CN104806882B - 一种应用于天然气膨胀过程中的温度压力平衡器及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于天然气膨胀过程中的温度压力平衡器及其应用。该装置由主罐体、顶部封头、气体导通系统和回温系统组成；其中气体导通系统包括进气管、出气管和锥形破碎器；回温系统包括挡板、丝网填料和矩形翅片；该装置应用于天然气管道压力能膨胀发电流程中膨胀机后侧，调节由天然气流量变化、膨胀机构造等原因引起的下游天然气温度过低、出气不连续等问题。本发明具有结构简单、安装方便的特点，适用于解决天然气管道压力能膨胀发电过程中天然气压力不稳定、温度过低等问题。

Description

一种应用于天然气膨胀过程中的温度压力平衡器及其应用

技术领域

本发明涉及天然气压力变化缓冲罐领域，特别是涉及一种应用于天然气膨胀过程中的温度压力平衡器及其应用。

背景技术

基于天然气的产地与消费市场的分布现实，管道运输成为我国最主要的运输方式。目前世界上天然气大多以10MPa以上的压力进行长距离管道运输的。我国“西气东输”和“陕一京二线’，也采用10MPa的高压进行输气，然而城市燃气管网设计压力大多不超过4.0MPa。因此，上游高压天然气必须在接收站或城市门站进行调压。调压过程中的巨大压力能常常用于发电。日本东京电力公司就利用天然气压差建设了一座7700kW的发电站。利用天然气膨胀做功发电，透平出口气压力是不稳定的，甚至带有脉动冲击性。这样的天然气的不符合进入城市管网的要求的。更有甚者，这种冲击带来的管内气柱振动和管道机械共振会对给后续调压装置的管道和阀门造成破坏，严重影响调压门站的正常生产和工作人员的生命安全。但为此而设计缓冲装置的领域还是空白的。

目前现有的气体缓冲罐都是利用突然增大容积的方法缓冲气体压力的，即将管道接入直径远大于管路的罐体，造成流线驻点，达到缓冲的效果。但是通过压力能发电的天然气，这样的气体缓冲罐是不符合要求的。第一，天然气经过透平出口阀门会形成频率很高的脉动冲击气流。缓冲罐以及其接管在管道机械共振和管内激应力的共同作用下，焊缝位置热影响区在短时间内出现裂纹的可能性大大增加。这样的效果显然不安全，不经济的。第二，高压天然气推动透平做功，内能降低，温度会下降到零下30℃左右。这样的温度环境，天然气与其中的水分在和管壁、罐壁的冲击作用下极易形成水合物。水合物会在气流带动下以极高的速度冲击管壁、罐壁，造成严重破坏，降低其寿命。水合物随气流进入下游管网还会造成堵塞。因此，水合物必须及时处理。第三，低温的天然气必须经过升温处理，达到一定的温度要求后才可以进入下游管网，否则在下游管网同样会形成水合物，造成同样的破坏。第四，天然气中的水合物一般采用过滤处理，过滤下来的水合物会逐渐在缓冲罐体中积累，使缓冲效果下降。本发明正是为了解决上述的几个问题的。

发明内容

本发明设计了一种应用于天然气膨胀发电过程中的温度压力平衡器，包括气体导通系统和回温系统。目的是解决天然气管道压力能膨胀发电过程中，由于流量变化、膨胀机构造等原因引起的设备振动、气压不稳定及天然气温度过低等问题。本发明具有结构简单、操作方便等特点，应用于管道气膨胀过程领域。

本发明的技术方案如下：

一种应用于天然气膨胀发电过程中的温度压力平衡器，所述温度压力平衡器由主罐体、顶部封头、气体导通系统和回温系统组成；其中气体导通系统包括进气管、出气管和锥形破碎器；回温系统包括挡板、丝网填料和矩形翅片；所述气流导通系统中进气管位于主罐体下部侧面，出气管位于顶部封头，锥形破碎器位于进气管道入口处；所述挡板倾斜固定于主罐体的内壁，挡板间填充有丝网填料；所述矩形翅片固定环绕于主罐体的外壁。

上述装置中，气体导通系统中的进气管和出气管都使用柔性管，优选波纹管。

上述装置中，回温系统主体为可拆卸装置，相邻挡板之间层高20~30cm，所述挡板的垂直投影面积与主罐体垂直投影面积的比为4/5-5/6，所述挡板上还包括导流口，所述导流口位于倾斜的挡板较低的一端，且所有挡板均相互平行，所有挡板上的导流口的水平投影均相互重叠；所述挡板与水平面的夹角为3-5度。

上述装置中，所述丝网填料的填充方式为在相邻挡板横向上间隔10~20cm左右设置一层丝网，丝网网孔之间呈交错排列，丝网为不锈钢304材质。

上述装置中，所述温度压力平衡器还包括加强筋支撑架和排污口，其中加强筋支撑架位于在主罐体底部封头与侧壁的连接处，封头底部设置有排污口。

一种温度压力平衡器应用于管道天然气压力能膨胀发电过程中。

上述应用中，所述温度压力平衡器应用于管道天然气压力能膨胀发电过程中温度压力调节。

本发明和现有技术相比具有以下特点：

1、本发明中的进出气管都为柔性连接管如波纹管等，可以有效减缓因上一级膨胀机间歇式排气造成的振动，并补偿由于因热胀冷缩造成的形变。同时进气管前端有锥形破碎器，即可以保证在低温天然气中有冰晶等杂质存在时通过破碎器可将杂质粉碎成更小的微粒，防止堵塞管道；又可以防止进气管中气体直接对缓冲罐的丝网填料造成冲击破坏填料。

2、天然气膨胀降压后温度降低，容易形成冰渣，若直接进入下游管网容易形成下游管网的堵塞，需加热到规定温度后才可进入下游管网。所以本装置还需增强天然气与外界空气换热效果，使天然气出缓冲罐的温度符合进入下游管网的温度要求。回温系统内设置挡板可以增加低温天然气在罐内的流程、湍流程度和停留时间；缓冲罐挡板之间放置丝网填料可以增加天然气的换热面积，并且增强天然气的扰流程度；缓冲罐外设置翅片；这些都是增强天然气与外界空气传热办法。

3、本发明回温系统含有挡板、丝网填料、外部翅片等，其中所有挡板都朝统一方向倾斜设置且在最低处开有导流孔。当天然气中的水合物等杂质经过加热后变为液体可通过导流口流入底部通过排污口排出。且回温系统的主体可拆卸，当回温系统中存在杂质过多时可将顶部封头拿下，取出并进行清洗。

4、本发明结构简单，不需其他外部装置就可有效的解决在天然气膨胀发电过程中出现的振动、气流不稳定、温度过低的现象。并且安装方便只需将进出口管路分别于天然气管路进行对接就可使用。

附图说明

图1为温度压力平衡器结构示意图；

图2为可拆卸回温系统；

图3为挡板俯视图。

图中示出：进气管1，锥形破碎器2，排污口3，顶部封头4，出气管5，挡板6，丝网填料7，加强筋支撑架8，矩形翅片9，导流口10，主罐体11。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步地具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。

实施例1

如图1-图3所示，一种应用于天然气膨胀发电过程中的温度压力平衡器，所述温度压力平衡器由主罐体11、顶部封头4、气体导通系统和回温系统组成；其中气体导通系统包括进气管1、出气管5和锥形破碎器2；回温系统包括挡板6、丝网填料7和矩形翅片9；所述气流导通系统中进气管1位于主罐体11下部侧面，出气管5位于顶部封头4，锥形破碎器2位于进气管道1入口处；所述挡板6倾斜固定于主罐体11的内壁，挡板6间填充有丝网填料7；所述矩形翅片9固定环绕于主罐体11的外壁。气流导通系统中的进气管1和出气管5都使用波纹管。回温系统主体为可拆卸装置，相邻挡板6之间层高20cm，所述挡板6的垂直投影面积与主罐体11垂直投影面积的比为4/5，所述挡板6上还包括导流口10，所述导流口10位于倾斜的挡板6较低的一端，且所有挡板6均相互平行，所有挡板6上的导流口10的水平投影均相互重叠；所述挡板6与水平线的夹角为5度；所述丝网填料7的填充方式为在相邻挡板横向上间隔15cm左右设置一层丝网，丝网网孔之间呈交错排列，丝网为不锈钢304材质。所述温度压力平衡器还包括加强筋支撑架8和排污口3，其中加强筋支撑架8位于在主罐体底部封头与侧壁的连接处，封头底部设置有排污口3。

挡板6和丝网填料7一体化设计，整体放置于加强筋支撑架8上。温度压力平衡器主体的顶部封头和主筒体之间法兰连接，底部封头和主筒体之间为焊接。设置柔性进气管1和柔性出气管5与上级进气端和下级出气端都为柔性连接，减缓上级透平膨胀机出口频率很高的脉动冲击气流对设备造成的振动。

以次高压到中压管线调压为例，0.7MPa天然气经过膨胀机膨胀发电后压力降为0.1MPa,温度降为-30℃左右。此时天然气通过进气口1进入温度压力平衡器，通过锥形破碎器2将天然气内因低温形成的水合物进行破碎，破碎成更小的微粒防止堵塞管道；同时也可防止天然气直接进入罐体内对丝网填料冲击造成破坏。然后气体通过回温系统从下到上依次经过每一层挡板后从出气口5进入下游管网，在回温系统中，气体在经过丝网填料7时进行换热，在进入下游管网之前达到规定温度。此时天然气中的水合物通过加热分解，水分重新变为液体，在挡板较低侧汇聚然后通过导流口10流入主罐体底部。在定期检修过程中，可将温度压力平衡器中的顶部封头4与主罐体11分开，然后将回温系统整体取出，进行清洗，清洗后放回温度压力平衡器呢。温度压力平衡器内部的杂质通过底部排污口3排出。在天然气经过主罐体期间，主筒体外壁上的矩形翅片9进一步加强传热效果。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种应用于天然气膨胀发电过程中的温度压力平衡器，其特征在于：所述温度压力平衡器由主罐体（11）、顶部封头（4）、气体导通系统和回温系统组成；其中气体导通系统包括进气管（1）、出气管（5）和锥形破碎器（2）；回温系统包括挡板（6）、丝网填料（7）和矩形翅片（9）；

所述气体导通系统中进气管（1）位于主罐体（11）下部侧面，出气管（5）位于顶部封头（4），锥形破碎器（2）位于进气管（1）入口处；

所述挡板（6）倾斜固定于主罐体（11）的内壁，挡板（6）间填充有丝网填料（7）；所述矩形翅片（9）固定环绕于主罐体（11）的外壁；

气体导通系统中的进气管（1）和出气管（5）都使用柔性管；

气体导通系统中的进气管（1）和出气管（5）都使用波纹管；

回温系统主体为可拆卸装置，相邻挡板（6）之间层高20~30cm，所述挡板（6）的垂直投影面积与主罐体（11）垂直投影面积的比为4/5-5/6，所述挡板（6）上还包括导流口（10），所述导流口（10）位于倾斜的挡板（6）较低的一端，且所有挡板（6）均相互平行，所有挡板（6）上的导流口（10）的水平投影均相互重叠；所述挡板（6）与水平面的夹角为3-5度；

所述丝网填料（7）的填充方式为在相邻挡板横向上间隔10~20cm左右设置一层丝网，丝网网孔之间呈交错排列，丝网为不锈钢304材质；

所述温度压力平衡器还包括加强筋支撑架（8）和排污口（3），其中加强筋支撑架（8）位于在主罐体（11）底部封头与侧壁的连接处，封头底部设置有排污口（3）。

2.一种如权利要求1所述温度压力平衡器的应用，将所述温度压力平衡器应用于管道天然气压力能膨胀发电过程中进行温度压力调节。