CN105156164A - 一种流体管网压力能发电回温系统 - Google Patents

一种流体管网压力能发电回温系统 Download PDF

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邢琳琳
张辉
王一君
赵欣
徐文东
龙腾飞
潘季荣
袁丹
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South China University of Technology SCUT
Beijing Gas Group Co Ltd
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South China University of Technology SCUT
Beijing Gas Group Co Ltd
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Abstract

本发明的流体管网压力能发电回温系统位于流体管网的支路管道上，包括发电装置和回温装置，发电装置包括膨胀设备和双轴发电机，膨胀设备的流体入口和流体出口串联在支路管道上，膨胀设备的动力输出轴与双轴发电机的动力输入轴相连，回温装置包括换热器和压缩机，换热器位于膨胀设备下游的支路管道上，压缩机由双轴发电机驱动，压缩机压缩冷媒，并将压缩后的冷媒传输给换热器对支路管道内的流体进行加热。本发明的膨胀设备可以借助双轴发电机驱动压缩机压缩冷媒，使冷媒温度升高然后通过换热器与低温流体换热，避免出现冷热流体交汇，从而防止管道脆化，同时实现了发电功能，提高了能源利用率。

Description

一种流体管网压力能发电回温系统
技术领域
本发明涉及发电领域，具体涉及一种防止发电系统下游的低温流体使管道脆化的回温设备。
背景技术
目前在流体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，现有技术中有的在主管道上引出支路管道，在支路管道上安装膨胀设备发电，从而满足调压站自身用电需求，但是燃气在发电过程中会膨胀降温，当低温的流体回流至流体管网的主管道上时，冷热流体交汇会使管道脆化，降低管道使用寿命，现有技术中的蛇形管虽然能够使发电后的低温流体有所回升，但无法满足回升的温度要求，还是存在管道容易脆化的技术问题，如果直接对下游的支路管道进行加热，则需要利用燃气燃烧的热能或电能进行加热，浪费能源。
发明内容
本申请的发明目的在于解决目前上述技术问题，而提供一种可以自动使发电后的低温流体回温，避免冷热流体交汇对管道的脆化作用，延长管道使用寿命且充分利用能源的流体管网压力能发电回温系统。
为了完成本申请的发明目的，本申请采用以下技术方案：
本发明的流体管网压力能发电回温系统，位于流体管网主管道并联的支路管道上，包括发电装置和回温装置，所述发电装置包括膨胀设备和双轴发电机，所述膨胀设备的流体入口和流体出口串联在所述支路管道上，膨胀设备的动力输出轴与双轴发电机的动力输入轴相连，所述回温装置包括换热器和压缩机，所述换热器位于所述膨胀设备下游的支路管道上，所述压缩机由所述双轴发电机驱动，所述压缩机压缩冷媒，并将压缩后的冷媒传输给所述换热器对支路管道内的流体进行加热。
本发明所述冷媒为c2c3混合烃。
本发明所述膨胀设备为螺杆膨胀机、透平膨胀机或流体马达。
本发明所述换热器包括壳体和设置在壳体内的传热管，所述壳体通过连接法兰可拆卸地安装在所述支路管道上，所述传热管通过连接管与所述压缩机相连。
本发明所述传热管为多根且均匀地排放在所述壳体内圆周面上，多根所述传热管通过总的进气通道和出气通道与所述压缩机相连，所述壳体内部还设有折流板和螺旋翅片，折流板为多个且交错布置，折流板与螺旋翅片之间形成连续的“S”形路径。
本发明的流体管网压力能发电回温系统还包括PLC控制器，所述膨胀设备上游的支路管道和换热器的下游支路管道上分别设有自力式调节阀、温度计和压力计，所述自力式调节阀、温度计和压力计分别与所述PLC控制器相连。
本发明所述双轴发电机的电力输出端连接电气控制柜和蓄电装置。
本发明所述支路管道上还设有截止阀。
本发明的流体管网压力能发电回温系统与现有技术相比区别在于：本发明的流体管网压力能发电回温系统通过在发电装置的下游加装回温装置，避免了回流的低温流体与主管道内的流体冷热交替，防止管道因此而脆化，延长了管道使用寿命，此外，发电装置的双轴发电机不仅可以进行发电，将电能输出给阀门、仪表、监控、技防等设施使用，而且膨胀设备可以借助双轴发电机驱动压缩机压缩冷媒，使冷媒温度升高然后通过换热器与低温流体换热，即同时做到发电和回温，避免了能源二次转化进行回温，提高了能源利用率。
附图说明
图1是本发明的流体管网压力能发电回温系统的示意图；
图2是本发明的换热器的结构示意图；
图3是本发明的换热器的环形管结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例的流体管网压力能发电回温系统，位于流体管网主管道1并联的支路管道2上，即从流体管网的主管道1上接出支路管道2，然后发电系统利用支路管道2内的流体动能或压力能发电，供一些偏远地区或者没有电网区域的阀门、仪表、监控、技防等设施用电，而流体(例如天然气)在进行发电过程中会膨胀降温，当低温的流体回流至主管道1时，冷热流体交汇，使管道脆化，管道使用寿命缩短，尤其当发电系统采用膨胀设备3进行发电时，流体温度会大大降低。
为此，本实施例提供一种发电回温系统，包括发电装置和回温装置，发电装置发电同时提供动能给回温装置，以避免能源二次转化进行回温，提高能源利用率。具体地，发电装置包括膨胀设备3和双轴发电机4，膨胀设备3的流体入口和流体出口串联在支路管道2上，膨胀设备3的动力输出轴与双轴发电机4的动力输入轴相连，回温装置包括换热器6和压缩机5，换热器6位于膨胀设备3下游的支路管道2上，压缩机5由双轴发电机4驱动，这样膨胀设备3既可以驱动双轴发电机4进行发电，同时可以借助双轴发电机4驱动压缩机5压缩冷媒(例如冷媒可以采用c2c3混合烃)，冷媒被压缩后温度升高，然后传输给换热器6对支路管道2内的流体进行加热。本实施例中的膨胀设备3为螺杆膨胀机、透平膨胀机或流体马达，当流体流量小，需要的发电量小的情况下可采用螺杆膨胀机，当流体流量大，需要的发电量大的情况下可选用透平膨胀机或流体马达。
如图2-3所示，换热器6包括壳体61和设置在壳体61内的传热管62，壳体61通过连接法兰可拆卸地安装在支路管道2上，壳体61下部还设有支撑座64用于支撑换热器6，传热管62通过连接管与压缩机5相连，具体地，传热管62为多根且均匀地排放在壳体61内圆周面上，壳体61内部两端各设有一个环形管63，环形管63上设有多个接口，多根传热管62通过接口与环形管63相通，两个环形管63分别设置进气通道65和出气通道66，进气通道65和出气通道66通过连接管与压缩机5相连，这样冷媒经压缩机5压缩升温后被转运至传热管62内与流体进行换热，为了使流体充分进行换热，壳体61内部还设有折流板67和螺旋翅片68，折流板67为多个且交错布置，折流板67与螺旋翅片68之间形成连续的“S”形路径，这样可以增加流体的湍流度，同时流体会在折流板67之间的间隙内滞留一段时间进行充分换热，提高了换热效率。
本实施例中的传热管62还可以是一根连续的螺旋管体，螺旋管体的一端连接进气通道65，另外一端连接出气通道66。
为了保证发电回温系统的安全性，本实施的流体管网压力能发电回温系统还设有自控保护装置，自控保护装置包括PLC控制器、自力式调节阀7、温度计和压力计，膨胀设备3上游的支路管道2和换热器6的下游支路管道2上分别设置自力式调节阀7、温度计和压力计，自力式调节阀7、温度计和压力计分别与PLC控制器相连，温度计和压力计会时时将监测数据传输给PLC控制器，当发电系统出现故障时，支路管道2内的压力或温度会出现异常，当温度计和压力计的监测数据超出警戒值时，PLC控制器会通过自力式调节阀7切断支路管道2内的流体，并提醒维修人员进行检查和修护，支路管道2上还设有截止阀，提供多重保护措施，保证系统安全。
如图1所示，双轴发电机4的电力输出端连接电气控制柜8和蓄电装置，电气控制柜8将电能进行分配输出给阀门、仪表、监控、技防等设施使用，多余的电能将通过蓄电装置储存起来。
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 (8)

1.一种流体管网压力能发电回温系统，位于流体管网主管道并联的支路管道上，包括发电装置和回温装置，其特征在于：所述发电装置包括膨胀设备和双轴发电机，所述膨胀设备的流体入口和流体出口串联在所述支路管道上，膨胀设备的动力输出轴与双轴发电机的动力输入轴相连，所述回温装置包括换热器和压缩机，所述换热器位于所述膨胀设备下游的支路管道上，所述压缩机由所述双轴发电机驱动，所述压缩机压缩冷媒，并将压缩后的冷媒传输给所述换热器对支路管道内的流体进行加热。
2.根据权利要求1所述的流体管网压力能发电回温系统，其特征在于：所述冷媒为c2c3混合烃。
3.根据权利要求1所述的流体管网压力能发电回温系统，其特征在于：所述膨胀设备为螺杆膨胀机、透平膨胀机或流体马达。
4.根据权利要求1所述的流体管网压力能发电回温系统，其特征在于：所述换热器包括壳体和设置在壳体内的传热管，所述壳体通过连接法兰可拆卸地安装在所述支路管道上，所述传热管通过连接管与所述压缩机相连。
5.根据权利要求4所述的流体管网压力能发电回温系统，其特征在于：所述传热管为多根且均匀地排放在所述壳体内圆周面上，多根所述传热管通过总的进气通道和出气通道与所述压缩机相连，所述壳体内部还设有折流板和螺旋翅片，折流板为多个且交错布置，折流板与螺旋翅片之间形成连续的“S”形路径。
6.根据权利要求5所述的流体管网压力能发电回温系统，其特征在于：还包括PLC控制器，所述膨胀设备上游的支路管道和换热器的下游支路管道上分别设有自力式调节阀、温度计和压力计，所述自力式调节阀、温度计和压力计分别与所述PLC控制器相连。
7.根据权利要求6所述的流体管网压力能发电回温系统，其特征在于：所述双轴发电机的电力输出端连接电气控制柜和蓄电装置。
8.根据权利要求7所述的流体管网压力能发电回温系统，其特征在于：所述支路管道上还设有截止阀。
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