CN108050716A - 一种利用地热加热天然气的调压系统及方法 - Google Patents

一种利用地热加热天然气的调压系统及方法 Download PDF

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解东来
张永清
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Abstract

本发明公开了一种利用地热加热天然气的调压系统及方法，包括调压器、地热能供热子系统及安全监控子系统，所述调压器设置在高压管网与低压管网之间；地热能供热子系统，其包括水泵、换热器及与其连接的地埋管，所述水泵设置在地埋管上；安全监控子系统，其包括设置在高压管网与换热器之间的第一电磁阀，设置在高压管网与调压器之间的第二电磁阀，以及设置在调压器与低压管网之间的第四温度传感器，所述第一电磁阀和第二电磁阀并联设置。采用上述技术方案，可以保证降压后的天然气达到管输要求，且该系统安全、可靠。

Description

一种利用地热加热天然气的调压系统及方法
技术领域
本发明涉及天然气输配技术领域，尤其涉及一种利用地热加热天然气的调压系统及方法。
背景技术
上游天然气一般需要经过多级调压后方可输送至下游燃气管网，尤其是北方地区或寒冷的冬天，天然气在调压过程中由于焦耳-汤姆逊效应（节流效应）温度会急剧下降，造成调压设备及管道损坏。为了避免这种情况发生，常用的做法是在每一级调压前对天然气进行局部加热，保证调压后的天然气温度达到管输要求。
目前主要采用循环水伴热和电伴热的方式解决低温对调压设备及管道的影响。循环水伴热一般采用燃气锅炉供应热水，由于占地面积大，设备在工作的过程中需要消耗大量的能源，导致运行成本高，且容易造成环境污染。电伴热系统需要专门配备大功率变配电设备，用电量大，导致运行成本高，且存在漏电的安全隐患。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种利用地热加热天然气的调压系统及方法，用于解决天然气降压后导致调压设备及管道损坏的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种利用地热加热天然气的调压系统，包括调压器、地热能供热子系统及安全监控子系统，所述调压器设置在高压管网与低压管网之间；地热能供热子系统，其包括水泵、换热器及与其连接的地埋管，所述水泵设置在地埋管上；安全监控子系统，其包括设置在高压管网与换热器之间的第一电磁阀，设置在高压管网与调压器之间的第二电磁阀，以及设置在调压器与低压管网之间的第四温度传感器，所述第一电磁阀和第二电磁阀并联设置。
进一步地，所述地埋管数量为多根且并排设置，所述多根地埋管与换热器分别连接，所述地埋管底端呈U形状。
进一步地，所述地埋管上设有流量控制器，所述流量控制器包括多个支管，所述支管与地埋管连接。
进一步地，所述安全监控子系统还包括设置在高压管网与换热器之间的第一压力传感器、第一温度传感器，设置在换热器与调压器之间的第二压力传感器、第二温度传感器及第三电磁阀，设置在地埋管出口与换热器入口之间的第三压力传感器、第三温度传感器，设置在调压器与低压管网之间的第四压力传感器、第四电磁阀，设置在换热器出口与地埋管入口之间的第五温度传感器。
进一步地，所述系统还包括流量计，所述流量计设置在高压管网与低压管网之间。
进一步地，所述地热能供热子系统还包括补水装置，所述补水装置设置在地埋管上。
进一步地，所述换热器为管壳式换热器。
本发明还提出了利用如上所述系统的加热方法，所述加热方法包括初始天然气温度监控步骤：将天然气经过上述系统，当第四温度传感器检测到的天然气温度高于预定值时，启动第一电磁阀，关闭第二电磁阀、水泵及换热器，天然气从原有管道经过调压器降压后进入低压管道；当第四温度传感器检测到的天然气温度低于预定值时，关闭第一电磁阀，启动第二电磁阀、水泵及换热器，天然气经过换热器加热后再由调压器降压进入低压管道。
进一步地，所述加热方法还包括天然气加热恒温监控步骤：当第四温度传感器检测到的天然气温度低于预定值时，水泵增加水流量进入换热器中，提高换热器中的天然气温度，使天然气经过调压器后的温度等于预设值；当第四温度传感器检测到的天然气温度高于预设值时，水泵减少水流量进入换热器中，降低换热器中的天然气温度，使天然气经过调压器后的温度等于预设值。
进一步地，所述初始天然气温度监控步骤还包括：当第四温度传感器检测到的天然气温度高于预设值且水泵自动停止补水时，启动第一电磁阀，关闭第二电磁阀、水泵及换热器，天然气从原有管道经过调压器降压后进入低压管道。
上述技术方案中，地埋管数量采用多根且并排设置，所述多根地埋管与换热器分别连接，利用该技术，水泵可以通过控制多根地埋管中的水流量进入换热器中，使降压后的天然气温度处于恒温状态。上述技术方案，通过安全监控子系统可以实时监测系统中的管路状态（温度和压力），一旦系统发生异常，通过及时调整各参数指标保证系统的正常工作，防止系统出现安全故障。
附图说明
图1是本发明一种利用地热加热天然气的调压系统实施例的整体示意图。
附图标号说明
调压器10、水泵20、换热器21、地埋管22、补水装置23、第一电磁阀301、第二电磁阀302、第三电磁阀303、第四电磁阀304、第一温度传感器311、第二温度传感器312、第三温度传感器313、第四温度传感器314、第五温度传感器315、第一压力传感器321、第二压力传感器322、第三压力传感器323、第四压力传感器324、流量计40、高压管网50及低压管网60。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例中若有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中若涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
请参照图1，本发明实施例提出了一种利用地热加热天然气的调压系统，包括调压器10、地热能供热子系统及安全监控子系统，所述调压器10设置在高压管网50与低压管网60之间；地热能供热子系统，其包括水泵20、换热器21及与其连接的地埋管22，所述水泵20设置在地埋管22上；安全监控子系统，其包括设置在高压管网50与换热器21之间的第一电磁阀301，设置在高压管网50与调压器10之间的第二电磁阀302，以及设置在调压器10与低压管网60之间的第四温度传感器314，所述第一电磁阀301和第二电磁阀302并联设置。
其中，所述安全监控子系统还包括设置在高压管网50与换热器21之间的第一压力传感器321、第一温度传感器311，设置在换热器21与调压器10之间的第二压力传感器322、第二温度传感器312及第三电磁阀303，设置在地埋管22出口与换热器21入口之间的第三压力传感器323、第三温度传感器313，设置在调压器10与低压管网60之间的第四压力传感器324、第四电磁阀304，设置在换热器21出口与地埋管22入口之间的第五温度传感器315。
具体地，所述第一温度传感器311、第一压力传感器321监测高压管网50流出的天然气温度和压力；第二温度传感器312、第二压力传感器322监测经过换热器21升温后的天然气温度和压力；第三温度传感器313、第三压力传感器323监测地埋管22加热后的水温和压力；第四温度传感器314、第四压力传感器324监测降压后的天然气温度和压力；第五温度传感器315监测换热器21出口的水温。通过安全监控子系统可以实时监测系统中的管路状态（温度和压力），一旦系统发生异常，通过及时调整各参数指标保证系统的正常工作，防止系统出现安全故障。
第四温度传感器314与第一电磁阀301、第二电磁阀302及水泵20为联动系统。当第四温度传感器314检测到的天然气温度高于预定值时，启动第一电磁阀301，关闭第二电磁阀302、水泵20及换热器21，天然气从原有管道经过调压器10降压后进入低压管道；当第四温度传感器314检测到的天然气温度低于预定值时，关闭第一电磁阀301，启动第二电磁阀302、水泵20及换热器21，天然气经过换热器21加热后再由调压器10降压进入低压管道。
所述地埋管22数量为多根且并排设置，所述多根地埋管22与换热器21分别连接，所述地埋管22底端呈U形状。水泵20可以通过控制地埋管22的使用数量，使降压后的天然气温度处于恒温状态。当降压后的天然气温度低于预定值时，水泵20增加对地埋管22的使用数量，使地埋管22进入换热器21中的水流量加大，迅速提高换热器21中的天然气温度，从而使降压后的天然气温度达到管输要求，防止降压后的天然气温度过低，造成调压器10及管道损坏。当调压后的天然气温度高于预定值时，水泵20减少对地埋管22的使用数量，使地埋管22进入换热器21中的水流量减少，降低换热器21中的天然气温度，从而使降压后的天然气温度处于恒温状态。该方案合理利用资源，有效减少了资源浪费。所述地埋管22底端呈U形状，加大了地埋管22的受热面积，可以迅速提高地埋管22中的水温。
所述地埋管22上设有流量控制器，所述流量控制器包括多个支管，所述支管与地埋管22连接。原理同上，此处不再赘述。
所述系统还包括流量计40，所述流量计40设置在高压管网50与低压管网60之间。流量计40用于统计天然气的使用量。
所述地热能供热子系统还包括补水装置23，所述补水装置23设置在地埋管22上。由于地埋管22中的水分在使用过程中会产生一定的消耗，通过补水装置23可以补充地埋管22中的水分。该补水装置23使用地表的水分，有效地保护了地下水资源。
所述换热器21优选为管壳式换热器，天然气通过管层流动，地热水通过壳层流动；所述调压器10为自力式调压器、T形调压器、曲流式调压器中的任一种；所述地埋管22为垂直埋管或水平埋管；所述水泵20为变频泵。
本发明实施例还提出了一种利用上述系统的加热方法，所述加热方法包括初始天然气温度监控步骤：将天然气经过上述系统，当第四温度传感器314检测到的天然气温度高于预定值时，启动第一电磁阀301，关闭第二电磁阀302、水泵20及换热器21，天然气从原有管道经过调压器10降压后进入低压管道；当第四温度传感器314检测到的天然气温度低于预定值时，关闭第一电磁阀301，启动第二电磁阀302、水泵20及换热器21，天然气经过换热器21加热后再由调压器10降压进入低压管道。
所述加热方法还包括天然气加热恒温监控步骤：当第四温度传感器314检测到的天然气温度低于预定值时，水泵20增加水流量进入换热器21中，提高换热器21中的天然气温度，使天然气经过调压器10后的温度等于预设值；当第四温度传感器314检测到的天然气温度高于预设值时，水泵20减少水流量进入换热器21中，降低换热器21中的天然气温度，使天然气经过调压器10后的温度等于预设值。
所述初始天然气温度监控步骤还包括：当第四温度传感器314检测到的天然气温度高于预设值且水泵20自动停止补水时，启动第一电磁阀301，关闭第二电磁阀302、水泵20及换热器21，天然气从原有管道经过调压器10降压后进入低压管道。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (10)

1.一种利用地热加热天然气的调压系统，其特征在于：包括调压器、地热能供热子系统及安全监控子系统，所述调压器设置在高压管网与低压管网之间；
地热能供热子系统，其包括水泵、换热器及与其连接的地埋管，所述水泵设置在地埋管上；
安全监控子系统，其包括设置在高压管网与换热器之间的第一电磁阀，设置在高压管网与调压器之间的第二电磁阀，以及设置在调压器与低压管网之间的第四温度传感器，所述第一电磁阀和第二电磁阀并联设置。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述地埋管数量为多根且并排设置，所述多根地埋管与换热器分别连接，所述地埋管底端呈U形状。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述地埋管上设有流量控制器，所述流量控制器包括多个支管，所述支管与地埋管连接。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述安全监控子系统还包括设置在高压管网与换热器之间的第一压力传感器、第一温度传感器，设置在换热器与调压器之间的第二压力传感器、第二温度传感器及第三电磁阀，设置在地埋管出口与换热器入口之间的第三压力传感器、第三温度传感器，设置在调压器与低压管网之间的第四压力传感器、第四电磁阀，设置在换热器出口与地埋管入口之间的第五温度传感器。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括流量计，所述流量计设置在高压管网与低压管网之间。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述地热能供热子系统还包括补水装置，所述补水装置设置在地埋管上。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述换热器为管壳式换热器。
8.一种利用如权利要求1-7任一项所述系统的加热方法，其特征在于，所述加热方法包括初始天然气温度监控步骤：将天然气经过上述系统，当第四温度传感器检测到的天然气温度高于预定值时，启动第一电磁阀，关闭第二电磁阀、水泵及换热器，天然气从原有管道经过调压器降压后进入低压管道；当第四温度传感器检测到的天然气温度低于预定值时，关闭第一电磁阀，启动第二电磁阀、水泵及换热器，天然气经过换热器加热后再由调压器降压进入低压管道。
9.如权利要求8所述的加热方法，其特征在于，所述加热方法还包括天然气加热恒温监控步骤：当第四温度传感器检测到的天然气温度低于预定值时，水泵增加水流量进入换热器中，提高换热器中的天然气温度，使天然气经过调压器后的温度等于预设值；当第四温度传感器检测到的天然气温度高于预设值时，水泵减少水流量进入换热器中，降低换热器中的天然气温度，使天然气经过调压器后的温度等于预设值。
10.如权利要求9所述的加热方法，其特征在于，所述初始天然气温度监控步骤还包括：当第四温度传感器检测到的天然气温度高于预设值且水泵自动停止补水时，启动第一电磁阀，关闭第二电磁阀、水泵及换热器，天然气从原有管道经过调压器降压后进入低压管道。
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