CN108204245B - 一种天然气管网压力回收方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然气管网压力回收方法及装置，所述装置包括调压发电装置、回温装置以及控制装置，所述调压发电装置包括流体阻尼器、发电装置以及调压装置，所述流体阻尼器的进口与高压管网相连通，所述流体阻尼器的出口与发电装置相连接。这样通过增加流体阻尼延长了低压管网对压力突变的反应时间，对下游装置起到保护作用。同时，在回温装置与低压管网之间增设调压装置，通过调压装置控制流入低压管网的天然气的压力，保障低压管网的安全和平稳运行，实现了对原有传统管网的无缝衔接。

Description

一种天然气管网压力回收方法及装置

技术领域

本发明涉及天然气管网压力能回收技术领域，特别涉及一种天然气管网压力回收方法及装置。

背景技术

天然气以高压方式通过长输管路送入终端用户，通常需要调压设备进行调压处理，以便用气设施匹配。传统调压方式是直接通过压力调节阀进行调节，一方面将这部分的能量白白浪费，另一方面，调节阀的调压能力有限经常出现设备损坏并且调节阀价格昂贵，导致经济上的损失。

近几年来，国内外均对此部分能量回收进行研究，有了一定的研究成果。中国专利CN104863635A对此部分能量进行发电制冰，将脱水器置于膨胀机前，防止发生冰堵，并使用四重回温保护系统，分别为：盐水池、储水池、太阳能集热器系统、电加热器，有效将各部分能量集成；中国专利CN104213939A通过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，压力超标、燃气泄露等状况发生时能够自行预警和联锁关断；中国专利CN104929776A把燃气轮机与膨胀发电机联合,提出了燃气和压力能联合循环发电技术，有效提高了发电效率；中国专利CN204225931U利用透平膨胀机，采用气膜支承,几乎不受气体温度的影响,轴承与轴颈不直接接触,适用于高转速场合。

以上专利都针对压力能进行了不同程度的回收利用，但均未提出与原有管网是否能够实现无缝衔接，并且对于天然气流量突变情况尚未提出有效的解决措施。

因而现有技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是要一种天然气管网压力回收方法及装置。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种天然气管网压力回收装置，其包括：用于采用天然气管网压力进行发电的调压发电装置、回温装置以及控制装置，所述调压发电装置包括流体阻尼器、发电装置以及用于对流入低压管网的天热气进行调压的调压装置，所述流体阻尼器、发电装置以及调压装置依次连接，所述回温装置设置于所述发电装置与调压装置之间的管路上，所述控制装置与所述流体阻尼器相连接，并通过所述控制装置控制所述流体阻尼器的开启/关闭。

所述天然气管网压力回收装置，其中，所述回温装置包括温压平衡器和气化器，所述温压平衡器的进气口通过管路与所述发电装置相连接，其出气口通过管路与所述气化器的进气口相连接，所述气化器的出气口通过管路与调压装置相连接，以通过所述回温装置对流入低压管网的天然气进行调温。

所述天然气管网压力回收装置，其中，所述发电装置包括依次连接膨胀机、变速箱、发电机以及电源，所述膨胀机的进气口通过管路与流体阻尼器相连接，所述膨胀机的排气口通过管路与回温装置连通，以使得天然气依次通过流体阻尼器、膨胀机、回温装置以及调压装置后流入低压管网。

所述天然气管网压力回收装置，其中，所述控制装置包括PLC控制箱，以及分别与所述PLC控制箱相连接的电动调节阀、第一压力控制器、第一温度控制器、探头、第二压力控制器、第二温度探测器以及PLC控制箱；所述高压管网开始，管路上依次设有电动调节阀、第一压力控制器以及第一温度控制器；所述探头与变速箱相连接，所述第二压力控制器和第二温度探测器依次设置于调压装置与低压管网之间的管路上。

所述天然气管网压力回收装置，其还包括设置于高压管网与发电装置之间的管路上的限流装置，所述限流装置包括置依次串行设置的电磁阀、限流阀以及排空阀，所述电磁阀、限流阀以及排空阀依次设置于高压管网与流体阻尼器之间的管路上，用于限制流入流体阻尼器的天然气的流量。

所述天然气管网压力回收装置，其还包括流量检测装置，所述流量检测装置设置于所述限流装置与流体阻尼器之间的管路上，通过所述流量检测装置检测流入发电装置的天然气的流量。

所述天然气管网压力回收装置，其中，所述气化器为空温式气化器。

一种天然气管网压力回收方法，其包括：高压管网流出的天然气经电动调节阀以及流体阻尼器后流入发电装置，通过天然气带动发电装置发电；并且通过发电装置后的天然气依次流经温压平衡器和空温式气化器，并通过温压平衡器和空温式气化器对天然气进行回温；回温后的天然气流入调压装置，通过调节装置将所述天然气压力调整预设范围后流入低压管网以供给下游用户。

所述天然气管网压力回收方法，其还包括：

通过流量检测装置检测流入发电装置的天然气的流量，并在天然气的流量大于预设阈值时启动流体阻尼器，通过所述流体阻尼器控制天然气延迟进入发电装置。

所述天然气管网压力回收方法，其中，所述预设范围为低于低压管网的额定压力0.1-0.2MPa。

有益效果：与现有技术相比，本发明提供了一种天然气管网压力回收方法及装置，所述装置包括调压发电装置、回温装置以及控制装置，所述调压发电装置包括流体阻尼器、发电装置以及调压装置，所述流体阻尼器的进口与高压管网相连通，所述流体阻尼器的出口与发电装置相连接。这样通过增加流体阻尼延长了低压管网对压力突变的反应时间，对下游装置起到保护作用。同时，在回温装置与低压管网之间增设调压装置，通过调压装置控制流入低压管网的天然气的压力，保障低压管网的安全和平稳运行，实现了对原有传统管网的无缝衔接。

附图说明

图1为本发明提供的天然气管网压力回收装置的结构示意图。

图2为本发明提供的天然气管网压力回收装置中温压平衡器的结构示意图。

图3为本发明提供的温压平衡器中，后固定装置与出气管位置关系示意图。

图4为本发明提供的温压平衡器中，前固定装置配置阻隔网的结构示意图。

图5为支路与总管汇合后的温度与流量关系图。

图6为支路与总管汇合后的温升与流量关系图。

具体实施方式

本发明提供一种天然气管网压力回收方法及装置，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图，通过对实施例的描述，对发明内容作进一步说明。

请参照图1，图1为本发明提供的天然气管网压力回收装置的结构示意图。所述装置包括：调压发电装置、回温装置以及控制装置，所述调压发电装置包括流体阻尼器10、发电装置以及调压装置20，所述流体阻尼器10的进口与高压管网相连通，所述流体阻尼器10的出口与发电装置相连接，所述发电装置与所述回温装置相连接，所述回温装置与所述调压装置20相连接，所述调压装置20和所述流体阻尼器10均与所述控制装置相连接，所述调压装置20根据控制装置发送的控制信号对回温装置流出的天然气进行调压，使得流入低压管网的天然气的压力低于低压管网的额定压力。本实施例通过增加流体阻尼延长了低压管网对压力突变的反应时间，对下游装置起到保护作用。同时，在回温装置与低压管网之间增设调压装置，通过调压装置控制流入低压管网的天然气的压力，保障低压管网的安全和平稳运行，实现了对原有传统管网的无缝衔接。

所述发电装置包括膨胀机13、变速箱15、发电机16以及电源17；所述膨胀机13与所述变速箱15相连接，所述变速箱15与所述发电机16相连接，所述发电机16与所述电源17相连接，通过膨胀机13驱动变速箱15带动发电机16转动，以将天然气压力能转化为电能，并将所述电能存储于电源17内，实现了天然气压力能的回收再利用。同时，所述膨胀机13的进口与流体阻尼器10相连接，其出口与回温装置相连接；从上游高压管网输送来的天然气流经流体阻尼器10后进入膨胀机13，通过所述膨胀机13膨胀至所需压力后输送至回温装置，通过回温装置与调压装置后流入下游低压管网，使得流入下游低压管网的天然气的温度与压力满足预设要求，保证了低压管网的安全和平稳运行。

所述膨胀机13优选为气动流体马达，所述气动流体马达具有低转速、高扭矩、低能耗、低成本、寿命长、体积小以及重量轻的特点，这样可以减小天然气管网压力回收装置的体积以及重量。

所述电源17优选为稳频稳压电源，例如，220v/380v 的5kw电源、智能充电器以及蓄电池等。这样通过稳频稳压电源保存所述发电机生成的电能，并通过所述电源为外部用电设备的供电，减少了电能的传输过程，进一步提高了能源回收再利用率。

所述控制装置包括PLC控制箱23，电动调节阀8、第一压力控制器11、第一温度控制器12、探头14、第二压力控制器21以及第二温度探测器22；从所述高压管网开始，管路上依次设有电动调节阀8、第一压力控制器11以及第一温度控制器12；所述探头14与变速箱15相连接，所述第二压力控制器21和第二温度探测器22依次设置于调压装置20与低压管网之间的管路上。所述PLC控制箱23分别与所述电动调节阀8、第一压力控制器11、第一温度控制器12、探头14、第二压力控制器21以及第二温度探测器22相连接，接收所述第一压力控制器11、第一温度控制器12、第二压力控制器21以及第二温度探测器22发送的信号。这样所述PLC控制箱23可以根据接收到的信号对电动调节阀8、流体阻尼器10以及探头14进行控制，使得在上游高压管网流出的天然气的压力突变时，通过流体阻尼器10延迟所述天然气进入膨胀机13，避免对膨胀机13的冲击。同时，所述PLC控制箱23还根据接收到的第一压力控制器11和第二压力控制器12的感应信号，通过调压装置20对待流入低压管网的天然气进行调节，使得流入低压管网的天然气的压力小于低压管网的额定压力，这样可以保证低压管网的安全与平稳运行，实现了回收装置与原有管网的无缝连接。在本实施例中，所述PLC控制箱优选为西门子S7-200系列PLC系统，使得所述天然气管网压力回收装置的功能强大、抗干扰性能好、使用推广方便以及参数设置灵活等。

所述调压装置20可以为可实时远程监控、自动实现调动管理的智能调压器，所述智能调压器与所述PLC控制箱相连接，通过所述PLC控制箱对所述调压装置进行远程控制，以使得所述调压装置的自动调节。

所述回温装置包括温压平衡器18和气化器19，所述温压平衡器18的进气口通过管路与所述膨胀机13相连接，其出气口通过管路与所述气化器19的进气口相连接，所述气化器19的出气口通过管路与调压装置20相连接，以通过所述回温装置对流入低压管网的天然气进行调温。在本实施例中，所述气化器为空温式气化器。

进一步，如图2所示，所述温压平衡器18可以包括由卵形曲线绕轴线旋转一周而成的回转体形状的主罐体101、轴杆102、悬浮球103以及若干空心槽管104。所述主罐体101内具有流通通道，所述轴杆102设置于所述流通通道内，并延伸所述流通通道的延伸方向延伸。所述若干空心槽管104沿周向间隔设置于所述主罐体101的内壁上，并且所述空心槽管104沿所述流通通道的延伸方向延伸。所述悬浮球103套设于所述轴杆102上，并且可沿所述轴杆102延伸方向滑动，以调节所述主罐体101的流通通道的流通面积。所述空心槽管104内填充有相变储能材料105，在天然气流过所述主罐体101的流通通道时，低温天然气与所述相变储能材料105进行热交换，以调节所述低温天然气的温度。本实施例通过在主罐体101内设置悬浮球103以及在空心槽管104内填充相变储能材料105，通过两者对流经主罐体的天然气的温度以及压力进行调节，同时解决了压缩机出口天然气温度低以及透平膨胀机13出口带有脉动冲击性的问题。

所述主罐体101两端设置有出气管109和进气管108，所述出气管109与所述进气管108同轴设置，并且所述出气管109与所述进气管108的轴线均与主罐体的轴线重合。所述主罐体101与进气管108连接处设置有前固定装置106，所述主罐体101与出气管109端连接处设置有后固定装置107。所述轴杆103两端分别与前固定装置108和后固定装置109相连接，并通过所述前固定装置108和后固定装置109固定于所述主罐体101内，并且所述轴杆102的中心线与所述主罐体101的轴线重合。

如图3所示，所述前固定装置108和后固定装置109结构相同，所述前固定装置108为由若干固定杆沿圆周方向等距离设置，并且所述若干固定的一端相互连接于一端点，另一端均与主罐体101相连接。此外，如图4所示，所述前固定装置107还设置有一阻隔网110，通过所述阻隔网110粉碎或者拦截天然气水合物冰晶等其他杂质，以防止天然气内携带的杂质进入主罐体101，防止杂质堵塞出气管或者下游管路。在本实施例中，所述阻隔网优选为不锈钢丝网，所述不锈钢钢丝网的孔径优先为1mm。

请继续参照图1，所述天然气管网压力回收装置还包括流量检测装置9以及限流装置；所述流量检测装置9设置于低压管网进口处，以通过所述流量检测装置9检测流入低压管网的天然气的流量。所述限流装置设置于高压管网与发电装置之间的管路上，通过所述限流装置限制流入膨胀机13内的天然气的流量，避免因流量过大而对膨胀机产生冲击。在本实施例中，所述限流装置包括置依次串行设置的电磁阀5、限流阀6以及排空阀7，所述电磁阀5、限流阀6以及排空阀7设置于高压管网与流体阻尼器之间的管路上。

本发明还提供一种天然气管网压力回收方法，应用如上所述的天然气管网压力回收装置，所述方法括：高压管网流出的天然气经电动调节阀8以及流体阻尼器10后流入发电装置，通过天然气带动发电装置发电；并且通过发电装置后的天然气依次流入温压平衡器18和空温式气化器19，并通过温压平衡器18和空温式气化器19对天然气进行回温；回温后的天然气流入调压装置20，通过调节装置20将所述天然气压力调整预设范围后流入低压管网以供给下游用户。同时，所述膨胀机13膨胀产生的机械能通过变速箱15后是转子速度匹配于发电机16，通过发电机16进行发电供给所述电源17。

进一步，所述天然气管网压力回收方法还包括：通过流量检测装置9检测到流入膨胀机的天然气流量，并在天然气的流量大于预设阈值时，通过所述PLC控制箱23控制所述流体阻尼器10启动，通过所述流体阻尼器10控制天然气延迟进入发电装置，同时开启排空阀，通过排空阀将超过预设阈值的天然气回流到高压管网。这样可以通过此时流体阻尼器发挥作用，延迟天然气进入膨胀机的时间，以防膨胀机受到突增天然气的冲击。

进一步，所述天然气管网压力回收方法还包括：PLC控制箱23对天然气管网压力回收装置进行实时监控，通过第一压力控制器11、第一温度控制器12、第二压力控制器21、第二温度控制器22将信息反馈给PLC控制箱23，PLC控制箱23又将这些信息反馈于电动调节阀8、变速箱15上的探头14以及调压装置20，通过电动调节阀8、变速箱15上的探头14以及调压装置20进行精准调节与监控。在本实施中，预设阈值可以为所述膨胀机13额定流量的1.1倍等。

进一步，所述预设范围为低于低压管网的额定压力0.1-0.2MPa。

为了进一步说明所述天然气管网压力回收方法，将所述天然气管网压力回收装置应用于冬季天然气总流量55000Nm³/h，进口温度11℃，出口0℃，夏季30000Nm³/h，进口温度20℃，出口15℃的位于北京的调压站。所述北京夏季环境温度33℃，晚上18℃，冬天白天-10℃，晚上-15℃。所述膨胀机实际效率0.35，机械效率0.78，天然气流量分别为1000-1500Nm³，次高压管网压力为0.8MPa。如图5和6所示，可以计算得到支路与总管汇合后的温度（T4）与流量关系以及支路与总管汇合后的温升（△T4）与流量关系。

由图5可看出，当流量在1000-1500Nm³之间变化时，天然气汇入主管后，主管的温度几乎不变，由图6可看出，汇入主管后不论季节其对主管的影响大约在-0.45℃至-0.35℃之间，即汇入主管后，主管有0.35到0.45℃的温降，随流量的增大，温度下降的相对越多，由图6可看出，流量在1000-1500Nm³之间变化时，温度变化在0.004到0.008度之间波动，夏季温度波动随流量变化较冬季要稍明显，整体温度的波动幅度很小，即当流量在一定范围内波动时，温度变化幅度不大，同时也表明该方法实现了与传统管网的无缝衔接。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种天然气管网压力回收装置，其包括：用于采用天然气管网压力进行发电的调压发电装置A、回温装置以及控制装置；其特征在于，所述调压发电装置A包括流体阻尼器、发电装置B以及用于对流入低压管网的天然气进行调压的调压装置，所述流体阻尼器、发电装置B以及调压装置依次连接，所述回温装置设置于所述发电装置B与调压装置之间的管路上，所述控制装置与所述流体阻尼器相连接，并通过所述控制装置控制所述流体阻尼器的开启/关闭；所述调压装置为可实时远程监控、自动调动管理的智能调压器，所述智能调压器与所述控制装置连接；所述控制装置包括PLC控制箱，以及分别与所述PLC控制箱相连接的电动调节阀、第一压力控制器、第一温度控制器、探头、第二压力控制器以及第二温度探测器；从高压管网开始，管路上依次设有电动调节阀、第一压力控制器以及第一温度控制器；所述探头与变速箱相连接，所述第二压力控制器和第二温度探测器依次设置于调压装置与低压管网之间的管路上；所述PLC控制箱与所述流体阻尼器连接；所述回温装置包括温压平衡器和气化器，所述温压平衡器的进气口通过管路与所述发电装置B相连接，其出气口通过管路与所述气化器的进气口相连接，所述气化器的出气口通过管路与调压装置相连接，以通过所述回温装置对流入低压管网的天然气进行调温；所述温压平衡器包括主罐体、轴杆、悬浮球以及若干空心槽管，所述主罐体内具有流通通道，所述轴杆设置于所述流通通道内，并沿所述流通通道的方向延伸；所述悬浮球套设于所述轴杆上，并与所述轴杆滑动连接；所述若干空心槽管沿周向间隔设置于所述主罐体的内壁上并且所述若干空心槽管均沿所述流通通道的延伸方向延伸，所述空心槽管内填充有变相储能材料。

2.根据权利要求1所述天然气管网压力回收装置，其特征在于，所述发电装置B包括依次连接膨胀机、变速箱、发电机以及电源，所述膨胀机的进气口通过管路与流体阻尼器相连接，所述膨胀机的排气口通过管路与回温装置连通，以使得天然气依次通过流体阻尼器、膨胀机、回温装置以及调压装置后流入低压管网。

3.根据权利要求1所述天然气管网压力回收装置，其特征在于，其还包括设置于高压管网与发电装置B之间的管路上的限流装置，所述限流装置包括置依次串行设置的电磁阀、限流阀以及排空阀；所述电磁阀、限流阀以及排空阀依次设置于高压管网与流体阻尼器之间的管路上，用于限制流入流体阻尼器的天然气的流量。

4.根据权利要求3所述天然气管网压力回收装置，其特征在于，其包括流量检测装置，所述流量检测装置设置于所述限流装置与流体阻尼器之间的管路上，以通过所述流量检测装置检测流入发电装置B的天然气的流量。

5.根据权利要求1所述天然气管网压力回收装置，其特征在于，所述气化器为空温式气化器。

6.一种基于如权利要求1-5所述的天然气管网压力回收装置的天然气管网压力回收方法，其特征在于，其包括：高压管网流出的天然气经电动调节阀以及流体阻尼器后流入发电装置B，通过天然气带动发电装置B发电；并且通过发电装置B后的天然气依次流经温压平衡器和空温式气化器，并通过温压平衡器和空温式气化器对天然气进行回温；回温后的天然气流入调压装置，通过调节装置将所述天然气压力调整预设范围后流入低压管网以供给下游用户。

7.根据权利要求6所述天然气管网压力回收方法，其特征在于，其还包括：

通过流量检测装置检测流入发电装置B的天然气的流量，并在天然气的流量大于预设阈值时启动流体阻尼器，通过所述流体阻尼器控制天然气延迟进入发电装置B。

8.根据权利要求6所述天然气管网压力回收方法，其特征在于，所述预设范围为低于低压管网的额定压力0.1-0.2MPa。

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