CN103234118A - 一种利用天然气高压管网压力能的液化调峰方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种利用天然气高压管网压力能的液化调峰方法和装置。目前，我国大多应用高压管输的方式来输送天然气。而随着管输技术的日益进步，输送天然气的管网压力越来越高，通过调压站调压会产生大量压力能损失。如果能够回收利用这部分压力能，会对我国的能源工业产生十分深远的影响，为此，回收天然气管网蕴含的巨大压力能，且同时满足城市燃气调峰的需要，提出了回收天然气高压管网压力能的天然气液化调峰方法和装置。在用气低谷时通过膨胀机充分利用管网间压差产生的冷量用于液化天然气并储存起来，在用气高峰时将液化天然气气化起到调峰作用，并将液化天然气气化产生的冷能用于冷库。有效地提高能源利用率，实现了管网运行的经济性，解决城市调峰问题。

Description

一种利用天然气高压管网压力能的液化调峰方法和装置

技术领域

本发明属于油气储存与运输工程技术领域，具体涉及天然气高压管网压力能回收利用的储气调峰方法和装置。

背景技术

能源与环境已成为世界各国的基本问题。随着经济的快速发展和环境保护压力的不断增大，天然气作为清洁高效能源的比重日益增大。长距离、高压力、网格化的大型供气系统已成为目前世界天然气输气管道的发展趋势。随着我国天然气管道建设地迅猛发展，以西气东输二线的启动为标志，我国天然气管网正式进入快速发展阶段。

高压天然气管网蕴含着大量的压力能，因而当高压天然气经过各地的门站或调压站时都要进行调压。而在传统的调压过程中，大部分的能量由于转化被白白浪费掉了，而且还有可能给管道及调压设备的正常运行带来危害。因而，充分应用气源与城市供气间的压差，既可以回收大量的压力能，还能够消除对下游管道造成的冷破坏，提高了能源利用率。

在城市天然气的输配系统中，用户对各类燃气的需求量是不断变化的。为保证供气的连续性和供气与用气间的平衡，应用天然气高压输送的特点，在调压过程中同时进行天然气液化，用液化天然气满足城市日、时用气不均匀性调峰，保证燃气的安全、平稳、可持续地输送到用户。并将液化天然气冷能用于冷库制冷，可以达到节省能源、节能减排、提高经济效益的目的。

发明内容

本发明的目的是一种回收利用天然气高压管网压力能的液化调峰装置。通过回收利用高压管网压力能和调峰的联合应用，既实现了管网安全储存与调峰。又将液化天然气气化所释放的冷能加以利用，带动冷能使用行业的发展，提高能源利用率，符合国家节能环保的基本国策。

本发明技术方案如下：其特征在于：

天然气从高压天然气输气管道进入常规天然气门站，初始压力6～10MPa，经过三向阀，高压天然气分为a，b两股。满足城市管网瞬时需求量的a股天然气经过膨胀制冷设备膨胀制冷，压力降至0.5～1.6MPa，温度降为-110～-49℃。此过程产生大量的冷能，低温天然气与冷媒在换热器进行冷量交换，温度提高到5℃，进入城市管网；冷媒温度降为-30～0℃，存于低温冷媒储罐中。

用气低谷时，瞬时需求过剩的b股天然气经板式换热器进行天然气液化，通过气液分离器将液化天然气存于液化天然气储气罐中；用气高峰时，将存于液化天然气储气罐中液化天然气通过气化器气化调压后的送入天然气管网，达到削峰填谷的作用，解决高峰用气问题。而气液分离器分离的未液化的天然气与b股天然气汇合，重新进入板式换热器。低温冷媒储罐中存储的冷量随冷媒送入板式换热器中进行天然气液化，换热升温后的冷媒返回常温冷媒储罐，冷媒循环使用。循环充分利用了高压输气管道的压力能液化天然气，几乎不需要消耗电能，提高了能源的利用率，实现了输气管网的经济运行。

蓄冷制冷系统的特征在于，蓄冷装置通过气化器为蓄冷池储存冷能。在使用时通过板式换热器为冷库提供冷能，氨泵为载冷剂提供动力。液氨通过冷库放冷，之后回到板式换热器。循环具有节能降耗的突出特点，大大降低了冷库的运行成本，有很高的经济效益。

上述系统合理、高效利用压力能液化调峰的装置，可以有效的回收高压管网压力能，将这部分压力能转化为冷量用于液化天然气，几乎无需消耗电能，不但可以避免天然气管线压力能的浪费，还解决了调峰问题。并把液化天然气气化释放的冷量储存在蓄冷池中，当供冷量小于冷库用量时，蓄冷池便起到补充释放冷量的作用，以满足冷库用户的需求。在很大程度上提高了能源的综合利用率，在当前能源形势日趋紧张和提倡节约型社会的今天有一定的先进性。

发明的优点

本发明充分利用高压输气管道的压力能液化天然气，几乎不需要消耗电能。流程简单、设备少、金属耗费少、调节灵活、工作可靠、易启动、操作及维护方便、运行费用低。不仅有效地利用管网压力能，解决城市燃气的日、小时调峰问题，还将液化天然气气化产生的冷能用于冷库，丰富冷能的利用方式。

附图说明

图1为本发明回收利用天然气高压管网压力能的液化调峰装置和工艺流程示意图；

具体实施方式

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

本发明专利具体涉及一种回收利用天然气高压管网压力能的液化调峰装置，天然气从高压天然气输气管道进入常规天然气门站，初始压力6～10MPa，经过三向阀，高压天然气分为a，b两股。满足城市管网瞬时需求量的a股天然气经过膨胀制冷设备膨胀制冷，压力降至0.5～1.6MPa，温度降为-110～-49℃。此过程产生大量的冷能，低温天然气与冷媒在换热器进行冷量交换，温度提高到5℃，进入城市管网；冷媒温度降为-30～0℃，存于低温冷媒储罐中。

用气低谷时，瞬时需求过剩的b股天然气经板式换热器进行天然气液化，通过气液分离器将液化天然气存于液化天然气储气罐中；用气高峰时，将存于液化天然气储气罐中液化天然气通过气化器气化调压后的送入天然气管网，达到削峰填谷的作用，解决高峰用气问题。而气液分离器分离的未液化的天然气与b股天然气汇合，重新进入板式换热器。低温冷媒储罐中存储的冷量随冷媒送入板式换热器中进行天然气液化，换热升温后的冷媒返回常温冷媒储罐，冷媒循环使用。循环充分利用了高压输气管道的压力能液化天然气，几乎不需要消耗电能，提高了能源的利用率，实现了输气管网的经济运行。

蓄冷制冷系统的蓄冷装置通过气化器为蓄冷池储存冷能。在使用时通过板式换热器为冷库提供冷能，氨泵为载冷剂提供动力。液氨通过冷库放冷，之后回到板式换热器。循环具有节能降耗的突出特点，大大降低了冷库的运行成本，有很高的经济效益。详细方案如下，所采用的装置包括：天然气门站（1），三向阀（2），膨胀制冷设备（3），换热器（4），低温冷媒储罐（5），离心泵（6）、（9），板式换热器（7）、（16），常温冷媒储罐（8），气液分离器（10），液化天然气储罐（19），液化天然气泵（11），气化器（12），蓄冷介质泵（13）、（15），蓄冷池（14），氨泵（17），冷库（18）；天然气从高压天然气输气管道进入常规天然气门站（1），初始压力6～10MPa，经过三向阀（2），高压天然气分为a，b两股。满足城市管网瞬时需求量的a股天然气经过膨胀制冷设备（3）膨胀制冷，压力降至0.5～1.6MPa，温度降为-110～-49℃。此过程产生大量的冷能，低温天然气与冷媒在换热器（4）进行冷量交换，温度提高到5℃，进入城市管网；冷媒温度降为-30～0℃，存于低温冷媒储罐（5）中。用气低谷时，瞬时需求过剩的b股天然气经板式换热器（7）进行天然气液化，通过气液分离器（10）将液化天然气存于液化天然气储气罐（19）中；用气高峰时，将存于液化天然气储气罐（19）中液化天然气通过液化天然气泵（11），经气化器（12）气化调压后的送入天然气管网，解决高峰用气问题。而气液分离器（10）分离的未液化的天然气与b股天然气汇合，重新进入板式换热器（7）。低温冷媒储罐（5）中存储的冷量随冷媒通过离心泵（6）送入板式换热器（7）中进行天然气液化，换热升温后的冷媒返回常温冷媒储罐（8），利用离心泵（9）冷媒循环使用。蓄冷制冷系统的特征在于，蓄冷装置通过气化器（12）利用蓄冷介质泵（13）为蓄冷池（14）储存冷能。在使用时利用蓄冷介质泵（15）通过板式换热器（16）为冷库提供冷能，氨泵（17）为载冷剂提供动力。液氨通过冷库（18）放冷，之后回到板式换热器（16），完成循环放冷。

气体在压缩过程中压缩机耗功全部转变为了气体的焓增和压缩机汽缸的对外散热损失，这是形成天然气长输管线压力能的内因。因此，如附图1所示的装置根据火用效率判断其利用情况，找到火用损率较大、提高潜力较大的某些子过程，作为节能技术改造的重点，建立火用数学模型进行分析，从热力学第一、第二定律出发，即从能量的数量和质量相结合的角度出发，揭示系统热力过程中火用的转换、传递、利用和损失情况。并与冷库结合运行，大大地提高了能源的利用率，节省了运行成本，不仅有效地回收利用压力能，起到调峰作用，而且利用了液化天然气气化产生的大量冷能，提高了能源了综合利用效率。

本发明流程简单、调节灵活，以火用概念为基础，在对该装置进行了全面的热力学分析基础上，有效地回收利用了高压管道天然气压力能，解决了城市调峰问题，并将冷能运用于冷库，满足冷库用户的要求。实现了能量的合理、经济、最优化利用，为实现节能降耗、发展循环经济、落实科学发展观作出实际贡献。

Claims (7)

1.一种利用天然气高压管网压力能的液化调峰方法，方法中采用的装置包括：天然气门站（1），三向阀（2），膨胀制冷设备（3），换热器（4），低温冷媒储罐（5），离心泵（6）、（9），板式换热器（7）、（16），常温冷媒储罐（8），气液分离器（10），液化天然气储罐（19），液化天然气泵（11），气化器（12），蓄冷介质泵（13）、（15），蓄冷池（14），氨泵（17），冷库（18）；

其特征在于：天然气从高压天然气输气管道进入常规天然气门站（1），初始压力6～10MPa，经过三向阀（2），高压天然气分为a，b两股。满足城市管网瞬时需求量的a股天然气经过膨胀制冷设备（3）膨胀制冷，压力降至0.5～1.6MPa，温度降为-110～-49℃，此过程产生大量的冷能，低温天然气与冷媒在换热器（4）进行冷量交换，温度提高到5℃，进入城市管网；冷媒温度降为-30～0℃，存于低温冷媒储罐（5）中，用气低谷时，瞬时需求过剩的b股天然气经板式换热器（7）进行天然气液化，通过气液分离器（10）将液化天然气存于液化天然气储气罐（19）中；用气高峰时，将存于液化天然气储气罐（19）中液化天然气通过液化天然气泵（11），经气化器（12）气化调压后的送入天然气管网，解决高峰用气问题。而气液分离器（10）分离的未液化的天然气与b股天然气汇合，重新进入板式换热器（7），低温冷媒储罐（5）中存储的冷量随冷媒通过离心泵（6）送入板式换热器（7）中进行天然气液化，换热升温后的冷媒返回常温冷媒储罐（8），利用离心泵（9）冷媒循环使用，蓄冷制冷系统的特征在于，蓄冷装置通过气化器（12）利用蓄冷介质泵（13）为蓄冷池（14）储存冷能，在使用时利用蓄冷介质泵（15）通过板式换热器（16）为冷库提供冷能，氨泵（17）为载冷剂提供动力，液氨通过冷库（18）放冷，之后回到板式换热器（16），完成循环放冷。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，利用膨胀制冷设备（3）充分回收管网压力能，将这部分压力能转化为冷量来液化天然气，几乎无需消耗电能，提高了能源利用率，减少了高压天然气降压对设备造成的冷破坏。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，用气低谷时，将高压天然气液化储存在液化天然气储气罐（19）内；用气高峰时，将储存的液化天然气气化输出，达到削峰填谷的作用。并将冷量存用于蓄冷池（14）中，通过液氨，为冷库（18）提供冷能，大大降低了冷库的运行成本，具有很高的经济效益。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，使用气液分离器（10）将未液化的高压天然气与b股天然气汇合，达到了能源的回收利用，实现节能降耗、发展循环经济的要求。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，利用火用分析法，结合热力学第一定律和第二定律，即从能量的数量和质量相结合的角度出发，揭示装置在能量中的火用的转换、传递、利用和损失的情况，保证了装置运行的可行性。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的冷媒循环系统中所使用的冷媒为丙烷，蓄冷系统中所使用蓄冷工质为乙二醇水溶液，冷库中的载冷剂为液氨。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的冷库系统中需设有蓄冷池（14）蓄冷，并使用板式换热器（16）为换热装置。

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