CN204186428U - 一种天然气管网压力能回收发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种新型天然气管网压力能回收发电装置，该装置能将天然气管网中的压力能有效的转化为电能，进而进行回收利用，通过采用PLC结合电磁阀、压力变送器、泄露探测器和密封机撬，能够自动化实时监控发电装置的运行状态，在压力超标、燃气泄露等状况发生时能够自行预警和联锁关断，具备了优越的安全性和稳定性。本实用新型能够产生突出的经济效益，对于减少资源浪费，加快建设资源节约型、环境友好型社会，具有重要的意义。

Description

一种天然气管网压力能回收发电装置

发明领域

本实用新型涉及一种压力能回收发电装置，特别是针对天然气管网压力能回收的发电装置。

背景技术

目前，城市燃气主要通过管网***进行运输，而在天然气运输过程中，高压天然气在调压过程中会产生巨大的压力降，释放大量的能量。在国内，天然气降压的过程主要通过调压站来进行调节和稳定管网压力，上游的高压、次高压管网天然气通过调压站调节压力进入中压管网，在这过程中大部分的压力能被浪费掉了。

随着经济发展，国内陆续出现了一些针对天然气管网压力能的回收利用技术，主要分为发电利用和制冷利用。其中，中国实用新型专利申请CN201310347177公开了一种小型天然气管网压力能发电的工艺及装置，提出了一种通过膨胀机、变速箱、发电机连接，利用天然气管网压力进行发电的小型发电装置，但其发电的效率仅能提供1-5KW小功率用户进行回收利用，可利用范围很低，且对整个管网的安全性、损耗性考虑不足，容易造成严重安全事故。

上述的技术虽有涉及但在发电的效率、利用范围、安全性等方面存在严重不足，难以满足实际管网因地理位置、特殊用电需求、安全性等多方面的需求。在资源越来越受到世界重视的当下，急需一种利用效率高、安全性能等各方面都更加突出的新型压力能回收装置。

发明内容

本实用新型提出了一种新型天然气管网压力能回收发电装置，该装置能将天然气管网中的压力能有效的转化为电能，进而进行回收利用，产生突出的经济效益，对于减少资源浪费，加快建设资源节约型、环境友好型社会，具有重要的意义。

具体技术方案如下：

一种天然气管网压力能回收发电装置，其特征在于所述发电装置包括：进气球阀、压力表、流量计、膨胀机、变速箱、发电机、蛇形管、第一电磁阀、第二电磁阀、调压器、出气球阀、控制柜、第一压力变送器、第二压力变送器、温度变送器；所述膨胀机进气口上设有管道与天然气管网连通，并从天然气管网端开始，管道上依次设有进气球阀、压力表、第一压力变送器、流量计、第一电磁阀；所述膨胀机排气口与蛇形管的进气口连通；所述蛇形管的出气口与低压天然气管网通过管道连通，并从蛇形管出气口方向开始，管道上依次设有第二压力变送器、温度变送器、第二电磁阀、调压器、出气球阀；所述膨胀机的主轴与变速箱连接，变速箱与发电机连接；

所述控制柜包括PLC和电源，所述PLC通过导线分别与压力表、流量计、膨胀机、变速箱、发电机、第一电磁阀、第二电磁阀、调压器、出气球阀、第一压力变送器、第二压力变送器、温度变送器连接；所述电源通过导线与发电机电力输出端连接，所述电源通过导线与PLC连接；

上述天然气管网压力能回收发电装置，其中所述发电机为隔爆永磁发电机。

上述天然气管网压力能回收发电装置，其中所述蛇形管是管径为DN150的不锈钢钢管。

上述天然气管网压力能回收发电装置，其中所述膨胀机进气口管径为DN80，出气口管径为DN150。

上述天然气管网压力能回收发电装置，其中所述装置安装放置于密闭的空心金属机撬内，机撬内装有泄露探测器，且机撬顶部设有防爆泄顶，所述防爆泄顶通过活动插销安装于机撬。

上述天气管网压力能回收发电装置，其中所述的电源可以为逆变电源。

上述天气管网压力能回收发电装置，其中所述的电源可以为UPS电源。

上述天气管网压力能回收发电装置，其中所述流量计与第一压力变送器之间的连接管道上装有限流孔板。

有益效果：

1.本实用新型可以实现天然气压力能的回收再利用，从天然气中压管段开孔引入高压天然气，通过流量计限制统计天然气流量，避免流量大幅波动对压力产生影响，再通过膨胀机将压力能转换为机械能带动发电机发电，实现压力能的回收再利用。

2.本实用新型提出的新型天然气压力能回收发电装置，通过蛇形管道将原来低温天然气与空气换热，升温至0摄氏度以上，从而减少了现有技术中需要温度平衡器对低温天然气进行升温的操作步骤，大大降低了装置的能耗和生产制造成本，确保了经常放置于偏远位置压力能回收发电装置的电力供给稳定性。

3.本实用新型提出的新型天然气压力能回收发电装置，通过采用PLC结合电磁阀、压力变送器、泄露探测器和密封机撬，能够自动化实时监控发电装置的运行状态，在压力超标、燃气泄露等状况发生时能够自行预警和联锁关断，具备了优越的安全性和稳定性。

4.本实用新型提出的新型天然气压力能回收发电装置，通过在发电机的输出端连接电源，使得本发电装置不仅能够供给自身电力需求，还能储蓄多余的电能，在发电装置停止工作的情况下依然能够为装置的控制部件提供持续的电力24~48小时，并且能够对电源进行人工移动和更换，使得从压力能回收而来的电力能够获得更广泛的应用，大大提高了回收效果和应用范围。

5. 本实用新型提出的新型天然气压力能回收发电装置还具有易于推广应用的优点，通过结构优化并将整个装置组装成机撬，能够方便运输和安装，安装时直接将本装置进出口并联于原调压管网即可运行，避免了现场施工可能带来的安全风险。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的机撬结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示的一种天然气管网压力能回收发电装置，其特征在于所述发电装置包括：进气球阀1、压力表2、流量计3、膨胀机4、变速箱5、发电机6、蛇形管7、第一电磁阀8、第二电磁阀9、调压器10、出气球阀11、控制柜12、第一压力变送器13、第二压力变送器14、温度变送器15；所述膨胀机4进气口上设有管道与天然气管网连通，并从天然气管网端开始依次设有进气球阀1、压力表2、第一压力变送器13、流量计3、第一电磁阀8；所述膨胀机4排气口与蛇形管7的进气口连通；所述蛇形管7的出气口与低压天然气管网连通，并从蛇形管7出气口方向开始，管道上依次设有第二压力变送器14、温度变送器15、第二电磁阀9、调压器10、出气球阀11；所述膨胀机4的主轴与变速箱5连接，变速箱5与发电机6连接；

所述控制柜11包括PLC和电源，所述PLC采用的是西门子S7-300型号PLC，并且通过导线分别与压力表2、膨胀机4、变速箱5、发电机6、第一电磁阀8、第二电磁阀9、调压器10、出气球阀11、第一压力变送器13、第二压力变送器14、温度变送器15连接；所述的电源为逆变电源，电源配置为：输入电压380V/220V，输出电压24V，最大电流20Ah，能够支持无充态放电时间24~48小时，逆变电源通过通过导线与发电机电力输出端、PLC模块连接，因此能够进行充电和为电磁阀、压力表等零部件供电；

上述天然气管网压力能回收发电装置通过进气口I、出气口O以并联的方式连接于原调压管网B上。

上述天然气管网压力能回收发电装置，其中所述发电机6是发电功率为5.5-10KW，型号EXDIIBT4B35的隔爆永磁发电机，所述膨胀机4型号为XA-00。

上述天然气管网压力能回收发电装置，其中所述蛇形管7是采用管径为DN150的不锈钢钢管。

如图1和图2所示，其中所述装置安装放置于密闭的空心金属机撬20内，机撬20内装有泄露探测器19，泄露探测器19通过导线与PLC 17连接，且机撬侧面设有若干的透气安装板21，机撬顶部设有若干防爆泄顶22，防爆泄顶通过活动螺栓与机撬连接。保证在本装置发生煤气泄漏时能够及时监测预警和保护，防爆泄顶能在发生***时向上活动移动一段距离，从而制造足够缝隙将压力泻出，以机撬因压力过大弹射伤人。

实施例：

参考图1，安装应用本压力能回收发电装置时，直接将本装置进出口并联于原调压管网B即可运行，从天然气高压管段A开孔并打开进气球阀1引入高压天然气，通过限流孔板16限制天然气流量，避免流量大幅波动对压力产生影响。高压天然气进入膨胀机4，天然气压力由高压降至中低压，再进入蛇形管7，将原-10℃左右的天然气通过与常温空气换热，升温至0摄氏度以上，进入调压器10，调节压力至0.1MPa，再汇入下游天然气管网C。由于高压的天然气进入膨胀机后体积膨胀，所以膨胀机出气口管径设置为DN150大口径。

膨胀机4在天然气膨胀作用下带动转轴旋转，又通过变速箱5带动发电机6发电。所发出电经过整流器、配电柜，一部分给用电设施（电磁阀、压力变送器等），另一部分以进行转换与存储在逆变电源中18。通过PLC 17模块的监控，当逆变电源充满时，切断充电电路，避免逆变电源的充电时间过长；当逆变电源的电量低于总电量的90％时，合上充电电路，继续给逆变电源充电，从而保证能够给现场的用电设备提供不间断的电源。

在本装置运行发电的过程中，压力表2、第一压力变送器13将管道入口的压力值以信号反馈给PLC模块，用于显示现场装置的工作状态，第二压力变送器14将天然气进入下游管网的压力，通过此值的压力信号，反馈给PLC模块。当压力值超过第二压力变送器14的上下限值时报警，超过上上限值和下下限值时，联锁关断膨胀机入口处的第一电磁阀，防止因压力过大对下游燃气管网和装置造成破坏。装置运行时，温度变送器15还同时检测进入下游管道的燃气温度。

泄露探测器19用于检测膨胀机撬内天然气泄露情况；当检测到天然气含量高于一定范围时，现场声音报警及控制柜12显示；当检测到天然气含量高于极限某值时，现场声音报警、指示灯亮、控制柜12状态显示以及联锁关断第一电磁阀8、第二电磁阀9，防止因燃气泄露引发安全问题。

流量计3用于统计并显示进入膨胀机4的燃气容量，并将容量值转化为信号反馈至控制柜12中的PLC模块。

通过实验数据显示，通过对装置的调试，在针对不同的燃气管网压力值时能够产出不同的压力回收电力发电效率，表1显示了膨胀机进气口在不同燃气压力、流量通过情况下的发电效率：

表1 燃气压力、流量与回收发电效率对比表

从表1可以看出，本压力能回收发电装置能够适应4Mpa~0.7Mpa的燃气压力范围，具备了高弹性的应用条件范围。并且在不同压力情况下，通过调节进气流量可将发电功率控制在300W~8000W之间。当进口的压力为0.7Mpa时，进气流量为175Nm3/h，而出气的压力也更低为0.1Mpa，此时的装置发电功率能够达到300W；而当进气压力值为4Mpa时，调节进气流量为400Nm3/h，此时的出气压力为1.6Mpa，发电功率能够达到8000W。

可见，该装置可以适用于无电力供应的管网输送***，能够产生300W~8000W弹性发电功率，在对配置部件进行供电的同时还能将多余的电能存储在配备的逆变电源中，用于其他用电情况，拓展了压力能回收发电的应用范围和效率。

Claims (8)

1.一种天然气管网压力能回收发电装置，其特征在于所述发电装置包括：进气球阀、压力表、流量计、膨胀机、变速箱、发电机、蛇形管、第一电磁阀、第二电磁阀、调压器、出气球阀、控制柜、第一压力变送器、第二压力变送器、温度变送器；所述膨胀机进气口上设有管道与天然气管网连通，并从天然气管网端开始，管道上依次设有进气球阀、压力表、第一压力变送器、流量计、第一电磁阀；所述膨胀机排气口与蛇形管的进气口连通；所述蛇形管的出气口与低压天然气管网通过管道连通，并从蛇形管出气口方向开始，管道上依次设有第二压力变送器、温度变送器、第二电磁阀、调压器、出气球阀；所述膨胀机的主轴与变速箱连接，变速箱与发电机连接；

所述控制柜包括PLC和电源，所述PLC通过导线分别与压力表、流量计、膨胀机、变速箱、发电机、第一电磁阀、第二电磁阀、调压器、出气球阀、第一压力变送器、第二压力变送器、温度变送器连接；所述电源通过导线与发电机电力输出端连接，所述电源通过导线与PLC连接。

2.如权利要求1所述的天然气管网压力能回收发电装置，其中所述发电机为隔爆永磁发电机。

3.如权利要求1所述的天然气管网压力能回收发电装置，其中所述蛇形管是管径为DN150的不锈钢钢管。

4.如权利要求1所述的天然气管网压力能回收发电装置，其中所述膨胀机进气口管径为DN80，出气口管径为DN150。

5.如权利要求1所述的天然气管网压力能回收发电装置，其中所述装置安装放置于密闭的空心金属机撬内，机撬内装有泄露探测器，且机撬顶部设有防爆泄顶，所述防爆泄顶通过活动插销安装于机撬。

6.如权利要求1所述的天然气管网压力能回收发电装置，其中所述的电源为逆变电源。

7.如权利要求1所述的天然气管网压力能回收发电装置，其中所述的电源为UPS电源。

8. 如权利要求1所述的天然气管网压力能回收发电装置，其中所述流量计与第一压力变送器之间的连接管道上装有限流孔板。