CN112943395A - 用于天然气调压的余压发电冷能回收利用复温*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于天然气调压的余压发电冷能回收复温***，换热器A（3）热侧进口通过管线与过滤器（2）相连，过滤器（2）入口前管线上设有切断阀（1），换热器热侧出口通过设有调节阀（4）的管线与膨胀机（5）相连，膨胀机（5）的动力轴通过联轴器与齿轮箱（6）相连。齿轮箱（6）经过联轴器与发电机（7）相连；膨胀机（5）工质出口通过管线与换热器B（8）相连，汽化器（8）经过管线与换热器A（3）冷侧入口相连，换热器A（3）冷侧出口管线上设有出口切断阀（9）。本发明具有实现压力能的有效回收利用、能量梯级利用，节能减排的特点。

Description

用于天然气调压的余压发电冷能回收利用复温***

技术领域

本发明涉及机械技术领域，具体来说涉及一种用于天然气调压的余压发电冷能回收利用复温***。

背景技术

全球范围内天然气占一次能源消费比重约为24.9%，而我国天然气所占比重为5.1%，与国际平均水平存在较大差距。天然气与煤和石油相比污染更少，我国将不断增加天然气在一次能源消费中的比重。随着中俄天然气管线的开通，我国天然气消费所占比重还会大幅度提高，在2019年年底中俄管线北段已投产，中线及南线将于近年开通，年输气量将突破380亿立方米。

为了节约输气管线的建设成本，长距离的输气管线都采用高压输气管线，基本上输气距离在100km以上的输气管线压力都在5MPa以上，而作为最终用户的城市燃气管网压力最高只有4.0MPa，而民用天然气管网压力更低，为0.01MPa，天然气的压力需要通过逐级减压达到用户所需的压力等级才能利用。

目前往往直接利用减压阀降压，降压后的天然气温度较低，不仅将压力能白白浪费，而且还对后续管线造成低温结冰堵塞等安全隐患。而利用天然气余压发电冷能回收利用复温***可以回收压力能发电并获得冷能，实现冷电联产，提高能源利用率，减少管网振动及噪音，提高管网运行的稳定性。

授权公告号为CN104088605的发明专利公开了一种能够实现压力能发电和利用热泵对天然气加热的***，该专利在气井压力能利用的基础上考虑到了节流后天然气温度过低的问题，采用压力能发的电再次驱动热泵对低温天然气进行加热。这种方式虽然解决了出口天然气温度过低的问题，但是消耗了大量的电能且未能实现冷能回收。

授权公告号为CN103334891A的发明专利公开了一种天然气调压发电***，该***利用涡轮回收剩余的天然气压力能，这种方式回收了压力能没有浪费，但是对于冷能回收以及节流后低温天然气对下游管网的温度影响未考虑，易引起管网的冰堵，造成能量浪费，效率不高。

授权公告号CN210396824的实用新型专利公开了一种天然气余压能量的梯级利用***，该***使用透平膨胀机实现发电，所发出的电量用于给电加热器供电对低温天然气进行复温，利用膨胀后的天然气所携带的冷量进行冷能回收利用。这种方法在一定程度上实现了能量的梯级利用，但是对于出口处低温天然气的处理上采用了所发出的电能进行复温，造成了能量的消耗，浪费能源，效率依然不高。

高压天然气经过节流膨胀后实现降压，但同时会降低到比较低的温度，目前的处理方式是将这部分冷能直接释放，并且还需要通过水套炉或者水浴加热器等设备消耗燃气或者电能对出口物流进行加热，浪费了能源。而当前的研究集中于将这部分冷能回收，但是仅仅通过制冰机等冷能回收***处理后的天然气温度仍然很低，并不满足下游管网运行的相关国家标准要求，低温天然气回到管网***后仍然会造成冰堵等安全隐患，并不具备实际应用意义。

发明内容

本发明的目的在克服上述缺点而提出的一种实现压力能的有效回收利用、能量梯级利用，节能减排的用于天然气调压的余压发电冷能回收利用复温***。

本发明的一种用于天然气调压的余压发电冷能回收复温***，包括过滤器、换热器A、膨胀机、齿轮箱、发电机、换热器B，其中：换热器A热侧进口通过管线与过滤器相连，过滤器入口前管线上设有切断阀，换热器热侧出口通过设有调节阀的管线与膨胀机相连，膨胀机的动力轴通过联轴器与齿轮箱相连。齿轮箱经过联轴器与发电机相连；膨胀机工质出口通过管线与换热器B相连，汽化器经过管线与换热器A冷侧入口相连，换热器A冷侧出口管线上设有出口切断阀。

本发明的一种用于天然气调压的余压发电冷能回收复温***，包括过滤器、换热器A、膨胀机、齿轮箱、发电机、换热器B、制冰机，其中：换热器A热侧进口通过管线与过滤器相连，过滤器入口前管线上设有切断阀，换热器热侧出口通过设有调节阀的管线与膨胀机相连，膨胀机的动力轴通过联轴器与齿轮箱相连。齿轮箱经过联轴器与发电机相连；膨胀机工质出口与中间介质换热器B冷侧进口相连，中间介质换热器B冷侧出口与换热器A冷侧进口相连；中间介质换热器B热侧出口与制冰机进口相连，制冰机出口与中间介质换热器B热侧进口相连；换热器A冷侧管线上设有出口切断阀。

上述的用于天然气调压的余压发电冷能回收复温***，其中：膨胀机采用单级膨胀或者多级膨胀，当膨胀机为两级或以上时，采用分轴并联或者单轴串联，同时各级膨胀机间设有换热器。

上述的用于天然气调压的余压发电冷能回收复温***，其中：换热器B采用板翅式换热器或绕管式换热器。

上述的用于天然气调压的余压发电冷能回收复温***，其中：制冰机采用片冰机、块冰机或盐水制冰机。

本发明与现有技术相比，具有明显的有益效果，从以上技术方案可知：本发明的高压天然气经过过滤器去除杂质，换热器对冷流天然气进行复热以达到下游管线要求；气体膨胀机将高压天然气准确的进行调压降压到所需压力，并将管网中差压转换为叶轮旋转机械能，通过齿轮箱进行调速降速，带动发电机将机械能转化为电能，发电机与电网相连，发电上网；发电后的低温天然气进入冷能回收装置进行冷能回收；经过冷能回收后的天然气冷流再次进入换热器被复热，达到标准后往下游输送。本发明可以实现天然气余压的回收利用，并进行能量的梯级利用，先将压力能转换为电能再进行冷能的回收利用，与传统的调压装置相比实现了能量的回收利用，极大的提高了***效率，提高了经济效益。在无能耗的前提下实现天然气的复温复热。与传统调压站采用水套炉或者水浴加热器相比，减少了能源消耗以及投资，不但能减少污染排放、节约能源，还满足了下游管网对于工质温度的要求，避免产生冰堵等现象。能够取代传统的调压站***，在实现精确降压、调压的同时，回收能源产生经济效益，同时减少能源消耗，解决传统调压站现场的噪音过大、易冰堵的现象。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例2的结构示意图；

图中标记：

1、入口切断阀；2、过滤器；3、换热器A；4、调节阀；5、膨胀机；6、齿轮箱；7、发电机；8、换热器B；9、出口切断阀；10、制冰机。

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的用于天然气调压的余压发电冷能回收复温***的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

实施例1

参见图1，本发明的一种用于天然气调压的余压发电冷能回收复温***，包括过滤器2、换热器A3、膨胀机5、齿轮箱6、发电机7、换热器B8，其中：换热器A3热侧进口通过管线与过滤器2相连，过滤器2入口前管线上设有切断阀1，换热器热侧出口通过设有调节阀4的管线与膨胀机5相连，膨胀机5的动力轴通过联轴器与齿轮箱6相连。齿轮箱6经过联轴器与发电机7相连；膨胀机5工质出口通过管线与换热器B8相连，汽化器8经过管线与换热器A3冷侧入口相连，换热器A3冷侧出口管线上设有出口切断阀9。

工作原理：打开切断阀1，***运行，高压天然气通过过滤器2中进行杂质过滤，去除杂质后进入换热器A3中与天然气冷流进行热量交换后经过调节阀4后进入膨胀机5中推动叶轮旋转将天然气的压力能转换为旋转的动能，对天然气进行降压；膨胀机5的叶轮旋转经过齿轮箱6调速将动能传递到发电机7中，在发电机7中将动能转换为电能，实现发电上网；经过膨胀机5调压后的低压低温天然气进入到换热器B8中，在换热器B8中利用空气中的热能对天然气进行初步升温；经过初步升温后的天然气返回换热器A3中，与新进的天然气进行进一步换热复温，被复温后的天然气达到天然气下游输送的温度要求后通过切断阀9进入下游管网外输。

实施例2

参见图2，一种用于天然气调压的余压发电冷能回收复温***，包括过滤器2、换热器A3、膨胀机5、齿轮箱6、发电机7、换热器B8（汽化器）、制冰机10，其中：换热器A3热侧进口通过管线与过滤器2相连，过滤器2入口前管线上设有切断阀1，换热器热侧出口通过设有调节阀4的管线与膨胀机5相连，膨胀机5的动力轴通过联轴器与齿轮箱6相连。齿轮箱6经过联轴器与发电机7相连；膨胀机5工质出口与中间介质换热器B8（汽化器）冷侧进口相连，中间介质换热器B8（汽化器）冷侧出口与换热器A3冷侧进口相连；中间介质换热器B8（汽化器）热侧出口与制冰机10进口相连，制冰机10出口与中间介质换热器B8（汽化器）热侧进口相连；换热器A3冷侧管线上设有出口切断阀9。

工作原理：***运行时；膨胀机5之前工作原理与实施例1相同，经过膨胀机5调压后的低压低温天然气进入到中间介质换热器B8（汽化器）中，在中间介质换热器B8（汽化器）中利用循环中间介质中的热能对天然气进行初步升温，中间介质经过低温天然气换热后返回制冰机10中，在制冰机中提供冷量进行制冰；经过初步升温后的天然气进入换热器A3中，与新进的天然气进行进一步换热复温，被复温后的天然气达到天然气下游输送的温度要求后通过出口切断阀9进入下游管网外输。

上述膨胀机5，可采用单级膨胀或者多级膨胀，当膨胀机为两级或以上时，采用分轴并联或者单轴串联，同时各级膨胀机间设有换热器。

上述的换热器B8，可采用板翅式换热器或绕管式换热器。

上述制冰机10，可采用片冰机、块冰机或盐水制冰机。

选用直流式制冰机以及中间介质循环的制冰机作为冷能回收装置，当选用直流式制冰机保证装置安全可靠达到相关压力等级要求无天然气泄漏，当选用中间介质循环的制冰机可选用氮气及卤代烷等工质，当工作区域在深冷范围内时选用氮气，当工作区域在中冷范围内时选用卤代烷作为中间介质；可选用液化天然气的预冷***作为冷能回收装置，利用膨胀机出口的低温天然气为液化天然气流程提供预冷的冷量；可选用空温式汽化器将多余的冷量直接释放掉，避免冷量过多影响后续复热。再热装置为换热器，利用***入口天然气的热量将冷流加热，达到下游管输要求。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种用于天然气调压的余压发电冷能回收复温***，包括过滤器（2）、换热器A（3）、膨胀机（5）、齿轮箱（6）、发电机（7）、换热器B（8），其特征在于：换热器A（3）热侧进口通过管线与过滤器（2）相连，过滤器（2）入口前管线上设有切断阀（1），换热器热侧出口通过设有调节阀（4）的管线与膨胀机（5）相连，膨胀机（5）的动力轴通过联轴器与齿轮箱（6）相连；齿轮箱（6）经过联轴器与发电机（7）相连；膨胀机（5）工质出口通过管线与换热器B（8）相连，汽化器（8）经过管线与换热器A（3）冷侧入口相连，换热器A（3）冷侧出口管线上设有出口切断阀（9）。

2.一种用于天然气调压的余压发电冷能回收复温***，包括过滤器（2）、换热器A（3）、膨胀机（5）、齿轮箱（6）、发电机（7）、换热器B（8）、制冰机（10），其特征在于：换热器A（3）热侧进口通过管线与过滤器（2）相连，过滤器（2）入口前管线上设有切断阀（1），换热器热侧出口通过设有调节阀（4）的管线与膨胀机（5）相连，膨胀机（5）的动力轴通过联轴器与齿轮箱（6）相连；齿轮箱（6）经过联轴器与发电机（7）相连；膨胀机（5）工质出口与中间介质换热器B（8）冷侧进口相连，中间介质换热器B（8）冷侧出口与换热器A（3）冷侧进口相连；中间介质换热器B（8）热侧出口与制冰机（10）进口相连，制冰机（10）出口与中间介质换热器B（8）热侧进口相连；换热器A（3）冷侧管线上设有出口切断阀（9）。

3.如权利要求1或2所述的用于天然气调压的余压发电冷能回收复温***，其特征在于：膨胀机（5）采用单级膨胀或者多级膨胀，当膨胀机为两级或以上时，采用分轴并联或者单轴串联，同时各级膨胀机间设有换热器。

4.如权利要求1所述的用于天然气调压的余压发电冷能回收复温***，其特征在于：换热器B（8）采用板翅式换热器或绕管式换热器。

5.如权利要求2所述的用于天然气调压的余压发电冷能回收复温***，其特征在于：换热器B（8）采用汽化器。

6.如权利要求1或2所述的用于天然气调压的余压发电冷能回收复温***，其特征在于：制冰机（10）采用片冰机、块冰机或盐水制冰机。

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