоянными суточными затратами газа порядка 60 000 м3, показана на рисунке.
- Редукционный клапан.
- Детандер.
- Электрический генератор.
- Теплообменник.
- Холодильная камера.
- Циркуляционный насос.
- Контур, по которому движется хладагент.
- Сепараторное отделение.
Предварительная проработка показала, что хладопроизводительности такой установки достаточно для обеспечения стандартного промышленного рефрижератора объемом 270 т. Мощность генератора составляет 62,5 кВт, удельная выработка электричества – 0,025 кВт•ч/нм3. Этого хватит, чтобы покрыть собственные нужды рефрижератора (питание насосов, осветительных приборов, автоматики и проч.).
Особенности практической реализации
Целесообразность подобных проектов очевидна. Но практическая реализация на небольших ГРС затрудняется отсутствием детандеров, способных функционировать в вышеуказанных пределах давления при небольших затратах газа. Существующие турбинные агрегаты предназначены для крупных газорасходов. При небольших объемах необходимо значительно наращивать скорость вращения детандера, что негативно сказывается на его эффективности.
В целом, расширительная машина должна обеспечивать высокую степень расширения рабочего вещества, эффективное и надежное функционирование в переменных режимах, обладать нечувствительностью к образованию гидратов и выпадению конденсата, возможных в ходе расширения. Для небольших автоматических газораспределительных станций можно рекомендовать винтовые детандеры, которые соответствуют перечисленным условиям.