一種管網(wǎng)天然氣壓力能及冷能回收的高效利用系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型設(shè)及天然氣調(diào)壓過程中壓力能及冷能回收利用領(lǐng)域，尤其是設(shè)及一種 管網(wǎng)天然氣壓力能及冷能回收的高效利用系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 天然氣作為一種清潔能源，隨著國家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，天然氣的消費比重不斷增加， 到2020年天然氣在一次能源消費中的比例提高到10%W上，我國天然氣輸氣管道將得到 快速發(fā)展。
[0003] 天然氣長輸管道一般采用高壓輸送，即：天然氣在輸送工藝過程中，需要經(jīng)壓氣站 升至高壓輸送，而至用戶側(cè)則需要降壓使用。目前我國已陸續(xù)建成投產(chǎn)的"西氣東輸"I線 管道壓力約為lOMPa，年供氣能力已逾160億立方。"西氣東輸"II線壓力約為12MPa，年供 氣能力逾300億立方米。西氣東輸各個分輸站點通常有=四個用戶，輸送給運些下游用戶 時一般都經(jīng)過調(diào)壓，此調(diào)壓為初級調(diào)壓，用戶接受來氣用于企業(yè)管網(wǎng)時需要再次調(diào)壓，此次 調(diào)壓稱之為二次調(diào)壓，還有些用戶例如華潤，新奧，昆侖等城市燃氣公司再輸送給終端用戶 時的調(diào)壓為S次調(diào)壓。
[0004] 因此，目前在天然氣長輸過程中，需要消耗動力驅(qū)動壓氣機組提高輸氣壓力；而在 用戶側(cè)需要采用調(diào)壓閥組降壓的方式，來降低輸氣壓力。在采用調(diào)壓閥調(diào)壓（降壓）時， 高品質(zhì)的壓力能完全消耗在克服閥口的局部阻力上，無法得到有效利用；且經(jīng)調(diào)壓閥組降 壓后，天然氣溫度降低（焦耳一湯姆遜效應(yīng)），還需要額外提供熱量提升天然氣至合適的溫 度，才能為用戶使用。即天然氣長輸需要增壓輸送，降壓和回溫使用。
[0005]由此可見，天然氣輸送過程中，蘊含著巨大的能量高效利用與節(jié)能空間。在能源資 源日趨緊張的國情下，如何采用高效的系統(tǒng)與裝置、合適的能量利用方式，有效獲取天然氣 壓力能是一個值得研究的命題。
[0006] 天然氣余壓利用技術(shù)是我國近年興起的新興技術(shù)，目前，已開發(fā)出多種余能利用 技術(shù)，包括壓力能儲氣調(diào)峰、壓力能發(fā)電、天然氣液化、制冷等。從可獲得的能源產(chǎn)品的角度 分析，運些利用方式可W分為：利用天然氣壓力能發(fā)電、利用膨脹后天然氣所具有的冷能進 行制冷，W及利用天然氣壓力能發(fā)電的同時利用膨脹后天然氣所具有的冷能進行制冷等。 在能量梯級利用的要求下，利用天然氣壓力能發(fā)電的同時利用冷能，實現(xiàn)電冷能綜合利用 的分布式能源系統(tǒng)是我國現(xiàn)階段高效的能量回收方式。
[0007] 深圳市燃氣集團股份有限公司徐文東、沈紅萍、邊海軍、劉建輝、樊栓獅、陳秋雄、 陳運文、陸涵、安成名等實用新型的一種利用管網(wǎng)天然氣壓力能發(fā)電與制冰的方法與裝置， 我國專利號為CN102563958A。此實用新型的內(nèi)容主要解決的是利用天然氣壓力能時，獲 取能量形式的單一性及天然氣壓力能技術(shù)的工業(yè)實際應(yīng)用問題。此實用新型雖然可W綜合 利用天然氣壓力能（發(fā)電的同時進行制冷），但此實用新型中的產(chǎn)品電能主要用于供調(diào)壓 口站辦公樓和職工生活用電，剩余部分則直接帶動壓縮制冷循環(huán)制冰，即消耗高品質(zhì)的電 能用來制冰。
[0008]華北電力大學(xué)倫立勇、謝英柏等實用新型的高壓天然氣管路壓力能在燃氣輪機作 功領(lǐng)域的回收利用方法，我國專利號為CN101280723A。此實用新型主要是用于克服已有技 術(shù)缺陷而提供一種高壓天然氣管路壓力能在燃氣輪機作功領(lǐng)域的回收利用方法。同樣是 利用高壓天然氣管路壓力能，運里產(chǎn)生的冷能用燃氣機組的余熱進行回溫，膨脹后天然氣 所具有的冷能也未得到有效利用。此外，該實用新型只適合燃氣輪機作功領(lǐng)域，適用場合受 限。
[0009] 碧海舟（北京）石油化工設(shè)備有限公司類世松、邸建軍、沈懿桐、胡傳芬等實用新 型的適用于高壓天然氣管路的發(fā)電調(diào)壓裝置，專利號為CN203962047U解決了對降壓后的 低溫天然氣加熱時，換熱器需要安裝驅(qū)動電纜，導(dǎo)致需要調(diào)壓站建發(fā)電站的技術(shù)缺陷，W及 采用加熱爐加熱低溫天然氣的過程中消耗天然氣，導(dǎo)致能耗高的技術(shù)缺陷。但是該專利仍 沒有從根本上利用降壓后天然氣所具有的冷能，而是利用天然氣壓力能所發(fā)的電能帶動空 冷器對低溫天然氣進行回溫，消耗了系統(tǒng)產(chǎn)生的電能。 【實用新型內(nèi)容】
[0010] 本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種能源利用 率高、安全可靠、多重回溫保護、高效節(jié)能、結(jié)構(gòu)清晰、改造方便的管網(wǎng)天然氣壓力能及冷能 回收的高效利用系統(tǒng)。
[0011] 本實用新型的目的可W通過W下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0012] 一種管網(wǎng)天然氣壓力能及冷能回收的高效利用系統(tǒng)，用W將高壓天然氣管路中的 天然氣壓力能回收發(fā)電并將管網(wǎng)天然氣冷能回收制冰，所述的系統(tǒng)包括壓力能回收利用裝 置和冷能回收利用裝置，所述的壓力能回收利用裝置分別與冷能回收利用裝置和高壓天然 氣管路連接，所述的冷能回收利用裝置分別與下游天然氣管路和市政水管網(wǎng)連接，所述的 高壓天然氣管路與壓力能回收利用裝置之間設(shè)有穩(wěn)壓閥。
[0013] 所述的壓力能回收利用裝置包括脫水器、膨脹機、傳動組件、發(fā)電機、放空管路和 氣液分離器，所述的高壓天然氣管路、脫水器、膨脹機、放空管路、氣液分離器和冷能回收利 用裝置依次連接，所述的膨脹機還通過傳動組件與發(fā)電機連接。
[0014] 所述的冷能回收利用裝置包括鹽水池、儲水池、電加熱器和太陽能集熱器，所述的 氣液分離器、鹽水池、儲水池、電加熱器和下游天然氣管路依次連接，所述的鹽水池內(nèi)設(shè)有 冰桶，所述的冰桶由儲水池提供制冰用水，所述的儲水池通過太陽能集熱器與市政水管網(wǎng) 連接。
[0015] 所述的鹽水池內(nèi)設(shè)有第一換熱器，所述的儲水池內(nèi)設(shè)有第二換熱器，所述的第一 換熱器的天然氣管路、第二換熱器的天然氣管路、電加熱器的天然氣管路和下游天然氣管 路依次連接，所述的第一換熱器的水回路、第二換熱器的水回路、太陽能集熱器和市政水管 網(wǎng)依次連接。
[0016] 所述的冷能回收利用裝置還包括融冰槽和冷庫，所述的融冰槽用W將冰桶內(nèi)的冰 和桶體分離，所述的冷庫用W存放分離出來的冰。
[0017] 所述的儲水池內(nèi)還設(shè)有水溫監(jiān)測器，所述的水溫監(jiān)測器通過實時監(jiān)測儲水池水的 溫度，從而控制太陽能集熱器進行加熱。
[0018] 所述的脫水器為分子篩脫水器，所述的膨脹機為透平膨脹機，所述的傳動組件為 變速箱。
[0019] 該系統(tǒng)還包括與儲水池并聯(lián)的天然氣支管路，當(dāng)儲水池不足W將天然氣回溫至要 求溫度時，天然氣通過天然氣支管路至電加熱器加熱回溫。
[0020] 本系統(tǒng)包括：
[0021] 1、壓力能回收利用裝置：在該部分，高壓天然氣經(jīng)過穩(wěn)壓閥穩(wěn)壓及脫水器脫水之 后，進入膨脹機膨脹降壓，膨脹過程中天然氣的壓差帶動旋轉(zhuǎn)機械，進而帶動發(fā)電機進行發(fā) 電，所獲得的電能直接上網(wǎng)，同時膨脹后的低溫天然氣經(jīng)過氣液分離器分離重控后，輸送至 冷能回收利用系統(tǒng)。
[0022] 2、冷能回收利用裝置：本實用新型中的冷能回收利用裝置是指包括鹽水池、儲水 池、電加熱器、融冰槽、冷庫、太陽能集熱器、冰桶等裝置組成的低溫天然氣回溫過程，該部 分利用膨脹后低溫天然氣所具有的冷能進行制冰，具體過程分為兩個流程進行：
[0023] 天然氣流程：經(jīng)氣液分離器分離液化的水和重控后的低溫天然氣，進入鹽水池為 鹽水提供冷環(huán)境，從而使鹽水池內(nèi)冰桶中的水結(jié)冰，在鹽水池內(nèi)升溫后的天然氣進入儲水 池繼續(xù)升溫，同時可W提供給制冰用水進行預(yù)冷。在儲水池內(nèi)升溫后的天然氣經(jīng)過電加熱 器進入下游管網(wǎng)，正常情況下，電加熱器處于非工作狀態(tài)，只起到通流作用，只有儲水池出 口處天然氣的溫度不能達到下游天然氣管路的要求，電加熱器才會啟動加熱天然氣。
[0024] 制冰原材料水流程：由市政水管網(wǎng)供水，經(jīng)太陽能集熱器加熱后，送入儲水池內(nèi)預(yù) 冷，在儲水池中預(yù)冷后裝入冰桶，開始制冰過程，制冰完成后，冰與冰桶在融冰槽內(nèi)分離，最 終W冰的形式儲存在冷庫內(nèi)。
[0025] 該實用新型是一種管網(wǎng)天然氣壓力能及冷能回收利用系統(tǒng)及裝置，壓力能回收利 用系統(tǒng)中所發(fā)的電能直接上網(wǎng)，冷能回收利用系統(tǒng)中，依據(jù)能源梯級利用的理念，膨脹機出 口的低溫天然氣首先經(jīng)過鹽水池升溫后，進入儲水池繼續(xù)利用冷能，保證最大限度回收冷 能；利用太陽能集熱器和電加熱保障天然氣的有效回溫。
[00%] 工作時，高壓天然氣首先進入壓力能回收利用裝置，天然氣依次經(jīng)過脫水器脫水 后進入膨脹機進行膨脹降壓，并利用膨脹機進出口壓差帶動發(fā)電機進行發(fā)電，膨脹后的低 溫天然氣經(jīng)氣液分離器分離液化的重控后進入冷能回收利用裝置，在此過程中，利用膨脹 回收利用天然氣壓力能的同時，實現(xiàn)了高壓管網(wǎng)天然氣的調(diào)壓過程，接著，除去重控之后的 低溫天然氣依次經(jīng)過鹽水池和儲水池，充分進行熱交換，從而回收管網(wǎng)天然氣的冷能，最后 通過電加熱器保證了低溫天然氣正?；販?。
[0027] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有W下優(yōu)點：
[0028] 一、能源利用率高：本實用新型代替原有調(diào)壓閥組和加熱回溫系統(tǒng)工作，實現(xiàn)口站 的調(diào)壓和回溫任務(wù)，管網(wǎng)天然氣壓力能和冷能得到了有效回收利用，提高了系統(tǒng)能源綜合 利用率。
[0029] 二、安全可靠：本實用新型將脫水器設(shè)置在膨脹機之前，防止降壓后低溫天然氣在 后續(xù)流程中發(fā)生冰堵，并且在膨脹機之后，鹽水池之前設(shè)置氣液分離器，可W利用天然氣降 壓導(dǎo)致的溫降直接分離液化的重控，防止后續(xù)流程中的設(shè)備發(fā)生堵塞，進而保障系統(tǒng)能夠 安全、可靠的運行。
[0030] S、多重回溫保護：本實用新型設(shè)計了充分回收利用降壓后低溫天然氣冷能的回 溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括四重回溫保護：
[0031]本實用新型在冷能回收利用裝置中設(shè)計了鹽水池，作為第一重回溫保護，不僅可W有效提高低溫天然氣的溫度，而且可W回收利用低溫天然氣的冷能進行制冰；
[0032]本實用新型在冷能回收利用裝置中鹽水池后端設(shè)計了儲水池，運是第二重回溫保 護，一方面，進一步回收低溫天然氣的冷能，對用于制冰的水進行預(yù)冷，提高該系統(tǒng)冷能利 用效率，另一方面，進一步減少回