[发明专利]一种气体减压加热设备及气体减压加热方法

说明书

本发明公开了一种气体减压加热设备及气体减压加热方法。气体减压加热设备包括涡流管、高压管道、以及低压管道，涡流管连接有冷流输出管以及热流输出管，涡流管上设有泄压喷嘴，该设备还包括设置在所述冷流输出管上的取冷设备、以及传热件，冷流输出管的一端与涡流管连接，另一端与热流输出管连通并与低压管道连通。气体减压加热方法，通过传热件将涡流热流的部分热能传导至泄压喷嘴处，涡流冷流通过取冷设备升温后与涡流热流汇合输出低压气体。通过传热件对泄压喷嘴进行加热，避免发生冻堵；涡流冷流通过取冷设备升温，再与涡流热气混合，使排出的低压气体温度上升，无需额外能源；同时利用取冷设备生产出其他产品，实现节能循环经济。

技术领域

本发明涉及一种气体减压加热设备及气体减压加热方法。

背景技术

由于气体属于可压流体，压缩气体如压缩天然气从高压到低压，根据气体状态方程和热力学第一、第二定律，天然气本身的温度一定会下降。所以进行减压后流入下游的低压天然气的温度比降压前的高压天然气温度要低，温度降低程度与焦耳－汤姆逊节流效应是一样的。在天然气调压时，压力每降0.1MPa，温度就会降低约0.6℃，目前压缩天然气(也叫CNG)调压，一般是从20MPa减压到0.1－2.5MPa，减压后温度降低剧烈，对下游管道和阀门会产生可怕的影响。管道天然气一般是从4－12MPa减压到0.3－2.5MPa，这个减压过程也会造成下游管道和阀门温度过低。天然气在输送过程中，都会有多次的加压、减压，在减压过程中，会造成气流温度骤降，可能会造成下游低压气体输出管道阀门冻堵或者冻裂而出现安全事故。现有的解决技术主要有两种：一种是在调压站建热水锅炉，对减压的燃气用热水加热，一种是用电加热。无论哪种加热方式都会耗损巨大的额外的能源。

中国专利CN201547495U公开了一种利用涡流管进行减压加热的压缩天然气供气装置，压缩天然气经过涡流管减压并分离成两股气流一股为涡流冷流，一股为涡流热流，涡流热流通过换热器预热减压前的压缩天然气，涡流冷流直接排到下游管道。这种方案虽然利用压缩天然气自身产生的涡流热流对压缩天然气加热，解决了压缩天然气减压前预热的问题，但是没有解决下游低压气体输出管道和阀门冻堵或者冻裂的问题。

如图1所述，涡流管10的工作原理如下：高压气体由进气嘴110流入环形气室120，通过喷嘴130喷入涡流器旋转腔140并在其中做高速旋转运动，通过内外气体能量交换，外部热气流经热流输出管50从热流出口流出，内部冷气流经涡流器旋转腔140从冷流出口流出。通过旋转调节热流阀510可以调节冷热气流比例和温度。

根据能量守恒定律，虽然通过涡流管产生了热能，但同时也产生了冷能，这个过程中进入涡流管的天然气可以看成一个系统，冷流和热流都是这个系统内部能量转化的产物，这个系统并没有从外界获得能量，只是系统内部的能量转化，因此最终输出的低压气体温度低于减压前气体，上述方案虽然加热了高压气体，但是气体减压后的温度也会骤降，也会造成下游低压气体输出管道和阀门的冻堵或冻裂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气体减压后的温度不低于减压前的温度、不耗费任何额外的能量、节能减排、安全性高的气体减压加热设备及气体减压加热方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种气体减压加热设备，包括涡流管、将高压气体引入到所述涡流管的高压管道、以及低压管道，经过所述涡流管后高压气体降压变成低压气体排入所述低压管道，所述涡流管连接有冷流输出管、以及热流输出管，所述涡流管上设有与所述高压管道连通泄压喷嘴，所述气体减压加热设备还包括取冷设备、以及将所述涡流管产生的涡流热流部分热能传导至所述泄压喷嘴的传热件；所述取冷设备设置在所述冷流输出管上，所述冷流输出管的一端与所述涡流管连接，另一端与所述热流输出管连通；所述冷流输出管与所述热流输出管的连通处与所述低压管道连通。

其中，所述高压管道沿气流方向依次设置有高压球阀和控制高压气体气流量的控制组件，所述低压管道上设有检测低压管道内压力并将压力信号传递给所述控制组件的压力传感器。