本發(fā)明涉及天然氣調壓及壓力能回收利用領域，具體涉及一種高精度天然氣膨脹機獨立調壓裝置及方法。

背景技術：

隨著天然氣在城鄉(xiāng)生活及各種工業(yè)領域中應用的進一步普及，我國天然氣的消費量明顯呈現(xiàn)出逐年升高的趨勢，2016年我國的天然氣消耗總量已突破2000億m³。高壓管網(wǎng)的天然氣在進入用戶端(居民用戶或工業(yè)用戶)之前，需要首先從經(jīng)長輸管線將輸送到城鎮(zhèn)管網(wǎng)(低壓管網(wǎng))。在這個輸送過程中，天然氣的壓力從6mpa甚至10mpa以上的壓力逐級調壓(降低壓力)，最終達到用戶端所需的壓力。目前，高壓管網(wǎng)輸出的天然氣普遍采用節(jié)流式調壓閥進行調壓，因此高壓天然氣的壓力能沒有得到充分利用。

為了對天然氣的壓力能進行回收，如專利申請(cn104989459a)公開了一種智能化天然氣管網(wǎng)壓力能發(fā)電裝置，該裝置主要是利用膨脹機與現(xiàn)有的調壓器并聯(lián)對天然氣的壓力能回收并進行發(fā)電，從而將壓力能回收并轉化為電能。但由于該裝置必須在調壓器與膨脹機并聯(lián)的情形下才能實現(xiàn)調壓的同時發(fā)電的目的，因此裝置整體的初期投資成本高、天然氣壓力能回收能力低。

鑒于調壓器與膨脹機必須并存才可實現(xiàn)天然氣的調壓和壓力能回收的問題，申請人在先提交的專利申請(cn105401990a)也公開了一種天然氣壓力能發(fā)電調壓裝置及方法，其中的裝置能夠直接利用膨脹機對天然氣進行調壓。不過，該裝置的加熱系統(tǒng)相對復雜，對熱源要求比較高，而且調壓的準確度有待進一步提高，以及在采用該裝置對天然氣進行調壓的過程中，存在膨脹機出口的壓力波動大的缺陷。

技術實現(xiàn)要素：

技術問題

有鑒于此，本發(fā)明提供一種天然氣膨脹機獨立調壓裝置及方法，旨在實現(xiàn)對天然氣的壓力能進行回收的同時利用獨立膨脹機實現(xiàn)天然氣的高精度調壓。

技術方案

為了解決上述技術問題，根據(jù)本發(fā)明一方面提供了一種天然氣膨脹機獨立調壓裝置，該裝置包括：

天然氣系統(tǒng)，其用于對上游的高壓管網(wǎng)中的天然氣進行降壓并回收壓力能，以及用于將降壓并回收壓力能之后的天然氣通往下游的低壓管網(wǎng)；

調控系統(tǒng)，其包括中控器，所述中控器用于在所述降壓并回收壓力能的過程中調整相應的參數(shù)；以及

監(jiān)控端，其用于接收所述中控器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，以及用于向所述中控器發(fā)送讀取數(shù)據(jù)的請求。

對于上述天然氣膨脹機獨立調壓裝置，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述天然氣系統(tǒng)包括加熱器、膨脹機以及緩沖罐；其中：

所述加熱器的天然氣入口連接至所述高壓管網(wǎng)，所述加熱器的然氣出口與所述膨脹機的天然氣入口相連接，所述膨脹機的天然氣出口與所述緩沖罐的天然氣入口相連接，所述緩沖罐的天然氣出口連接至所述低壓管網(wǎng)；

所述天然氣系統(tǒng)還包括發(fā)電機，所述發(fā)電機與所述膨脹機相連接。

對于上述天然氣膨脹機獨立調壓裝置，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述發(fā)電機通過電源線與所述中控器電連接，用于向所述中控器提供電能。

對于上述天然氣膨脹機獨立調壓裝置，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述天然氣系統(tǒng)還包括調壓閥，所述加熱器的第二天然氣入口連接至能夠獲取預加熱燃料的燃料管網(wǎng)，所述調壓閥設置于所述第二天然氣入口和所述燃料管網(wǎng)之間，

其中，所述燃料管網(wǎng)為高壓管網(wǎng)或者低壓管網(wǎng)。

對于上述天然氣膨脹機獨立調壓裝置，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述調控系統(tǒng)還包括與所述中控器通過信號電纜分別相連的溫度傳感器、轉速傳感器、壓力傳感器組和閥門組，并且

所述中控器還通過信號電纜與所述發(fā)電機相連接，所述中控器根據(jù)所述壓力傳感器組傳送的壓力信號調節(jié)所述發(fā)電機的轉速。

對于上述天然氣膨脹機獨立調壓裝置，在一種可能的實現(xiàn)方式中，

所述溫度傳感器設置于加熱器的天然氣出口與所述膨脹機的天然氣入口之間，所述溫度傳感器用于檢測加熱器的天然氣出口下游的天然氣的溫度并將溫度信號傳送給所述中控器；

所述轉速傳感器設置于所述膨脹機、所述發(fā)電機或者二者之間，所述轉速傳感器用于檢測所述發(fā)電機或者所述膨脹機的轉速并將轉速信號傳送給所述中控器；以及

所述壓力傳感器組包括第一壓力傳感器和第二壓力傳感器，其中：

所述第一壓力傳感器設置于緩沖罐上，所述第一壓力傳感器用于檢測緩沖罐內的天然氣壓力并將壓力信號傳送給所述中控器；

所述第二壓力傳感器設置于所述第二閥門與低壓管網(wǎng)之間，所述第二壓力傳感器用于檢測通往低壓管網(wǎng)的天然氣壓力。

對于上述天然氣膨脹機獨立調壓裝置，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述閥門組包括：

第一閥門，其設置于所述調壓閥的天然氣出口和所述加熱器的第二天然氣入口之間，所述中控器能夠根據(jù)所述溫度傳感器傳送的溫度信號溫度調整所述第一閥門的開度；

第二閥門，其設置于所述緩沖罐和所述低壓管網(wǎng)之間，所述中控器能夠調整所述第二閥門的開度。

對于上述天然氣膨脹機獨立調壓裝置，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述中控器還用于根據(jù)采集的參數(shù)判斷天然氣調壓裝置是否存在故障，并且

在所述天然氣調壓裝置存在故障的情形下，所述中控器向所述監(jiān)控端發(fā)送故障信息和/或與故障信息相關的提醒信號。

為了解決上述技術問題，根據(jù)本發(fā)明的另一方面還提供了一種天然氣膨脹機獨立調壓方法，該方法包括整定溫度的步驟以及整定壓力的步驟，并且所述整定壓力的步驟是在所述整定溫度的步驟完成的前提下進行的；

其中，所述整定溫度的步驟為：根據(jù)溫度傳感器檢測的加熱器的天然氣出口的天然氣的溫度，中控器通過調整第一閥門開度的方式以使天然氣的溫度達到并穩(wěn)定至所述中控器設定的溫度水平；

其中，所述整定壓力的步驟為：基于膨脹機的轉速，中控器根據(jù)第一壓力傳感器和第二壓力傳感器檢測的緩沖罐和低壓管網(wǎng)上游的壓力，通過對發(fā)電機的轉速控制來改變通入膨脹機的天然氣的流量，進而使第一壓力傳感器和第二壓力傳感器檢測的天然氣的壓力均達到并穩(wěn)定至中控器設定的壓力水平。

對于上述天然氣膨脹機獨立調壓方法，在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述整定壓力的步驟具體包括：

1)在膨脹機小于設定的最高允許轉速的情形下，根據(jù)第一壓力傳感器和第二壓力傳感器檢測的壓力進行以下的壓力整定控制：

11)當?shù)诙毫鞲衅鳈z測的壓力低于設定的壓力水平、而第一壓力傳感器檢測的壓力處于設定的壓力水平時，中控器向發(fā)電機的勵磁模塊發(fā)送提高發(fā)電機的勵磁電流的信號以提高發(fā)電機的轉速，進而使膨脹機的轉速也隨之升高，直至第一壓力傳感器傳輸?shù)膲毫π盘栠_到高于設定的壓力水平第一預設值的第一目標狀態(tài)，然后按照以下步驟進行控制：

111)若第二壓力傳感器檢測的壓力持續(xù)降低，則中控器向發(fā)電機發(fā)送能夠進一步提高發(fā)電機的轉速的信號，膨脹機的轉速也隨之進一步升高，直至第二壓力傳感器檢測的壓力開始回升；

112)若第二壓力傳感器檢測的壓力開始回升，則中控器向發(fā)電機發(fā)送能夠降低發(fā)電機的轉速的信號，膨脹機的轉速也隨之進一步降低，直至第二壓力傳感器檢測的壓力開始降低；

中控器接收并按照上述步驟111)和112)的原則循環(huán)調節(jié)第二壓力傳感器檢測的天然氣的壓力，直至第二壓力傳感器檢測的壓力達到并穩(wěn)定至設定的壓力水平；

12)當?shù)诙毫鞲衅鳈z測的壓力信號高于設定的壓力水平時，中控器向發(fā)電機的勵磁模塊發(fā)送降低發(fā)電機的勵磁電流的信號以降低發(fā)電機的轉速，膨脹機的轉速也隨之降低，直至第二壓力傳感器檢測的壓力達到高于設定的壓力水平第二預設值的第二目標狀態(tài)；

13)當?shù)谝粔毫鞲衅鳈z測的壓力低于設定的壓力水平時，中控器向發(fā)電機的勵磁模塊發(fā)送提高發(fā)電機的勵磁電流的信號以提高發(fā)電機的轉速，膨脹機的轉速也隨之緩慢升高，直至第一壓力傳感器檢測的壓力達到并穩(wěn)定至設定的壓力水平；

2)在膨脹機的轉速大于等于設定的最高允許轉速的情形下，則根據(jù)第一壓力傳感器和第二壓力傳感器檢測的壓力進行以下相應的整定控制：

21)當?shù)谝粔毫鞲衅骱偷诙毫鞲衅鳈z測的壓力均高于設定的壓力水平時，則中控器按照上述步驟12)進行壓力調整，即中控器通過降低發(fā)電機的轉速使第二壓力傳感器檢測的壓力達到高于設定的壓力水平第三預設值的第三目標狀態(tài)；

22)當?shù)谝粔毫鞲衅骱偷诙毫鞲衅髦械钠渲幸粋€檢測的壓力低于設定的壓力水平時，則中控器向發(fā)電機的勵磁模塊發(fā)送提高發(fā)電機的勵磁電流信號以提高發(fā)電機的轉速，一方面使發(fā)電機和膨脹機保持最高允許轉速運轉，同時中控器向監(jiān)控端發(fā)送最大供氣量不足的提示信號；

中控器接收并按照上述步驟21)和22)的原則循環(huán)調節(jié)第一壓力傳感器和第二壓力傳感器檢測的天然氣的壓力，直至第一壓力傳感器和第二壓力傳感器傳送的壓力信號達到并穩(wěn)定至設定的壓力水平。

有益效果

本發(fā)明的天然氣膨脹機獨立調壓裝置中，由于膨脹機的旋轉每圈輸氣量固定使轉速與輸送氣體的流量成嚴格的線性關系，通過采用勵磁電流來控制發(fā)電機的轉速的方式使轉速的控制更為精確，因此本發(fā)明的調壓裝置能夠實現(xiàn)對天然氣的壓力的高精度調節(jié)以及對天然氣的壓力能的充分回收。

并且，本發(fā)明的調壓裝置通過利用緩沖罐實現(xiàn)了膨脹機出口的天然氣壓力的低振幅波動。具體而言，當由于下游的用戶終端的天然氣用量增大而使低壓管網(wǎng)的天然氣的壓力降低時，與直接通過提高膨脹機的轉速相比(轉速逐漸升高)，緩沖罐內儲存的天然氣能夠快速補充用戶終端的天然氣用量，從而降低低壓管網(wǎng)的天然氣壓力的下降程度，進而使低壓管網(wǎng)的天然氣壓力快速穩(wěn)定至設定的壓力水平。同理，在由于下游的用戶終端的天然氣用量減少而使低壓管網(wǎng)的天然氣壓力升高時，緩沖罐可以儲存膨脹機在減速(轉速逐漸降低)過程中的多余的天然氣，從而降低下游管網(wǎng)壓力的升高程度，進而使低壓管網(wǎng)的天然氣壓力快速穩(wěn)定至設定的壓力水平。

此外，通過利用被調壓(來自高壓管網(wǎng))或者調壓后(來自低壓管網(wǎng))的天然氣作為加熱器的燃料，使得本發(fā)明的調壓裝置在應用過程中減弱了地理條件的限制。同時通過調壓裝置與監(jiān)控端的通訊，實現(xiàn)了對裝置的運行狀態(tài)的實時監(jiān)控。

而且，本發(fā)明的調壓裝置具有結構簡單、使用方便的優(yōu)點，可用于大、中、小型的燃氣調壓應用場景，尤其適用于具有高精度天然氣調壓的、偏遠無法供應市電的中大型天然氣調壓站。

根據(jù)下面參考附圖對示例性實施例的詳細說明，本發(fā)明的其它特征及方面將變得清楚。

附圖說明

包含在說明書中并且構成說明書的一部分的附圖與說明書一起示出了本發(fā)明的示例性實施例、特征和方面，并且用于解釋本發(fā)明的原理。當結合附圖考慮時，能夠更完整更好地理解本發(fā)明。此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。

圖1示出本發(fā)明一種實施例的天然氣膨脹機獨立調壓裝置的結構示意圖1(調壓閥從上游的高壓管網(wǎng)引出作為加熱器燃料的天然氣)；

圖2示出本發(fā)明另一種實施例的天然氣膨脹機獨立調壓裝置的結構示意圖2(調壓閥從下游的低壓管網(wǎng)引出作為加熱器燃料的天然氣)。

附圖標記列表

10、加熱器；11、調壓閥；12、膨脹機；13、勵磁發(fā)電機；14、緩沖罐；20、中控器；21、第一閥門；22、溫度傳感器；23、轉速傳感器；24、第一壓力傳感器；25、第二閥門；26、第二壓力傳感器。

具體實施方式

以下將參考附圖詳細說明本發(fā)明的各種示例性實施例、特征和方面。附圖中相同的附圖標記表示功能相同或相似的元件。盡管在附圖中示出了實施例的各種方面，但是除非特別指出，不必按比例繪制附圖。

在這里專用的詞“示例性”意為“用作例子、實施例或說明性”。這里作為“示例性”所說明的任何實施例不必解釋為優(yōu)于或好于其它實施例。

需要說明的是，在本發(fā)明的描述中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域技術人員而言，可根據(jù)具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。

另外，為了更好地說明本發(fā)明，在下文的具體實施方式中給出了眾多的具體細節(jié)。本領域技術人員應當理解，沒有某些具體細節(jié)，本發(fā)明同樣可以實施。在一些實例中，對于本領域技術人員熟知的方法、手段、元件和電路未作詳細描述，以便于凸顯本發(fā)明的主旨。

實施例1

如圖1示出本發(fā)明一種實施例的天然氣膨脹機獨立調壓裝置的結構示意圖1。如圖1所示，該裝置主要包括天然氣系統(tǒng)和調控系統(tǒng)，天然氣系統(tǒng)主要用于將高壓管網(wǎng)中的天然氣降壓并回收壓力能之后達到能夠通往低壓管網(wǎng)進而通往用戶端的水平，而調控系統(tǒng)則主要用于通過調整前述的“降壓并回收壓力能”的過程中的參數(shù)，優(yōu)化通往低壓管網(wǎng)的天然氣的水平，以及提高壓力能回收水平。

繼續(xù)參照圖1，天然氣系統(tǒng)主要包括加熱器10、調壓閥11、膨脹機12、發(fā)電機13以及緩沖罐14。其中：

加熱器10的第一天然氣入口與高壓管網(wǎng)的管道連接，加熱器10的天然氣出口與膨脹機12的天然氣入口相連接，膨脹機12的天然氣出口與緩沖罐14的天然氣入口相連接，緩沖罐14的天然氣出口連接至低壓管網(wǎng)的管道。高壓管網(wǎng)輸出的天然氣依次經(jīng)加熱器10預加熱、膨脹機12回收壓力能之后，可以暫時儲存于緩沖罐14內或者直接由緩沖罐14的天然氣出口通至緩沖罐14低壓管網(wǎng)的管道。

調壓閥11的入口與高壓管網(wǎng)的管道連接，調壓閥11的入口連接至加熱器10的第二天然氣入口，主要用于為通過第一天然氣入口通入加熱器10的天然氣的預加熱提供燃料。由于預加熱的燃料為高壓天然氣，因此提高了預加熱的效率，這種布置方式更適合要求預加熱密度集中以及預加熱的溫差大的應用場景。

膨脹機12通過聯(lián)軸器與發(fā)電機13連接，主要用于壓力能的回收。具體而言，加熱器的天然氣出口輸出的天然氣推動膨脹機12轉動，將壓力能轉換為機械能，膨脹機12帶動發(fā)電機13轉動發(fā)電，將機械能轉換為電能。優(yōu)選地，發(fā)電機13為勵磁發(fā)電機，因此通過勵磁模塊調整發(fā)電機的勵磁電流即可改變發(fā)電機13的轉速，通過發(fā)電機13的轉速的改變來調整膨脹機的轉速，從而改變通過膨脹機12的天然氣的流量，該流量的改變結合下游用戶終端的天然氣的需求量，可使進入緩沖罐14的天然氣的壓力的改變。

仍然參照圖1，調控系統(tǒng)主要包括中控器20以及與中控器20通過信號電纜分別相連接的溫度傳感器22、轉速傳感器23、閥門組(第一閥門21、第二閥門25)和傳感器組(第一壓力傳感器24、第二壓力傳感器26)。中控器20還通過信號電纜與發(fā)電機13相連接，通過對發(fā)電機13的轉速進行調節(jié)，以實現(xiàn)無需借助于節(jié)流式調壓閥、僅通過單獨的膨脹機即可實現(xiàn)對天然氣的壓力調節(jié)以及壓力能回收的目的。其中：

溫度傳感器22設置于加熱器10的天然氣出口與膨脹機12的天然氣入口之間，主要用于檢測通過管道的預加熱之后的天然氣溫度并將溫度信號傳送給中控器20。

第一壓力傳感器24設置于緩沖罐14上，第一壓力傳感器24主要用于檢測緩沖罐14內的天然氣壓力并將壓力信號傳送給中控器20；第二壓力傳感器26設置于第二閥門25與低壓管網(wǎng)之間的管道上，第二壓力傳感器26主要用于檢測通往低壓管網(wǎng)的天然氣壓力。

第一閥門21設置于調壓閥11的天然氣出口和加熱器10的第二天然氣入口之間，中控器20根據(jù)溫度傳感器22傳送的溫度信號來調整第一閥門21的開度，進而改變進入加熱器10的作為預加熱燃料的量；第二閥門26設置于緩沖罐14和低壓管網(wǎng)的管道之間，中控器20通過改變第二閥門26的開度，進而改變進入低壓管網(wǎng)的用于通至用戶終端的燃料總量。如在供氣不足、用戶終端的用氣量非常小(甚至為為零)或者系統(tǒng)故障時，中控器20使第二閥門26的開度減小，不過此時第一壓力傳感器24檢測的緩沖罐14內的壓力將增加，為了保證第一壓力傳感器檢測的壓力仍處于中控器設定的壓力水平，必然需要通過中控器20降低發(fā)電機13的勵磁電流以使膨脹機12的轉速降低進而降低通入膨脹機12的天然氣的流量。

轉速傳感器23設置于發(fā)電機13，主要用于檢測發(fā)電機13的轉速并將轉速信號傳送給中控器20。由于膨脹機12和發(fā)電機13之間是通過聯(lián)軸器連接的，因此此處轉速傳感器23測得的轉速可以同時用于描述二者的轉速。具體的安裝位置可以根據(jù)實際情形靈活設置，可以將轉速傳感器23設置于膨脹機12或者膨脹機12與發(fā)電機13之間的聯(lián)軸器上。

此外，本發(fā)明的天然氣調壓裝置還包括與中控器20雙向通訊的監(jiān)控端，調控系統(tǒng)的中控器20可以實時或者每隔一定的時間間隔(如1分鐘)與監(jiān)控端進行通訊并向監(jiān)控器傳輸前述采集到的溫度、壓力和/或轉速信號。而且中控器20也可以隨時接收監(jiān)控端讀取數(shù)據(jù)的請求，以實現(xiàn)監(jiān)控端對中控器中數(shù)據(jù)的讀取。此外，中控器20還可以通過前述的溫度、壓力和/或轉速信號來判斷天然氣調壓裝置是否存在故障，以及在存在故障的情形下確定故障類型并向監(jiān)控端發(fā)送相應的故障類型、與故障類型相關的故障信息和/或與故障類型相關的提醒信號(如聲和/或光形式的報警信號)。

如監(jiān)控端可以是物理服務器或者云端服務器，物理服務器可以是就近的或者遠程的監(jiān)控中心，通過監(jiān)控端對調壓裝置的相關數(shù)據(jù)的集中接收、處理和發(fā)送，實現(xiàn)了對調壓裝置的實時監(jiān)測，能夠在調壓裝置發(fā)生故障的情形下及時獲知并采取相應的排障策略，從而提高了調壓裝置整體的使用性能。

優(yōu)選地，膨脹機12選用單螺桿膨脹機，第一閥門21選用調節(jié)閥，第二閥門25選用截止閥，溫度傳感器22為熱電偶或者熱敏電阻，熱敏電阻的熱敏元件選用鉑電阻，轉速傳感器23選用非接觸的安裝形式，加熱器10選用水浴加熱器。

優(yōu)選地，發(fā)電機13還通過電源線與中控器20相連接，將發(fā)電機13產(chǎn)生的電能經(jīng)整流/逆變后為中控器20提供電能，從而實現(xiàn)了自發(fā)電優(yōu)先自使用的目的，此外可以使發(fā)電機13就近提供相關的照明、加熱、空調等用電，之后才將多余的電能輸送到電網(wǎng)中。這樣的配電方案省略了裝置以及裝置所處的應用場景的配電設施，降低了電能輸送產(chǎn)生的能耗，在優(yōu)化電能回收的基礎上提高了電能的利用率。中控器20可以進一步為與之相連的第一閥門21、第二閥門25、溫度傳感器22、第一壓力傳感器24以及第二壓力傳感器26等提供電能。

中控器20主要根據(jù)前述的加熱器10下游的天然氣溫度、緩沖罐14內的壓力、第二閥門25下游的天然氣壓力、發(fā)電機13的轉速來調整天然氣的溫度、壓力和流量。具體的調節(jié)方式參照以下的天然氣膨脹機獨立調壓方法。

本發(fā)明還提供了一種天然氣膨脹機獨立調壓方法，獨立調壓的實現(xiàn)方法為：中控器20主要采用串級控制來對天然氣的溫度壓力和流量進行調節(jié)控制。作為一種優(yōu)選，在串級控制中，關于天然氣溫度的控制作為副控制回路，而關于壓力的控制則作為主控制回路，采用在保證溫度基本符合條件的基礎上進行壓力調整的兩步整定法，優(yōu)化通往低壓管網(wǎng)的天然氣的(溫度、壓力)水平，改善天然氣的壓力能回收水平。該調壓方法主要包括：

s100、整定溫度的步驟，該步驟的實現(xiàn)方法為：中控器20通過溫度傳感器22傳輸?shù)臏囟刃盘?，向第一閥門21發(fā)送調整指令，通過調整第一閥門21的開度的方式以使通過溫度傳感器22檢測到的天然氣的溫度達到并穩(wěn)定至中控器20設定的溫度水平。

具體而言，當溫度傳感器22傳輸?shù)臏囟刃盘柕陀谠O定的溫度水平時，中控器20向第一閥門21發(fā)送增大第一閥門的開度的指令，如以逐漸增大第一閥門21開度的方式增加進入加熱器的作為預加熱的燃料的天然氣的量，而當溫度傳感器22傳輸?shù)臏囟刃盘柛哂谠O定的溫度水平時，中控器20則向第一閥門21發(fā)送減小第一閥門21的開度的指令。中控器20可以實時或者每隔一定的時間間隔(如1分鐘)接收并按照該原則循環(huán)調節(jié)溫度傳感器設置位置的天然氣的溫度，直至溫度傳感器22傳輸?shù)臏囟刃盘栠_到并穩(wěn)定至設定的溫度水平時，中控器20不再向第一閥門21發(fā)送調整期開度的指令，第一閥門21的開度保持不變。

s200、整定壓力的步驟，該步驟的實現(xiàn)方法為：基于膨脹機的轉速，中控器20根據(jù)第一壓力傳感器24和第二壓力傳感器26傳送的壓力信號，通過對通入膨脹機天然氣的流量進行控制，進而使第一壓力傳感器24和第二壓力傳感器26檢測的天然氣的壓力處于中控器20設定的壓力水平。該步驟主要包括：

1)在整定壓力的過程中，獲取膨脹機的轉速，在膨脹機小于中控器20設定的最高允許轉速的情形下，進一步根據(jù)第一壓力傳感器24和第二壓力傳感器26傳送的壓力信號進行以下相應的控制操作：

11)當?shù)诙毫鞲衅?6傳輸?shù)膲毫π盘?即下游的低壓管網(wǎng)的壓力)低于中控器20設定的壓力水平、而第一壓力傳感器24傳輸?shù)膲毫π盘?即緩沖罐內的壓力)處于設定的壓力水平時，中控器20向發(fā)電機13的勵磁模塊發(fā)送提高發(fā)電機的勵磁電流的信號以提高發(fā)電機13的轉速，如以緩慢提高發(fā)電機13的轉速的方式使膨脹機12的轉速也隨之緩慢升高，直至第一壓力傳感器24傳輸?shù)膲毫π盘栠_到如下的目標狀態(tài)：略高于設定的壓力水平。如在第二壓力傳感器26傳輸?shù)膲毫π盘柕竭_設定的壓力水平時，中控器20向發(fā)電機13的勵磁模塊發(fā)送提高發(fā)電機的勵磁電流的信號以將發(fā)電機20的轉速提高0.1-10％，然后按照以下步驟進行：

111)若第二壓力傳感器26傳輸?shù)膲毫π盘柍掷m(xù)降低，則中控器20向發(fā)電機13發(fā)送能夠進一步提高發(fā)電機的轉速的信號，膨脹機20的轉速也隨之進一步升高，直至中控器20檢測到第二壓力傳感器26傳輸?shù)膲毫﹂_始回升；

112)若中控器20檢測到第二壓力傳感器26傳輸?shù)膲毫π盘栭_始回升，則中控器20向發(fā)電機13發(fā)送能夠降低發(fā)電機13的轉速的信號；

中控器20可以實時或者每隔一定的時間間隔(如1秒鐘)接收并按照上述111)和112)的原則循環(huán)調節(jié)第二壓力傳感器26設置位置的天然氣的壓力，即通過調節(jié)發(fā)電機13的勵磁電流的方式，直至第二壓力傳感器26傳輸?shù)膲毫π盘栠_到并穩(wěn)定至設定的壓力水平。

12)當?shù)诙毫鞲衅?6傳輸?shù)膲毫π盘柛哂谠O定的壓力水平時(此時緩沖罐內的壓力必然也高于設定的壓力水平)，中控器20向發(fā)電機13的勵磁模塊發(fā)送降低發(fā)電機的勵磁電流的信號以降低發(fā)電機13的轉速，如以緩慢降低發(fā)電機的轉速的方式使膨脹機12的轉速也隨之緩慢降低，直至第二壓力傳感器26傳輸?shù)膲毫π盘栠_到以下目標狀態(tài)：略高于設定的壓力水平，如在第二壓力傳感器26傳輸?shù)膲毫π盘柕竭_設定的壓力水平時，中控器20向發(fā)電機13的勵磁模塊發(fā)送提高發(fā)電機的勵磁電流的信號以將發(fā)電機20的轉速提高0.1-10％。這是因為，膨脹機12的轉速降低需要時間，因此，如果第二壓力傳感器26檢測到的壓力已處于設定的壓力水平，那么第二壓力傳感器26的設置位置的壓力會隨著膨脹機的轉速降低而降低，從而使第二壓力傳感器26的設置位置的天然氣的壓力在降低至處于設定的壓力水平之后，隨著膨脹機的轉速降低策略會進一步降低至低于設定的壓力水平。這會使調整策略失效，因此目標狀態(tài)設定為略高于設定的壓力水平的量，這為最終的以第二壓力傳感器26的設置位置的天然氣的壓力趨近并保持處于設定的壓力水平的目標預留了空間。

13)當?shù)谝粔毫鞲衅?4傳輸?shù)膲毫π盘柕陀谠O定的壓力水平時(此時下游的低壓管網(wǎng)的壓力必然也低于設定的壓力水平)，中控器20向發(fā)電機13的勵磁模塊發(fā)送提高發(fā)電機的勵磁電流的信號以提高發(fā)電機13的轉速，如以緩慢提高發(fā)電機的轉速的方式使膨脹機12的轉速也隨之緩慢提高，直至第一壓力傳感器24傳輸?shù)膲毫π盘栠_到并穩(wěn)定至設定的壓力水平。

2)在整定壓力的過程中，獲取膨脹機的轉速，在膨脹機的轉速大于等于中控器20設定的最高允許轉速的情形下，則進一步根據(jù)第一壓力傳感器24和第二壓力傳感器26傳送的壓力信號進行以下相應的控制操作：

21)當?shù)谝粔毫鞲衅?4和第二壓力傳感器26傳輸?shù)膲毫π盘柧哂谠O定的壓力水平時，則中控器20向按照前述1)中的步驟12)進行壓力調整，即中控器20通過降低發(fā)電機13的轉速使第二壓力傳感器26傳輸?shù)膲毫π盘柭愿哂谠O定的壓力水平；

22)當?shù)谝粔毫鞲衅?4和第二壓力傳感器26中的其中一個傳輸?shù)膲毫π盘柕陀谠O定的壓力水平時，則中控器20向發(fā)電機13的勵磁模塊發(fā)送提高發(fā)電機的勵磁電流信號以提高發(fā)電機13的轉速，一方面使發(fā)電機13和膨脹機12保持最高允許轉速，同時中控器20向監(jiān)控端發(fā)送最大供氣量不足的提示信號(如聲和/或光形式的報警信號)；

中控器20可以實時或者每隔一定的時間間隔(如1秒鐘)獲取膨脹機的轉速并按照上述21)和22)的原則循環(huán)調節(jié)第一壓力傳感器和第二壓力傳感器壓力的壓力水平，通過調節(jié)發(fā)電機13的轉速的方式，直至第一壓力傳感器和第二壓力傳感器傳送的壓力信號達到并穩(wěn)定至設定的壓力水平。

也就是說，根據(jù)膨脹機的當前轉速是否達到最高允許轉速，將天然氣的壓力調整策略分為兩種情況來處理。在膨脹機小于最高允許轉速的情形下，若緩沖罐和低壓管網(wǎng)的壓力均低于設定的壓力水平，則通過提高發(fā)電機轉速的方式使通入膨脹機的天然氣的流量增加，進而使緩沖罐的壓力和下游管網(wǎng)的壓力不斷升高，直至達到緩沖罐的壓力略高于設定的壓力水平的目標狀態(tài)。而在膨脹機大于等于最高允許轉速的情形下，若緩沖罐和低壓管網(wǎng)的壓力中的其中一個低于設定的壓力水平，則保持膨脹機以最高允許轉速運轉的同時向遠程報警，而若緩沖罐和低壓管網(wǎng)的壓力均高于設定的壓力水平，則通過降低發(fā)電機轉速的方式直至緩沖罐的壓力達到略高于設定的壓力水平的目標狀態(tài)。

在實際控制過程中，由于溫度對壓力的影響，將溫度和壓力的整定過程采用逐步逼近法，對溫度和壓力的調節(jié)循環(huán)進行，最終使控制性能達到期望的精度。

需要說明的是，盡管本發(fā)明的串級控制為副回路調整完成后調整主回路的方案，不過在調整主回路過程中，如果由于參數(shù)的調整使副回路的參數(shù)發(fā)生變化，則應當實時調整副回路，使(主、副)回路的相關參數(shù)均能夠達到中控器預設的水平。

實施例2

圖2示出本發(fā)明的另一種實施例的天然氣膨脹機獨立調壓裝置的結構示意圖。如圖2所示，實施例2與實施例的1的區(qū)別在于，裝置中調壓閥11的天然氣入口連接至低壓管網(wǎng)，也就是說，預加熱的燃料為能夠直接通往用戶終端的低壓天然氣。相比于實施例1，本實施例的方案提高了預加熱環(huán)節(jié)的安全性，因此更適合于安全性要求高但是預加熱的規(guī)模和程度比實施例1小的應用場景。裝置的其他部分與實施例類似，裝置的調壓方法與實施例基本相同，在此不再贅述。

至此，已經(jīng)結合附圖所示的優(yōu)選實施方式描述了本發(fā)明的技術方案。但是，本領域技術人員容易理解的是，本發(fā)明的保護范圍顯然不局限于這些具體實施方式。在不偏離本發(fā)明的原理的前提下，本領域技術人員可以對相關技術特征作出等同的更改或替換，這些更改或替換之后的技術方案都將落入本發(fā)明的保護范圍之內。