[实用新型]一种天然气管网压力能回收综合利用系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及天然气调压站的压差发电和冷能回收利用技术领域，具体为一种天然气管网压力能回收综合利用系统。

背景技术

我国省级天然气干线设计压力为6.3MPa，下游城市级管网设计压力为0.4MPa。高压输气管线和沿线城市配气管网之间压差较大，需要减压以满足下游用户的要求。目前天然气的调压方式多采用等焓节流方式，此过程无机械能输出，但存在温降，导致出站温度低于标准要求（>5℃）的供气温度。尤其在环境温度较低的季节，节流后的温度甚至达-20℃，释放了大量冷能，在阀门中产生霜冻堵塞管道，对下游城市管网存在较大安全隐患。传统的解决方案是通过燃烧锅炉热水换热器或电伴热带提前对高压气体加热。这不仅需要消耗燃气或电能，同时造成压力能的严重浪费。

为了回收天然气管网中的压力能授权公告号为CN103334891A的实用新型专利公开了一种天然气调压式发电装置，该实用新型采用涡轮装置回收天然气压力能发电。该实用新型提出的工艺，既没有考虑冷能的回收利用，也没有解决天然气直接膨胀后释放大量冷能引起的设备堵塞和腐蚀等问题。

而授权公告号为CN203362233U的实用新型专利公开了一种利用天然气门站压力能的螺杆膨胀动力机发电系统，该实用新型采用螺杆膨胀机回收天然气的膨胀功发电，与授权公告号为CN103334891A的实用新型专利相比，提出了天然气直接膨胀后释放大量冷能引起的设备堵塞和腐蚀等问题的解决方案，即通过换热器对膨胀后的天然气补热回温，但是这样补热方式需要消耗一定的能源，且冷能直接浪费；而授权公告号为CN103410574A的实用新型专利公开了一种天然气压差发电及冷量回收系统及利用其发电及冷量回收的方法，该实用新型采用螺杆膨胀机回收天然气的膨胀功发电，并且同样提出了利用换热器对膨胀后的天然气进行补热回温，但是与授权公告号为CN203362233U的实用新型专利一样，天然气膨胀后的冷能直接损失，同样存在能源的损耗。

另外，授权公告号为CN203430574U的实用新型专利公开了一种利用小型天然气管网压力能发电的装置，该实用新型提出采用小型气体膨胀机回收天然气压力能发电，实现小功率发电自用功能。膨胀后的天然气通过压力温度平衡器稳定天然气压力和对天然气回温。该实用新型尽管合理利用了天然气压力能实现发电自用，但由于发电功率较小，仅在1~5kW，不适合流量较大的天然气调压场所。同时，该实用新型同样存在天然气冷能无法回收问题，且膨胀后的天然气通过压力温度平衡器调节后，天然气回温幅度有限，膨胀释放的冷能仍旧会引起设备堵塞和腐蚀问题。

同样地，授权公告号为CN104088605A的实用新型专利公开了一种基于压力能发电和热泵加热的天然气井口加热节流系统，该实用新型采用膨胀机发电机组替代传统的节流调压装置，利用膨胀发电机把气井采出的天然气中的压力能转换为电能，膨胀后的低温天然气加热首先通过空气预热器利用环境热量使天然气温度部分恢复，再通过膨胀发电机组生产的电能驱动热泵系统，通过再热器将热泵的热量用来加热经空气预热器后的天然气，使得膨胀降压后的天然气加热到外送集输管道所需的问题。该实用新型提出的工艺尽管节省了天然气加热的能源，并通过热泵装置实现膨胀后天然气的补热回温，但是仍旧没有考虑冷能的回收利用。

而授权公告号为CN101943323A的实用新型专利公开了一种天然气压力差能量回收工艺，该实用新型提出了一种天然气管线压力差能量回收工艺，该实用新型有两种方法回收压力能，其一是通过气轮机将压力能转化为机械功，既可以带动动力设备又可直接发电；其二是利用高压气体的压力能经膨胀减压后制冷，即可生产液化天然气，又可利用所产生的低温流体进行发电、建设冷库或空调制冷等。该实用新型提出的工艺，尽管提到了冷能回收利用，但是对于压力能的利用方式单一，机械能和冷能无法同时回收利用，且并没有解决天然气直接膨胀后释放大量冷能引起的设备堵塞和腐蚀等问题。

为了综合利用天然气压力能，授权公告号为CN203847188U的实用新型专利公开了一种天然气调压站余能综合利用系统，该实用新型采用膨胀发电机组回收天然气中的压力能，并通过低温发电机组利用低温天然气冷能发电并回收部分冷能。同时，通过换热器进一步回收低温发电机组利用后的冷能，回收的冷量供冷用户或者直接向环境排放。与上述实用新型专利相比，有效利用了天然气的冷能，但由于天然气未经预处理，在常温下采用膨胀发电机组直接膨胀将导致设备堵塞、腐蚀和磨蚀现象的发生，并且低温发电机组的发电效率基本在10%左右，投资成本大，冷能利用率低。