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一種天然氣管網(wǎng)壓力能回收綜合利用系統(tǒng)的制作方法

文檔序號(hào):10115875閱讀:781來源:國(guó)知局
一種天然氣管網(wǎng)壓力能回收綜合利用系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及天然氣調(diào)壓站的壓差發(fā)電和冷能回收利用技術(shù)領(lǐng)域,具體為一種天然氣管網(wǎng)壓力能回收綜合利用系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)省級(jí)天然氣干線設(shè)計(jì)壓力為6.3MPa,下游城市級(jí)管網(wǎng)設(shè)計(jì)壓力為0.4MPa。高壓輸氣管線和沿線城市配氣管網(wǎng)之間壓差較大,需要減壓以滿足下游用戶的要求。目前天然氣的調(diào)壓方式多采用等焓節(jié)流方式,此過程無機(jī)械能輸出,但存在溫降,導(dǎo)致出站溫度低于標(biāo)準(zhǔn)要求(>5 °C )的供氣溫度。尤其在環(huán)境溫度較低的季節(jié),節(jié)流后的溫度甚至達(dá)-20 V,釋放了大量冷能,在閥門中產(chǎn)生霜凍堵塞管道,對(duì)下游城市管網(wǎng)存在較大安全隱患。傳統(tǒng)的解決方案是通過燃燒鍋爐熱水換熱器或電伴熱帶提前對(duì)高壓氣體加熱。這不僅需要消耗燃?xì)饣螂娔埽瑫r(shí)造成壓力能的嚴(yán)重浪費(fèi)。
[0003]為了回收天然氣管網(wǎng)中的壓力能授權(quán)公告號(hào)為CN103334891A的實(shí)用新型專利公開了一種天然氣調(diào)壓式發(fā)電裝置,該實(shí)用新型采用渦輪裝置回收天然氣壓力能發(fā)電。該實(shí)用新型提出的工藝,既沒有考慮冷能的回收利用,也沒有解決天然氣直接膨脹后釋放大量冷能引起的設(shè)備堵塞和腐蝕等問題。
[0004]而授權(quán)公告號(hào)為CN203362233U的實(shí)用新型專利公開了一種利用天然氣門站壓力能的螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)發(fā)電系統(tǒng),該實(shí)用新型采用螺桿膨脹機(jī)回收天然氣的膨脹功發(fā)電,與授權(quán)公告號(hào)為CN103334891A的實(shí)用新型專利相比,提出了天然氣直接膨脹后釋放大量冷能引起的設(shè)備堵塞和腐蝕等問題的解決方案,即通過換熱器對(duì)膨脹后的天然氣補(bǔ)熱回溫,但是這樣補(bǔ)熱方式需要消耗一定的能源,且冷能直接浪費(fèi);而授權(quán)公告號(hào)為CN103410574A的實(shí)用新型專利公開了一種天然氣壓差發(fā)電及冷量回收系統(tǒng)及利用其發(fā)電及冷量回收的方法,該實(shí)用新型采用螺桿膨脹機(jī)回收天然氣的膨脹功發(fā)電,并且同樣提出了利用換熱器對(duì)膨脹后的天然氣進(jìn)行補(bǔ)熱回溫,但是與授權(quán)公告號(hào)為CN203362233U的實(shí)用新型專利一樣,天然氣膨脹后的冷能直接損失,同樣存在能源的損耗。
[0005]另外,授權(quán)公告號(hào)為CN203430574U的實(shí)用新型專利公開了一種利用小型天然氣管網(wǎng)壓力能發(fā)電的裝置,該實(shí)用新型提出采用小型氣體膨脹機(jī)回收天然氣壓力能發(fā)電,實(shí)現(xiàn)小功率發(fā)電自用功能。膨脹后的天然氣通過壓力溫度平衡器穩(wěn)定天然氣壓力和對(duì)天然氣回溫。該實(shí)用新型盡管合理利用了天然氣壓力能實(shí)現(xiàn)發(fā)電自用,但由于發(fā)電功率較小,僅在l~5kW,不適合流量較大的天然氣調(diào)壓場(chǎng)所。同時(shí),該實(shí)用新型同樣存在天然氣冷能無法回收問題,且膨脹后的天然氣通過壓力溫度平衡器調(diào)節(jié)后,天然氣回溫幅度有限,膨脹釋放的冷能仍舊會(huì)引起設(shè)備堵塞和腐蝕問題。
[0006]同樣地,授權(quán)公告號(hào)為CN104088605A的實(shí)用新型專利公開了一種基于壓力能發(fā)電和熱栗加熱的天然氣井口加熱節(jié)流系統(tǒng),該實(shí)用新型采用膨脹機(jī)發(fā)電機(jī)組替代傳統(tǒng)的節(jié)流調(diào)壓裝置,利用膨脹發(fā)電機(jī)把氣井采出的天然氣中的壓力能轉(zhuǎn)換為電能,膨脹后的低溫天然氣加熱首先通過空氣預(yù)熱器利用環(huán)境熱量使天然氣溫度部分恢復(fù),再通過膨脹發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)的電能驅(qū)動(dòng)熱栗系統(tǒng),通過再熱器將熱栗的熱量用來加熱經(jīng)空氣預(yù)熱器后的天然氣,使得膨脹降壓后的天然氣加熱到外送集輸管道所需的問題。該實(shí)用新型提出的工藝盡管節(jié)省了天然氣加熱的能源,并通過熱栗裝置實(shí)現(xiàn)膨脹后天然氣的補(bǔ)熱回溫,但是仍舊沒有考慮冷能的回收利用。
[0007]而授權(quán)公告號(hào)為CN101943323A的實(shí)用新型專利公開了一種天然氣壓力差能量回收工藝,該實(shí)用新型提出了一種天然氣管線壓力差能量回收工藝,該實(shí)用新型有兩種方法回收壓力能,其一是通過氣輪機(jī)將壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功,既可以帶動(dòng)動(dòng)力設(shè)備又可直接發(fā)電;其二是利用高壓氣體的壓力能經(jīng)膨脹減壓后制冷,即可生產(chǎn)液化天然氣,又可利用所產(chǎn)生的低溫流體進(jìn)行發(fā)電、建設(shè)冷庫(kù)或空調(diào)制冷等。該實(shí)用新型提出的工藝,盡管提到了冷能回收利用,但是對(duì)于壓力能的利用方式單一,機(jī)械能和冷能無法同時(shí)回收利用,且并沒有解決天然氣直接膨脹后釋放大量冷能引起的設(shè)備堵塞和腐蝕等問題。
[0008]為了綜合利用天然氣壓力能,授權(quán)公告號(hào)為CN203847188U的實(shí)用新型專利公開了一種天然氣調(diào)壓站余能綜合利用系統(tǒng),該實(shí)用新型采用膨脹發(fā)電機(jī)組回收天然氣中的壓力能,并通過低溫發(fā)電機(jī)組利用低溫天然氣冷能發(fā)電并回收部分冷能。同時(shí),通過換熱器進(jìn)一步回收低溫發(fā)電機(jī)組利用后的冷能,回收的冷量供冷用戶或者直接向環(huán)境排放。與上述實(shí)用新型專利相比,有效利用了天然氣的冷能,但由于天然氣未經(jīng)預(yù)處理,在常溫下采用膨脹發(fā)電機(jī)組直接膨脹將導(dǎo)致設(shè)備堵塞、腐蝕和磨蝕現(xiàn)象的發(fā)生,并且低溫發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率基本在10%左右,投資成本大,冷能利用率低。
[0009]而授權(quán)公告號(hào)為CN103362579A的實(shí)用新型專利公開了一種回收液化天然氣冷能的兩級(jí)膨脹發(fā)電裝置及方法,該實(shí)用新型利用兩級(jí)透平膨脹機(jī)壓差發(fā)電方式,回收液化天然氣經(jīng)增壓和汽化后的天然氣壓力能,并以乙烯或乙烷作為工質(zhì),回收液化天然氣冷能。采用兩級(jí)膨脹的主要目的是可以高效回收冷能?;谝夯烊粴馓岢龅呐蛎洶l(fā)電工藝,膨脹發(fā)電效率受限于液化天然氣汽化熱源的品位高低。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0010]針對(duì)上述問題,本實(shí)用新型提供了一種天然氣管網(wǎng)壓力能回收綜合利用系統(tǒng),通過載冷劑子系統(tǒng)把壓力能發(fā)電子系統(tǒng)和制冰補(bǔ)熱子系統(tǒng)整合在一起,以實(shí)現(xiàn)壓力能回收綜合利用,利用分級(jí)補(bǔ)熱方式,提高天然氣膨脹發(fā)電量的同時(shí),高效回收天然氣冷能用于生產(chǎn)商品冰或者提供冷需求。
[0011]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是,構(gòu)建一種壓力能回收綜合利用系統(tǒng),上述系統(tǒng)包括壓力能發(fā)電子系統(tǒng)、載冷劑子系統(tǒng)和制冰補(bǔ)熱子系統(tǒng),壓力能發(fā)電子系統(tǒng)和制冰補(bǔ)熱子系統(tǒng)之間通過載冷劑子系統(tǒng)銜接。
[0012]上述壓力能發(fā)電子系統(tǒng)包括預(yù)處理裝置,其進(jìn)口與高壓天然氣管道相連,其出口與原有的天然氣預(yù)熱器的進(jìn)氣口相連,天然氣預(yù)熱器出氣口經(jīng)第一閥門分為兩路,一路通過第二閥門與原有的天然氣調(diào)壓裝置的進(jìn)口相連,天然氣調(diào)壓裝置的出口通過第三閥門與下游管線相連;另一路與預(yù)加熱器進(jìn)氣口相連,預(yù)加熱器出氣口與驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的單機(jī)雙級(jí)膨脹發(fā)電裝置的高壓級(jí)進(jìn)氣口相連,單機(jī)雙級(jí)膨脹發(fā)電裝置高壓級(jí)的出氣口與中間加熱器的進(jìn)氣口相連,中間加熱器的出氣口與單機(jī)雙級(jí)膨脹發(fā)電裝置低壓級(jí)的進(jìn)氣口相連接,單機(jī)雙級(jí)膨脹發(fā)電裝置低壓級(jí)的出氣口與后加熱器的進(jìn)氣口相連接,后加熱器的出氣口與油分離器進(jìn)氣口相連接,油分離器出氣口通過第五閥門與天然氣下游管網(wǎng)相連。
[0013]制冰補(bǔ)熱子系統(tǒng)包括冷凝器,冷凝器制冷劑進(jìn)口與熱栗裝置出口相連接,冷凝器制冷劑出口與儲(chǔ)液器的進(jìn)口相連接,儲(chǔ)液器的制冷劑出口分別與制冰機(jī)進(jìn)口、制冰機(jī)制冷劑出口和冰庫(kù)制冷劑進(jìn)口相連接,制冰機(jī)制冷劑出口與冰庫(kù)制冷劑出口同時(shí)與氣液分離器的進(jìn)口相連接,氣液分離器的出口與熱栗裝置進(jìn)口相連接。
[0014]載冷劑子系統(tǒng)包括載冷劑儲(chǔ)箱,其進(jìn)口分別與預(yù)加熱器、中間加熱器和后加熱器的載冷劑出口相連接,載冷劑儲(chǔ)箱出口與冷凝器載冷劑進(jìn)口相連接,冷凝器載冷劑出口分別與預(yù)加熱器、中間加熱器和后加熱器的載冷劑進(jìn)口相連接。
[0015]進(jìn)一步地,上述預(yù)加熱器、中間加熱器和后加熱器為天然氣走管外,載冷劑走走管內(nèi)的板殼式或管殼式換熱器。進(jìn)一步地,單機(jī)雙級(jí)膨脹發(fā)電裝置為單機(jī)雙級(jí)螺桿膨脹發(fā)電機(jī)組。
[0016]進(jìn)一步地,上述冷凝器為管式換熱器。
[0017]進(jìn)一步的,上述油分離器潤(rùn)滑油出口與單機(jī)雙級(jí)膨脹發(fā)電裝置高壓級(jí)潤(rùn)滑油進(jìn)口之間還設(shè)有油栗連接,油分離器采用兩級(jí)分離。
[0018]進(jìn)一步的,上述載冷劑儲(chǔ)箱載冷劑出口和冷凝器載冷劑進(jìn)口之間還設(shè)有載冷劑栗Ο
[0019]進(jìn)一步地,上述熱栗裝置采用變頻型壓縮機(jī)。
[0020]進(jìn)一步地,上述制冰機(jī)為片冰機(jī)或管冰機(jī)。
[0021 ] 進(jìn)一步地,上述冰庫(kù)為組合式自動(dòng)儲(chǔ)冰庫(kù)。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本實(shí)用新型所提供的一種天然氣壓力能回收綜合利用系統(tǒng),具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0023]1、創(chuàng)新性地引入熱栗技術(shù),一方面,將熱栗工質(zhì)的熱量全部用來加熱載冷劑,再通過載冷劑對(duì)膨脹前、后的天然氣進(jìn)行補(bǔ)熱,既能大大提高天然氣膨脹發(fā)電量,同時(shí),也保證第二級(jí)天然氣的正常膨脹發(fā)電;另一方面,熱栗工質(zhì)與載冷劑換熱后,回收了載冷劑吸收的天然氣膨脹后的冷能,低溫載冷劑作為制冰機(jī)冷凝器的冷卻液,可有效降低制冰機(jī)的能耗。
[0024]2、創(chuàng)新性地采用單機(jī)雙級(jí)膨脹發(fā)電機(jī)組替代單級(jí)膨脹發(fā)電機(jī)組用于回收天然氣管網(wǎng)壓力能,解決單級(jí)膨脹時(shí)由于膨脹壓比過大導(dǎo)致膨脹機(jī)組的軸封困難問題,同時(shí)也解決了單級(jí)膨脹導(dǎo)致天然氣溫降過大需要對(duì)天然氣預(yù)熱至較高溫度無法回收冷能或防止天然氣在低溫狀態(tài)下水化物析出需要對(duì)天然氣進(jìn)行預(yù)處理的問題。
[0025]3、利用載冷劑作為冷量傳遞介質(zhì),分級(jí)回收天然氣膨脹后的冷能,同時(shí)也保證了天然氣調(diào)壓站和天然氣壓力能回收綜合利用系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0026]圖1為本實(shí)用新型的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本實(shí)用新型。但是本實(shí)用新型能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實(shí)用新型內(nèi)涵的情況下做類似推廣,因此本實(shí)用新型不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。
[0028]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例,對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步的說明。
[0029]實(shí)施例1
[0030]在本實(shí)施例中,結(jié)合附圖,對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0031]請(qǐng)參見附圖,本實(shí)用新型提供的一種天然氣管網(wǎng)壓力能回收綜合利用系統(tǒng),本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是,構(gòu)建一種壓力能回收綜合利用系統(tǒng),系統(tǒng)包括壓力能發(fā)電子系統(tǒng)、載冷劑子系統(tǒng)和制冰補(bǔ)熱子系統(tǒng),壓力能發(fā)電子系統(tǒng)和制冰補(bǔ)熱子系統(tǒng)之間通過載冷劑子系統(tǒng)銜接。
[0032]壓力能發(fā)電子系統(tǒng)包括預(yù)處理裝置1,其進(jìn)口與高壓天然氣管道相連,其出口與原有的天然氣預(yù)熱器2的進(jìn)氣口相連,天然氣預(yù)熱器2出氣口經(jīng)第一閥門19分為兩路,一路通過第二閥門20與原有的天然氣調(diào)壓裝置3的進(jìn)口相連,天然氣調(diào)壓裝置3的出口通過第三閥門21與下游管線相連;另一路與預(yù)加熱器6進(jìn)氣口相連,預(yù)加熱器6出氣口與驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)8運(yùn)轉(zhuǎn)的單
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