CN111111327A - 用于管网天然气压力能发电的除杂装置及发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于管网天然气压力能发电的除杂装置及发电系统，其中除杂装置包括双层罐体，双层罐体包括内、外罐体，内罐体的上、下部分别设有延伸至外罐体外的第一出口和第一进口，内罐体的内腔设置有螺旋导流环，外罐体的上、下部分别设有第二出口和第二进口，第一出口和第二进口分别用于与气动马达的进口和出口连接。其中发电系统包括气动马达和发电装置，气动马达的进口和出口分别与第一出口和第二进口连接，气动马达驱动发电装置进行发电，伴热装置与发电装置连接。其目的是为了提供一种用于管网天然气压力能发电的除杂装置及发电系统，其能够去除天然气中的杂质，从而延长发电设备寿命并提高其使用效率。

Description

用于管网天然气压力能发电的除杂装置及发电系统

技术领域

本发明涉及管网天然气压力能发电领域，特别是涉及一种去除天然气杂质的除杂装置及使用该除杂装置的发电系统。

背景技术

管网天然气压力能发电技术近年来备受关注，各类相关设备也迅速出现，其中尤其以小型天然气压力能发电设备潜在市场规模巨大。

目前，在观察多个燃气场站应用案例长时间运行结果后，发现管网天然气内部杂质成分较为复杂，即便在压力能发电设备前端增加高密度筛网，也难以阻止杂质进入膨胀机。尤其是气动马达内部结构精密、间隙小，对杂质颗粒较为敏感。另外，在长期运行后，发现在气动马达出口聚集较多油脂类粘性较高的杂质，该杂质逐步将马达出口堵死，使马达做功效率降低直至彻底停机，但马达进口处没有该类杂质。

目前我国的管网天然气除杂过滤方法一般均为，外挂冷凝或筛网设备，该方式仅适用于大流量燃气，对于小流量的管网压力能发电系统并不适用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于管网天然气压力能发电的除杂装置及发电系统，其能够去除天然气中的杂质，从而延长发电设备寿命并提高其使用效率。

本发明中的用于管网天然气压力能发电的除杂装置，包括双层罐体，所述双层罐体包括内罐体和外罐体，所述内罐体的上部和下部分别设有延伸至外罐体外的第一出口和第一进口，所述第一出口和第一进口均与内罐体的内腔连通，所述内罐体的内腔设置有轴向布置的螺旋导流环，所述外罐体的上部和下部分别设有第二出口和第二进口，所述第二出口和第二进口均与外罐体内侧壁和内罐体外侧壁之间的空腔连通，所述第一出口用于与气动马达的进口连接，所述第二进口用于与气动马达的出口连接。

本发明中的用于管网天然气压力能发电的除杂装置，其中所述第一出口处设有压力变送器和温度变送器。

本发明中的用于管网天然气压力能发电的除杂装置，其中所述第一出口处设有伴热装置，所述温度变送器与伴热装置电连接。

本发明中的用于管网天然气压力能发电的除杂装置，其中所述伴热装置为电伴热带，所述电伴热带缠绕于所述第一出口的外壁上。

本发明中的用于管网天然气压力能发电的除杂装置，其中所述外罐体的公称直径为200～300㎜，高度为600～800㎜；所述内罐体的公称直径为150～200㎜，高度为500～700㎜。

本发明中的用于管网天然气压力能发电的除杂装置，其中所述螺旋导流环的材料为金属或工程塑料。

本发明中的用于管网天然气压力能发电的除杂装置，其中所述螺旋导流环的截面长度为内罐体公称直径的20％。

本发明中的用于管网天然气压力能发电的除杂装置，其中所述螺旋导流环的螺纹升角为15°，所述螺旋导流环环绕的圈数为3～5。

本发明中的用于管网天然气压力能发电的除杂装置，其中所述内罐体的底部设有延伸至外罐体外的排污口，所述排污口上设有等径球阀。

本发明中的使用上述除杂装置的发电系统，包括气动马达和发电装置，所述气动马达的进口与第一出口连接，所述气动马达的出口与第二进口连接，所述气动马达驱动所述发电装置进行发电，所述伴热装置与发电装置连接。

本发明用于管网天然气压力能发电的除杂装置及发电系统在使用的时候，管网上游的常温高压天然气从第一进口进入内罐体的内腔，在螺旋导流环的引流作用下，常温高压天然气在内罐体中做旋转运动，将质量较大的杂质组分甩向壁面。除杂后的天然气从第一出口进入到气动马达中膨胀做功(同时气动马达驱动发电装置发电)，膨胀做功后的天然气从第二进口进入到外罐体内侧壁与内罐体外侧壁之间的空腔，膨胀做功后的天然气温度降低，其能冷却内罐体壁面上的杂质，杂质中的重烃组分被甩向壁面后，与低温天然气换热冷却，油脂类杂质析出。经过换热后的天然气经过第二出口进入到管网的下游，从而完成管网天然气压力能的发电。在本发明中，内罐体的设定增加了高压天然气的停留时间，螺旋导流环除导流外，还对内罐体中的高压天然气进行扰动，进一步强化换热，使杂质更易析出。同时，外罐体还能对膨胀后的低温天然气起到缓冲稳压的作用。由此可见，本发明能够将天然气的杂质除去后再使之进入到气动马达中做功，从而延长了气动马达的寿命并提高了其使用效率。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明中的用于管网天然气压力能发电的除杂装置的结构示意图；

图2为本发明中的发电系统的结构示意图；

图3为本发明中的内罐体的结构示意图(上下端未密封)；

图4为沿图3中A-A线的剖视图；

图5为图3的俯视图。

具体实施方式

如图1所示，并结合图2-5所示，本发明中的用于管网天然气压力能发电的除杂装置包括双层罐体，所述双层罐体包括内罐体7和外罐体9，所述内罐体7的上部和下部分别设有延伸至外罐体9外的第一出口5和第一进口10，所述第一出口5和第一进口10均与内罐体7的内腔连通，第一出口5和第一进口10均不连通外罐体9的内腔，所述内罐体7的内腔设置有轴向布置的螺旋导流环2，所述外罐体9的上部和下部分别设有第二出口1和第二进口8，所述第二出口1和第二进口8均与外罐体9内侧壁和内罐体7外侧壁之间的空腔(即双层罐体的夹层空腔)连通，第二出口1和第二进口8均不连通内罐体7的内腔，所述第一出口5用于与气动马达12的进口13连接，所述第二进口8用于与气动马达12的出口14连接。

第一出口5处设有压力变送器3和温度变送器4。如图1所示，压力变送器3和温度变送器4均设置于第一出口5的外侧壁上，其中压力变送器3用于检测第一出口5的天然气压力，也就是气动马达12进口13的天然气压力，温度变送器4用于检测第一出口5的天然气温度，也就是气动马达12进口13的天然气温度，从而保证进入气动马达12的天然气温度和压力在要求范围内，不增加新的安全隐患。

第一出口5处设有伴热装置6，所述温度变送器4与伴热装置6电连接。在本发明中，伴热装置6为电伴热带，所述电伴热带缠绕于所述第一出口5的外壁上。伴热装置6用于实时调节第一出口5天然气的温度，即气动马达12进口13的天然气温度。温度传感器能够根据所检测到的温度控制伴热装置6启动加热。

本发明中的用于管网天然气压力能发电的除杂装置，其中所述外罐体9的公称直径为DN200～300㎜，高度为600～800㎜；所述内罐体7的公称直径为DN150～200㎜，高度为500～700㎜。

本发明中的用于管网天然气压力能发电的除杂装置，其中所述螺旋导流环2的材料为金属或工程塑料。当然，螺旋导流环2还可以为其他材质，只要能起到螺旋导流的作用即可。

本发明中的用于管网天然气压力能发电的除杂装置，其中所述螺旋导流环2的截面长度为内罐体7公称直径的20％。如图3所示，并结合图4、5所示，螺旋导流环2呈螺旋板型，螺旋板沿着内罐体7的内侧壁布置，螺旋板整体沿内罐体7的轴向布置。螺旋板与内罐体7同轴布置，螺旋板的轴线部位中空，方便天然气通过。

在本发明中，螺旋导流环2的螺纹升角为15°，如图4所示，其表现为，螺旋导流环2起始时与水平线所成角度为15°。所述螺旋导流环2环绕的圈数为3～5。

本发明中的用于管网天然气压力能发电的除杂装置，其中所述内罐体7的底部设有延伸至外罐体9外的排污口11，所述排污口11上设有等径球阀。

如图2所示，本发明中的使用上述除杂装置的发电系统，包括气动马达12和发电装置，所述气动马达12的进口13与第一出口5连接，所述气动马达12的出口14与第二进口8连接，所述气动马达12驱动所述发电装置进行发电，所述伴热装置6与发电装置连接，即伴热装置6由发电装置进行供电。

本发明用于管网天然气压力能发电的除杂装置及发电系统在使用的时候，管网上游的常温高压天然气从第一进口10进入内罐体7的内腔，在螺旋导流环2的引流作用下，常温高压天然气在内罐体7中做旋转运动，将质量较大的杂质组分甩向壁面。除杂后的天然气从第一出口5进入到气动马达12中膨胀做功(同时气动马达12驱动发电装置发电)，膨胀做功后的天然气从第二进口8进入到外罐体9内侧壁与内罐体7外侧壁之间的空腔，膨胀做功后的天然气温度降低，其能冷却内罐体7壁面上的杂质，杂质中的重烃组分被甩向壁面后，与低温天然气换热冷却，油脂类杂质析出，向下由排污口11排出。经过换热后的天然气经过第二出口1进入到管网的下游，从而完成管网天然气压力能的发电。在本发明中，内罐体7的设定增加了高压天然气的停留时间，螺旋导流环2除导流外，还对内罐体7中的高压天然气进行扰动，进一步强化换热，使杂质更易析出。同时，外罐体9还能对膨胀后的低温天然气起到缓冲稳压的作用。由此可见，本发明能够将天然气的杂质除去后再使之进入到气动马达12中做功，从而延长了气动马达12的寿命并提高了其使用效率。

降温使低温油脂冷凝析出并下流，析出的油脂粘性较大，更容易吸附固体颗粒类杂质，使天然气过滤较原有单一物理筛网过滤更加高效。

在本发明中，从第一进口10进入到内罐体7的为管网上游的常温高压天然气，之后在内罐体7内进行冷凝除杂，从第一出口5出来的为降温高压天然气，此降温高压天然气通过气动马达12的进口13进入到气动马达12内进行膨胀做功，膨胀做功后的天然气变为低温低压天然气，此低温低压天然气从气动马达12的出口14出来，再经第二进口8进入到外罐体9内侧壁与内罐体7外侧壁之间的空腔，此时低温低压天然气与内罐体7内的常温高压天然气进行换热，经过换热后产生两种结果：一是外罐体9内侧壁与内罐体7外侧壁之间空腔内的低温低压天然气温度升高变为回温低压天然气，回温低压天然气再从第二出口1进入到管网下游；二是内罐体7中的常温高压天然气温度降低，有利于杂质冷凝析出。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过回收膨胀后低压天然气的低温将通过第一进口10进入内罐体7中的天然气进行冷凝除杂，提高了气动马达12使用效率及寿命，同时对膨胀后的低温天然气进行升温及缓冲稳压。

2、本发明运行简单，维护方便。其可利用设备自身温度压力数据的变化对事故进行预判及预警，无需增加人工操作便可运行，只需要定期进行维护维修即可。

3、本发明实施成本较低，不需要附加的生产及高精密的加工工艺，该装置可减少人工监察，大大提高管网的运行效率。未来可逐步推广用于管网天然气管网压力能发电装置。

4、本发明占地面积小，应用范围广。其只是将原常规过滤器进行改造，且由于不需要加附属设备，能在各种工况下进行使用。

下面以一具体实施例对本发明进行说明。

以某天然气管道调压箱内，200W微型压力能发电项目为例，该管道天然气流量约为100Nm³/h，进口压力0.8MPa，温度约20℃，降压后0.1MPa，温度约5℃。如图2所示，天然气经过除杂后进入气动马达12做功，气动马达12通过联轴器带动发电机，可发出200W的电量。膨胀后的天然气通过第二出口1进入下游燃气管网。

本实施例采用DN200、高度600㎜钢管作为外罐体9的制作原料。另外，采用DN150、高度500㎜钢管作为内罐体7的制作原料。排污口11采用DN25管并设置有等径球阀。

在本实施例中设置信息显示装置，信息显示装置分别与温度变送器4和压力变送器3连接，信息显示装置能够显示传送的压力、温度数据，温度变送器4用于监控气动马达12进口13天然气温度，避免循环的低温影响气动马达12寿命。当温度低于设定参数时，则开启电伴热带进行升温。电伴热带的能源来源于管网天然气压力能发电的多余电力。该电伴热带在设备正常工作时不启用，仅在低温气候下或天然气压力降低过大而导致第一出口5天然气温度过低时使用。压力变送器3用于监控经过冷却除杂后的气动马达12进口13天然气压力。与正常工作压力相比，压力过低时，说明双层罐体内部杂质过多，需要更换；压力过高时，则是气动马达12的出口14可能出现杂质堵塞情况，需要清理。

排污口11可定期开启，排出杂质，观察杂质情况，判断天然气杂质组份。在需要检修时，该排污口11可作为泄压口，起到安全作用。

当设备正常工作时，温度变送器4应持续保持在一定的指示范围，如果温度过高或过低，则证明该压力能发电系统出现异常，需要检修。

当设备正常工作时，压力变送器3应持续保持在一定的指示范围，如果压力过高或过低，则说明设备需要检修。

检修前，应停止整套压力能发电系统，关闭燃气管网前后阀门。开启排污口11，探测天然气浓度，再检查螺旋导流环2，同时清洁内罐体7内壁。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于管网天然气压力能发电的除杂装置，其特征在于：包括双层罐体，所述双层罐体包括内罐体和外罐体，所述内罐体的上部和下部分别设有延伸至外罐体外的第一出口和第一进口，所述第一出口和第一进口均与内罐体的内腔连通，所述内罐体的内腔设置有轴向布置的螺旋导流环，所述外罐体的上部和下部分别设有第二出口和第二进口，所述第二出口和第二进口均与外罐体内侧壁和内罐体外侧壁之间的空腔连通，所述第一出口用于与气动马达的进口连接，所述第二进口用于与气动马达的出口连接。

2.根据权利要求1所述的用于管网天然气压力能发电的除杂装置，其特征在于：所述第一出口处设有压力变送器和温度变送器。

3.根据权利要求2所述的用于管网天然气压力能发电的除杂装置，其特征在于：所述第一出口处设有伴热装置，所述温度变送器与伴热装置电连接。

4.根据权利要求3所述的用于管网天然气压力能发电的除杂装置，其特征在于：所述伴热装置为电伴热带，所述电伴热带缠绕于所述第一出口的外壁上。

5.根据权利要求4所述的用于管网天然气压力能发电的除杂装置，其特征在于：所述外罐体的公称直径为200～300㎜，高度为600～800㎜；所述内罐体的公称直径为150～200㎜，高度为500～700㎜。

6.根据权利要求5所述的用于管网天然气压力能发电的除杂装置，其特征在于：所述螺旋导流环的材料为金属或工程塑料。

7.根据权利要求6所述的用于管网天然气压力能发电的除杂装置，其特征在于：所述螺旋导流环的截面长度为内罐体公称直径的20％。

8.根据权利要求7所述的用于管网天然气压力能发电的除杂装置，其特征在于：所述螺旋导流环的螺纹升角为15°，所述螺旋导流环环绕的圈数为3～5。

9.根据权利要求8所述的用于管网天然气压力能发电的除杂装置，其特征在于：所述内罐体的底部设有延伸至外罐体外的排污口，所述排污口上设有等径球阀。

10.一种使用权利要求1-9任一项所述除杂装置的发电系统，其特征在于：包括气动马达和发电装置，所述气动马达的进口与第一出口连接，所述气动马达的出口与第二进口连接，所述气动马达驱动所述发电装置进行发电，所述伴热装置与发电装置连接。

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