CN202432241U - 天然气加气系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种天然气加气系统，包括：包括：用以储存天然气的储气罐，具有储气入口和储气出口；对来自储气罐的天然气进行膨胀降压的透平机，具有透平入口和透平出口，透平入口与储气出口连通；以及发电机、和将膨胀降压所作的功作为驱动力输给发电机的传动轴，传动轴连接在透平机与发电机之间。本实用新型至少能够改善压缩机供电过度依赖供电网的情形。

Description

天然气加气系统

技术领域

本实用新型涉及一种天然气加气系统。

背景技术

常规的LNG站的冷能常常不被利用。这样造成：(1)压缩天然气减压后冷能未被利用；(2)压缩天然气潜在的压力能未被利用。例如图1所示的，标准的CNG(压缩天然气)加气站流程从城市燃气管网9直接采气，通过管路26进入压缩机2中压缩，达到20MPa以上后通过管路5由加气枪输入汽车。压缩机2使用的电力来自城市电网，并由连接至城市供电网的供电线路25输入。

现有压缩天然气加气站同调峰站分开设置，运营综合成本较大且无论对于调峰站，还是燃气管网，还是加气站的人工都存在着极大的闲置成本，并且对其压缩天然气潜在的冷能及压力能都没有加以利用，压缩的能源也是常规化石能源基的城市电力。

实用新型内容

针对相关技术中存在的一个或多个问题，本实用新型的目的在于提供一种天然气加气系统，以至少能够改善压缩机供电过度依赖供电网的情形。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种天然气加气系统，包括：用以储存天然气的储气罐，具有储气入口和储气出口；对来自储气罐的天然气进行膨胀降压的透平机，具有透平入口和透平出口，透平入口与储气出口连通；以及发电机、和将膨胀降压所作的功作为驱动力输给发电机的传动轴，传动轴连接在透平机与发电机之间。

优选地，天然气加气系统还包括：用以压缩天然气的压缩机，具有吸气口和将压缩后天然气排出的排气口，排气口与储气罐的储气入口连通；将发电机产生的电供给压缩机的供电线路，连接在发电机的电力输出端与压缩机的供电输入端之间。

优选地，天然气加气系统还包括：将从透平机输出的膨胀降压后的天然气升温的换热器，具有与透平机的透平出口连通的换热通道。

优选地，在储气出口与压缩机的排气口之间的天然气管路上，设有截止阀。

优选地，天然气加气系统还包括加气枪，加气枪的进气口与压缩机的排气口连通。

优选地，天然气加气系统还包括：向换热器循环供应换热介质的蓄冷箱，连接在换热器的换热介质入口和换热介质出口之间，其中蓄冷箱具有：供向蓄冷箱中的换热介质放热的冷媒进入的冷媒入口、以及供冷媒在放热后流出的冷媒出口。

优选地，天然气加气系统还包括：向压缩机供电的薄膜光伏电池板，与压缩机的供电输入端连接。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型系统对于储气罐中的高压天然气进行膨胀降压处理，利用膨胀降压时的做功来发电，并可同时利用膨胀降压后天然气携带的冷能。

本实用新型系统不再设调峰站，从而达到提高城市管网输送能力和年运行时间，减少调峰站及其土地占用，利用压缩天然气加气站日常业务力量维护调峰系统的运行，并充分利用燃气管网夜间的输送能力。

采用压缩机供电的薄膜光伏电池板，以至少能够改善压缩机供电过度依赖供电网的情形。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为压缩天然气加气系统的现有技术；

图2为本实用新型天然气加气系统的示意图。

具体实施方式

以下参见附图描述本实用新型的具体实施方式。

参见图2描述本实用新型的天然气加气系统，其包括：用以储存压缩天然气的储气罐3，储气罐3具有储气入口和储气出口；对来自储气罐3的天然气进行膨胀降压的透平机4，透平机4具有透平入口和透平出口，透平入口与储气出口连通；以及利用天然气在透平机4中被膨胀降压时产生的功进行发电的发电机5，为此本实用新型还包括传动轴45，该传动轴用以将天然气膨胀降压时产生的功转换成驱动发电机的驱动力，该传动轴连接在透平机与发电机之间。

继续参见图2，本实用新型的天然气加气系统还包括：将天然气压缩后输出的压缩机2；储气罐3的储气入口与压缩机2的排气口连通，压缩机2输出的压缩天然气的一部分输入储气罐3储存备用；从图2中可看出，发电机5产生的电一部分供给压缩机2，另一部分可以供给向压缩机供电的供电网10。

可选地，本实用新型还包括向压缩机2供电的薄膜光伏电池板1，与压缩机2的供电端输入端连接。其中供给压缩机2的天然气可以来自燃气管网9，燃气管网9通过压缩机2的吸气口供给燃气，相应地经换热器6升温后的天然气可以返回燃气管网9。此时压缩机2可同时由供电网10、发电机5、薄膜光伏电池板1供电。而且，本实用新型系统对于储气罐中的高压天然气进行膨胀降压处理，以利用膨胀降压时的做功发电，并可同时利用膨胀降压后天然气携带的冷能。因此，本实用新型系统不再设调峰站，对来自燃气管网的燃气进行前述处理后返回燃气管网，从而达到提高城市管网输送能力和年运行时间，减少调峰站及其土地占用，利用压缩天然气加气站日常业务力量维护调峰系统的运行，并充分利用燃气管网夜间的输送能力。

为了对供给储气罐3的天然气进行控制，在储气罐3与压缩机2的天然气连接管路上设有截止阀8。

另外本实用新型系统还包括向汽车加气的加气枪，该加气枪的进气口与压缩机2的排气口连通。这样，来自压缩机的天然气一部分用以加气，另一部分储存备用，例如，可以实现夜间燃气管网的燃气输送能力储存和在白天高峰时段回敷，使燃气管网实际运行稳定且供气能力大幅提升。

进一步，从图2中还可看出，本实用新型的天然气加气系统还包括：将从透平机4输出的膨胀降压后的天然气升温的换热器6，其中换热器6具有与透平出口连通的换热通道。为了利用膨胀降压后天然气的冷能，本实用新型的系统还包括：向换热器6循环供应换热介质的蓄冷箱7，该蓄冷箱7连接在换热器6的换热介质入口和换热介质出口之间，以与换热器6一起构成换热介质循环供应回路。显然，换热介质在向换热器6中的膨胀降压后的天然气放热后回流至蓄冷箱7中。优选地，该换热介质为乙二醇的水溶液。

如图2所示，为了利用蓄冷箱7中换热介质中的冷能(该冷能由向膨胀降压后天然气放热而获得)，蓄冷箱7具有：供向蓄冷箱中的换热介质放热的冷媒进入的冷媒入口、以及供该冷媒在放热后流出的冷媒出口，通过该冷媒即可将换热介质中的冷能带走，例如可以将该冷能用以冷库制冷。

以下参见图2，以一个具体示例详细描述本实用新型系统的工作过程，其中以燃气来自燃气管网9为示例进行说明，具体地：

从燃气管网9(主要成分为甲烷，压力为2bar)来的燃气通过燃气压缩机进气管15进入压缩机2，燃气压缩机2的功率为230kW，燃气被压缩至22MPa后被冷却至25℃，然后分两路，一路通过管路17由加气枪为压缩天然气动力汽车加气，一路通过管路16进入储气罐3中储存，其中管路16(即，连接储气罐3和压缩机2排气口的天然气管路)上设有截止阀8用以控制储气过程。在燃气管网用气高峰时，储气罐3中储存的压缩天然气通过管路18进入透平机4中膨胀做功，做功后的燃气压力为2bar，温度为-150℃，从透平机4排向换热器6中以进行热交换，透平机4通过联动轴带动发电机5做功发电，发电功率为50kW，所发出的电力分两路，一路通过供电线路13直接并入供电网10(例如市电网)，一路则通过供电线路14为压缩机2提供动力。透平机4中膨胀做功后的压缩天然气产生大量的冷能后通过管路19进入换热器6中换热升温，换冷功率为80kW，然后通过管路20进入燃气管网9。蓄冷箱7供给换热器6的换热介质为乙二醇的水溶液，其通过管路22进入换热器6，该水溶液进入换热器6的温度为-15℃，在换热器6中放热后降温至-20℃后通过管路21进入蓄冷箱7，蓄冷箱7内部有水或有机介质通过相变储冷，通过从管路23进入的冷媒将蓄冷箱7中的冷能供出，升温后由管路24返回蓄冷箱7，返回时的温度为-10℃至-5℃。压缩机2采用的电力除了来自发电机5外，还有从薄膜光伏电池板1通过供电线路12提供的高压直流电能，以及从供电网10中获得并由供电线路11输入的电能，薄膜光伏电池板的满发额定功率为20kW。

以2万m³/日压缩天然气标准站为例，每天运营时间为10小时。计算出本实用新型产生的电能以及回收的冷能。

1.电能的回收分析计算：

(1)绝热焓降H_i的计算：

H_i＝Cp×T1×[1-(P2/P1)^(k-1)/k]

Cp-天然气质量等压比热[kJ/(kg·k)]；Cp＝2.223kJ/(kg·k)

T1-天然气入口温度(K)；T1＝273.15+20＝293.15K

P1-天然气入口压力(MPa)；P1＝6MPa

P2-天然气出口压力(MPa)；P2＝0.4MPa

k-天然气的绝热指数；k＝1.3

(2)天然气质量流量的计算：

G＝Eρ(kg/s)

E-膨胀机入口处天然气的排气量(Nm³/h)；E＝2000Nm³/h

ρ-标况下天然气的密度(kg/m³)；ρ＝0.7192kg/m³

$G=\frac{2000\×0.7192}{3600}=0.4$

(3)透平发电机端的出力计算：

L＝GHiηTηg

L-透平发电机端的出力(kW)；

G-天然气质量流量(kg/s)；

Hi-天然气高压端与低压端之间的绝热焓降(kJ/kg)；

ηT-透平机效率，取0.82；

ηg-发电机效率，取0.95。

L＝0.4×302.8×0.82×0.95＝94.35kW

(4)电能的回收计算：

W_E＝LtT

W_E-回收电能(kW)；

L-透平发电机端的出力(kW)；

t-透平发电机日工作时间(h)；t＝2h

T-年工作日(D)；T＝365D

W_E＝94.35×2×365＝68877kW

2.冷能的回收分析计算：(假定天然气的成分全部为甲烷)

(1)绝热非等熵过程的指数的计算：

n-绝热非等熵过程的指数；

k-比热容比；k＝1.3

透平膨胀机的速度系数；

$n=\frac{1.3}{1.3-{\left(0.95\right)}^2(1.3-1)}=1.26$

(2)膨胀后温度的计算：

$T_2=T_1{\left(\frac{P_2}{P_1}\right)}^{\frac{n-1}{n}}$

T₁-天然气入口温度(K)；T₁＝273.15+20＝293.15K

P₁-天然气入口压力(MPa)；P₁＝6MPa

P₂-天然气出口压力(MPa)；P₂＝0.4MPa

n-绝热非等熵过程的指数；n＝1.26

T₂-天然气出口温度(K)；

$T_2=293.15{\×\left(\frac{0.4}{6}\right)}^{\frac{1.26-1}{1.26}}=167.2K$

(3)天然气比温度的计算：

$e_x=\mathrm{Cp}(T_2-T_0)-\mathrm{Cp}{T}_0\ln \frac{T_2}{T_0}$

e_x-天然气比温度(kJ/kg)；

T₀-环境温度(K)；T₀＝25+273.15＝298.15K

T₂-天然气出口温度(K)；T₂＝167.2.8K

Cp-天然气质量等压比热[kJ/(kg.K)]；Cp＝2.223kJ/(kg·k)

$e_x=2.223\×(167.2-298.15)-2.223\×298.15\×\ln \frac{167.2}{298.15}=92.26\mathrm{kJ}/\mathrm{kg}$

(4)冷能的回收计算：

W_C＝e_xEρ

W_C-回收冷能(kW)；

e_x-天然气比温度(kJ/kg)；e_x＝92.26kJ/kg

E-膨胀机入口处天然气的排气量(Nm³/h)；E＝2000Nm³/h

ρ-标况下天然气的密度(kg/m³)；ρ＝0.7192kg/m³

W_C＝92.26×1000×2000×0.7192＝1.3×10⁵kW

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型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，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (7)

1.一种天然气加气系统，其特征在于，包括：

用以储存天然气的储气罐(3)，具有储气入口和储气出口；

对来自所述储气罐(3)的天然气进行膨胀降压的透平机(4)，具有透平入口和透平出口，所述透平入口与所述储气出口连通；以及

发电机(5)、和将所述膨胀降压所作的功作为驱动力输给所述发电机的传动轴(45)，所述传动轴(45)连接在所述透平机与所述发电机之间。

2.根据权利要求1所述的天然气加气系统，其特征在于，还包括：

用以压缩天然气的压缩机(2)，具有吸气口和将压缩后天然气排出的排气口，所述排气口与所述储气罐(3)的储气入口连通；

将所述发电机(5)产生的电供给所述压缩机(2)的供电线路(14)，连接在所述发电机(5)的电力输出端与所述压缩机(2)的供电输入端之间。

3.根据权利要求2所述的天然气加气系统，其特征在于，还包括：

将从所述透平机输出的膨胀降压后的天然气升温的换热器(6)，具有与所述透平机的透平出口连通的换热通道。

4.根据权利要求2所述的天然气加气系统，其特征在于，在所述储气出口与所述压缩机的排气口之间的天然气管路上，设有截止阀(8)。

5.根据权利要求2所述的天然气加气系统，其特征在于，还包括加气枪，所述加气枪的进气口与所述压缩机的排气口连通。

6.根据权利要求3所述的天然气加气系统，其特征在于，还包括：

向所述换热器(6)循环供应换热介质的蓄冷箱(7)，连接在所述换热器(6)的换热介质入口和换热介质出口之间，

其中所述蓄冷箱(7)具有：供向所述蓄冷箱中的换热介质放热的冷媒进入的冷媒入口、以及供所述冷媒在放热后流出的冷媒出口。

7.根据权利要求2-6中任一项所述的天然气加气系统，其特征在于，

还包括：向所述压缩机(2)供电的薄膜光伏电池板(1)，与所述压缩机(2)的供电输入端连接。

Images