專利名稱：管道燃氣輸氣站的燃氣處理系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及管道燃氣輸送技術，特別是涉及管道燃氣輸氣站的燃氣處理系統(tǒng)。
背景技術：
管道燃氣輸送是將油氣井采出的天然氣通過與油氣井相連接的各種管道及相應的設施、設備網絡輸送到不同地區(qū)的不同用戶。一個完整的管道燃氣輸送系統(tǒng)從油氣井到用戶之間設置多個輸氣站。輸氣站的主要功能包括除塵分離、調壓、凈化、計量、清管、加熱等等功能。其中調壓的目的是保證輸入、輸出的氣體具有所需的壓力和流量。而加熱是對管道內氣體進行加熱，提高氣體溫度，防止燃氣中烴與水形成水合物而堵塞管道設備，影響輸氣生產。目前普遍使用的調壓器是以各種閥門為核心的調壓結構。而加熱系統(tǒng)采用水套式加熱爐。從輸氣管引出的燃氣作為加熱爐的燃料。這種方式會耗費所傳輸的燃氣。

實用新型內容有鑒于此，本文提出一種管道燃氣輸氣站的燃氣處理系統(tǒng)，其能夠更好地實現上述一種或多種功能。另外，本文也提出了一種管道燃氣輸氣站的燃氣處理系統(tǒng)，其能夠實現一種在輸氣過程中產生電能的新方式。本文提出的管道燃氣輸氣站的燃氣處理系統(tǒng)包括渦輪膨脹機、壓力傳感器和控制器。所述渦輪膨脹機包括燃氣入口和燃氣出口。燃氣入口用于接收來自燃氣管道的上游來氣，上游來氣在所述渦輪膨脹機中膨脹降壓之后從所述燃氣出口輸出。其中，渦輪膨脹機的噴嘴環(huán)為可變截面噴嘴環(huán)。壓力傳感器設置在所述燃氣出口下游，用于檢測從所述燃氣出口輸出的管道燃氣的壓力?？刂破髋c壓力傳感器電性連接并根據所述壓力傳感器的壓力檢測結果控制所述可變截面噴嘴環(huán)的通流面積以將從所述燃氣出口輸出的管道燃氣的壓力維持在預定值。在一個實施例中，所述燃氣處理系統(tǒng)還包括與所述渦輪膨脹機連接的發(fā)電機，其中當所述管道燃氣流過所述渦輪膨脹機驅動所述渦輪膨脹機旋轉時，所述渦輪膨脹機驅動所述發(fā)電機進行發(fā)電。其中，所述發(fā)電機可以為永磁發(fā)電機。在一個實施例中，所述燃氣處理系統(tǒng)還包括溫控裝置以將管道燃氣的溫度維持在預定值，其中所述發(fā)電機發(fā)出的電力為所述溫控裝置提供用以加熱的能量。本文另提供一種管道燃氣輸氣站的燃氣處理系統(tǒng)，其包括渦輪膨脹機和發(fā)電機。所述渦輪膨脹機包括燃氣入口和燃氣出口，所述燃氣入口用于接收來自燃氣管道的上游來氣，所述上游來氣在所述渦輪膨脹機中膨脹降壓之后從所述燃氣出口輸出。所述發(fā)電機與所述渦輪膨脹機連接，其中當管道燃氣通過所述渦輪膨脹機驅動所述渦輪膨脹機旋轉時，所述渦輪膨脹機驅動所述發(fā)電機進行發(fā)電。其中，所述發(fā)電機產生的電力可供其它設備使用，例如可以為一個加熱器提供能量以對將管道內的燃氣進行加熱。本文還提供一種管道燃氣輸氣站的燃氣處理系統(tǒng)。所述輸氣站包括來氣接收部和多個燃氣出站部，而所述燃氣處理系統(tǒng)設置在所述來氣接收部和至少其中一個燃氣出站部之間。所述燃氣處理系統(tǒng)包括渦輪膨脹機、壓力傳感器、溫度傳感器、加熱器和控制器。所述渦輪膨脹機包括燃氣入口和燃氣出口，所述燃氣入口用于接收流過所述來氣接收部的上游來氣，所述上游來氣在所述渦輪膨脹機中膨脹降壓之后從所述燃氣出口輸向所述至少其中一個燃氣出站部。所述壓力傳感器設置在所述燃氣出口下游，用于檢測從所述燃氣出口輸出的管道燃氣的壓力。所述溫度傳感器用于檢測管道內傳輸的燃氣的溫度。所述加熱器用于加熱所述管道內傳輸的燃氣。所述控制器與所述壓力傳感器和溫度傳感器電性連接用于接收對應的檢測結果，并根據所述壓力傳感器的壓力檢測結果控制所述渦輪膨脹機的操作以將從所述燃氣出口輸出的燃氣的壓力維持在預定值，以及根據所述溫度傳感器的溫度檢測結果控制所述加熱器對所述管道內的燃氣進行加熱的操作。在一個實施例中，所述渦輪膨脹機的數量可以為多個，這些渦輪膨脹機并列設置并根據下游的用氣量大小選擇性地開啟。綜上所述，本文討論了一種管道燃氣輸氣站的燃氣處理系統(tǒng)。該燃氣處理系統(tǒng)采用渦輪膨脹機來對管道燃氣進行調壓。在一個實施例中，該渦輪膨脹機的噴嘴環(huán)為可變截面噴嘴環(huán)，通過改變可變截面噴嘴環(huán)的通流面積，即可控制調壓后的燃氣壓力。在另一個實施例中，該燃氣處理系統(tǒng)還包括與渦輪膨脹機連接的發(fā)電機。這樣，發(fā)電機產生的電力可供其它設備使用。例如可以供加熱器使用以對管道燃氣進行加熱，無需耗費管道內的燃氣，節(jié)省了能源。同時，本系統(tǒng)也實現了一種在輸氣過程中產生電能的新方式。

圖1為一個管道燃氣輸氣站的簡化示意圖。圖2是一種管道燃氣輸氣站的燃氣處理系統(tǒng)的示意圖。圖3是一種利用永磁發(fā)電機來發(fā)電的示意圖。圖4是一種管道燃氣輸氣站的燃氣處理系統(tǒng)的方框示意圖。其中:10、來氣接收部；12、燃氣出站部；14、燃氣處理系統(tǒng)；16、備用燃氣處理系統(tǒng)；20、渦輪膨脹機；26、可變截面噴嘴環(huán)；28、渦輪部；30、壓力傳感器；32、加熱器；34、溫度傳感器；36、發(fā)電機；40、電力處理單元；50、控制器；52、顯示裝置和/或輸入裝置。
具體實施方式
在詳細描述實施例之前，應該理解的是，本實用新型不限于本申請中下文或附圖中所描述的詳細結構或元件排布。本實用新型可為其它方式實現的實施例。而且，應當理解，本文所使用的措辭及術語僅僅用作描述用途，不應作限定性解釋。本文所使用的“包括”、“包含”、“具有”等類似措辭意為包含其后所列出之事項、其等同物及其它附加事項。特別是，當描述“一個某元件”時，本實用新型并不限定該元件的數量為一個，也可以包括多個。圖1為一種管道燃氣輸氣站的簡化示意圖。輸氣站包括來氣接收部10和多個燃氣出站部12。來氣接收部10與每個燃氣出站部12之間設有燃氣處理系統(tǒng)14。燃氣處理系統(tǒng)14將上游來氣進行各種處理后，通過對應的燃氣出站部向下游輸氣，例如輸往其它輸氣支線或者其它用戶。如圖1所示，輸氣站將上游來氣利用多條輸氣線路向下游進行分配。每條輸氣線路除了包括正常使用的燃氣處理系統(tǒng)14外，還包括有備用燃氣處理系統(tǒng)16。當正常使用的燃氣處理系統(tǒng)14出現故障或者需要檢修時，備用燃氣處理系統(tǒng)16將開啟投入使用。根據輸氣站在整個管道傳輸中所處的位置，燃氣處理系統(tǒng)14 一般包括分離、計量、加熱、調壓、排污、放空、緊急截斷、清管、配氣等其中部分或全部子系統(tǒng)。需要指出的是，分離、計量、排污、放空、緊急截斷、清管、配氣系統(tǒng)等都不是本文所要介紹的重點，因此不在本文作進一步的介紹。圖2是一種管道燃氣傳輸的燃氣處理系統(tǒng)的示意圖。該燃氣處理系統(tǒng)設置在來氣接收部10與其中一個燃氣出站部12之間。如前所述，燃氣處理系統(tǒng)的其中一些子系統(tǒng)，比如分離、計量、排污、放空、緊急截斷、清管、配氣系統(tǒng)，沒有在此畫出，也不作進一步討論。該燃氣處理系統(tǒng)包括渦輪膨脹機20。渦輪膨脹機20包括燃氣入口 22和燃氣出口24。燃氣入口 22用于從來氣接收部10接收燃氣管道的上游來氣。上游來氣在渦輪膨脹機20中膨脹降壓之后從燃氣出口 24向下游輸送。為了滿足管道傳輸的燃氣壓力要求，經渦輪膨脹機膨脹降壓的燃氣的壓力需要維持在預定值。根據輸氣站在整個管道傳輸中的不同位置，在此所述的預定值是不同的。例如，燃氣壓力可以從IOMpa降壓至4MPa、從4MPa降壓至2.5MPa或從2.5MPa降壓至1.6MPa,并可在一定范圍內浮動。應當理解的是，在一些輸氣站，經過調壓的燃氣壓力可以維持在其它預定值。在圖2的實施例中，這種預定燃氣壓力的維持是利用渦輪膨脹機自身的操作來實現的。具體而言，渦輪膨脹機包括可變截面噴嘴環(huán)26 (即，靜葉)和渦輪部28 (S卩，動葉)。通過調整噴嘴環(huán)葉片的角度，可以改變上述可變截面噴嘴環(huán)26的通流面積，從而改變調壓后的燃氣壓力。在燃氣出口 24的下游位置設置有壓力傳感器30，用于檢測從燃氣出口 24輸出的管道燃氣的壓力?？勺兘孛鎳娮飙h(huán)26根據壓力傳感器30檢測到的壓力檢測結果調整自身葉片的角度，從而將渦輪膨脹機20膨脹降壓后的燃氣壓力維持在預定值。在一些輸氣站，需要對管道內的燃氣溫度進行控制。如果溫度過低，燃氣中烴與水可能會形成水合物而堵塞管道設備。因此，可以在管道的適當位置，設置加熱器32和溫度傳感器34，根據溫度傳感器34檢測到的溫度檢測結果，對管道及其內的燃氣進行加熱，使燃氣溫度維持在適于傳輸的預定值。該預定值為一個溫度范圍，可根據實際情況確定或有關規(guī)范來規(guī)定。在一個實施例中，上述調壓系統(tǒng)還包括與渦輪膨脹機20連接的發(fā)電機36。其中，當管道燃氣流過渦輪膨脹機20驅動所述渦輪膨脹機20旋轉時，所述渦輪膨脹機20驅動發(fā)電機36進行發(fā)電。發(fā)電機36產生的電力可供輸氣站內的設備使用，例如可以作為上述加熱器32的能量。在一個具體實施例中，上述加熱器32可以是電加熱器。在另一個實施例中，也可以是用電加熱水，然后用熱水來加熱管道內的燃氣。應當理解的是，發(fā)電機36產生的電力也可以并入電網或以其它方式加以利用。據估算，對于一個流量為30萬立方米/小時的輸氣站來說，渦輪膨脹機20在一小時內帶動發(fā)電機36產生的電力約為3750Kw.h。在本實用新型的各個實施例中是利用渦輪膨脹機20來調壓，并在調壓過程中將燃氣的壓降轉換為電力供其它設備(例如，加熱器)使用。相對于現在普遍使用的耗費管道內燃氣的水套式加熱器，本實用新型無需耗費管道內燃氣，具有顯著的節(jié)能效果。而且，本實用新型的燃氣處理系統(tǒng)也實現了在輸氣的同時產生電能的新方式。在往常使用渦輪發(fā)動機帶動發(fā)電機來發(fā)電的應用中，其產生的電力要求頻率、電壓恒定。因此，渦輪發(fā)動機的轉速一般會相對穩(wěn)定，即使有變工況的場合，其變化幅度也不會太大。例如，渦輪發(fā)動機的轉速可能在最大20%的幅度范圍內變動。在這種小幅度的變工況下，發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)會根據渦輪發(fā)動機的轉速的變化而相應地改變其勵磁強度，以此獲得恒頻、恒壓的電力輸出。但是，在本文介紹的利用管道燃氣來驅動渦輪發(fā)動機以進行發(fā)電的場合，管道燃氣的流量隨著下游用氣量的變化不斷變化，從而造成渦輪發(fā)動機的轉速也跟著不斷變化。而且，下游用氣量在用電高峰和用電低谷之間變化幅度巨大，從而導致渦輪發(fā)動機的轉速大幅度地變動。在這種情況下，常規(guī)的電勵磁發(fā)動機無法實現頻率和電壓的恒定。因此，本文嘗試使用永磁發(fā)電機來發(fā)電。圖3是一種利用永磁發(fā)電機來發(fā)電的意圖。發(fā)電機36為永磁發(fā)電機,發(fā)電機36與渦輪膨脹機20連接，其間視情況設置或不設置減速箱。在發(fā)電機36后端，設置電力處理單元40，用于對發(fā)電機36產生的電力進行調壓、調頻，以得到恒頻、恒壓的電力輸出。如上所述，隨著下游用氣量的變化，渦輪膨脹機20的轉速在很大的范圍內變化，因此永磁發(fā)電機產生的電力的頻率和電壓都不穩(wěn)定。借助于電力處理單元40的調壓、調頻處理，可以得到恒頻、恒壓的電力輸出。電力處理單元40例如為逆變器。如前所述，下游用氣量在用電高峰和用電低谷之間變化幅度巨大，從而導致渦輪膨脹機的效率和功率大幅度地變動。在本實用新型的一個實施例中，可以設置多個渦輪膨脹機，這些渦輪膨脹機并列設置并根據下游的用氣量大小選擇性地開啟。如果用氣量增大，則增加啟動的渦輪膨脹機的數量，如果用氣量減小，則減少啟動的渦輪膨脹機的數量。這樣，可以使每個啟動的渦輪膨脹機都盡量工作在其最佳效率點或功率點。圖4是前述燃氣處理系統(tǒng)一個實施例的方框示意圖。燃氣處理系統(tǒng)主要包括控制器50、壓力傳感器30、溫度傳感器34、可變截面噴嘴環(huán)26、渦輪部28、加熱器32、發(fā)電機36。壓力傳感器30、溫度傳感器34、可變截面噴嘴環(huán)26和加熱器32每個都與控制器50電性連接?？刂破?0接收壓力傳感器30的壓力檢測結果并根據該壓力檢測結果控制可變截面噴嘴環(huán)26的流通面積，從而將管道內燃氣的壓力維持在前述預定值?？刂破?0也接收溫度傳感器34的溫度檢測結果并根據溫度檢測結果控制加熱器32的運行，從而將管道內燃氣的溫度維持在前述預定值?？刂破?0也可以主動去收集壓力傳感器30和/或溫度傳感器34的檢測結果，而且可變截面噴嘴環(huán)26和加熱器32可以將其運行狀態(tài)回傳至控制器50。因此，上述元件之間的信號傳輸可以是雙向的。在本實施例中，壓力傳感器30適合設置在渦輪膨脹機的燃氣出口的下游，用于檢測燃氣出口下游的管道燃氣的壓力。溫度傳感器34和加熱器32可設置在輸氣站內的任何位置，但將加熱器32設置在渦輪膨脹機的燃氣入口之前可以防止管道內由于溫度低而形成的水合物或冰塊進入渦輪，造成渦輪膨脹機的堵塞或對葉片的損壞。[0035]在上述實施例中，溫度傳感器34和加熱器32 —起形成了溫控裝置，在控制器50的控制下，將管道燃氣的溫度維持在預定值。在其它實施例中，溫控裝置也可以不設置溫度傳感器。在另一個實施例中，也可以完全不設置溫控裝置。渦輪部28帶動發(fā)電機36進行發(fā)電，其電力可以作為驅動加熱器32及其它設備所需要的能量。在其它實施例中，發(fā)電機36產生的電力也可以被輸送至該輸氣站以外，以驅動設置在輸氣站外面的管道上的加熱器或其它設備。在一個實施例中，燃氣處理系統(tǒng)也可以包括與控制器50連接的顯示裝置和/或輸入裝置52，用于顯示各設備狀態(tài)和/或輸入指令。這樣可以實現各輸氣站的遠程監(jiān)視和控制。雖然上文是結合管道燃氣輸氣站來介紹本實用新型的燃氣處理系統(tǒng)的實施例。應當理解的是，本文介紹的燃氣處理系統(tǒng)的概念可以應用至管道輸送系統(tǒng)中任何需要減壓的場合。另外，在一些實施例中，燃氣處理系統(tǒng)可以包括多級減壓機構。無論多級減壓機構全部采用渦輪膨脹機減壓，還是只有其中部分減壓級采用渦輪膨脹機，都屬于本實用新型的范圍。綜上所述，本文討論了一種燃氣處理系統(tǒng)。該燃氣處理系統(tǒng)采用渦輪膨脹機來對管道燃氣進行調壓。在一個實施例中，該渦輪膨脹機的噴嘴環(huán)為可變截面噴嘴環(huán)，通過改變可變截面噴嘴環(huán)的通流面積，即可控制調壓后的燃氣壓力。在另一個實施例中，該燃氣處理系統(tǒng)還包括與渦輪膨脹機連接的發(fā)電機。這樣，發(fā)電機產生的電力可供其它設備使用。例如可以供加熱器使用以對管道燃氣進行加熱，無需耗費管道內的燃氣，節(jié)省了能源。同時，本系統(tǒng)也實現了一種在輸氣過程中產生電能的新方式。本文所描述的概念在不偏離其精神和特性的情況下可以實施成其它形式。所公開的具體實施例應被視為例示性而不是限制性的。因此，本實用新型的范圍是由所附的權利要求，而不是根據之前的這些描述進行確定。在權利要求的字面意義及等同范圍內的任何改變都應屬于這些權利要求的范圍。
權利要求1.一種管道燃氣輸氣站的燃氣處理系統(tǒng)，其特征在于，所述燃氣處理系統(tǒng)包括: 渦輪膨脹機，所述渦輪膨脹機包括燃氣入口和燃氣出口，所述燃氣入口用于接收來自燃氣管道的上游來氣，所述上游來氣在所述渦輪膨脹機中膨脹降壓之后從所述燃氣出口輸出，其中所述渦輪膨脹機的噴嘴環(huán)為可變截面噴嘴環(huán)； 壓力傳感器，所述壓力傳感器設置在所述燃氣出口下游，用于檢測從所述燃氣出口輸出的管道燃氣的壓力；以及 控制器，所述控制器與所述壓力傳感器電性連接并根據所述壓力傳感器的壓力檢測結果控制所述可變截面噴嘴環(huán)的通流面積以將從所述燃氣出口輸出的管道燃氣的壓力維持在預定值。
2.如權利要求1所述的管道燃氣輸氣站的燃氣處理系統(tǒng)，其特征在于，所述燃氣處理系統(tǒng)還包括與所述渦輪膨脹機連接的發(fā)電機，其中當所述管道燃氣流過所述渦輪膨脹機驅動所述渦輪膨脹機旋轉時，所述渦輪膨脹機驅動所述發(fā)電機進行發(fā)電。
3.如權利要求2所述的管道燃氣輸氣站的燃氣處理系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電機為永磁發(fā)電機。
4.如權利要求2所述的管道燃氣輸氣站的燃氣處理系統(tǒng)，其特征在于，所述燃氣處理系統(tǒng)還包括溫控裝置以將管道燃氣的溫度維持在預定值，其中所述發(fā)電機發(fā)出的電力為所述溫控裝置提供用以加熱的能量。
5.一種管道燃氣輸氣站的燃氣處理系統(tǒng)，其特征在于，所述燃氣處理系統(tǒng)包括: 渦輪膨脹機，所述渦輪膨脹機包括燃氣入口和燃氣出口，所述燃氣入口用于接收來自燃氣管道的上游來氣，所述上游來氣在所述渦輪膨脹機中膨脹降壓之后從所述燃氣出口輸出；以及 發(fā)電機，所述發(fā)電機與所述渦輪膨脹機連接，其中當管道燃氣通過所述渦輪膨脹機驅動所述渦輪膨脹機旋轉時，所述渦輪膨脹機驅動所述發(fā)電機進行發(fā)電。
6.如權利要求5所述的管道燃氣輸氣站的燃氣處理系統(tǒng)，其特征在于，所述燃氣處理系統(tǒng)還包括加熱器，所述加熱器設置在所述燃氣入口之前以在燃氣進入渦輪膨脹機之前對燃氣進行加熱，其中所述加熱器由所述發(fā)電機產生的電力提供能量。
7.一種管道燃氣輸氣站的燃氣處理系統(tǒng)，所述輸氣站包括來氣接收部和多個燃氣出站部，所述燃氣處理系統(tǒng)設置在所述來氣接收部和至少其中一個燃氣出站部之間，其特征在于，所述燃氣處理系統(tǒng)包括: 渦輪膨脹機，所述渦輪膨脹機包括燃氣入口和燃氣出口，所述燃氣入口用于接收流過所述來氣接收部的上游來氣，所述上游來氣在所述渦輪膨脹機中膨脹降壓之后從所述燃氣出口輸向所述至少其中一個燃氣出站部； 壓力傳感器，所述壓力傳感器設置在所述燃氣出口下游，用于檢測從所述燃氣出口輸出的管道燃氣的壓力； 溫度傳感器，所述溫度傳感器用于檢測管道內傳輸的燃氣的溫度； 加熱器，用于加熱所述管道內傳輸的燃氣； 控制器，所述控制器與所述壓力傳感器和溫度傳感器電性連接用于接收對應的壓力和溫度檢測結果，并根據所述壓力傳感器 的壓力檢測結果控制所述渦輪膨脹機的操作以將從所述燃氣出口輸出的燃氣的壓力維持在預定值，以及根據所述溫度傳感器的溫度檢測結果控制所述加熱器對所述管道內的燃氣進行加熱的操作。
8.如權利要求7所述的管道燃氣輸氣站的燃氣處理系統(tǒng)，其特征在于，所述燃氣處理系統(tǒng)還包括與所述渦輪膨脹機連接的發(fā)電機，其中當管道燃氣流過所述渦輪膨脹機驅動所述渦輪膨脹機旋轉時，所述渦輪膨脹機驅動所述發(fā)電機進行發(fā)電，其中所述加熱器由所述發(fā)電機產生的電力提供能量。
9.如權利要求7所述的管道燃氣輸氣站的燃氣處理系統(tǒng)，其特征在于，所述渦輪膨脹機的噴嘴環(huán)為可變截面噴嘴環(huán)，所述控制器根據所述壓力傳感器的壓力檢測結果控制所述可變截面噴嘴環(huán)的通流面積。
10.如權利要求7所述的管道燃氣輸氣站的燃氣處理系統(tǒng)，其特征在于，所述渦輪膨脹機的數量為多個，這些渦輪膨 脹機并列設置并根據下游的用氣量大小選擇性地開啟。
專利摘要一種管道燃氣輸氣站的燃氣處理系統(tǒng)，其包括渦輪膨脹機和發(fā)電機。所述渦輪膨脹機包括燃氣入口和燃氣出口，所述燃氣入口用于接收來自燃氣管道的上游來氣，所述上游來氣在所述渦輪膨脹機中膨脹降壓之后從所述燃氣出口輸出。所述發(fā)電機與所述渦輪膨脹機連接，其中當管道燃氣通過所述渦輪膨脹機驅動所述渦輪膨脹機旋轉時，所述渦輪膨脹機驅動所述發(fā)電機進行發(fā)電。其中，所述發(fā)電機產生的電力可供其它設備使用，例如可以為一個加熱器提供能量以對將管道內的燃氣進行加熱。
文檔編號F17D3/01GK203068146SQ20132004968
公開日2013年7月17日 申請日期2013年1月29日 優(yōu)先權日2013年1月29日
發(fā)明者王崎文 申請人:深圳智慧能源技術有限公司