CN104880022A - 一种天然气管网压力能回收利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天然气管网压力能回收利用方法，包括：原料天然气进入第一换热器进行换热，再进入重烃分离罐，分离出的第一气相分为两路，第一路进入第二换热器，第二路进入膨胀机；第一路天然气换热后进入气液分离器，分离出的第二气相与来自膨胀机的天然气混合，与第一路天然气完成换热后，从第二换热器输出，与来自重烃分离器的第一液相混合，再进入第一换热器，与原料天然气完成换热，后输送到界外。通过本发明，取代了现有调压站的降压工艺，节约了现有天然气升温所消耗的燃料，有效的回收了压力能，同时，将转化得到的冷量用于生产液化天然气，提高了液化天然气的产量，提高了压力能的利用效率，实现了节能降耗。
Description
技术领域
本发明属于矿产资源开发与利用技术领域，具体涉及一种天然气管网压力能回收利用方法。
背景技术
石油气田开发出来的天然气，需要通过长输管网供给城市或企业使用，长距离的输送，需要增设加压站对天然气进行压缩才能实现。因此，天然气的使用压力远远低于供给压力，在天然气由高压管网进入中低压管网前要进行调压。现有调压方式一般为通过节流阀节流膨胀降压。膨胀降压过程使得高压天然气蕴含的巨大压力能完全没有利用。另外，为了消除降压过程中产生的低温，往往用燃气锅炉产生的热水对天然气进行加热，造成能源浪费。若能将降压过程中的压力能加以回收利用，一方面可以提高能源利用率降低管网的运行成本，另一方面可以降低调压过程中的噪音及对设备的损伤，有利于提高天然气工业的能源利用效率。
现有技术中，天然气压力能回收利用方案通常是通过气波制冷机、膨胀机等特定设备回收天然气管网的压力能，即将天然气膨胀降压后产生机械能和冷量，应用在发电、制冰、空调、天然气液化和轻烃分离等方面。其中，压力能发电工艺要求天然气的流量和压力相对稳定，但是天然气的使用存在严重的不均匀性，所以无法满足发电设备的稳定运行，并且天然气调压站的布局较为分散，而小型电力***不具备上网的条件，不利于建设大型电力回收***，只能在门站内自用，多余的电量不能储存造成浪费。天然气液化方面，由于天然气在常压下的液化温度为-162℃，所需的冷能品味较高，采用的低温压缩机依赖于进口，造价高、能耗大。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种天然气管网压力能回收利用方法，以充分的利用天然气降压过程中的压力能，优化调压方法，提高天然气工业的能源利用效率。
根据本发明的一个方面，提供了一种天然气管网压力能回收利用方法，所述方法包括如下步骤：
原料天然气从第一换热器的第一进口进入第一换热器，与来自第一换热器第二进口的天然气在所述第一换热器内进行换热；
所述第一换热器第一进口的天然气在换热完成后，从第一换热器第一出口输出并进入重烃分离罐，分离出的第一液相与来自第二换热器第二出口的天然气混合；分离出的第一气相分为第一路天然气和第二路天然气，所述第一路天然气从第二换热器的第一进口进入第二换热器，所述第二路天然气进入膨胀机；所述第二换热器第一进口的第一路天然气与来自第二换热器第二进口的天然气在所述第二换热器内进行换热；
所述第一路天然气在所述第二换热器内完成换热后从第二换热器的第一出口输出并经过节流后进入气液分离器，分离出的第二液相经过节流后进入液化天然气储罐，分离出的第二气相与来自膨胀机的天然气混合，从第二换热器的第二进口进入第二换热器；
所述第二换热器第二进口的天然气在所述第二换热器内完成换热后，从所述第二换热器的第二出口输出，与来自重烃分离器的第一液相混合后，从所述第一换热器的第二进口进入第一换热器，并在所述第一换热器内完成换热后，从所述第一换热器的第二出口输送到界外。
上述方案中，所述方法还包括：所述原料天然气从第一换热器的第一进口进入第一换热器之前，进入第一压缩机进行压缩；所述第一压缩机与所述膨胀机同轴。
上述方案中，所述方法还包括：所述原料天然气进入第一压缩机后、进入第一换热器之前，对原料天然气进行净化。
上述方案中，通过变压吸附和分子筛吸附对原料天然气进行净化。
上述方案中，所述方法还包括：所述从第一换热器的第二出口输出的天然气在输送到界外之前，分出一股作为净化***的再生气。
上述方案中，所述方法还包括：对用于热吹的所述再生气进行加热。
上述方案中，所述对再生气加热时，先采用热泵地源和/或空气泵热源加热，然后再用燃料气加热。
上述方案中，所述方法还包括：将所述液化天然气储罐中的天然气与进入第一换热器第一进口之前的原料天然气进行换热，换热完成后，将来自于所述液化天然气储罐中的天然气分为第一股天然气和第二股天然气，所述第一股天然气作为再生气加热用的燃料气，对所述第二股天然气进行压缩后，作为净化***的再生气或输送到外界。
上述方案中，所述对第二股天然气进行压缩，进一步为：所述第二股天然气先进入第二压缩机的第一段，压缩完成后从所述第二压缩机第一段出口输出，与所述再生气进行换热，再进入第二压缩机的第二段。
上述方案中，所述膨胀机与第一压缩机之间设置变速器。
上述方案中，所述气液分离器设置的操作压力不小于膨胀机出口压力。
上述方案中，所述气液分离器设置的操作压力比膨胀机出口压力高0.1-0.01Mpa。
本发明实施例所提供的天然气管网压力能回收利用方法，通过原料天然气从第一换热器的第一进口进入第一换热器进行换热，而后从第一换热器第一出口输出并进入重烃分离罐，分离出的第一液相与来自第二换热器第二出口的天然气混合；分离出的第一气相分为第一路天然气和第二路天然气，所述第一路天然气从第二换热器的第一进口进入第二换热器，所述第二路天然气进入膨胀机；第一路天然气与来自第二换热器第二进口的天然气在所述第二换热器内进行换热，而后从第二换热器的第一出口输出并经过节流后进入气液分离器，分离出的第二液相经过节流后进入液化天然气储罐，分离出的第二气相与来自膨胀机的天然气混合，从第二换热器的第二进口进入第二换热器，而后所述混合气体与第一路天然气完成换热后，从所述第二换热器的第二出口输出，与来自重烃分离器的第一液相混合后，从所述第一换热器的第二进口进入第一换热器，并在所述第一换热器内完成换热后，从所述第一换热器的第二出口输送到界外。本发明实施例的压力能回收利用方法，取代了现有调压站的降压工艺，节约了现有天然气升温所消耗的燃料，有效的回收了压力能，同时，将转化得到的冷量用于生产液化天然气，提高液化天然气的产量，有效提高了压力能的利用效率，达到了节能降耗的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一的天然气管网的压力能回收利用方法流程图；
图2为本发明实施例二的天然气管网的压力能回收利用过程中天然气走向示意图；
图3为本发明实施例三的天然气管网的压力能回收利用过程中天然气走向示意图；
图4为本发明实施例四的天然气管网的压力能回收利用过程中天然气走向示意图；
图5为本发明实施例五的天然气管网的压力能回收利用过程中天然气走向示意图；
图6为本发明实施例六的天然气管网的压力能回收利用过程中天然气走向示意图。
附图标记说明：
1-净化***；2-第三换热器；3A-第一换热器；3B-第二换热器；4-重烃分离罐；5-气液分离器；6-液化天然气储罐；7-膨胀机； 8-第一压缩机；9-第二压缩机；9A-第二压缩机第一段；9B-第二压缩机第二段。
具体实施方式
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面详细描述本发明的实施方式，通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本发明通过对调压工艺的优化，有效的回收了压力能，同时，将转化得到的冷量用于生产液化天然气，提高液化天然气的产量，有效提高了压力能的利用效率，达到了节能降耗的目的。下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步说明。
图1是本发明实施例一的天然气管网的压力能回收利用方法流程图。
如图1所示，本实施例的天然气管网压力能回收利用方法，包括如下步骤：
步骤S101，原料天然气从第一换热器的第一进口进入第一换热器，与来自第一换热器第二进口的天然气在所述第一换热器内进行换热。
这里的原料天然气，可以是来自门站的天然气。
本步骤中，所述原料天然气从第一换热器的第一进口进入第一换热器之前，还可以包括：
所述原料天然气进入第一压缩机进行压缩。这里的第一压缩机，与本实施例中的膨胀机同轴，在第一压缩机与膨胀机之间，还可以设置变速器。当膨胀机的输出功率足以带动第一压缩机工作时，控制***控制膨胀机的输出轴与变速器的输入端连接，变速器的输出端与第一压缩机连接，由膨胀机带动第一压缩机工作。当前端气量不稳定时，膨胀机的功率不足以带动第一压缩机工作时，控制***控制断开连接，第一压缩机不工作。
对原料天然气进行净化。这里通过净化***对所述原料天然气进行净化。净化***根据天然气的成分含量确定工艺，如脱水、脱酸气、脱汞、脱碳、脱重烃。通常情况下，采用变压吸附工艺脱除天然气中的水、酸性气体和汞，净化处理后天然气中H2O《1ppm，CO2《50ppm，Hg<0.01ug/N·m3。采用分子筛吸附脱除碳。通常情况下可以采用两级分子筛。
步骤S102，所述第一换热器第一进口的天然气在换热完成后，从第一换热器第一出口输出并进入重烃分离罐，分离出的第一液相与来自第二换热器第二出口的天然气混合；分离出的第一气相分为第一路天然气和第二路天然气，所述第一路天然气从第二换热器的第一进口进入第二换热器，所述第二路天然气进入膨胀机；所述第二换热器第一进口的第一路天然气与来自第二换热器第二进口的天然气在所述第二换热器内进行换热。
优选的，本步骤中的膨胀机工作同轴带动第一压缩机工作，将膨胀产生的机械能转变成第一压缩机的动能，给上游高压管线来的天然气增压，提高了***的进气压力，有效提高了压力能的利用效率。同时，将转化得到的冷量用于生产液化天然气（Liquefied natural gas, LNG），提高LNG产量。所述膨胀机为一级膨胀机或多级膨胀机。
优选的，本步骤中重烃分离罐的操作温度在-30℃至-70℃。
步骤S103，所述第一路天然气在所述第二换热器内完成换热后从第二换热器的第一出口输出并经过节流后进入气液分离器，分离出的第二液相经过节流后进入液化天然气储罐，分离出的第二气相与来自膨胀机的天然气混合，从第二换热器的第二进口进入第二换热器。
本步骤中，将所述液化天然气储罐中的天然气与进入第一换热器第一进口之前的原料天然气进行换热，换热完成后，将来自于所述液化天然气储罐中的天然气分为第一股天然气和第二股天然气，所述第一股天然气作为再生气加热用的燃料气，对所述第二股天然气进行压缩后，作为净化***的再生气或输送到界外。这里的界外，可以是与所述门站相对应的下游天然气管网。这里的压缩，进一步为：所述第二股天然气先进入第二压缩机的第一段，压缩完成后从所述第二压缩机第一段出口输出，与所述再生气进行换热，再进入第二压缩机的第二段。本步骤中，所述气液分离器设置的操作压力不小于膨胀机出口压力。优选的，所述气液分离器设置的操作压力比膨胀机出口压力高0.1-0.01Mpa。
步骤S104，所述第二换热器第二进口的天然气在所述第二换热器内完成换热后，从所述第二换热器的第二出口输出，与来自重烃分离器的第一液相混合后，从所述第一换热器的第二进口进入第一换热器，并在所述第一换热器内完成换热后，从所述第一换热器的第二出口输送到界外。
这里的界外，可以是与所述门站相对应的下游天然气管网。
本步骤中，所述从第一换热器的第二出口输出的天然气在输送到外界之前，分出一股作为净化***的再生气。对所述再生气加热时，采用电或者天然气。优选的，先采用热泵地源和/或空气泵热源加热，然后再用燃料气加热。
本发明实施例的压力能回收利用方法，取代了现有调压站的降压工艺，节约了现有天然气升温所消耗的燃料，有效的回收了压力能，同时，膨胀机工作同轴带动压缩机工作，将膨胀产生的机械能转变成压缩机的动能，给上游高压管线来的天然气增压，提高了***的进气压力，有效提高了压力能的利用效率，此外，将转化得到的冷量用于生产液化天然气，提高液化天然气的产量，有效提高了压力能的利用效率，达到了节能降耗的目的。
图2为本发明实施例二的天然气管网的压力能回收利用过程中天然气走向示意图。
如图2所示，本实施例的天然气管网的压力能回收利用过程中，来自门站的天然气A经第一压缩机8加压后成为高压天然气B，进入净化处理***1进行净化，脱除汞、二氧化碳等，为净化后的高压天然气C，进入第一换热器3A换热降温为低温高压天然气E，进入重烃分离罐4，去除重烃的低温高压天然气分两路，一路天然气F进入第二换热器3B进一步换热降温，另一路天然气K进入膨胀机7进行减压膨胀，膨胀过程产生的体积变化形成的机械能，通过与膨胀机7同轴设计的第一压缩机8，转化为对来自门站的天然气A进行压缩增压，经膨胀机7膨胀后的低温低压天然气S温度进一步降低，进入第二换热器3B换热升温为低温低压天然气N，进入第一换热器3A换热升温为常温低压天然气O，进入相对于门站而言的下游的中低压天然气管网。天然气F进入第二换热器3B进一步换热降温为低温高压天然气H，经节流减压进入液化天然气的气液分离器5进行气液分离，产生的低温高压天然气L经减压与膨胀后的低温低压天然气S混合进入第二换热器3B。经重烃分离罐4分离出的重烃物质G和经第二换热器3B换热的天然气N混合，进入第一换热器3A。经气液分离器5分离后的液化天然气I，进入液化天然气储罐6。
图3为本发明实施例三的天然气管网的压力能回收利用过程中天然气走向示意图。
如图3所示，本实施例的天然气管网的压力能回收利用过程，基本流程与实施例二相同，液化天然气储罐6上方的低温放散天然气P引出进入第三换热器2，与净化后的高压天然气C进行换热，换热后的低温天然气Q进入第二压缩机9进行压缩增压，进入天然气管网。
图4为本发明实施例四的天然气管网的压力能回收利用过程中天然气走向示意图。
如图4所示，本实施例的天然气管网的压力能回收利用过程，基本流程与实施例二相同， 液化天然气储罐6上方的低温放散天然气P引出进入第二换热器3B换热升温为天然气X，进入第一换热器3A换热升温为天然气Y，进入第二压缩机9进行压缩增压，进入天然气管网。
图5为本发明实施例五的天然气管网的压力能回收利用过程中天然气走向示意图。
如图5所示，本实施例的天然气管网的压力能回收利用过程，基本流程与实施例三相同，不同的是，所述第二压缩机9分为第一段9A和第二段9B，放散天然气P经过换热后的天然气Q进入第二压缩机9的第一段9A后，用于热吹再生气，与再生气换热后，再进入第二压缩机的第二段9B。
图6为本发明实施例六的天然气管网的压力能回收利用过程中天然气走向示意图。
如图6所示，本实施例的天然气管网的压力能回收利用过程，基本流程与实施例四相同，不同的是，所述第二压缩机9分为第一段9A和第二段9B，放散天然气P经过换热后的天然气Q进入第二压缩机9的第一段9A后，用于热吹再生气，与再生气换热后，再进入第二压缩机的第二段9B。
上述实施例的压力能回收利用方法，取代了现有调压站的降压工艺，节约了现有天然气升温所消耗的燃料，有效的回收了压力能，同时，膨胀机工作同轴带动压缩机工作，将膨胀产生的机械能转变成压缩机的动能，给上游高压管线来的天然气增压，提高了***的进气压力，有效提高了压力能的利用效率，此外，将转化得到的冷量用于生产液化天然气，提高液化天然气的产量，有效提高了压力能的利用效率，达到了节能降耗的目的。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (12)
1.一种天然气管网压力能回收利用方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
原料天然气从第一换热器的第一进口进入第一换热器，与来自第一换热器第二进口的天然气在所述第一换热器内进行换热；
所述第一换热器第一进口的天然气在换热完成后，从第一换热器第一出口输出并进入重烃分离罐，分离出的第一液相与来自第二换热器第二出口的天然气混合；分离出的第一气相分为第一路天然气和第二路天然气，所述第一路天然气从第二换热器的第一进口进入第二换热器，所述第二路天然气进入膨胀机；所述第二换热器第一进口的第一路天然气与来自第二换热器第二进口的天然气在所述第二换热器内进行换热；
所述第一路天然气在所述第二换热器内完成换热后从第二换热器的第一出口输出并经过节流后进入气液分离器，分离出的第二液相经过节流后进入液化天然气储罐，分离出的第二气相与来自膨胀机的天然气混合，从第二换热器的第二进口进入第二换热器；
所述第二换热器第二进口的天然气在所述第二换热器内完成换热后，从所述第二换热器的第二出口输出，与来自重烃分离器的第一液相混合后，从所述第一换热器的第二进口进入第一换热器，并在所述第一换热器内完成换热后，从所述第一换热器的第二出口输送到界外。
2.根据权利要求1所述的压力能回收利用方法，其特征在于，所述方法还包括：所述原料天然气从第一换热器的第一进口进入第一换热器之前，进入第一压缩机进行压缩；所述第一压缩机与所述膨胀机同轴。
3.根据权利要求2所述的压力能回收利用方法，其特征在于，所述方法还包括：所述原料天然气进入第一压缩机后、进入第一换热器之前，对原料天然气进行净化。
4.根据权利要求3所述的压力能回收利用方法，其特征在于，通过变压吸附和分子筛吸附对原料天然气进行净化。
5.根据权利要求1所述的压力能回收利用方法，其特征在于，所述方法还包括：所述从第一换热器的第二出口输出的天然气在输送到界外之前，分出一股作为净化***的再生气。
6.根据权利要求1所述的压力能回收利用方法，其特征在于，所述方法还包括：对用于热吹的所述再生气进行加热。
7.根据权利要求6所述的压力能回收利用方法，其特征在于，所述对再生气加热时，先采用热泵地源和/或空气泵热源加热，然后再用燃料气加热。
8.根据权利要求5或7所述的压力能回收利用方法，其特征在于，所述方法还包括：将所述液化天然气储罐中的天然气与进入第一换热器第一进口之前的原料天然气进行换热，换热完成后，将来自于所述液化天然气储罐中的天然气分为第一股天然气和第二股天然气，所述第一股天然气作为再生气加热用的燃料气，对所述第二股天然气进行压缩后，作为净化***的再生气或输送到外界。
9.根据权利要求8所述的压力能回收利用方法，其特征在于，所述对第二股天然气进行压缩，进一步为：所述第二股天然气先进入第二压缩机的第一段，压缩完成后从所述第二压缩机第一段出口输出，与所述再生气进行换热，再进入第二压缩机的第二段。
10.根据权利要求2所述的压力能回收利用方法，其特征在于，所述膨胀机与第一压缩机之间设置变速器。
11.根据权利要求1所述的压力能回收利用方法，其特征在于，所述气液分离器设置的操作压力不小于膨胀机出口压力。
12.根据权利要求1所述的压力能回收利用方法，其特征在于，所述气液分离器设置的操作压力比膨胀机出口压力高0.1-0.01Mpa。
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