CN110220341A - 一种利用天然气余压的发电和制冰联合系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及天然气调压的技术领域，尤其涉及一种利用天然气余压的发电和制冰联合系统。本申请提供了利用天然气余压发电和制冰的联合系统，所述系统包括：第一调压装置和天然气调压制冰装置；所述第一调压装置包括第一稳压阀、第一预冷器、加热器、第二稳压阀、第一膨胀机、第一发电机和第一热交换器；天然气调压制冰装置包括第一储水池、第一压缩机、第二压缩机、冷凝器、冷却塔、第一节流阀、第二节流阀、蒸发器和制冰机。本申请通过特定的连接关系，可以将上游高压的天然气在调压过程中产生的余压和冷能利用起来，使得余压能发电，冷能制冰，提高了能源的利用效率，同时也提高了天然气运行的经济性。

Description

一种利用天然气余压的发电和制冰联合系统

技术领域

本申请涉及天然气调压的技术领域，尤其涉及一种利用天然气余压的发电和制冰联合系统。

背景技术

目前，天然气的输送普遍采用高压输送的方式。随着天然气输送管道技术的发展，世界范围内的天然气的输送压力越来越高。各国输气管道设计压力分别为：德国和意大利输送天然气的压力为8MPa，美国输送天然气的压力为12MPa等等。对我国输送天然气的压力而言，“西气东输”和“陕京二线”的输气压力达到了10MPa，陕京一线输气压力为6.4MPa，忠武线输气压力为6.4MPa，陕京二线输气压力为10MPa，西气东输输气压力为10MPa，中缅天然气的输气压力为10MPa。

根据我国的规定，天然气输送到城市居民用户压力一般在0.4MPa左右，输送的高压天然气需要经城市调压站、分输站进行降压处理。降压后，输入城镇中低压燃气管网的天然气压力在0.4MPa左右。目前被输送的高压天然气普遍采用节流阀进行降压。由于高压天然气采用的是节流降压，因此大量的压力能没有得到有效的利用。以2006年西气东输干线为例，其管道共计年输气量为99×108m³/a，天然气的压力由10MPa降至0.4MPa，那么其年可回收的最大压力能为25100.7×108k J，相当于装机79.59MW的电站一年的发电量，由此可见天然气管道蕴含了巨大的压力能。

同时，高压的天然气经过节流降压这一过程后，其温度会急剧的降低，此时温度降低后的天然气蕴含着大量冷能。同时，天然气温度降低不仅会对天然气的输送管道及调压设备造成低温损坏，尤其容易在冬供期间引起阀门冰堵现象，影响供气稳定均匀性。由此，调压后的低温天然气需被加热至水的露点温度以上才能输入城市中低压管网。在一过程中，不仅需要额外耗能，而且还浪费了大量的冷能。

发明内容

本申请提供了一种利用天然气余压发电和制冰的联合系统，该系统可以回收高压的天然气在节流降压过程中损失的压力能和产生的冷能，不仅提高了能源的利用效率，同时也提高了天然气运行的经济性。

有鉴于此，本申请提供了利用天然气余压发电和制冰的联合系统，所述系统包括：

第一调压装置和天然气调压制冰装置；

所述第一调压装置包括第一稳压阀、第一预冷器、加热器、第二稳压阀、第一膨胀机、第一发电机和第一热交换器；

上游高压天然气的出气口与所述第一稳压阀管道连接，所述第一稳压阀与所述第一膨胀机连接，所述第一膨胀机与所述第一发电机连接，所述第一膨胀机与所述第一热交换器的第一进气口连接，所述第一热交换器的出气口与所述第一预冷器的进气口连接，所述第一预冷器的出气口与所述第二稳压阀连接，所述第二稳压阀与所述加热器的进气口连接，所述加热器的出气口与下游天然气的出气口连接；

天然气调压制冰装置包括第一储水池、第一压缩机、第二压缩机、冷凝器、冷却塔、第一节流阀、第二节流阀、蒸发器和制冰机；

所述蒸发器的第一出液口分别与所述第一压缩机的进液口和所述第二压缩机的进液口管道连接；

所述第一压缩机的出气口与所述第一热交换器的第二进气口连接，所述第一热交换器的出液口与所述第一节流阀的进液口连接，所述第一节流阀的出液口与所述蒸发器的第一进液口连接，所述第一储水池的出液口与所述第一预冷器的进液口连接，所述第一预冷器的出液口与所述制冰机的第一进液口连接，所述制冰机的出液口与所述蒸发器的第二进液口连接，所述蒸发器的第二出液口与所述制冰机的第二进液口连接；

所述第二压缩机的出气口与所述冷凝器的进气口连接，所述冷凝器的第一出液口与所述第二节流阀的进液口连接，所述第二节流阀的出液口与所述蒸发器的第三进液口连接；所述冷凝器的第二出液口与所述冷却塔的进液口连接，所述冷却塔的出液口与所述冷凝器的进液口连接。

作为优选，所述制冰机为盐水制冰装置，所述盐水制冰装置包括盐水池、搅拌器和冰桶；所述蒸发器的出水口与所述盐水池的进水口管道连接，所述盐水池的出水口与所述蒸发器的进水口管道连接；所述搅拌器设置在所述盐水池的内部，所述冰桶置于所述盐水池的内部。

作为优选，所述利用天然气余压的发电和制冰联合系统，还包括第二储水池，所述第二储水池的进液口与所述第一预冷器的出液口连接，所述第二储水池的出液口与所述制冰机的第一进液口连接。

作为优选，所述利用天然气余压的发电和制冰联合系统，还包括所述第二调压装置包括第二预冷器、第一电加热器、第二膨胀机组、第二发电机组和第二热交换器；

所述第一预冷器的出气口通过所述第一电加热器与所述第二膨胀机组连接，所述第二膨胀机组与所述第二发电机组连接，所述第二膨胀机组与所述第二热交换器的第一进气口连接，所述第二热交换器的出气口与所述第二预冷器的进气口连接，所述第二预冷器的出气口与所述第二稳压阀连接，所述第二稳压阀与所述加热器的进气口连接，所述加热器的出气口与下游天然气的出气口连接。

作为优选，所述天然气调压制冰装置的第一压缩机的出气口分别与所述第二热交换器的第二进气口和所述第一热交换器的第二进气口连接，所述第二热交换器的出液口与所述第一节流阀的进液口连接，所述第一热交换器的出液口与所述第一节流阀的进液口连接，所述第一节流阀的出液口与所述蒸发器的第一进液口连接。

作为优选，所述第一储水池的出液口与所述第二预冷器的进液口连接，所述第二预冷器的出液口与所述第一预冷器的进液口连接，所述第一预冷器的出液口与所述制冰机的第一进液口连接。

作为优选，所述利用天然气余压的发电和制冰联合系统，还包括所述第三调压装置包括第三预冷器、第二电加热器、第三膨胀机组、第三发电机组和第三热交换器；

所述第二预冷器的出气口通过所述第二电加热器与所述第三膨胀机组连接，所述第二膨胀机组与所述第二发电机组连接，所述第二膨胀机组与所述第三热交换器的第一进气口连接，所述第三热交换器的出气口与所述第三预冷器的进气口连接，所述第三预冷器的出气口与所述第二稳压阀连接，所述第二稳压阀与所述加热器的进气口连接，所述加热器的出气口与下游天然气的出气口连接。

作为优选，所述天然气调压制冰装置的第一压缩机的出气口分别与所述第三热交换器的第二进气口、所述第二热交换器的第二进气口和所述第一热交换器的第二进气口连接，所述第三热交换器的出液口与所述第一节流阀的进液口连接，所述第二热交换器的出液口与所述第一节流阀的进液口连接，所述第一热交换器的出液口与所述第一节流阀的进液口连接，所述第一节流阀的出液口与所述蒸发器的第一进液口连接。

作为优选，所述第一储水池的出液口与所述第三预冷器的进液口连接，所述第三预冷器的出液口与所述第二预冷器的进液口连接，所述第二预冷器的出液口与所述第一预冷器的进液口连接，所述第一预冷器的出液口与所述制冰机的第一进液口连接。

作为优选，所述第二膨胀机组包括第一子膨胀机和第二子膨胀机，所述第一子膨胀机与所述第二子膨胀机并联连接；

所述第二发电机组包括第一子发电机和第二子发电机，所述第一子膨胀机与所述第一子发电机连接，所述第二子膨胀机与所述第二子发电机连接；

所述第三膨胀机组包括第三子膨胀机、第四子膨胀机、第五子膨胀机和第六子膨胀机，所述第三子膨胀机、所述第四子膨胀机、所述第五子膨胀机和所述第六子膨胀机并联连接；

所述第三发电机组包括第三子发电机、第四子发电机、第五子发电机和第六子发电机，所述第三子膨胀机与所述第三子发电机连接，所述第四子膨胀机与所述第四子发电机连接，所述第五子膨胀机与所述第五子发电机连接，所述第六子膨胀机与所述第六子发电机连接。

本申请针对对于天然气余压利用的不足，通过对天然气余压的回收用于发电，结合天然气冷能用于制冰，解决了天然气调压后，大量的压力能被白白浪费的问题。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请实施例中，提供了一个利用天然气余压发电和制冰的联合系统，该系统可以用于解决目前上游高压天然气在进入城市天然气管网前利用节流装置对高压天然气进行节流所浪费掉的压力能以及节流过程所产生的冷能，一方面提高了能源的利用效率，另一方面大大提高了天然气运转的经济性。使用时，天然气余压发电工作流程：上游的高压天然气从上游高压天然气的出气口经过第一稳压阀后，天然气变为压力稳定的状态，接着把高压天然气通入第一膨胀机，天然气在第一膨胀机做功，带动第一发电机发电。由第一膨胀机排出的天然气温度大幅度降低同时压力也会降低，把第一膨胀机排出的低温天然气通入第一热交换器，与此同时，第一压缩机从蒸发器吸入制冷剂，第一压缩机压缩做功排出的高温制冷剂蒸汽通入第一热交换器，在第一热交换器中，来自第一膨胀机的低温天然气与来自第一压缩机的高温制冷剂蒸汽进行热交换。第一热交换器出来的低温天然气被加热升温，压力基本不变，高温制冷剂蒸汽冷凝放热形成低温的液态制冷剂。接着从第一热交换器出来的仍具冷量的天然气通入第一预冷器，与来自第一储水池的常温水进行热交换。从第一预冷器出来的天然气被进一步加热升温，压力基本保持不变。把从第一预冷器出来的天然气通入第二稳压阀与加热器，将天然气的压力和温度调节为符合下游有用户使用的天然气从下游天然气的出气口输出。在上游天然气调压发电的同时，天然气调压制冰装置同时进行制冰做功，制冰工作流程：蒸发器内含有制冷剂，制冷剂分为两路，第一路利用天然气降压后的冷能，第二路主要是传统制冷循环。当第一路因天然气流量产生的冷量无法满足制冰需求的时候，可启动第二路制冷循环进行补充。第一压缩机从蒸发器中吸入制冷剂进行压缩，使得第一路制冷剂经过第一压缩机压缩为高温高压的制冷剂蒸汽，接着在第一热交换器与低温的天然气换热后被冷凝为低温且高压的液态制冷剂，低温的天然气吸热升温，常温且高压的液态制冷剂经第一节流阀的节流降温后输送到蒸发器用于制冰。第二压缩机从蒸发器中吸入制冷剂进行压缩，使得第二路液态制冷剂经过第二压缩机压缩为高温高压的制冷剂蒸汽，通过冷凝器，冷凝器与冷却塔管道连接，使得冷却塔的冷却水在冷凝器中循环，高温高压的制冷剂蒸汽在冷凝器中与来自冷却塔的冷却水进行换热被冷凝，高温高压的制冷剂蒸汽被冷凝为常温且高压的液态制冷剂，冷却水吸热升温从冷凝器返回至冷却塔中被冷却，再次输进冷凝器中冷凝高温高压的制冷剂蒸汽循环以上操作，随后被冷凝为低温且高压的液态制冷剂经过第二节流阀的节流降温后输送到蒸发器用于制冰。两股液态制冷剂在蒸发器中与蒸发器内部的盐水换热，液态制冷剂温度升高，进入下一个制冷剂循环周期。蒸发器内部的盐水被低温低压的制冷剂冷却为低温的盐水。低温的盐水从蒸发器输送到制冰机中，第一储水池将常温的用于制冰的制冰水先通入第一预冷器先利用上游天然气调压过程产生的冷能进行首次降温，然后输送到制冰机中，制冰机中的低温制冰水与低温的盐水进行换热，在低温盐水的作用下，预冷水的温度降低至冰点凝结成冰。

附图说明

图1为本申请实施例提供的第一种利用天然气余压的发电和制冰联合系统的结构图；

图2为本申请实施例提供的第二种利用天然气余压的发电和制冰联合系统的结构图；

图3为本申请实施例提供的第三种利用天然气余压的发电和制冰联合系统的结构图。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请实施例保护的范围。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

应理解，本申请应用于天然气余压再利用领域，其中，本申请的高温与低温是相对概念。请参阅图1，图1为本申请实施例提供的第一种利用天然气余压的发电和制冰联合系统的结构图，如图1所示，图1中包括第一调压装置和天然气调压制冰装置；第一调压装置包括第一稳压阀25、第一预冷器12、加热器6、第二稳压阀7、第一膨胀机16、第一发电机15和第一热交换器19；上游高压天然气的出气口A与第一稳压阀25管道连接，第一稳压阀25与第一膨胀机16连接，第一膨胀机16与第一发电机15连接，第一膨胀机16与第一热交换器19的第一进气口连接，第一热交换器19的出气口与第一预冷器12的进气口连接，第一预冷器12的出气口与第二稳压阀7连接，第二稳压阀7与加热器6的进气口连接，加热器6的出气口与下游天然气的出气口B连接；天然气调压制冰装置包括第一储水池1、第一压缩机4、第二压缩机3、冷凝器2、冷却塔5、第一节流阀20、第二节流阀24、蒸发器23和制冰机22；蒸发器23的第一出气口分别与第一压缩机4的进气口和第二压缩机3的进气口管道连接，第一压缩机4的出气口与第一热交换器19的第二进气口连接，第一热交换器19的出液口与第一节流阀20的进液口连接，第一节流阀20的出液口与蒸发器23的第一进液口连接，第一储水池1的出液口与第一预冷器12的进液口连接，第一预冷器12的出液口与制冰机22的第一进液口连接，制冰机22的出液口与蒸发器23的第二进液口连接，蒸发器23的第二出液口与制冰机22的第二进液口连接；第二压缩机3的出气口与冷凝器2的进气口连接，冷凝器2的第一出液口与第二节流阀24的进液口连接，第二节流阀24的出液口与蒸发器23的第三进液口连接；冷凝器2的第二出液口与冷却塔5的进液口连接，冷却塔5的出液口与冷凝器2的进液口连接。

本申请设计了一种利用天然气余压的发电和制冰联合系统，使用时，天然气余压发电工作流程：上游的高压天然气从上游高压天然气的出气口A经过第一稳压阀25后，天然气变为压力稳定的状态，接着把高压天然气通入第一膨胀机16，天然气在第一膨胀机16做功，带动第一发电机15发电。由第一膨胀机16排出的天然气温度大幅度降低同时压力也会降低，此时压力降为预置压力值。把第一膨胀机16排出的低温天然气通入第一热交换器19，与此同时，第一压缩机4从蒸发器23吸入制冷剂，第一压缩机4压缩做功排出的高温制冷剂蒸汽通入第一热交换器19，在第一热交换器19中，来自第一膨胀机16的低温天然气与来自第一压缩机4的高温制冷剂蒸汽进行热交换。第一热交换器19出来的低温天然气被加热升温，压力基本不变，高温制冷剂蒸汽冷凝放热形成低温的液态制冷剂。接着从第一热交换器19出来的仍具冷量的天然气通入第一预冷器12，与来自第一储水池1的常温水进行热交换。从第一预冷器12出来的天然气被进一步加热升温，压力基本保持不变。把从第一预冷器12出来的天然气通入第二稳压阀7与加热器6，将天然气的压力和温度调节为符合下游有用户使用的天然气从下游天然气的出气口B输出。在上游天然气调压发电的同时，天然气调压制冰装置同时进行制冰做功，制冰工作流程：蒸发器23内含有制冷剂，制冷剂分为两路，第一路冷媒流体利用天然气降压后的冷能，第二路冷媒流体主要是传统制冷循环。当第一路冷媒流体因天然气流量产生的冷量无法满足制冰需求的时候，可启动第二路冷媒流体的制冷循环进行补充。第一压缩机4从蒸发器23中吸入制冷剂进行压缩，使得第一路冷媒流体经过第一压缩机4压缩为高温高压的制冷剂蒸汽，接着在第一热交换器19与低温的天然气换热后被冷凝为低温且高压的液态制冷剂，低温的天然气吸热升温，常温且高压的液态制冷剂经第一节流阀20的节流降温后输送到蒸发器23用于制冰。第二压缩机3从蒸发器23中吸入制冷剂进行压缩，使得第二路冷媒流体经过第二压缩机3压缩为高温高压的制冷剂蒸汽，通过冷凝器2，冷凝器2与冷却塔5管道连接，使得冷却塔5的冷却水在冷凝器2中循环，高温高压的制冷剂蒸汽在冷凝器2中与来自冷却塔5的冷却水进行换热被冷凝，高温高压的制冷剂蒸汽被冷凝为过冷且高压的液态制冷剂，冷却水吸热升温从冷凝器2返回至冷却塔5中被冷却，再次输进冷凝器2中冷凝高温高压的制冷剂蒸汽循环以上操作，随后被冷凝为低温且高压的液态制冷剂经过第二节流阀24的节流降温后输送到蒸发器23用于制冰。两股液态制冷剂在蒸发器中与蒸发器内部的盐水换热，液态制冷剂温度升高，进入下一个制冷剂循环周期。蒸发器内部的盐水被低温低压的制冷剂冷却为低温的盐水。低温的盐水从蒸发器23输送到制冰机22中，第一储水池1将常温的用于制冰的制冰水先通入第一预冷器12先利用上游天然气调压过程产生的冷能进行首次降温，然后输送到制冰机22中，制冰机22中的低温制冰水与来自蒸发器23的低温的盐水进行换热，在低温盐水的作用下，预冷水的温度降低至冰点凝结成冰。

需要说明的是，本申请的制冰机可以使用盐水制冰装置，或者其他现有常用的制备装置，本申请不作具体限定。

本实施例的制冰机为盐水制冰装置，盐水制冰装置包括盐水池、搅拌器和冰桶；蒸发器的出水口与盐水池的进水口管道连接，盐水池的出水口与蒸发器的进水口管道连接；搅拌器设置在盐水池的内部，冰桶置于所述盐水池的内部。盐水制冰是应用较广泛、历史悠久的一种间接冷却制冰方法，制出的冰坚实、不易融化，便于贮藏和搬运。盐水池通入蒸发器冷却的低温盐水，由搅拌器驱动，低温盐水在盐水池以一定的速度流动，第一储水池1将常温的用于制冰的制冰水先通入第一预冷器12先利用上游天然气调压过程产生的冷能进行首次降温，然后输送到冰桶内，在冰桶内注满预冷的制冰水，将冰桶置于盐水池内，低温盐水在冰桶间流过，吸收热量使得冰桶内的制冰水结冰，在取出冰桶置于得到冰块，可以将冰桶脱冰池，待冰块受热与冰桶脱开，将冰块倒出输送到冰库。

进一步的，本实施例的第二压缩机3为变频压缩机。本实施例的第二路制冷循环是利用了电压缩循环制冷系统，通过设置第一压缩机4和变频压缩机是为了消除由于天然气调压量的改变引起膨胀机发电频率不稳定的影响以及保证制冰量的冷量需求的稳定性而设置的。同时频率的频率是稳定的，可将此部分稳定的热能直接供给天然气升温；变频压缩机的功率可以在一定范围内调节，从而保证整套系统的电力平衡。

进一步的，为了便于理解，请参阅图2，图2为本申请实施例提供的第二种利用天然气余压的发电和制冰联合系统的结构图，如图2所示，本实施例还包括第二储水池21，第二储水池21的进液口与第一预冷器12的出液口连接，第二储水池21的出液口与制冰机22的第一进液口连接。第二储水池21用于收集通过第一预冷器12的预冷的制冰水，再将预冷的制冰水通入制冰机22，并与同时经过蒸发器23发生热交换的另一股的低温盐水制冰。

进一步的，若天然气经过第一膨胀机16做功后，其压力仍比较高，仍具有一定的压力能，这部分压力能仍可被利用，本实施例设置第二调压装置用于将此部分的压力能利用。本实施例的第二调压装置包括第二预冷器10、第一电加热器26、第二膨胀机组14、第二发电机组13和第二热交换器18；第一预冷器12的出气口通过第一电加热器26与第二膨胀机组14连接，第二膨胀机组14与第二发电机组13连接，第二膨胀机组14与第二热交换器18的第一进气口连接，第二热交换器18的出气口与第二预冷器10的进气口连接，第二预冷器10的出气口与第二稳压阀7连接，第二稳压阀7与加热器6的进气口连接，加热器6的出气口与下游天然气的出气口B连接。

为了将第二调压装置产生的冷能利用起来，天然气调压制冰装置的第一压缩机4的出气口分别与第二热交换器18的第二进气口和第一热交换器19的第二进气口连接，第二热交换器18的出液口与第一节流阀20的进液口连接，第一热交换器19的出液口与第一节流阀20的进液口连接，第一节流阀20的出液口与蒸发器23的第一进液口连接。第一储水池1的出液口与第二预冷器10的进液口连接，第二预冷器10的出液口与与制冰机22的第一进液口连接，第一储水池1的出液口与第一预冷器12的进液口，第一预冷器12的出液口与制冰机22的第一进液口连接。使得制冰机22可以获得经过第二预冷器10和第一预冷器12的预冷的制冰水，蒸发器23可以获得第一热交换器19和第二热交换器18利用上天然气调压时降温的冷能，从而将蒸发器23中的盐水制冷，蒸发器23中的盐水制冷与来自第二预冷器10和第一预冷器12的预冷的制冰水进行热交换冷却成冰。

进一步的，若天然气经过第一膨胀机16和第二膨胀机组14做功后，其压力仍比较高，仍具有一定的压力能，这部分压力能仍可被利用，本实施例设置第二调压装置和第三调压装置用于将此部分的压力能利用。为了便于理解，请参阅图3，图3为本申请实施例提供的第三种利用天然气余压的发电和制冰联合系统的结构图，如图3所示，具体为：本实施例的第三调压装置包括第三预冷器8、第二电加热器27、第三膨胀机组11、第三发电机组9和第三热交换器17；第二预冷器10的出气口通过第二电加热器27与第三膨胀机组11连接，第二膨胀机组11与第二发电机组9连接，第二膨胀机组11与第三热交换器17的第一进气口连接，第三热交换器17的出气口与第三预冷器8的进气口连接，第三预冷器8的出气口与第二稳压阀7连接，第二稳压阀7与加热器6的进气口连接，加热器6的出气口与下游天然气的出气口B连接。

本实施例设置了三级调压装置，可以完全将天然气的余压利用发电。使用时，天然气余压发电工作流程：上游的高压天然气从上游高压天然气的出气口A经过第一稳压阀25后，天然气变为压力稳定的状态，接着把高压天然气通入第一膨胀机16，天然气在第一膨胀机16做功，带动第一发电机15发电。由第一膨胀机16排出的天然气温度大幅度降低同时压力也会降低，把第一膨胀机16排出的低温天然气通入第一热交换器19，与此同时，第一压缩机4从蒸发器23吸入制冷剂，第一压缩机4压缩做功排出的高温制冷剂蒸汽通入第一热交换器19，在第一热交换器19中，来自第一膨胀机16的低温天然气与来自第一压缩机4的高温制冷剂蒸汽进行热交换。第一热交换器19出来的低温天然气被加热升温，压力基本不变，高温制冷剂蒸汽冷凝放热形成低温的液态制冷剂。接着从第一热交换器19出来的仍具冷量的天然气通入第一预冷器12，与来自第一储水池1的常温水进行热交换。从第一预冷器12出来的天然气被进一步加热升温，压力基本保持不变。但此时天然气的压力仍比较高，仍具有一定的压力能。仍具有压力能且温度满足膨胀机能正常工作要求的天然气接着被通入第二膨胀机组14，天然气在第二膨胀机组14做功，带动第二发电机组13发电。由第二膨胀机组14排出的天然气温度大幅度降低同时相比与进入第二膨胀机组14前天然气的压力会有一定幅度的降低，但此时天然气的压力仍比较高，仍具有一定的压力能。把从第二膨胀机组14排出的天然气通入第二热交换器18，与由第一压缩机4排出的高温冷媒进行换热。从第二热交换器18出来的低温天然气被加热升温，压力基本不变。接着从第二热交换器18出来的仍具冷量的天然气通入第二预冷器10，并在第二预冷器10中与来自第一储水池1的常温水进行热交换。从第二预冷器10出来的天然气被进一步加热升温，压力基本保持不变。把从第二预冷器10出来的天然气通入第一电加热器26，若天然气的温度满足第三膨胀机组11能正常工作的要求，则不需要打开第一电加热器26对其进行加热；若天然气温度不满足第三膨胀机组11能正常工作的温度要求，则打开第一电加热器26对其进行加热。仍具有压力能且温度满足第三膨胀机组11能正常工作要求的天然气接着被通入第三膨胀机组11，天然气在第三膨胀机组11做功，带动第三发电机组9发电。由第三膨胀机组11排出的天然气在经历了三次膨胀做功降压后，此时天然气的压力已降低为输送到下游天然气管网的压力值。把第三膨胀机组11排出的天然气通入第三热交换器17，与由第一压缩机4排出的另一股高温高压的制冷剂蒸汽，最后通入的两股冷热气体在第三热交换器17内进行换热。从第三热交换器17出来的低温天然气被加热升温，压力基本不变。接着仍具冷量的天然气通入第三预冷器8，与同时通入第三预冷器8的来自第一储水池1的常温水进行热交换。从第三预冷器8出来的天然气被进一步加热升温，压力基本保持不变。从第三预冷器8出来的天然气经过通入第二稳压阀7，天然气的压力值基本稳定。压力稳定的温度较低的天然气的温度满足下游输送天然气所要求，则直接输送到用户管网。若温度过低，则通入加热器6进行升温，然后再输送至下游天然气的出气口B输出。

上游天然气调压发电的同时，天然气调压制冰装置同时进行制冰做功，制冰工作流程：蒸发器23内含有制冷剂，制冷剂分为两路，第一路利用天然气降压后的冷能，第二路主要是传统制冷循环。当第一路因天然气流量产生的冷量无法满足制冰需求的时候，可启动第二路制冷循环进行补充。第一压缩机4从蒸发器23中吸入制冷剂进行压缩，使得第一路制冷剂经过第一压缩机4压缩为高温高压的制冷剂蒸汽，接着在第一热交换器19与低温的天然气换热后被冷凝为低温且高压的液态制冷剂，低温的天然气吸热升温，常温且高压的液态制冷剂经第一节流阀20的节流降温后输送到蒸发器23用于制冰。第一压缩机4的出气口分别与第三热交换器17的第二进气口、第二热交换器18的第二进气口和第一热交换器19的第二进气口连接，第三热交换器17的出液口与第一节流阀20的进液口连接，第二热交换器18的出液口与第一节流阀20的进液口连接，第一热交换器19的出液口与第一节流阀20的进液口连接，第一节流阀20的出液口与蒸发器23的第一进液口连接。第一压缩机4压缩做功的高温高压的制冷剂蒸汽通过第三热交换器17、第二热交换器18和第一热交换器19与低温的天然气热交换，形成低温的液态制冷剂，在通过第一节流阀20到达蒸发器23与盐水进行热交换。第二压缩机3从蒸发器23中吸入制冷剂进行压缩，使得第二路液态制冷剂经过第二压缩机3压缩为高温高压的制冷剂蒸汽，通过冷凝器2，冷凝器2与冷却塔5管道连接，使得冷却塔5的冷却水在冷凝器2中循环，高温高压的制冷剂蒸汽在冷凝器2中与来自冷却塔5的冷却水进行换热被冷凝，高温高压的制冷剂蒸汽被冷凝为常温且高压的液态制冷剂，冷却水吸热升温从冷凝器2返回至冷却塔5中被冷却，再次输进冷凝器2中冷凝高温高压的制冷剂蒸汽循环以上操作，随后被冷凝为低温且高压的液态制冷剂经过第二节流阀24的节流降温后输送到蒸发器23用于制冰。两股液态制冷剂在蒸发器中与蒸发器内部的盐水换热，液态制冷剂温度升高，进入下一个制冷剂循环周期。蒸发器内部的盐水被低温低压的制冷剂冷却为低温的盐水。低温的盐水从蒸发器23输送到制冰机22中，第一储水池1将常温的用于制冰的制冰水先通入第一预冷器12先利用上游天然气调压过程产生的冷能进行首次降温，然后输送到制冰机22中，制冰机22中的低温制冰水与低温的盐水进行换热，在低温盐水的作用下，预冷水的温度降低至冰点凝结成冰。

进一步的，本实施例的第一储水池1的出液口与第三预冷器8的进液口连接，第三预冷器8的出液口与制冰机22的第一进液口，第一储水池1的出液口与第二预冷器10的进液口，第二预冷器10的出液口与制冰机22的第一进液口连接，第一储水池1的出液口与第一预冷器12的进液口连接，第一预冷器12的出液口与制冰机22的第一进液口连接。使得制冰机22可以获得经过第三预冷器8、第二预冷器10和第一预冷器12的预冷的制冰水，蒸发器23可以获得第一热交换器19、第二热交换器18和第三热交换器17利用上天然气调压时降温的冷能，从而将蒸发器23中的盐水制冷，蒸发器23中的盐水制冷与来自第三预冷器8、第二预冷器10和第一预冷器12的预冷的制冰水进行热交换冷却成冰。

进一步的，本实施例的第二膨胀机组14包括第一子膨胀机和第二子膨胀机，第一子膨胀机与第二子膨胀机并联连接；第二发电机组13包括第一子发电机和第二子发电机，第一子膨胀机与第一子发电机连接，第二子膨胀机与第二子发电机连接；第三膨胀机组11包括第三子膨胀机、第四子膨胀机、第五子膨胀机和第六子膨胀机，第三子膨胀机、第四子膨胀机、第五子膨胀机和第六子膨胀机并联连接；第三发电机组9包括第三子发电机、第四子发电机、第五子发电机和第六子发电机，第三子膨胀机与第三子发电机连接，第四子膨胀机与第四子发电机连接，第五子膨胀机与第五子发电机连接，第六子膨胀机与第六子发电机连接。第二膨胀机组14和第二发电机组13分别设置两个膨胀机和两个发电机，第三膨胀机组11和第三发电机组9分别设置四个膨胀机和四个发电机，这可以充分将余压利用起来。

其中，第一电加热器26和第二电加热器27，若天然气的温度满足下一压力梯级膨胀机正常工作的要求，则不需要打开第一电加热器26和第二电加热器27对其进行加热；若天然气温度不满足下一压力梯级膨胀机正常工作的温度要求，则打开第一电加热器26和第二电加热器27对其进行加热。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种利用天然气余压的发电和制冰联合系统，其特征在于，包括：

第一调压装置和天然气调压制冰装置；

所述第一调压装置包括第一稳压阀、第一预冷器、加热器、第二稳压阀、第一膨胀机、第一发电机和第一热交换器；

上游高压天然气的出气口与所述第一稳压阀管道连接，所述第一稳压阀与所述第一膨胀机连接，所述第一膨胀机与所述第一发电机连接，所述第一膨胀机与所述第一热交换器的第一进气口连接，所述第一热交换器的出气口与所述第一预冷器的进气口连接，所述第一预冷器的出气口与所述第二稳压阀连接，所述第二稳压阀与所述加热器的进气口连接，所述加热器的出气口与下游天然气的出气口连接；

天然气调压制冰装置包括第一储水池、第一压缩机、第二压缩机、冷凝器、冷却塔、第一节流阀、第二节流阀、蒸发器和制冰机；

所述蒸发器的第一出气口分别与所述第一压缩机的进气口和所述第二压缩机的进气口管道连接；

所述第一压缩机的出气口与所述第一热交换器的第二进气口连接，所述第一热交换器的出液口与所述第一节流阀的进液口连接，所述第一节流阀的出液口与所述蒸发器的第一进液口连接，所述第一储水池的出液口与所述第一预冷器的进液口连接，所述第一预冷器的出液口与所述制冰机的第一进液口连接，所述制冰机的出液口与所述蒸发器的第二进液口连接，所述蒸发器的第二出液口与所述制冰机的第二进液口连接；

所述第二压缩机的出气口与所述冷凝器的进气口连接，所述冷凝器的第一出液口与所述第二节流阀的进液口连接，所述第二节流阀的出液口与所述蒸发器的第三进液口连接；所述冷凝器的第二出液口与所述冷却塔的进液口连接，所述冷却塔的出液口与所述冷凝器的进液口连接。

2.根据权利要求1所述的利用天然气余压的发电和制冰联合系统，其特征在于，所述制冰机为盐水制冰装置，所述盐水制冰装置包括盐水池、搅拌器和冰桶；所述蒸发器的出水口与所述盐水池的进水口管道连接，所述盐水池的出水口与所述蒸发器的进水口管道连接；所述搅拌器设置在所述盐水池的内部，所述冰桶置于所述盐水池的内部。

3.根据权利要求1所述的利用天然气余压的发电和制冰联合系统，其特征在于，还包括第二储水池，所述第二储水池的进液口与所述第一预冷器的出液口连接，所述第二储水池的出液口与所述制冰机的第一进液口连接。

4.根据权利要求1所述的利用天然气余压的发电和制冰联合系统，其特征在于，还包括所述第二调压装置包括第二预冷器、第一电加热器、第二膨胀机组、第二发电机组和第二热交换器；

所述第一预冷器的出气口通过所述第一电加热器与所述第二膨胀机组连接，所述第二膨胀机组与所述第二发电机组连接，所述第二膨胀机组与所述第二热交换器的第一进气口连接，所述第二热交换器的出气口与所述第二预冷器的进气口连接，所述第二预冷器的出气口与所述第二稳压阀连接，所述第二稳压阀与所述加热器的进气口连接，所述加热器的出气口与下游天然气的出气口连接。

5.根据权利要求4所述的利用天然气余压的发电和制冰联合系统，其特征在于，所述天然气调压制冰装置的第一压缩机的出气口分别与所述第二热交换器的第二进气口和所述第一热交换器的第二进气口连接，所述第二热交换器的出液口与所述第一节流阀的进液口连接，所述第一热交换器的出液口与所述第一节流阀的进液口连接，所述第一节流阀的出液口与所述蒸发器的第一进液口连接。

6.根据权利要求5所述的利用天然气余压的发电和制冰联合系统，其特征在于，所述第一储水池的出液口与所述第二预冷器的进液口连接，所述第二预冷器的出液口与所述制冰机的第一进液口连接，所述第一预冷器的出液口与所述制冰机的第一进液口连接。

7.根据权利要求6所述的利用天然气余压的发电和制冰联合系统，其特征在于，还包括所述第三调压装置包括第三预冷器、第二电加热器、第三膨胀机组、第三发电机组和第三热交换器；

所述第二预冷器的出气口通过所述第二电加热器与所述第三膨胀机组连接，所述第二膨胀机组与所述第二发电机组连接，所述第二膨胀机组与所述第三热交换器的第一进气口连接，所述第三热交换器的出气口与所述第三预冷器的进气口连接，所述第三预冷器的出气口与所述第二稳压阀连接，所述第二稳压阀与所述加热器的进气口连接，所述加热器的出气口与下游天然气的出气口连接。

8.根据权利要求7所述的利用天然气余压的发电和制冰联合系统，其特征在于，所述天然气调压制冰装置的第一压缩机的出气口分别与所述第三热交换器的第二进气口、所述第二热交换器的第二进气口和所述第一热交换器的第二进气口连接，所述第三热交换器的出液口与所述第一节流阀的进液口连接，所述第二热交换器的出液口与所述第一节流阀的进液口连接，所述第一热交换器的出液口与所述第一节流阀的进液口连接，所述第一节流阀的出液口与所述蒸发器的第一进液口连接。

9.根据权利要求8所述的利用天然气余压的发电和制冰联合系统，其特征在于，所述第一储水池的出液口与所述第三预冷器的进液口连接，所述第三预冷器的出液口与所述制冰机的第一进液口连接，所述第二预冷器的出液口与所述制冰机的第一进液口连接，所述第一预冷器的出液口与所述制冰机的第一进液口连接。

10.根据权利要求9所述的利用天然气余压的发电和制冰联合系统，其特征在于，所述第二膨胀机组包括第一子膨胀机和第二子膨胀机，所述第一子膨胀机与所述第二子膨胀机并联连接；

所述第二发电机组包括第一子发电机和第二子发电机，所述第一子膨胀机与所述第一子发电机连接，所述第二子膨胀机与所述第二子发电机连接；

所述第三膨胀机组包括第三子膨胀机、第四子膨胀机、第五子膨胀机和第六子膨胀机，所述第三子膨胀机、所述第四子膨胀机、所述第五子膨胀机和所述第六子膨胀机并联连接；

所述第三发电机组包括第三子发电机、第四子发电机、第五子发电机和第六子发电机，所述第三子膨胀机与所述第三子发电机连接，所述第四子膨胀机与所述第四子发电机连接，所述第五子膨胀机与所述第五子发电机连接，所述第六子膨胀机与所述第六子发电机连接。