Способ и устройство для расширения потока газа - RU2016149626A

1. Способ расширения потока (Q) газа или смеси газов, например, пара или аналогичных газов, между входом (А) для подачи газа, подлежащего расширению при определенных входных параметрах входного давления (Р_А) и входной температуры (T_A), и выходом (В) для подачи расширенного газа при определенных выходных параметрах выходного давления (P_B) и выходной температуры (T_B), включающий по меньшей мере стадию по меньшей мере частичного расширения потока газа между входом (А) и выходом (В) через редуцирующий клапан (5) и по меньшей мере частичного расширения газа в блоке (10) понижения давления с ротором (11), приводимым в движение газом, и имеющим выходной вал (12), для преобразования энергии, содержащейся в газе, в механическую энергию на указанном валу (12), отличающийся тем, что поток газа, подлежащего расширению, пропускают параллельно через редуцирующий клапан (5) и через блок (10) понижения давления, при этом субпоток (Q₁) расширяемого потока газа (Q) протекает через редуцирующий клапан (5), и субпоток (Q₂) протекает через блок (10) понижения давления, таким образом, что оба субпотока (Q₁ и Q₂) расширяются до желательного выходного давления (P_B), после чего оба субпотока (Q₁ и Q₂) объединяют при одинаковом желательном выходном давлении (P_B) для подачи расширенного потока газа при указанных желательных выходных параметрах (P_B и T_B) на выходе (В).

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что между входом (А) и выходом (В) не применяют охлаждение для охлаждения расширенного потока газа или потока газа, подлежащего расширению.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что поступающий на вход (А) газ является по существу насыщенным паром, или слегка перегретым паром, или слегка двухфазной смесью пара и жидкости.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что расширение протекает до достижения выходных параметров (P_B и T_B) подаваемого расширенного газа, которые соответствуют параметрам по существу насыщенного пара или слегка перегретого пара.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что блок (10) понижения давления представляет собой винтовой детандер.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что расширение протекает до достижения выходных параметров (P_B и T_B) подаваемого расширенного газа, которые соответствуют параметрам пара, находящегося в равновесии с небольшим количеством капель жидкости.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поток газа (Q), подлежащего расширению, разделяют на субпоток (Q₁), который пропускают через редуцирующий клапан (5), и субпоток (Q₂), который пропускают через блок (10) понижения давления, таким образом, что при объединении субпотоков (Q₁ и Q₂), каждый из которых имеет давление, равное желательному выходному давлению (Р_в), но выходную температуру, отличающуюся от желательной выходной температуры (T_B), получают общую температуру, которая равна указанной желательной выходной температуре (T_B).

8. Способ по п. 1 или 7, отличающийся тем, что для разделения потока (Q) газа, подлежащего расширению редуцирующий клапан (5) и/или скорость блока (10) понижения давления регулируют, чтобы обеспечить увеличение или уменьшение потока газа.

9. Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что при пуске контроллера для получения желательной рабочей точки (P_B и T_B) на выходе (В), поток (Q) газа, подлежащего расширению, разделяют на указанные субпотоки (Q₁ и Q₂) согласно фиксированному соотношению между потоками, при этом предпочтительно разделяют на два равных субпотока (Q₁ и Q₂).

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что для управления суммарный объединенный поток (Q) сначала регулируют посредством увеличения или уменьшения обоих субпотоков (Q₁ и Q₂) согласно указанному фиксированному соотношению до тех пор, пока давление на выходе (В) не сравняется с указанным желательным выходным давлением (P_B).

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что

когда давление на выходе (В) ниже желательного давления (P_B), субпотоки (Q₁ и Q₂) увеличивают до тех пор, пока давление на выходе (В) не сравняется с желательным выходным давлением (P_B); или

когда давление на выходе (В) выше желательного давления (P_B), субпотоки (Q₁ и Q₂) уменьшают до тех пор, пока давление на выходе (В) не станет равным желательному выходному давлению (P_B).

12. Способ по п. 10 или 11, отличающийся тем, что затем соотношение субпотоков (Q₁ и Q₂) регулируют с сохранением полученного суммарного расхода (Q) потока, с тем чтобы получить желательную выходную температуру (T_B).

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что соотношение субпотоков (Q₁ и Q₂) регулируют следующим образом:

когда температура на выходе (В) ниже желательной выходной температуры (T_B), путем увеличения субпотока (Q₁), проходящего через редуцирующий клапан (5), и уменьшения субпотока (Q₂), проходящего через блок (10) понижения давления, в равной степени, пока температура на выходе (В) не станет равной желательной выходной температуре (T_B); или

когда температура на выходе (В) выше желательной выходной температуры (T_B), путем уменьшения субпотока (Q₁), проходящего через редуцирующий клапан (5), и увеличения субпотока (Q₂), проходящего через блок (10) понижения давления, в равной степени, пока температура на выходе (В) не станет равной желательной выходной температуре (T_B).

14. Способ расширения потока (Q) газа или смеси газов, например, пара или аналогичных газов, между входом (А) для подачи газа, подлежащего расширению при определенных входных параметрах входного давления (P_A) и входной температуры (T_A), и выходом (В) для подачи расширенного газа при определенных желательных выходных параметрах выходного давления (P_B) и выходной температуры (T_B), включающий по меньшей мере стадию по меньшей мере частичного расширения потока газа между входом (А) и выходом (В) через редуцирующий клапан (5) и по меньшей мере частичного расширения газа в блоке (10) понижения давления с ротором (11), приводимым в движение газом, и имеющим выходной вал (12) для преобразования энергии, содержащейся в газе, в механическую энергию на указанном валу (12), отличающийся тем, что поток (Q) газа, подлежащего расширению, направляют на две последовательные стадии расширения, через редуцирующий клапан (5) и через блок (10) понижения давления, причем редуцирующим клапаном (5) и блоком (10) понижения давления управляют таким образом, что после первой стадии расширения получают промежуточную рабочую точку (С) с промежуточным давлением (P_C) и температурой (T_C), которая обеспечивает расширение на второй стадии расширения до давления и температуры, соответствующих желательным выходному давлению (P_B) и выходной температуре (T_B).

15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что промежуточное давление (P_c) и промежуточную температуру (T_c) определяют на основе расчетного алгоритма (22), посредством чего кривую расширения (7) первой стадии расширения определяют на основе входных параметров (P_A и T_A), а кривую расширения (19) второй стадии расширения определяют на основе желательных выходного давления (P_B) и выходной температуры (T_B), в соответствии с чем желательную промежуточную рабочую точку (С) определяют в виде участка между двумя кривыми расширения (7 и 19).

16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что желательное выходное давление (P_B) на выходе (В) сначала достигается путем регулирования суммарного потока Q, и затем желательное рассчитанное промежуточное давление в промежуточной рабочей точке (С) достигается путем регулирования соотношения между степенью открытия редуцирующего клапана (5) и скоростью блока (10) понижения давления.

17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что при пуске устройства (1) блоком (10) понижения давления управляют на минимальной скорости, и редуцирующий клапан (5) систематически открывают до тех пор, пока не будет достигнуто желательное выходное давление (P_B).

18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что переходное давление промежуточного рабочего давления регулируют следующим образом:

когда переходное давление ниже желательного переходного давления (P_c), путем увеличения скорости блока (10) понижения давления до тех пор, пока не будет достигнуто желательное переходное давление (P_c), или

когда переходное давление выше желательного переходного давления (P_c), путем большей степени перекрытия редуцирующего клапана (5) до тех пор, пока не будет достигнуто желательное переходное давление (P_c).

19. Способ по любому из пп. 15-18, отличающийся тем, что первая стадия расширения происходит на редуцирующем клапане (5), за которой следует вторая стадия расширения в блоке понижения давления.

20. Устройство для расширения потока (Q) газа или смеси газов, например, пара или аналогичных газов, которое содержит вход (А) для подачи газа, подлежащего расширению при определенных входных параметрах входного давления (P_A) и входной температуры (T_A), и выход (В) для подачи расширенного газа при определенных желательных выходных параметрах выходного давления (P_B) и выходной температуры (T_B), отличающееся тем, что указанное устройство (1) обеспечивает осуществление способа по любому из пп. 1-19, и для этого содержит редуцирующий клапан (5) и блок (10) понижения давления с ротором (11), который приводится в движение газом, и имеет выходной вал (12) для преобразования энергии, содержащейся в газе, в механическую энергию на валу (12), а также трубопроводы (6) для направления расширяемого потока (Q) газа по меньшей мере частично через редуцирующий клапан (5) и по меньшей мере частично через блок (10) понижения давления, посредством чего редуцирующий клапан (5) и/или блок (10) понижения давления являются регулируемыми, и указанное устройство снабжено контроллером (9) с алгоритмом для регулирования редуцирующего клапана (5) и блока (10) понижения давления таким образом, чтобы выходное давление и выходная температура соответствовали желательным давлению (P_B) и температуре (T_B), которые заданы в контроллере (9).

21. Устройство по п. 20, отличающееся тем, что редуцирующий клапан (5) имеет регулируемый проход.

22. Устройство по п. 20, отличающееся тем, что блок (10) понижения давления представляет собой винтовой детандер с регулируемой скоростью.

23. Устройство по любому из пп. 20-22, отличающееся тем, что указанные трубопроводы (6) являются такими, что расширяемый поток (Q) газа направляется от входа (А) к выходу (В) через редуцирующий клапан (5) и блок (10) понижения давления, установленные параллельно или последовательно.