[发明专利]基于回收来流压力能的超低温环境取热天然气调温调压系统

说明书

一种基于回收来流压力能的超低温环境取热天然气调温调压系统，属于天然气领域，包括管道天然气、压缩天然气、液化天然气，本发明属于天然气领域，包括管道天然气、压缩天然气、液化天然气。该系统采用涡流管、空温式换热器和喷射器构成的压力驱动式加热单元代替现有的加热器(对于LNG通过在储罐和空温式气化器之间设置低温液体增压泵，以提高空温式气化器出口NG压力)。采用喷射器和涡流管这两种压力驱动装置，将涡流管冷端出口的低温NG通入空温式换热器持续从环境中吸收热量；同时使从涡流管热端出来的气体升温直接达到管网温度要求，进而实现无需加热器耗能的目的。

技术领域

本发明属于天然气领域，包括管道天然气、压缩天然气、液化天然气，可回收来流压力余能实现超低温环境取热补偿压力调节、温度调节热需求的系统。

技术背景

天然气是一种高热量、清洁能源，随着环境污染问题日益严重和大量气田的发掘、开展，天然气在全球能源市场中占比越来越高。天然气在输送过程中可以采用多种方式，例如液化天然气(LNG)、罐装压缩天然气(CGN)以及管道压缩天然气(PNG)等，其核心在于采用加大密度(液态或者高压气态)提升输送效率。

管道天然气是指将天然气(包括油田生产的伴生气)从井田开采地或处理厂增压输送到城市配气中心或工业企业用户的管道，又称输气管道，在管道内进行长距离输运的天然气称为管道天然气(pipe natural gas，PNG)。在长输天然气管道运输过程当中，由于提高气体压力可以降低输运成本，管道设计输运压力一般在10Mpa左右，甚至更高。压缩天然气(compressed natural gas，CNG)是通过压缩机把低压的天然气，增压至20-25Mpa,使其压缩进一组能耐高压的气瓶或管束中，形成压缩天然气。压缩的作用是使其密度增大，一次运输可携带更多的质量的天然气，适合长距离运输，以代替长输管线的管道输送方式。天然气中主要成分为甲烷，在常压下将天然气冷却至约-162℃时，则发生相变由气态变成液态，简称液化天然气(Liquefied Natural Gas，LNG)。由于LNG的密度大约是标准状态下气态天然气的625倍，使得LNG具有便于贮存和运输、安全性高、投资少和环保性等诸多优。而随着天然气使用的日益普及，由于天然气在使用时为气态，诸多城市陆续设立大型LNG城市门站用以接收、气化、加臭计量和分输天然气。

问题分析：

气态的高压天然气无论是通过管道输送(PNG)或者罐装(CNG)，由于用户使用时天然气为低压状态，在送到最终使用之前都需要进行减压处理，降至城市管网允许压力0.1-0.4MPa之后才可进入管道。但是高压天然气在减压过程中由于焦汤效应的影响温度也会随之迅速降低，会从周围环境吸收大量的热量，如果不及时补充这些热量将会出现管线结霜甚至阀门冰堵现象，极大的破坏管线及其附属的管件阀门，升高到一定温度之后，再进入调压装置调压，使得在调压、降温过程中，天然气不会降温到冰点之下。此加热装置基本为两种，一种是消耗电能，电加热或电伴热系统；一种是消耗燃气，热水锅炉水循环加热系统。这两种加热系统都需要消耗大量的能量给天然气加压过程提供热量。由于在现有的CNG储罐或来流PNG中，高压的天然气在管道天然气分输站或天然气减压站的调压装置中被直接降压，这一部分巨大的压力能被白白损耗掉了，并没有得到利用。