CN105114131A - 一种利用天然气压力能膨胀发电与压缩制冷的一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种利用天然气压力能膨胀发电与压缩制冷的一体化装置，包括监测调控系统、膨胀发电系统和冷媒制冷系统，通过膨胀发电系统和冷媒制冷系统实现发电与制冷一体化，监测调控系统保证发电机组的稳定性、有效解决负载功率变化过大的问题、根据负载变化快速调节冷媒的压缩量，进而使得整个负载系统功率匹配发电量，保证发电机组持续的稳定运行。本发明能实现电力平衡，系统效率高，广谱性强，冷量用于制冰，所以获得电力的同时可获得工业用或食品用冰。

Description

一种利用天然气压力能膨胀发电与压缩制冷的一体化装置

技术领域

本发明涉及一种压缩制冷的生产工艺及装置，具体涉及一种利用天然气压力能膨胀发电与压缩制冷的一体化装置。

背景技术

目前，城市燃气主要通过管网系统进行运输，天然气利用时，上游的天然气通过高压管网输送到城市燃气或大型用户。高压天然气需根据用户的供气压力要求进行调压，在各地的天然气接收站或者调压站调压后进行城市燃气管网系统供下游用户使用。高压天然气在调压的过程中会产生很大的压力降，释放大量的能量，以日生产50万立方米的门站为例，压力从4.0MPa降至0.4MPa，导致的压力能损失约101.7KJ/h。如果能采用适当的方式回收利用这部分压力能，将能在很大程度上提高能源利用率和天然气管网运行的经济性。“十二五”期间，各级政府全面推广余热余压回收利用技术，推进低品质热源的回收利用，形成能源的梯级综合利用。随着城市天然气应用力度的逐渐增加，天然气管网的发展，高压天然气的压力能回收利用技术将具有广阔的发展前景。

目前国内外回收利用天然气管网压力能的方式主要有发电和制冷两大类。利用压力能发电，产生的电能可进入城市电网，或用于发电站自身生活、生产使用，或用于分布式制氢。

美国专利US20040585238公开了一种回收利用天然气管网压力能发电及制备气体(如氢气)的方法及装置，该发明利用膨胀机输出机械功驱动同轴发电机发电，但低温天然气冷能没有得到利用。中国发明专利申请CN101245956A将天然气压力能用于膨胀发电。该发明以较低的运行成本将压力能转换成机械能，再转换至冷能，通过冷媒供调压站周边的冷库、冷水空调、废旧橡胶深冷粉碎等冷量用户使用，或制成冰块、干冰产品外运销售等，从而取得巨大经济效益，提高能源利用效率。但该发明未涉及具体的发电模拟，且因所提方法较为理论化，要实现工业实际应用较难。中国发明专利申请CN201310347177公开了一种小型天然气管网压力能发电的工艺及装置，提出了一种通过气体膨胀机、变速箱、发电机和变压同步器的连接，利用天然气管网压力进行发电的小型发电工艺及装置，但其发电的效率仅能提供1一5KW小功率用户进行回收利用，可利用范围很低，且对整个管网的安全性、损耗性考虑不足，容易造成严重安全事故。中国发明专利申请CN104213939公开了一种天然气管网压力能回收发电装置，该装置能将天然气管网中的压力能有效转为电能，通过采用PLC结合电磁阀、压力变送器、泄露探测器和密封机撬，能够自动化实时监控发电装置的运行状态，实现智能化操作。但该系统应对负载变化的灵敏度较弱，电动调节阀调节速度过慢，一旦负载变化过大，会影响发电机的稳定运行和效率。

发电机组目前能通过变速器控制发电量的相对稳定，但是下游负载在不同的时间段会有变化，会出现用电高峰和低谷，目前缺少能快速调控发电功率的系统，所以容易出现主轴转动速度及发电功率与负载不匹配的现象，即“小马拉大车”或者“大马拉小车”的现象，影响发电机组的稳定运行，造成发电效率的低下。上述的技术虽有涉及，但在发电的效率、利用范围、安全性等方面各有不足，难以满足实际管网因地理位置、特殊用电需求、安全性、稳定性等多方面的需求。在资源越来越受到世界重视的当下，急需一种利用效率高、安全性能高、能实现电力平衡和适应性强等各方面都更加突出的新型压力能回收装置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种安全性能好，低能耗，易维护，效率高的利用天然气管网压力能发电的装置，回收利用高压管网燃气的压力能进行发电，作为调压站或计量站的电源，同时生产一定量的工业用或食品用冰，同时通过膨胀机-发电机-压缩机联轴实现电力平衡，达到发电量与负载的匹配的要求。

本发明实现上述目的的技术方案为：

一种利用天然气压力能膨胀发电与压缩制冷的一体化装置，包括监测调控系统、膨胀发电系统和冷媒制冷系统，

所述膨胀发电系统包括通过管路依次连接在高压管网和低压管网之间的透平膨胀机，所述透平膨胀机的输出轴依次连接变速器及双轴发电机的一轴，所述双轴发电机的电力输出端通过变压同步器向外供电；

所述冷媒制冷系统包括依靠管路依次连接形成冷媒循环回路的压缩机、换热器、膨胀机、制冷装置、冷媒储罐，所述透平膨胀机流出的天然气与换热器换热后连接中低压管网，所述压缩机与双轴发电机的另一轴驱动连接；

所述监测调控系统包括：PLC；依次设置在高压管网与透平膨胀机进气口之间管路上的第一电控阀、压力现场显示器、温度现场显示器、第一流量计、第一流量调节阀；依次设置在所述透平膨胀机与换热器之间管路上的压力现场显示器、温度现场显示器、气动调节阀；依次设置在换热器于低压管网之间管路上的压力变送器、第二电控阀、压力现场显示器、温度现场显示器；设置在变速器与双轴发电机之间的速度变送器；依次设置在压缩机与冷媒储罐之间管路上的第二流量计和第二流量调节阀；所述PLC通过电路分别连接第二电控阀、压力变送器、气动调节阀、第一电控阀、第一流量调节阀、速度变送器、第二流量调节阀。

进一步地，所述制冷装置为片冰机，所述膨胀机与制冰系统之间的管路上还设置有新鲜水预冷器，这样新鲜水在流经制冰系统之前首先通过新鲜水预冷器与低温冷媒初步换热变成过冷水，之后再进入制冰系统完成制冰过程，进一步提高制冰效果，制冰速度快，生产的片冰质地干燥、柔软无锐角。

进一步地，所述压缩机为往复式压缩机，其利用气环实现活塞和气缸壁之间的密封，无论冷媒流量如何变化，均能达到压缩机出口压力要求，稳定可靠，灵活性高。

进一步地，所述变压同步器为XC-SG型三相变压同步器，具有体积小、重量轻、维护简单、运行可靠等优点。

进一步地，所述双轴发电机为隔爆永磁发电机，安全可靠，稳定性高。

进一步地，所述换热器为套管式换热器，膨胀后的低温天然气流经换热器的环隙，经压缩的高温冷媒流经换热器的管内，具有结构简单、成本低、换热效果好等优点。

进一步地，所述膨胀机为膨胀阀或星旋流体马达，膨胀阀结构简单、成本低廉等优点，而星旋流体马达主轴的一端与气缸全封闭式连接，主轴的另一端与轮滚筒之间设有浮动密封环，与传统马达相比，该马达是无油结构的马达，具有低转速、高扭矩、低能耗、低成本、寿命长、易维护、体积小、重量轻等多项技术优势，在压缩冷媒制冷循环中，充当节流阀的作用，可大大提高节流效率。

进一步地，所述制冷装置为干冰机，用于制造干冰。

进一步地，所述冷媒为R404a、R134a、R22、CO₂或氨气。

进一步地，所述透平膨胀机为6805型透平膨胀机,该型号的透平膨胀机的主轴的一端与气缸全封闭式连接，主轴的另一端与轮滚筒之间设有浮动密封环，压缩比为可选用8～10，等熵效率高达87％以上

本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：

1、能源的有效利用。本发明取代了原来的天然气调压工艺，回收了白白浪费的压力能；膨胀降温后的低温天然气与压缩后的冷媒在套管式换热器换热，不仅节约了原工艺中提升调压后低温天然气的温度所耗费的能量和设备，而且也节省了冷媒制冰所需的冷量。

2、能源利用率高。通过透平膨胀机、发电机和往复式压缩机的联轴，实现膨胀发电与压缩制冷一体化，视输出功的大小有效利用电能，并节约了原有电压缩制冰工艺的电耗，大大提升能源综合利用率。

3、电力平衡性好，调节速度快。该发明设计透平膨胀机、发电机和往复式压缩机三者联轴，发电机组发出的电量大部分用于用户使用，少部分用于压缩制冷，该系统可根据负载的变化自动快速调节冷媒的压缩量，进而完成发电量与负载电荷的匹配，比一般的电动调节的速度更快也更稳定。

4、操作弹性大。通过设置变速器，使得天然气压力能利用工艺对下游用气量的变负荷的适应性增强，透平膨胀机的负荷波动±20％范围发电机仍然能保证较高的效率。当下游用气量较小时，通过变速器选择低速低功率的模式，膨胀机联轴带动发电机发电工作；当下游用气量大时时，通过变速器减速切换至高速高功率的模式，膨胀机联轴带动发电工作。通过设置压缩机与透平膨胀机、发电机同轴，可以使得一部分电量用于压缩机制冷，通过PLC控制第二流量调节阀调节冷媒流量，冷媒流量可变化，操作弹性大。

5、工艺流程简单易控，安全稳定性高。本发明主要由监测调控系统、膨胀发电系统和冷媒制冰系统三部分组成，工艺简单，发电量可根据用户需求进行快速调节，整个系统的工作全部由控制系统监控完成，自动适应性强。此外，本发明的工艺与原有调压站调压管道并联，一旦某一工艺装置或设备出现问题等状况发生，自控系统会自动将介质切换至原有的工艺管道上，保障了系统的安全性。

6、易于推广使用。该工艺可实现发电和制冷一体化，工艺流程简单，制得的工业用或食品用冰可销往就近的市场。制得的冷量也可用于其他用途，如空分、制干冰等。该工艺可建在无电网的偏远地区，减少因电网建设产生的高成本，具有良好的社会效益和经济效益。

附图说明

图1为本发明实施例的一种利用天然气压力能膨胀发电与压缩制冷的一体化装置结构示意图。

图2为本发明又一实施例的一种利用天然气压力能膨胀发电与压缩制冷的一体化装置结构示意图。

图中所示为：1-天然气调压设备；2-第一电控阀；3-第二电控阀；4-气动调节阀；5-第一流量调节阀；6-第二流量调节阀；7-第一流量计；8-第二流量计；9-PLC；10-透平膨胀机；11-新鲜水管路；12-换热器；13-变速器；14-双轴发电机；15-压缩机；16-冷媒储罐；17-制冷装置；18-新鲜水预冷器；19-膨胀机；20-变压同步器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，一种利用天然气压力能膨胀发电与压缩制冷的一体化装置，包括监测调控系统、膨胀发电系统和冷媒制冷系统，

所述膨胀发电系统包括通过管路依次连接在高压管网和低压管网之间的透平膨胀机10，所述透平膨胀机10的输出轴依次连接变速器13及双轴发电机14的一轴，所述双轴发电机14的电力输出端通过变压同步器20与外界的各种仪表、电动阀门等用电设备连接；

所述冷媒制制冷系统包括依靠管路依次连接形成冷媒循环回路的压缩机15、换热器12、膨胀机19、制冷装置17、冷媒储罐16，所述透平膨胀机10流出的天然气与换热器12换热后连接中低压管网，所述压缩机15与双轴发电机14的另一轴驱动连接；

所述监测调控系统包括：PLC，选用西门子S7-300型号PLC；依次设置在高压管网与透平膨胀机10进气口之间管路上的第一电控阀2、压力现场显示器、温度现场显示器、第一流量计7、第一流量调节阀5；依次设置在所述透平膨胀机10与换热器12之间管路上的压力现场显示器、温度现场显示器、气动调节阀4；依次设置在换热器12于低压管网之间管路上的压力变送器、第二电控阀3、压力现场显示器、温度现场显示器；设置在变速器13与双轴发电机14之间的速度变送器；依次设置在压缩机15与冷媒储罐16之间管路上的第二流量计8和第二流量调节阀6；所述PLC通过电路分别连接第二电控阀3、压力变送器、气动调节阀4、第一电控阀2、第一流量调节阀5、速度变送器、第二流量调节阀6，第一电控阀2和第二电控阀3可选用具有紧急切断功能的电磁阀，简称ZCRB型燃气紧急切断阀，第一流量调节阀5、第二流量调节阀6和气动调节阀4可选用电动控制型阀。

具体来说，在本发明的又一实施例中，所述制冷装置17为KP型片冰机，具有制冰速度快，生产的片冰质地干燥、柔软无锐角等优点，同时，所述膨胀机19与制冷装置17之间的管路上还设置有新鲜水预冷器18，这样新鲜水在流经制冷装置17之前首先通过新鲜水预冷器18与低温冷媒初步换热变成过冷水，之后再进入制冷装置17完成制冰过程，进一步提高制冰效果。

具体来说，如图2所示，在本发明的又一实施例中，所述制冷装置17为干冰机，用于制造干冰。

当然，需要时所述制冷装置17也可以为空分系统提供制冷需要。

具体来说，在本发明的又一实施例中，所述压缩机15采用往复式压缩机，往复式压缩机利用气环实现活塞和气缸壁之间的密封，无论冷媒流量如何变化，均能达到压缩机出口压力要求，稳定可靠，灵活性高。

具体来说，在本发明的又一实施例中，所述变压同步器20采用XC-SG型三相变压同步器，具有体积小、重量轻、维护简单、运行可靠等优点。

具体来说，在本发明的又一实施例中，所述双轴发电机14选用隔爆永磁发电机，安全可靠，稳定性高。

具体来说，在本发明的又一实施例中，所述换热器12为套管式换热器，膨胀后的低温天然气流经换热器12的环隙，经压缩的高温冷媒流经换热器12的管内，套管式换热器具有结构简单、成本低、换热效果好等优点。

具体来说，在本发明的又一实施例中，所述膨胀机19采用膨胀阀，尺寸较小，结构紧凑，成本低廉。

具体来说，在本发明的又一实施例中，：所述膨胀机19采用星旋流体马达，星旋流体马达具有低转速、高扭矩、低能耗、低成本、寿命长、易维护、体积小、重量轻等多项技术优势，在压缩冷媒制冷循环中，充当节流阀的作用，可大大提高节流效率。

具体来说，在本发明的又一实施例中，所述冷媒采用R134a、R22、CO₂或氨气，该实施例采用R404a。

具体来说，在本发明的又一实施例中，所述透平膨胀机10为6805型透平膨胀机，该型号的透平膨胀机的主轴的一端与气缸全封闭式连接，主轴的另一端与轮滚筒之间设有浮动密封环，压缩比为可选用8～10，等熵效率高达87％以上。

上述实施例在高压管网和中低压管网之间设置利用天然气压力能膨胀发电与压缩制冷的一体化装置，将天然气分流，并利用其压力能进行发电和制冰，其具体工作原理及过程为(以制造片冰为例)：

天然气通过透平膨胀机10膨胀降温后，先后经过气动调节阀4以及与换热器12调节后，温度与压力符合下游天然气的运输要求后进入中低压管网，同时，天然气通过透平膨胀机10膨胀过程输出机械功，带动变速器13以及双轴发电机14与往复式的压缩机15转动，变速箱13通过改变转矩实现变速调节，使得透平膨胀机10与双轴发电机14的转速相匹配，此时双轴发电机14输出电量，并通过变压同步器20调整后输出标准电压，一部分供给各种仪表、电动阀门等调压站用电设备使用，剩余的另一部分供给办公室用电设备使用；透平膨胀机10、变速箱13、双轴发电机14与往复式的压缩机15同轴连接，当负载功率变化时，监测调控系统调节冷媒流量，以实现负载功率与发电量稳定且灵敏的匹配；冷媒根据第二流量调节阀6调节，从冷媒储罐16中进入往复式的压缩机15后在绝热的状态下压缩，变成高温高压的状态进入套管式的换热器12与低温天然气等热换热，套管式的换热器12充当冷凝器的作用，冷媒变成饱和液态状进入膨胀机19后，经绝热节流降温、降压至湿饱和蒸汽状态，再先后进入新鲜水预冷器18、制冷装置17换热后完成压缩蒸汽制冷循环过程；新鲜水在新鲜水管路11中首先通过新鲜水预冷器18与低温冷媒初步换热变成过冷水，之后再进入制冷装置17完成制冰过程。

本发明的监测调控系统的工作原理及过程为：

第一电控阀2与第二电控阀3属于联动装置，两者同时关闭或者开启，本发明的天然气流量在±20％范围内波动，在此范围内能保证透平膨胀机10维持较高的等熵效率。当压力现场显示器(PI)显示压力在该范围内波动时，第一电控阀2与第二电控阀3同时开启，使得整套系统正常运转；当压力现场显示器PI显示压力较长时间超出允许范围内时，通过压力变送器(PT)将压力信号转换成标准电信号反馈至PLC9，PLC9输出切断设备指令作用于第一电控阀2与第二电控阀3，将整套装置与原天然气管道彻底脱离，同时开启原有的天然气调压设备1，保证下游正常用气，系统切换时间少于1秒。第一流量调节阀5用于调节进入透平膨胀机10的天然气流量，当天然气流量在正常范围内变动时，透平膨胀机10与双轴发电机14转速成倍数关系而发电。第二流量调节阀6用于调节进入往复式的压缩机15的冷媒流量，当负载变化时，往复式的压缩机15的转速与双轴发电机14转速成倍数关系而压缩制冷。当天然气流量在异常范围内波动时，通过速度变送器(ST)将速度信号转换成标准电信号反馈至PLC9，通过程序控制输出调节指令作用于第一流量调节阀5，调节进入透平膨胀机10的R404a流量，从而改变透平膨胀机10转速进而实现与发电机匹配发电。当负载波动时，将导致主轴速度发生变化，通过速度变送器(ST)将速度信号转换成标准电信号反馈至PLC9，PLC9输出调节指令作用于第一流量调节阀5，调节进入往复式的压缩机15的天然气流量，从而改变往复式的压缩机15的转速进而实现负载功率与发电量的稳定匹配。气动调节阀4的作用是调节压力，以保证天然气有足够的压力进入天然气主管道。当压力现场显示器显示压力过大时，通过压力变送器(PT)将压力信号转换成标准电信号反馈至PLC9，PLC9控制作用于气动调节阀4，增大气动调节阀4的开度。反之，当压力过小时，PLC9通过减小气动调节阀4的开度保证天然气能正常进入下游中低压天然气管道。

下面结合具体例子对发明利用管道压力能膨胀发电-压缩制冷装置的工作过程作进一步描述：

1、天然气进口温度为20℃，为保持膨胀机较高的发电效率，天然气流量波动范围设计在80％～120％之间，进气压力在1.6～4.0MPa之间，冷媒选用R404a；

2、高压天然气通过第一电控阀2、第一流量调节阀5后进入透平膨胀机10膨胀降压，经气动调节阀4调节压力(0.2～1.6MPa)后进入套管式的换热器12，与高温高压冷媒换热回温后至5～25℃，再进入下游中低压燃气管网；

3、高压天然气通过透平膨胀机10膨胀将压力能转化成机械能，通过变速器13使转子转速与双轴发电机14频率匹配发电，用于供给无法安装电网的调压站或计量站等用户使用或者进行变电上；

4、透平膨胀机10、变速器13、发电机14与往复式压缩机15同轴连接，通过转子上的速度变送器(ST)指示信号，由PLC9控制第二流量调节阀6，进而控制进入往复式压缩机15的冷媒的流量，实现负载功率与发电量的稳定匹配，以发电系统的提高电力平衡性。

Aspen模拟结果表明：

1、满足城市管网瞬时需求量456kg/h的天然气，压力4MPa，温度20℃，通过第一电控阀2、第一流量调节阀5后进入透平膨胀机10膨胀降压至-29.8℃，经气动调节阀4调节压力至1.6MPa后进入套管式的换热器12，与高温高压冷媒换热回温后至5～25℃后再进入下游中低压燃气管网；

2、高压天然气通过透平膨胀机10膨胀将压力能转化成机械能,然后通过变速箱13使转子转速与双轴发电机14频率匹配发电，可发出10.01kW的电用于供给无法安装电网的调压站或计量站等用户使用或者进行上网。当流量发生变化时需要通过PLC9进行信号调节，比如系统从停止状态到工作状态时，就需要通过PLC9进行不断的信号调节，使整个发电装置可进行正常运作。

3、R404a冷媒在冷媒储罐的初始状态为-25℃，0.2MPa，根据第二流量调节阀6调节流量进入往复式的压缩机15在绝热的状态下压缩，往复式的压缩机15选用常用的压缩比8，等熵压缩后冷媒变成高温高压(61.9℃，1.6MPa)的气体进入套管式的换热器12与低温天然气等压换热，套管式的换热器12充当冷凝器的作用，冷媒变成饱和液态状(32.8℃，1.6MPa)进入星旋流体马达19，绝热节流降温、降压至湿饱和蒸汽状态(-31.6℃，0.2MPa)，最后先后进入新鲜水预冷器18、制冷装置17换热后完成压缩蒸汽制冷循环过程；新鲜水首先通过新鲜水预冷器18与低温冷媒初步换热变成0℃的过冷水，之后再进入制冷装置17完成制冰过程。

4、表1显示了透平膨胀机10出入口在不同压力状态下的燃气流量与发电率的关系。

从表1可以看出，利用天然气管网压力能发电-压缩制冷的装置的进气压力范围为0.4～4MPa。可根据不同的进出气压力即不同的压差，通过调节天然气流量可将发电功率控制在5～30kW，满足大部分调压站和计量站的用电要求。当进气压力为较大的4MPa，而出气压力也为较大的2.5MPa，此时燃气流量为423kg/h，发电率为5.01kW；当进气压力为较大的4.0MPa，而出气压力也为较大的1.6MPa，此时燃气流量在456kg/h；或进气压力为较小的0.4MPa，而出气压力也为较小的0.2MPa，此时燃气流量为534kg/h；发电机额定发电功率皆为10.01kW。当进气压力为较大的4.0MPa，而出气压力为较小的0.4MPa，此时燃气流量为410kg/h；或进气压力为1.6MPa，而出气压力为较小的0.4MPa，此时燃气流量为较大的594kg/h；发电率皆在20kW左右。当进气压力为较大的4MPa，而出气压力为较小的0.2MPa，此时燃气流量为较大的498kg/h；发电率可达30.01kW。可见，若以500kg/h的天然气流量为该套装置的设计基准，在80％～120％即400kg/h～600kg/h的范围内可通过调节天然气流量控制发电功率在5～30kW，所以本套发电系统可操作弹性大，能够利用的压力能范围大，广谱性强，该生产装置可以满足大部分调压站和计量站的用电要求，特别是对于一些偏远地区的调压站或者计量站，可不再用巨大代价进行电网架设，具有良好的节能减排效果。

表1燃气流量与发电量、最大制冰量的关系表：

5、表2显示了天然气在相同进出口状态下负载功率与制冰量之间的关系。

选用一组发电功率恒定时负载变化与制冰量的关系分析。选用进气压力为较大的4.0MPa，而出气压力为较小的0.2MPa，此时燃气流量为较大的498kg/h。从表2可看出当负载变化时，压缩制冰量也随之变化，且呈反比例关系变化。随着负载功率的增大，制冰量随着减少。当完全没有负载时，制冰量日产达5.7t；当负载为5.0kW时，制冰量日产为4.5t；当负载为10.0kW时，制冰量日产为3.3t；当负载为15.0kW时，制冰量日产为2.1t；当负载为20.0kW时，制冰量日产0.9t；满负载时，制冰量日产为0t。可见根据不同的负载，该装置可及时调整压缩冷媒制冷循环的冷媒量，从而改变制冰量，装置可操作弹性大，灵敏度高。在实际生产时可选用日平均负载功率去预测制冰量，所制得的冰可销往就近的市场，如医院、超市等，且对于一些偏远的远离市场的地区也非常有用处，市场前景广阔。

表2负载变化与制冰量之间的关系表：

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 (10)

1.一种利用天然气压力能膨胀发电与压缩制冷的一体化装置，其特征在于：包括监测调控系统、膨胀发电系统和冷媒制冷系统，

所述膨胀发电系统包括通过管路依次连接在高压管网和低压管网之间的透平膨胀机(10)，所述透平膨胀机(10)的输出轴依次连接变速器(13)及双轴发电机(14)的一轴，所述双轴发电机(14)的电力输出端通过变压同步器(20)向外供电；

所述冷媒制冷系统包括依靠管路依次连接形成冷媒循环回路的压缩机(15)、换热器(12)、膨胀机(19)、制冷装置(17)、冷媒储罐(16)，所述透平膨胀机(10)流出的天然气与换热器(12)换热后进入中低压管网，所述压缩机(15)与双轴发电机(14)的另一轴驱动连接；

所述监测调控系统包括：PLC(9)；依次设置在高压管网与透平膨胀机(10)进气口之间管路上的第一电控阀(2)、压力现场显示器、温度现场显示器、第一流量计(7)、第一流量调节阀(5)；依次设置在所述透平膨胀机(10)与换热器(12)之间管路上的压力现场显示器、温度现场显示器、气动调节阀(4)；依次设置在换热器(12)于低压管网之间管路上的压力变送器、第二电控阀(3)、压力现场显示器、温度现场显示器；设置在变速器(13)与双轴发电机(14)之间的速度变送器；依次设置在压缩机(15)与冷媒储罐(16)之间管路上的第二流量计(8)和第二流量调节阀(6)；所述PLC(9)通过电路分别连接第二电控阀(3)、压力变送器、气动调节阀(4)、第一电控阀(2)、第一流量调节阀(5)、速度变送器、第二流量调节阀(6)。

2.根据权利要求1所述的一种利用天然气压力能膨胀发电与压缩制冷的一体化装置，其特征在于：所述制冷装置(17)为片冰机，所述膨胀机(19)与制冷装置(17)之间的管路上还设置有新鲜水预冷器(18)。

3.根据权利要求1所述的一种利用天然气压力能膨胀发电与压缩制冷的一体化装置，其特征在于：所述压缩机(15)为往复式压缩机。

4.根据权利要求1所述的一种利用天然气压力能膨胀发电与压缩制冷的一体化装置，其特征在于：所述变压同步器(20)为XC-SG型三相变压同步器。

5.根据权利要求1所述的一种利用天然气压力能膨胀发电与压缩制冷的一体化装置，其特征在于：所述双轴发电机(14)为隔爆永磁发电机。

6.根据权利要求1所述的一种利用天然气压力能膨胀发电与压缩制冷的一体化装置，其特征在于：所述换热器(12)为套管式换热器，膨胀后的低温天然气流经换热器(12)的环隙，经压缩的高温冷媒流经换热器(12)的管内。

7.根据权利要求1所述的一种利用天然气压力能膨胀发电与压缩制冷的一体化装置，其特征在于：所述膨胀机(19)为膨胀阀或星旋流体马达。

8.根据权利要求1所述的一种利用天然气压力能膨胀发电与压缩制冷的一体化装置，其特征在于：所述制冷装置(17)为干冰机。

9.根据权利要求1所述的一种利用天然气压力能膨胀发电与压缩制冷的一体化装置，其特征在于：所述冷媒为R404a、R134a、R22、CO₂或氨气。

10.根据权利要求1所述的一种利用天然气压力能膨胀发电与压缩制冷的一体化装置，其特征在于：所述透平膨胀机(10)为6805型透平膨胀机。