CN105114132A - 天燃气管线减压能量回收机组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种天燃气管线减压能量回收机组。天然气发电厂在接受主网高压天然气时需要节流减压才能送入燃气轮机工作，压力白白消耗掉，造成能源浪费。本发明包含有进气管线和用户管线，进气管线一路分三支接入用户管线；第一支路和第二支路均依次设置有调压撬装置和快开阀组，一支使用，一支备用；第三支路依次设置有膨胀节、变径管、调压阀、磁过滤器、快关阀、二号排空管组件、一体化涡轮膨胀发电机组、一号排空管组件和截止阀。本发明可以实现天燃气减压全过程的能量回收，并将其转化成电力，具有巨大的经济价值。

Description

天燃气管线减压能量回收机组

技术领域

本发明涉及一种能量回收装置，具体涉及一种天燃气管线减压能量回收机组。

背景技术

天燃气由于采用管线长距离的输送，需要将天然气压缩到7-10Mpa，送往远端的用户群。而用户一般不需要这么高的压力，当天然气到达用户前，需要建立一个减压门站，通过一套减压装置减压后才能使用，如天然气主管线压力7Mpa通过减压阀门节流将其减压到4Mpa送往城市一级门站，城市一级门站也都采用阀门节流减压方式，将4Mpa的天燃气减压到2.5Mpa，添加臭味剂后送往下游门站再减压；另外，天然气发电厂在接受主网高压天然气时也需要通过阀门节流减压才能送入燃气轮机工作，而这些过程天燃气的压力能通过阀门节流减压消耗掉，白白的浪费，而且在减压前一般都需要把天然气加热，这是由于减压过程是一个吸热过程，减压后的天然气温度会降低至0℃以下，这样会给阀门和管道造成结冰问题，造成能源浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种天燃气管线减压能量回收机组，可以实现天燃气减压全过程的能量回收。

本发明所采用的技术方案是：

天燃气管线减压能量回收机组，其特征在于：

包含有进气管线和用户管线，进气管线一路分三支接入用户管线；

第一支路和第二支路均依次设置有调压撬装置和快开阀组，一支使用，一支备用；

第三支路依次设置有膨胀节、变径管、调压阀、磁过滤器、快关阀、二号排空管组件、一体化涡轮膨胀发电机组、一号排空管组件和截止阀。

所述一体化涡轮膨胀发电机组包含有外壳，外壳前端为进气室，进气室后方的外壳内依次安装组接有静叶、动叶盘、落地轴承、磁悬浮轴承、发电机、支撑轴承、推力轴承和磁悬浮轴承出线箱；

静叶上安装有静叶调压装置和伺服调节机构；

发电机后端设置有出线管和动力线出线端子；

磁悬浮轴承出线箱上连接有磁悬浮轴承出线端子。

所述一体化涡轮膨胀发电机组的外壳为封闭外壳；

封闭外壳底部通过辅助支撑板连接有地脚螺栓。

本发明具有以下优点：

采用本发明的加压能量回收机组，一个每小时40万标立的一级减压站，可以实现发电功率3000kw，年发电量约2592万千瓦时，二级三级减压站会有同样的节能功率，三级减压总功率可达10000千瓦，年节能量约7500万千瓦时，若每千瓦时按照0.5元计算折合节约3750万元。按照我国目前大中城市的各两个这样的减压站计算36×3750=13.5亿元。

按照以上减压站各用30台减压发电机设备计算全国普及后，可以实现总用量30×36=1080台套，可创造约1080×1000=116亿元的工业产值。

附图说明

图1为本发明机组安装使用结构图。

图2为一体化涡轮膨胀发电机组剖面结构图。

图3为一体化涡轮膨胀发电机组外部结构图。

图4为涡轮机喷嘴结构图。

图5为轴流式涡轮结构图。

图6为系统控制PID图。

图7为发电并网系统图。

图8为磁悬浮轴承电路图。

图9为磁悬浮轴承结构图。

图中，1-进气室、2-静叶调压装置、3-伺服调节机构、4-静叶、5-动叶盘、6-落地轴承、7-磁悬浮轴承、8-出线管、9-发电机、10-支撑轴承、11-推力轴承、12-磁悬浮轴承出线箱、13-动力线出线端子、14-磁悬浮轴承出线端子、15-外壳、16-进气管线，17-一号调压撬装置，18-二号调压撬装置，19-膨胀节，20-变径管，21-调压阀，22-磁过滤器，23-快关阀，24-一体化涡轮膨胀发电机组，25-一号排空管组件，26-截止阀，27-快开阀组，28-用户管线，29-二号排空管组件，30-信号电流放大器，31-转子承载铁芯，32-封闭外壳，33-传感器信号发生器，34-处理器，35-推力轴承，36-辅助支撑板，37-地脚螺栓，38-喷嘴，39-涡轮，40-径向磁轴承，41-传感器。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及的一种天燃气管线减压能量回收机组，可实现天燃气减压全过程的能量回收，并将其变成洁净能源——电力，该设备为机电一体化的集成产品，主要使用了高速永磁发电机、磁悬浮轴承、高效膨胀涡轮、一体化屏蔽集成设计的技术组合。

所述机组包含有进气管线16和用户管线28，进气管线16一路分三支接入用户管线28；

第一支路和第二支路均依次设置有调压撬装置和快开阀组27，一支使用，一支备用；

第三支路依次设置有膨胀节19、变径管20、调压阀21、磁过滤器22、快关阀23、二号排空管组件29、一体化涡轮膨胀发电机组24、一号排空管组件25和截止阀26。

在发电机未投入前天然气高压端经进气管线16分别进入一号调压撬装置17和二号调压撬装置18，经过节流减压后压力降低，经过快开阀组27此时处于打开状态进入用户管线28，调压撬装置的调压原理是根据固定的阀后压力反馈信号来自动调节流量而达到满足阀后压力的固定不变为目的，具有通过设定的阀后压力不断调节阀门的开度，只要反馈压力点位置选择在末端用户所需压力点如图6中所示，就能有效地满足自力调压的目的，为了满足一体化涡轮膨胀发电机组24关闭切换和一体化涡轮膨胀发电机组24工作时调压阀能够采集到用户需要的压力信号，所以调压撬的压力检测取压点设置在如图6中的A点。

所述一体化涡轮膨胀发电机组24包含有外壳15，外壳15前端为进气室1，进气室1后方的外壳15内依次安装组接有静叶4、动叶盘5、落地轴承6、磁悬浮轴承7、发电机9、支撑轴承10、推力轴承11和磁悬浮轴承出线箱12。静叶4上安装有静叶调压装置2和伺服调节机构3。发电机9后端设置有出线管8和动力线出线端子13。磁悬浮轴承出线箱12上连接有磁悬浮轴承出线端子14。所述一体化涡轮膨胀发电机组24的外壳15为封闭外壳32，封闭外壳32底部通过辅助支撑板36连接有地脚螺栓37。

一体化涡轮膨胀发电机组24的工作原理是，气流进入进气室1，通过静叶调压推动叶轮转动，将动能转化为机械能，带动发电机9发电，将机械能转化为电能，降压后的低温天然气通过外壳15与发电机9形成的腔体，带走发电机热量为发电机提供冷却，然后排出供下游用户使用。

一体化涡轮膨胀发电机组24投入运行后，为了保证下游用户管道压力的稳定，系统必须采用以下方式启动运行与关闭切换。

从图1看，系统启动时快开阀组27（一用一备）处于打开状态，快关阀23处于关闭状态。气流先通过调压阀21，将快关阀23缓慢打开，气流进入静叶调压装置2调节压力，气流通过发电机9。当快关阀23完全打开时，发电机9已经开始发电，此时关闭快开阀组27，气流通过静叶调压装置2来保证下游用户管道压力的稳定。

当发电机9出现故障时，快速关闭快关阀23，由于两个调压撬装置一直处于热备状态，调压撬装置输出压力反馈一直处于检测和模拟工作状态，当快开阀组27与快关阀23会发生连锁反应而同时快速打开，此时调压撬从模拟状态进入实际调压状态，从而保证下游用户管道压力的稳定。

涡轮部分可采用图4中由喷嘴38和涡轮39组成的形式，结构简洁，强度高，膨胀效率高，也可采用图5中高效轴流式的形式，涡轮动静环整体设计，整体铣制，动环采用拉杆连接，静叶环采用螺栓连接，各级涡轮与转子通过端面齿或者胀紧螺栓传递扭矩，该结构拆装方便。

参见图7，发电并网系统的工作原理是：变频系统启动，先手动闭合网侧断路器QF1，网侧电压先后经避雷器F1、隔离变压器T1、快速熔断器FU1-2及交流EMI滤波器后，进入交流预充电回路，分别控制交流接触器KM2和KM1的分合，使交流滤波电容C1及直流支撑电容C2-43平缓充电，充电完毕并就绪后，闭合机侧接触器KM3，永磁同步发电机M1随后启动，发出的电能经输入电抗器L2、高频整流桥及逆变调制电路后回馈到电网，正弦滤波器可有效降低网侧谐波，满足并网要求。

磁悬浮轴承7的工作原理是：磁悬浮轴承对轴进行无接触、无磨损、无润滑，并进行动力学行为的主动控制，磁悬浮轴承对解决传统机械中的转子动力学问题提供了一种理想的技术方案。主要元器件如图8和9，包括径向磁轴承40、传感器41、传感器信号发生器33、处理器34、信号电流放大器30、转子承载铁芯31和推力轴承35。

径向磁轴承40是以电磁感应原理而设计的，对于径向磁悬浮轴承而言，基本上有两种主要结构配制，其差别是给予当转子旋转时的径向磁极磁通量和极性变化。

推力轴承35是以电磁感应原理将电磁力作用于转子上的轴向推力盘，从而保持转子的轴向位置不变。

传感器41为测量一个移动转子位置，选用非接触传感器，并且测量一个旋转表面。测量轴承系统中的转速、电流、磁通密度。

传感器信号发生器33和处理器34、信号电流放大器30主要担任信号发生、信号处理、磁电流信号放大的功能。

磁悬浮轴承通过电磁铁实时动态控制，同期产生受控的非接触磁场力来实现物体的悬浮。图8中的传感器信号发生器33不断向传感器41发出高频信号，当转子发生偏移时转子承载铁芯31就与传感器探头产生位移，传感器41检测到转子承载铁芯31产生的相对于参考位置的位移变化,产生一个偏移电流，并将此偏移电流信号传给处理器34，就此给出一个控制信号，通过信号电流放大器30后转换为控制电流，最终的结果是在径向磁轴承40和推力轴承35中形成一个随外力变化的磁场力始终维持着转子悬浮在设定的位置上。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (3)

1.天燃气管线减压能量回收机组，其特征在于：

包含有进气管线（16）和用户管线（28），进气管线（16）一路分三支接入用户管线（28）；

第一支路和第二支路均依次设置有调压撬装置和快开阀组（27），一支使用，一支备用；

第三支路依次设置有膨胀节（19）、变径管（20）、调压阀（21）、磁过滤器（22）、快关阀（23）、二号排空管组件（29）、一体化涡轮膨胀发电机组（24）、一号排空管组件（25）和截止阀（26）。

2.根据权利要求1所述的天燃气管线减压能量回收机组，其特征在于：

所述一体化涡轮膨胀发电机组（24）包含有外壳（15），外壳（15）前端为进气室（1），进气室（1）后方的外壳（15）内依次安装组接有静叶（4）、动叶盘（5）、落地轴承（6）、磁悬浮轴承（7）、发电机（9）、支撑轴承（10）、推力轴承（11）和磁悬浮轴承出线箱（12）；

静叶（4）上安装有静叶调压装置（2）和伺服调节机构（3）；

发电机（9）后端设置有出线管（8）和动力线出线端子（13）；

磁悬浮轴承出线箱（12）上连接有磁悬浮轴承出线端子（14）。

3.根据权利要求2所述的天燃气管线减压能量回收机组，其特征在于：

所述一体化涡轮膨胀发电机组（24）的外壳（15）为封闭外壳（32）；

封闭外壳（32）底部通过辅助支撑板（36）连接有地脚螺栓（37）。