DE977456C

DE977456C - Einrichtung zur Druckminderung in Gasleitungen

Info

Publication number: DE977456C
Application number: DEW5982A
Authority: DE
Inventors: Max Dipl-Ing Dr-Ing Dr Ju Wolf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1951-06-08
Filing date: 1951-06-08
Publication date: 1966-06-23

Description

Die Ausdehnung der Ferngasnetze aller Art bedingt einen Übergang auf immer höhere Drücke. Es ist damit zu rechnen, daß in Kürze Drücke von 20 atü allgemein eingeführt werden, wenn man nicht auf noch höhere Drücke, beispielsweise von 40 und 100 atü, übergeht. Die Kompressionsarbeit, die für die jährlich zu komprimierenden Mengen von mehreren Milliarden Kubikmetern Gas aufzuwenden ist, ist sehr beträchtlich. Diese Arbeit wird entweder in Rohrreibung aufgezehrt oder geht verloren, weil das Ferngas am Verbrauchsschwerpunkt in Reduzierstationen auf den benötigten, z. B. den Ortsgasdruck gebracht wird.

Es ist allerdings auch schon bekannt, diese Druckenergie zum Teil wieder in andere Energieformen umzuwandeln; hierbei werden zur Druckminderung nicht, wie bisher, Reduzierventile u. dgl. verwendet, sondern eine Turbine, die ihren Betriebsstoff aus dem Ferngasnetz entnimmt und zum Antrieb eines an einer Zwischenpumpstation benötigten Gasverdichters dient. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, als Zwischenglied zwischen einem Leitungsteil höheren Drucks und einem solchen niederen Drucks eine vorzugsweise mit einem elektrischen Generator gekuppelte Turbine vorzusehen, durch die das Gas ohne stoffliche Veränderung strömt.

Die Erfindung, die sich auf eine solche Einrichtung zur Druckminderung in Gasleitungen, insbesondere an den Übergabestellen von Ferngasleitun-

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gen an ein Verbrauchernetz, bezieht, besteht darin, daß zwischen dem Leitungsteil hohen Drucks und der Turbine ein Gaserhitzer und ein ihm vorgeschalteter Gasverdichter eingeschaltet sind und der S Gaserhitzer sowie der Gasverdichter vorzugsweise entsprechend dem günstigsten adiabatischen Wärmegefälle des Gases in der Turbine bemessen sind. Durch das Vorschalten eines Gasverdichters und eines Gaserhitzers kann erreicht werden, daß ίο trotz der in Ferngasleitungen häufig auftretenden Druckschwankungen das Druckgefälle in der Turbine konstant gehalten und die Turbine daher mit reiner Mengenregelung (Teilbeaufschlagung) betrieben werden kann.

Am Gaserhitzer und gegebenenfalls am Verdichter können Mittel zur Leistungsregelung der Turbine vorgesehen sein, z. B. zur Veränderung der Verbrennungsteniperatur im Gaserhitzer bzw. zur Änderung der Drücke, vornehmlich des Verdichterdrucks und/oder der Gasmenge und/oder der Gastemperaturen. Zweckmäßig werden solche Turbinen verwendet, die auch wechselnde Gasdrücke und -mengen verarbeiten können. Das in der Turbine entspannte Gas kann in einem oder mehreren Wärmeaustauschern oder Kühlsystemen an einem betriebsfremden Verbraucher, beispielsweise einem Fernheizungssystem, vorbeigeführt werden. Mit dem Kühlsystem des Verdichters kann ebenfalls eine Fernwärmeversorgung betrieben werden. Die Turbine kann gegebenenfalls in Hoch-, Mittel- und Niederdruckteile zerlegt sein, die in Mehrwellenanordnung verschiedene Verdichter und Generatoren getrennt antreiben. Der Verdichter kann beispielsweise auch mit einem Anwurfmotor gekuppelt sein, der nach Bedarf auch als Generator arbeiten kann.

Im einzelnen sei die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung in schematischer Form dargestellt sind, erläutert. Es zeigt Fig. ι eine Druckminderungseinrichtung mit der Turbine vorgeschaltetem Verdichter und Gaserhitzer,

Fig. 2 eine Erweiterung der Einrichtung nach Fig. ι durch Anordnung einer Hochdruckturbine und einer Niederdruckturbine und

Fig. 3 eine Einrichtung nach Fig. 2 in Verbindung mit einer Wärmeversorgung.

In allen Figuren ist der Leitungsteil höheren Drucks, der vorzugsweise aus einer Ferngasleitung besteht, mit 1 bezeichnet; er führt zu einer Turbine 2, die mit einem elektrischen Generator 3 gekuppelt ist und von der niederdruckseitig eine weitere Leitung 4 abgeht, die beispielsweise mit einem in der Nähe befindlichen Ortsgasnetz verbunden ist. Der vor die Turbine 2 geschaltete Verdichter ist mit 13 und der Gaserhitzer mit 5 bezeichnet. Wird die Turbine 2 in einen Hoch- und Niederdruckteil in Mehrwellenanordnung unterteilt, so werden die Hochdruckteile zusätzlich durch den Buchstaben α und die Niederdruckteile durch den Buchstaben b gekennzeichnet. Der die Turbinenabwärme verwertende Gasvorwärmer wird einheitlich mit 6, der nachgeschaltete erste Luftvorwärmer mit 7, der zweite Luftvorwärmer, der sich in der Abgasleitung 10 befindet, mit 9, die Brennstoffzuleitung mit 11 und die Zündgasleitung mit 12 bezeichnet. Andere Anlageteile haben bei den verschiedenen Schaltungen nur dann gleiche Bezifferung, wenn sie die gleiche Aufgabe zu erfüllen haben.

Um der Turbine 2 ein günstigeres Wärmegefälle zur Verfügung stellen zu können, wird das ankommende Ferngas 1 nach dem Verdichten im Verdichter 13 in einem Gaserhitzer 5 auf eine höhere Temperatur gebracht und durchströmt dann die Turbine 2 (Fig. 1). Die am Turbinenaustritt noch vorhandene Wärme kann in einem Gasvorwärmer 6 zur Aufheizung des Ferngases und in einem Luftvorwärmer 7 zum Vorwärmen der Verbrennungsluft 8 dienen. Die Verbrennungsluft kann in einer weiteren Stufe in einem Luftvorwärmerg, der in die Abgasleitung 10 des Gaserhitzers 5 eingebaut ist, noch höher erhitzt werden. Der Gaserhitzer 5 selbst kann über 11 mit Brennstoffen jeglicher Art betrieben werden. Von der Ferngasleitung kann weiter eine Zündgasleitung 12 abzweigen, die gegebenenfalls auch so bemessen sein kann, daß sie bei Ausfall der sonstigen Brennstoffzufuhr über 11 den Gaserhitzer 5 allein befeuern kann.

Fig. 2 entspricht im wesentlichen der Fig. 1, mit dem Unterschied, daß in Anpassung an die üblichen Bauweisen die Turbine 2 in eine Hochdruckturbine 2 α, die den Verdichter 13 antreibt, und in eine Niederdruckturbine 2b, die den Generator 3 dreht, aufgeteilt ist. Auch hier ist eine zweistufige Vorwärmung der Verbrennungsluft vorgesehen.

Fig. 3 entspricht im wesentlichen der Fig. 2. Hier wurden nur einige Möglichkeiten der Wärmegewinnung für Wärmezwecke und verschiedene Möglichkeiten zur Regulierung dieses Prozesses eingezeichnet. Das ankommende Ferngas 1 tritt zunächst in den Verdichter 13, dessen verschiedene Stufen so weit gekühlt werden, daß das den Verdichter verlassende Gas eine so niedrige Temperatur hat, daß es im Gasvorwärmer 6 dem aus der Niederdruckturbine 2 b austretenden Gase möglichst viel von seiner Wärme entziehen und damit im Turbinenprozeß ein möglichst günstiges Gefälle erzielen kann. Das vom Verdichter 13 kommende Gas wird im Gasvorwärmer 6 auf höhere Temperatüren gebracht und tritt in den Gaserhitzer 5 ein, durchströmt dann die Hochdruckturbine 2 α, die über ein Getriebe 19 und eine Kupplung 20 mit dem Verdichter 13 verbunden ist, dann die Niederdruckturbine 2 b, die den Hauptgenerator 3 antreibt, dann den Gasvorwärmer 6, dann den Luftvorwärmer 7, der die Verbrennungsluft 8 in der ersten Stufe erwärmt, dann den Wärmeaustauscher 24, der Warmwasser in der ersten Stufe aufwärmt, um dann heruntergekühlt in das Ortsgasnetz 4 auszu- iao treten. Die Verbrennungsluft 8 wird zunächst im Luftvorwärmer 7 erwärmt und dann in dem in der Abgasleitung 10 des Gaserhitzers 5 angebrachten Luftvorwärmer 9 weiter erhitzt, um dann in den Gaserhitzer 5 einzutreten. Die Brennstoffzuleitung und die Zündgasleitung 12 haben die gleichen

Aufgaben wie in Fig. 2. Die Kühler i8 des Verdichters 13 werden von Kühlwasser 21 durchströmt, das Heizungszwecken dienen kann.

In einem weiteren Wasserkreislauf wird Wasser für Wärmezwecke 23 eingeführt, durchströmt den Wärmeaustauscher 24 und schließlich einen in der Abgasleitung 10 eingebauten Abgaserhitzer für Dampf oder Wasser 25, um dann über 26 zum Verwendungsort weitergeleitet zu werden. Der Prozeß wird reguliert durch Änderung der Brennstoffzufuhr 11, der Verbrennungsluft 8, der Verdichtung im Verdichter 13 durch Veränderung der Drehzahl, wenn das Getriebe 19 regulierbar ist, und durch Erhöhung und Verminderung der Menge des Kühlwassers 21 und 23 usw. Die Einrichtung ist weiterhin so beschaffen, daß sie gegebenenfalls unter Ausrücken der Kupplung 20 über einen Anwurfmotor 16 den Kompressor 13 antreiben kann. Der Anwurfmotor 16 kann wie der Hauptgenerator 3 auf das elektrische Netz 27 geschaltet werden und als Nebengenerator besonders in der Nachtzeit dienen, wenn der Einsatz des Hauptgenerators 3 unwirtschaftlich wäre.

Die Einrichtungen nach der Erfindung beschränken sich nicht auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele, sondern können in mannigfacher Weise abgewandelt werden. So sind beispielsweise auch andere Anordnungen zur Ausnutzung der Abwärme und zur Vorwärmung möglich. Ferner sind andere Anordnungen des Kompressors an anderer Stelle des Prozesses oder das Betreiben der verschiedenen Wärmeaustauschapparate im Gleichstromprozeß statt im Gegenstrom oder kombinierter Gleich- und Gegenstromprozeß möglich.

Weiterhin ist in allen Fällen ein Parallelarbeiten mit einem Speicher, insbesondere einem Hochdruckspeicher, zweckmäßig, aber nicht notwendig (Möglichkeit der Pumpspeicherung).

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Einrichtung zur Druckminderung in Gasleitungen, insbesondere an den Übergabestellen von Ferngasleitungen an ein Verbrauchernetz, bestehend aus einer Turbine, die als Zwischenglied zwischen einem Leitungsteil höheren Drucks und einem solchen niederen Drucks dient und die von dem Gas ohne stoffliche Veränderungen durchströmt wird, dadurch gekenn zeichnet, daß zwischen dem Leitungsteil höheren Drucks (1) und der Turbine (2) ein Gaserhitzer (5) und ein ihm vorgeschalteter Gasverdichter (13) eingeschaltet sind und Gaserhitzer sowie Gasverdichter vorzugsweise entsprechend dem günstigsten adiabatischen Wärmegefälle des Gases in der Turbine bemessen sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Leistungsregelung der Turbine am Gaserhitzer und gegebenenfalls am Verdichter Mittel zur Veränderung der Verbrennungstemperatur im Gaserhitzer bzw. Änderung der Drücke in der Einrichtung, vornehmlich des Verdichterdi"ucks und/oder der Gasmenge und/oder der -temperaturen vorgesehen sind.
3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, gekennzeichnet durch die Verwendung solcher Turbinen, die auch wechselnde Gasdrücke und -mengen verarbeiten können.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen oder mehrere Wärmeaustauscher oder Kühlsysteme, in denen das in der Turbine entspannte Gas an einem betriebsfremden Wärmeverbraucher, beispielsweise einem Fernheizungssystem, vorbeigeführt wird.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auch durch das Kühlsystem des Verdichters eine Fernwärmeversorgung betrieben wird.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine in Mehrwellenanordnung mit ihren Hoch-, Mittel- und Niederdruckteilen die Verdichter und Generatoren getrennt antreibt.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung mit einem Speicher, vornehmlich einem Hochdruck-Gasspeicher, verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Auszug aus der Patentanmeldung L 107817 in »Fiat-Berichte«, Bd. 18, S. 758.

In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 835 434.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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