CN105003306B - 一种燃气管道内置发电系统及自控方法 - Google Patents

Abstract

本发明的燃气管道内置发电系统包括与主输气管道并联的支路管道、可拆卸地安装在所述支路管道上的发电装置以及与所述发电装置电力输出端相连的电力输出装置，所述发电装置包括节管状机壳、固定在机壳内的发电机和位于发电机动力输入端的导流罩，所述导流罩是由内罩体和外罩体组合而成的双层聚拢状导流结构，所述导流罩的入口端面上设有镂空折流板，所述镂空折流板包括多个呈中心对称的折板薄片，每个折板薄片具有两个相反的倾斜面，两个相反的倾斜面分别位于所述内罩体内以及内罩体和外罩体之间。本发明的燃气管道内置发电系统的导流罩可以使流体流道变小，压力增大，增大动能回收效率。

Description

一种燃气管道内置发电系统及自控方法

技术领域

本发明涉及了一种发电装置，具体涉及一种利用燃气管道内的动能进行发电的系统及自控方法。

背景技术

目前在燃气管道进行输送的过程中，由于监控、控制装置处于偏远地区，远离电网，这样会造成监控、检测等设备缺电或无电供应，存在隐患，例如天然气输送过程中有很多个调压站因位置偏远而处于缺电或者无电供应状态，造成供电困难，这些调压站/箱由于地理位置较为偏僻，经常出现由于市电供电电缆供应不及，以至场站照明和冬天伴热等必需的电力需求得不到满足，同时由于没有外供电，造成监控系统无法安装使用，数据无法实现远程监控，需要每天派巡视人员现场检查，管网设备不确定的安全隐患不能及时发现等问题也随之显现。

针对目前这些调压站用电问题，有些专家提出在管道内安装流体马达来发电，从而满足调压站自身用电需求，但是流体马达必须安装在天然气管网中的中高压段，处于低压段的压力能无法利用，即流体流速慢的管道内使用流体马达无法满足发电需求，而且流体马达直接安装在主输气管道内，结构复杂、维修困难。此外还有技术人员提出一种集能式管道流体(流水、风)发电装置，通过喇叭状集能管道来充分收集流体(流水、风)的能量，然后通过发电机将流体能量转化为电能，但是这种发电装置需要对管道重新进行改造，成本高，安装复杂，而且这种发电装置的应用局限性较大，如果用于燃气等具有危险性的主输气管道内时发电装置与危险流体接触，存在很大的危险性。此外，燃气膨胀进行发电后温度会降低，当低温的燃气回流至天然气管网的主输气管道上时，冷热气体交汇会使管道脆化，降低管道使用寿命。

发明内容

本申请的发明目的在于解决目前上述技术问题，而提供一种安全可靠、拆装方便、维修简便、可增大流速和湍流度的燃气管道内置发电系统及自控方法。

为了完成本申请的发明目的，本申请采用以下技术方案：

本发明的燃气管道内置发电系统包括与主输气管道并联的支路管道、可拆卸地安装在所述支路管道上的发电装置以及与所述发电装置电力输出端相连的电力输出装置，所述发电装置包括节管状机壳、固定在机壳内的发电机和位于发电机动力输入端的导流罩，所述导流罩是由内罩体和外罩体组合而成的双层聚拢状导流结构，所述导流罩的入口端面上设有镂空折流板，所述镂空折流板包括多个呈中心对称的折板薄片，每个折板薄片具有两个相反的倾斜面，两个相反的倾斜面分别位于所述内罩体内以及内罩体和外罩体之间。

本发明每相邻两个折板薄片间隔15度的圆心角，每个折板薄片相对于入口端面倾斜15-20度。

本发明所述节管状机壳两端具有连接法兰，节管状机壳借助连接法兰可拆卸地安装在所述支路管道上，所述发电机借助固定环固定在所述节管状机壳内。

本发明所述电力输出装置包括与发电装置电力输出端相连的蓄电装置、位于支路管道上的调节阀和PLC控制器，所述蓄电装置具有电量监测器，电量监测器和调节阀分别与PLC控制器相连。

本发明所述发电装置的下游支路管道上设有自回温装置，所述自回温装置包括铝翅片管、设置在铝翅片管内的螺旋翅片和设置在铝翅片管外的换热管，所述换热管与铝翅片管相通。

本发明所述换热管的截面呈“星型”。

本发明所述节管状机壳的外壁上设有防爆接头用于连接所述蓄电装置，防爆接头采用螺纹挤压和绝缘胶密封。

本发明所述自回温装置还包括电加热包和传感器，所述电加热包部分或全部包覆所述换热管，所述电加热包与所述蓄电装置相连，所述传感器与所述PLC控制器相连。

本发明还提供一种燃气管道内置发电系统的自控方法，使用上述的燃气管道内置发电系统，包括以下自控程序：

1)当电量监测器监测到蓄电装置电量>95％时，PLC控制器借助调节阀自动切断支路管道内的燃气停止充电，当电量监测器监测到蓄电装置电量<10％时，PLC控制器自动开启调节阀进行充电；

2)当所述传感器监测到自回温装置下游支路管道内的流体温度低于主输气管道内的温度时，所述PLC控制器使蓄电装置通电给所述电加热包，电加热包对换热器内的流体加热，当所述传感器监测到自回温装置下游支路管道内的流体温度高于主输气管道内的温度时，所述PLC控制器使蓄电装置断电。

本发明的燃气管道内置发电系统与现有技术相比区别在于：本发明的发电系统位于与主输气管道并联的支路管道上，支路管道上可拆卸地安装发电装置，具体是通过节管状机壳的连接法兰进行拆卸连接，使得该发电装置具有小型撬装化、一体化等优点，为了解决传统的流体管道内置发电机的发电量不足的问题，本发明的发电装置设置导流罩，一方面导流罩采用由内罩体和外罩体组合而成的双层聚拢状导流结构，使流体流道变小，压力增大，使燃气最大限度地冲刷叶轮，从而增大动能回收效率，另一方面导流罩的入口端面上设有镂空折流板，可以增加湍流度，相应得提高发电量，从而满足监控、检测等设备使用，同时剩余的发电量可通过蓄电装置储存起来，提供给自回温装置使用，确保回流入主输气管道的流体温度达到温度要求。

附图说明

图1是本发明的燃气管道内置发电系统的结构示意图；

图2是本发明的发电装置整体结构示意图；

图3是本发明的发电装置的镂空折流板的结构示意图；

图4是本发明的自回温装置示意图；

图5是本发明的自回温装置的换热管截面图。

具体实施方式

如图1-2所示，本实施例的燃气管道内置发电系统，利用主输气管道1内天然气流动动能、压力能进行发电，并将电能提供给偏远地区或者没有电网区域的阀门、仪表、监控、技防等设施使用，具体地，该发电系统位于支路管道2上，支路管道2与主输气管道1并联，支路管道2上可拆卸地安装发电装置3，发电装置3包括节管状机壳31、固定在机壳31内的发电机32和位于发电机32动力输入端的导流罩33，节管状机壳31两端具有连接法兰，节管状机壳31借助连接法兰可拆卸地安装在支路管道2上，发电机32借助固定环34固定在节管状机壳31内，该发电装置3具有小型撬装化、一体化等特点。

如图2-3所示，为了增大流体的湍动，增加流速，导流罩33采用由内罩体331和外罩体332组合而成的双层聚拢状导流结构，导流罩33的入口端卡固在机壳31内，聚拢端通过支架腿固定在机壳31内或者通过刚性连接件连接到固定环34上进行固定，导流罩33的外倾斜面与机壳31内壁形成的倾角为15°，导流罩33的聚拢端位于发电机32的螺旋叶轮321的外圆周面上，内罩体331的聚拢端的直径比螺旋叶轮321直径大1～2mm，这样流体由导流罩33的入口端进入到聚拢端时，流体流道变小，压力增大，使流体最大限度地冲刷叶轮，提高发电量。

如图3所示，导流罩33的入口端面上设有用于增加湍流度的镂空折流板333，镂空折流板333包括多个呈中心对称的折板薄片，每相邻两个折板薄片间隔15度的圆心角，每个折板薄片被设计成具有两个相反倾斜面，其中位于内罩体内的折板薄片统一向一个方向倾斜，其倾斜面与入口端面形成10-15度夹角，位于内罩体和外罩体之间的折板薄片统一向相反的方向倾斜，其倾斜面与入口端面形成10-15度夹角，这样可以增大湍流度从而增大动能回收效率，相应的发电量提高，可以满足监控、检测等设备使用，同时剩余的发电量可通过蓄电装置4储存起来。

具体地，发电装置3电力输出端连接电力输出装置，电力输出装置包括与发电装置3电力输出端相连的蓄电装置4、位于支路管道2上的调节阀和PLC控制器5，蓄电装置4具有电量监测器，电量监测器和调节阀分别与PLC控制器5相连。蓄电装置4还连接着控制主输气管道1和支路管道2的监控或检测设备(比如主输气管道1上的调节阀、调压器或流量计)，以提供电能给监控、检测等设备。为了提高安全性，节管状机壳31的外壁上设有防爆接头35用于连接蓄电装置4，防爆接头35采用螺纹挤压和绝缘胶密封，耐压可达2.0～2.5MPa，优选的，发电机32采用防爆发电机32。

该蓄电装置4的自控程序如下：当电量监测器监测到蓄电装置4电量>95％时，PLC控制器5借助调节阀自动切断支路管道2内的燃气停止充电，当电量监测器监测到蓄电装置4电量<10％时，PLC控制器5自动开启调节阀进行充电。

如图4-5所示，燃气在进行膨胀发电之后气温会降低，当低温的气体回流至主输气管道1内时，冷热气流交汇会使管道脆化，缩短运输管道的使用寿命，为此该发电系统还设有自回温装置6，自回温装置6设置在发电装置3的下游支路管道2上，自回温装置6包括铝翅片管61、设置在铝翅片管61内的螺旋翅片62和设置在铝翅片管61外的换热管63，换热管63与铝翅片管61相通，换热管63的截面呈“星型”，换热管63采用铝翅片管材料制成，具有抗腐蚀性强、使用寿命长、操作和维修方便等优点，在铝翅片管61内设置螺旋翅片62，可以增大天然气湍动度，增强了低温天然气的换热效果，而且“星型”的换热管63可以增大内部低温气体与外界空气的接触面积，增强换热效果。

自回温装置6一般是通过内部燃气经过换热管63与外部空气进行热交换，但是为了防止自回温温度不足，该自回温装置6还设置有电加热包和传感器，电加热包部分或全部包覆换热管63，电加热包与蓄电装置相连，传感器与PLC控制器5相连。

自回温装置6的自控程序如下：当传感器监测到自回温装置6下游支路管道2内的流体温度低于主输气管道1内的温度时(允许有1摄氏度以内的容差)，PLC控制器5使蓄电装置4通电给电加热包，电加热包对换热器内的流体加热，当传感器监测到自回温装置6下游支路管道2内的流体温度高于主输气管道1内的温度时(允许有1摄氏度以内的容差)，PLC控制器5使蓄电装置4断电停止给电加热包加热。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (9)

1.一种燃气管道内置发电系统，包括与主输气管道并联的支路管道、可拆卸地安装在所述支路管道上的发电装置以及与所述发电装置电力输出端相连的电力输出装置，其特征在于：所述发电装置包括节管状机壳、固定在机壳内的发电机和位于发电机动力输入端的导流罩，所述导流罩是由内罩体和外罩体组合而成的双层聚拢状导流结构，所述导流罩的入口端面上设有镂空折流板，所述镂空折流板包括多个呈中心对称的折板薄片，每个折板薄片具有两个相反的倾斜面，两个相反的倾斜面分别位于所述内罩体内以及内罩体和外罩体之间。

2.根据权利要求1所述的燃气管道内置发电系统，其特征在于：每相邻两个折板薄片间隔15度的圆心角，每个折板薄片相对于入口端面倾斜15-20度。

3.根据权利要求2所述的燃气管道内置发电系统，其特征在于：所述节管状机壳两端具有连接法兰，节管状机壳借助连接法兰可拆卸地安装在所述支路管道上，所述发电机借助固定环固定在所述节管状机壳内。

4.根据权利要求3所述的燃气管道内置发电系统，其特征在于：所述电力输出装置包括与发电装置电力输出端相连的蓄电装置、位于支路管道上的调节阀和PLC控制器，所述蓄电装置具有电量监测器，电量监测器和调节阀分别与PLC控制器相连。

5.根据权利要求4所述的燃气管道内置发电系统，其特征在于：所述发电装置的下游支路管道上设有自回温装置，所述自回温装置包括铝翅片管、设置在铝翅片管内的螺旋翅片和设置在铝翅片管外的换热管，所述换热管与铝翅片管相通。

6.根据权利要求5所述的燃气管道内置发电系统，其特征在于：所述换热管的截面呈“星型”。

7.根据权利要求4所述的燃气管道内置发电系统，其特征在于：所述节管状机壳的外壁上设有防爆接头用于连接所述蓄电装置，防爆接头采用螺纹挤压和绝缘胶密封。

8.根据权利要求5所述的燃气管道内置发电系统，其特征在于：所述自回温装置还包括电加热包和传感器，所述电加热包部分或全部包覆所述换热管，所述电加热包与所述蓄电装置相连，所述传感器与所述PLC控制器相连。

9.一种燃气管道内置发电系统的自控方法，使用如权利要求8所述的燃气管道内置发电系统，其特征在于：包括以下自控程序：

1)当电量监测器监测到蓄电装置电量>95％时，PLC控制器借助调节阀自动切断支路管道内的燃气停止充电，当电量监测器监测到蓄电装置电量<10％时，PLC控制器自动开启调节阀进行充电；

2)当所述传感器监测到自回温装置下游支路管道内的流体温度低于主输气管道内的温度时，所述PLC控制器使蓄电装置通电给所述电加热包，电加热包对换热器内的流体加热，当所述传感器监测到自回温装置下游支路管道内的流体温度高于主输气管道内的温度时，所述PLC控制器使蓄电装置断电。