Енергозбереження на газових компресорних станціях за рахунок корисного використання енергії надлишкового тиску паливного газу

Abstract

Розглянуто значення природного газу в житті суспільства і необхідність здійснення його збереження в сучасних умовах. Описано умови транспортування газу на великі відстані, призначення та принцип роботи газових компресорних станцій на прикладі КС-10 ЦГТП/32,4-55. Проведено розрахунок термодинамічних характеристик газотурбінного двигуна АІ-336-2-8, що є енергоприводом на компресорній станції. Визначено показники його енергоспоживання та розраховано кількість викидів СО₂ та NOx в атмосферне повітря. Показано, що потенційна енергія природного газу, який служить паливом для двигуна, безповоротно втрачається у регулюючому крані. Зазначено також, що одним з недоліків роботи газотурбінного двигуна є залежність ефективності його роботи від температури атмосферного повітря. Розглянуто можливість вдосконалення технологічної схеми компресорної установки з метою здійснення енергозбереження. Запропоновано технічне рішення, що полягає у використанні потенціальної енергії паливного газу при встановленні турбодетандера замість регулюючого крана і застосуванні його механічної роботи для стиснення атмосферного повітря перед компресором газотурбінного двигуна. Показано, що додаткове використання холодопродуктивності турбодетандера для охолодження атмосферного повітря перед компресором також дозволить досягти підвищення коефіцієнта корисної дії двигуна. Побудована модель енергоефективної установки і виконані розрахункові дослідження показників досягнення економії паливного газу та зменшення обсягів викидів продуктів його горіння. Проведено дослідження доцільності впровадження запропонованого технічного рішення, яке показало перспективність реалізації розглянутого підходу до рішення задачі енергозбереження. Розраховані потенційні значення річної економії природного газу у випадку широкого впровадження запропонованого удосконалення на компресорних станціях України.

The importance of natural gas in the life of society and the significance for its saving in modern conditions are considered. The conditions for transporting gas over long distances, the purpose and principle of operation of gas compressor stations are described on the example of KS-10 TsGTP/32.4-55. The thermodynamic characteristics of the AI-336-2-8 gas turbine engine that serves as an energy drive at the compressor station is calculated. The indicators of engine energy consumption, the amount of CO₂ and NOx emissions are determined. The fact that the potential energy of natural gas used as an engine fuel is irretrievably lost in the control valve is shown. One of the drawbacks of the gas turbineengine operation that its efficiency is dependence on the temperature of atmospheric air is noted. The possibility of improving the compressor technological scheme in order to implement energy saving is considered. The technical solution to use the potential energy of the fuel gas due to installing a turbo-expander instead of regulating crane, and to use its mechanical work to compress atmospheric air before the compressor of gas turbine engine, is proposed. The fact that the additional use of turbo-expander cooling capacity for cooling the atmospheric air before the compressor will also make it possible to achieve an increase in the efficiency of the engine is shown. The model of energy efficient installation is built and the calculated studies of the indicators of fuel gas saving and emissions reduction of its combustion products are performed. A study of the expediency of the proposed technical solution introducing, that showed the viability of the implementation of the considered approach to solving the problem of energy saving, is carried out. The potential values of the annual natural gas savings in the case of the widespread introduction of the proposed improvement at compressor stations in Ukraine are calculated.