[发明专利]一种天然气管网余压综合发电系统

说明书

技术领域

本发明总地涉及天然气管网余压回收发电领域，更具体地涉及一种基于无油双螺杆膨胀机的天然气管网余压综合发电系统。

背景技术

天然气作为一种清洁、高效的化石能源，其开发利用越来越受到世界各国的重视。目前，天然气的长途运输主要是通过管网系统进行的，当前世界上长途管道的运输均采用高压输气，输送压力一般在10MPa以上，上游天然气通过高压管网送至各城市或大型用户，通过各地天然气调压站降压至0.4MPa左右送至用户使用，在这过程中大部分的压力能被浪费掉。

随着经济和技术的发展，逐渐出现了一些对天然气管网中余压的回收利用技术，主要分为制冷利用和发电利用。其中，制冷利用主要是制冰与生活制冷等；压力能发电工艺要求天然气的流量和压力相对稳定，但是天然气的使用存在严重的不均匀性，所以无法满足发电设备的稳定运行，并且天然气调压站的布局较为分散，而小型电力系统不具备上网的条件，不利于建设大型电力回收系统，只能在门站内自用，多余的电量不能储存造成浪费。

授权公告号为CN105201558A的发明专利公开了一种基于单螺杆膨胀机的天然气输送管线余压发电系统，该发明主要是利用单螺杆膨胀机将天然气输送管线的压力能进行发电，膨胀后的低压天然气进入油气分离器将天然气和润滑油分离，分离后的天然气经空气加热器进入原有天然气输送管线送至下游用户，分离后润滑油通过润滑油泵将润滑油加压后再次泵入单螺杆膨胀机需要润滑的位置，同时通过空气加热器将低温天然气回升至下游用户需要的温度。该发明提出的工艺仅仅是利用了部分的天然气余压，还有大量的冷能被浪费掉，发电效率较低，而且润滑油与天然气相接触，造成了天然气的污染。

授权公告号为CN103334891A的发明专利公开了一种天然气调压式发电装置，该发明采用涡轮装置回收天然气压力能发电。该发明提出的工艺，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。

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的问题，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的发明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，该发明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温度。该发明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。

授权公告号为CN105041395A的发明专利公开了一种通过载冷剂子系统把压力能发电子系统和制冷补热子系统整合在一起，以实现压力能回收综合利用，利用分级补热方式，提高天然气膨胀发电量的同时，回收天然气冷能用于生产商品冰或者提供冷需求。该发明提出的工艺，虽然考虑了膨胀后释放大量冷能引起的设备堵塞和腐蚀问题，但是采用分级补热的方式进行的，增加了工艺的复杂性，而且浪费了部分的冷能。

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。与上述发明专利相比，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。

以上这些专利的技术内容，均不够完善，存在以下技术问题：

1)润滑油与天然气相接触，容易造成天然气的污染；