CN203068146U - 管道燃气输气站的燃气处理系统 - Google Patents

Abstract

一种管道燃气输气站的燃气处理系统，其包括涡轮膨胀机和发电机。所述涡轮膨胀机包括燃气入口和燃气出口，所述燃气入口用于接收来自燃气管道的上游来气，所述上游来气在所述涡轮膨胀机中膨胀降压之后从所述燃气出口输出。所述发电机与所述涡轮膨胀机连接，其中当管道燃气通过所述涡轮膨胀机驱动所述涡轮膨胀机旋转时，所述涡轮膨胀机驱动所述发电机进行发电。其中，所述发电机产生的电力可供其它设备使用，例如可以为一个加热器提供能量以对将管道内的燃气进行加热。

Description

管道燃气输气站的燃气处理系统

技术领域

本实用新型涉及管道燃气输送技术，特别是涉及管道燃气输气站的燃气处理系统。

背景技术

管道燃气输送是将油气井采出的天然气通过与油气井相连接的各种管道及相应的设施、设备网络输送到不同地区的不同用户。一个完整的管道燃气输送系统从油气井到用户之间设置多个输气站。输气站的主要功能包括除尘分离、调压、净化、计量、清管、加热等等功能。其中调压的目的是保证输入、输出的气体具有所需的压力和流量。而加热是对管道内气体进行加热，提高气体温度，防止燃气中烃与水形成水合物而堵塞管道设备，影响输气生产。

目前普遍使用的调压器是以各种阀门为核心的调压结构。而加热系统采用水套式加热炉。从输气管引出的燃气作为加热炉的燃料。这种方式会耗费所传输的燃气。

实用新型内容

有鉴于此，本文提出一种管道燃气输气站的燃气处理系统，其能够更好地实现上述一种或多种功能。

另外，本文也提出了一种管道燃气输气站的燃气处理系统，其能够实现一种在输气过程中产生电能的新方式。

本文提出的管道燃气输气站的燃气处理系统包括涡轮膨胀机、压力传感器和控制器。所述涡轮膨胀机包括燃气入口和燃气出口。燃气入口用于接收来自燃气管道的上游来气，上游来气在所述涡轮膨胀机中膨胀降压之后从所述燃气出口输出。其中，涡轮膨胀机的喷嘴环为可变截面喷嘴环。压力传感器设置在所述燃气出口下游，用于检测从所述燃气出口输出的管道燃气的压力。控制器与压力传感器电性连接并根据所述压力传感器的压力检测结果控制所述可变截面喷嘴环的通流面积以将从所述燃气出口输出的管道燃气的压力维持在预定值。

在一个实施例中，所述燃气处理系统还包括与所述涡轮膨胀机连接的发电机，其中当所述管道燃气流过所述涡轮膨胀机驱动所述涡轮膨胀机旋转时，所述涡轮膨胀机驱动所述发电机进行发电。其中，所述发电机可以为永磁发电机。

在一个实施例中，所述燃气处理系统还包括温控装置以将管道燃气的温度维持在预定值，其中所述发电机发出的电力为所述温控装置提供用以加热的能量。

本文另提供一种管道燃气输气站的燃气处理系统，其包括涡轮膨胀机和发电机。所述涡轮膨胀机包括燃气入口和燃气出口，所述燃气入口用于接收来自燃气管道的上游来气，所述上游来气在所述涡轮膨胀机中膨胀降压之后从所述燃气出口输出。所述发电机与所述涡轮膨胀机连接，其中当管道燃气通过所述涡轮膨胀机驱动所述涡轮膨胀机旋转时，所述涡轮膨胀机驱动所述发电机进行发电。其中，所述发电机产生的电力可供其它设备使用，例如可以为一个加热器提供能量以对将管道内的燃气进行加热。

本文还提供一种管道燃气输气站的燃气处理系统。所述输气站包括来气接收部和多个燃气出站部，而所述燃气处理系统设置在所述来气接收部和至少其中一个燃气出站部之间。所述燃气处理系统包括涡轮膨胀机、压力传感器、温度传感器、加热器和控制器。所述涡轮膨胀机包括燃气入口和燃气出口，所述燃气入口用于接收流过所述来气接收部的上游来气，所述上游来气在所述涡轮膨胀机中膨胀降压之后从所述燃气出口输向所述至少其中一个燃气出站部。所述压力传感器设置在所述燃气出口下游，用于检测从所述燃气出口输出的管道燃气的压力。所述温度传感器用于检测管道内传输的燃气的温度。所述加热器用于加热所述管道内传输的燃气。所述控制器与所述压力传感器和温度传感器电性连接用于接收对应的检测结果，并根据所述压力传感器的压力检测结果控制所述涡轮膨胀机的操作以将从所述燃气出口输出的燃气的压力维持在预定值，以及根据所述温度传感器的温度检测结果控制所述加热器对所述管道内的燃气进行加热的操作。

在一个实施例中，所述涡轮膨胀机的数量可以为多个，这些涡轮膨胀机并列设置并根据下游的用气量大小选择性地开启。

综上所述，本文讨论了一种管道燃气输气站的燃气处理系统。该燃气处理系统采用涡轮膨胀机来对管道燃气进行调压。在一个实施例中，该涡轮膨胀机的喷嘴环为可变截面喷嘴环，通过改变可变截面喷嘴环的通流面积，即可控制调压后的燃气压力。在另一个实施例中，该燃气处理系统还包括与涡轮膨胀机连接的发电机。这样，发电机产生的电力可供其它设备使用。例如可以供加热器使用以对管道燃气进行加热，无需耗费管道内的燃气，节省了能源。同时，本系统也实现了一种在输气过程中产生电能的新方式。

附图说明

图1为一个管道燃气输气站的简化示意图。

图2是一种管道燃气输气站的燃气处理系统的示意图。

图3是一种利用永磁发电机来发电的示意图。

图4是一种管道燃气输气站的燃气处理系统的方框示意图。

其中：10、来气接收部；12、燃气出站部；14、燃气处理系统；16、备用燃气处理系统；20、涡轮膨胀机；26、可变截面喷嘴环；28、涡轮部；30、压力传感器；32、加热器；34、温度传感器；36、发电机；40、电力处理单元；50、控制器；52、显示装置和/或输入装置。

具体实施方式

在详细描述实施例之前，应该理解的是，本实用新型不限于本申请中下文或附图中所描述的详细结构或元件排布。本实用新型可为其它方式实现的实施例。而且，应当理解，本文所使用的措辞及术语仅仅用作描述用途，不应作限定性解释。本文所使用的“包括”、“包含”、“具有”等类似措辞意为包含其后所列出之事项、其等同物及其它附加事项。特别是，当描述“一个某元件”时，本实用新型并不限定该元件的数量为一个，也可以包括多个。

图1为一种管道燃气输气站的简化示意图。输气站包括来气接收部10和多个燃气出站部12。来气接收部10与每个燃气出站部12之间设有燃气处理系统14。燃气处理系统14将上游来气进行各种处理后，通过对应的燃气出站部向下游输气，例如输往其它输气支线或者其它用户。

如图1所示，输气站将上游来气利用多条输气线路向下游进行分配。每条输气线路除了包括正常使用的燃气处理系统14外，还包括有备用燃气处理系统16。当正常使用的燃气处理系统14出现故障或者需要检修时，备用燃气处理系统16将开启投入使用。根据输气站在整个管道传输中所处的位置，燃气处理系统14一般包括分离、计量、加热、调压、排污、放空、紧急截断、清管、配气等其中部分或全部子系统。需要指出的是，分离、计量、排污、放空、紧急截断、清管、配气系统等都不是本文所要介绍的重点，因此不在本文作进一步的介绍。

图2是一种管道燃气传输的燃气处理系统的示意图。该燃气处理系统设置在来气接收部10与其中一个燃气出站部12之间。如前所述，燃气处理系统的其中一些子系统，比如分离、计量、排污、放空、紧急截断、清管、配气系统，没有在此画出，也不作进一步讨论。

该燃气处理系统包括涡轮膨胀机20。涡轮膨胀机20包括燃气入口22和燃气出口24。燃气入口22用于从来气接收部10接收燃气管道的上游来气。上游来气在涡轮膨胀机20中膨胀降压之后从燃气出口24向下游输送。

为了满足管道传输的燃气压力要求，经涡轮膨胀机膨胀降压的燃气的压力需要维持在预定值。根据输气站在整个管道传输中的不同位置，在此所述的预定值是不同的。例如，燃气压力可以从10Mpa降压至4MPa、从4MPa降压至2.5MPa或从2.5MPa降压至1.6MPa，并可在一定范围内浮动。应当理解的是，在一些输气站，经过调压的燃气压力可以维持在其它预定值。

在图2的实施例中，这种预定燃气压力的维持是利用涡轮膨胀机自身的操作来实现的。具体而言，涡轮膨胀机包括可变截面喷嘴环26（即，静叶）和涡轮部28（即，动叶）。通过调整喷嘴环叶片的角度，可以改变上述可变截面喷嘴环26的通流面积，从而改变调压后的燃气压力。

在燃气出口24的下游位置设置有压力传感器30，用于检测从燃气出口24输出的管道燃气的压力。可变截面喷嘴环26根据压力传感器30检测到的压力检测结果调整自身叶片的角度，从而将涡轮膨胀机20膨胀降压后的燃气压力维持在预定值。

在一些输气站，需要对管道内的燃气温度进行控制。如果温度过低，燃气中烃与水可能会形成水合物而堵塞管道设备。因此，可以在管道的适当位置，设置加热器32和温度传感器34，根据温度传感器34检测到的温度检测结果，对管道及其内的燃气进行加热，使燃气温度维持在适于传输的预定值。该预定值为一个温度范围，可根据实际情况确定或有关规范来规定。

在一个实施例中，上述调压系统还包括与涡轮膨胀机20连接的发电机36。其中，当管道燃气流过涡轮膨胀机20驱动所述涡轮膨胀机20旋转时，所述涡轮膨胀机20驱动发电机36进行发电。发电机36产生的电力可供输气站内的设备使用，例如可以作为上述加热器32的能量。在一个具体实施例中，上述加热器32可以是电加热器。在另一个实施例中，也可以是用电加热水，然后用热水来加热管道内的燃气。

应当理解的是，发电机36产生的电力也可以并入电网或以其它方式加以利用。据估算，对于一个流量为30万立方米/小时的输气站来说，涡轮膨胀机20在一小时内带动发电机36产生的电力约为3750Kw.h。在本实用新型的各个实施例中是利用涡轮膨胀机20来调压，并在调压过程中将燃气的压降转换为电力供其它设备（例如，加热器）使用。相对于现在普遍使用的耗费管道内燃气的水套式加热器，本实用新型无需耗费管道内燃气，具有显著的节能效果。而且，本实用新型的燃气处理系统也实现了在输气的同时产生电能的新方式。

在往常使用涡轮发动机带动发电机来发电的应用中，其产生的电力要求频率、电压恒定。因此，涡轮发动机的转速一般会相对稳定，即使有变工况的场合，其变化幅度也不会太大。例如，涡轮发动机的转速可能在最大20％的幅度范围内变动。在这种小幅度的变工况下，发电机的励磁系统会根据涡轮发动机的转速的变化而相应地改变其励磁强度，以此获得恒频、恒压的电力输出。

但是，在本文介绍的利用管道燃气来驱动涡轮发动机以进行发电的场合，管道燃气的流量随着下游用气量的变化不断变化，从而造成涡轮发动机的转速也跟着不断变化。而且，下游用气量在用电高峰和用电低谷之间变化幅度巨大，从而导致涡轮发动机的转速大幅度地变动。在这种情况下，常规的电励磁发动机无法实现频率和电压的恒定。因此，本文尝试使用永磁发电机来发电。

图3是一种利用永磁发电机来发电的示意图。发电机36为永磁发电机，发电机36与涡轮膨胀机20连接，其间视情况设置或不设置减速箱。在发电机36后端，设置电力处理单元40，用于对发电机36产生的电力进行调压、调频，以得到恒频、恒压的电力输出。如上所述，随着下游用气量的变化，涡轮膨胀机20的转速在很大的范围内变化，因此永磁发电机产生的电力的频率和电压都不稳定。借助于电力处理单元40的调压、调频处理，可以得到恒频、恒压的电力输出。电力处理单元40例如为逆变器。

如前所述，下游用气量在用电高峰和用电低谷之间变化幅度巨大，从而导致涡轮膨胀机的效率和功率大幅度地变动。在本实用新型的一个实施例中，可以设置多个涡轮膨胀机，这些涡轮膨胀机并列设置并根据下游的用气量大小选择性地开启。如果用气量增大，则增加启动的涡轮膨胀机的数量，如果用气量减小，则减少启动的涡轮膨胀机的数量。这样，可以使每个启动的涡轮膨胀机都尽量工作在其最佳效率点或功率点。

图4是前述燃气处理系统一个实施例的方框示意图。燃气处理系统主要包括控制器50、压力传感器30、温度传感器34、可变截面喷嘴环26、涡轮部28、加热器32、发电机36。压力传感器30、温度传感器34、可变截面喷嘴环26和加热器32每个都与控制器50电性连接。控制器50接收压力传感器30的压力检测结果并根据该压力检测结果控制可变截面喷嘴环26的流通面积，从而将管道内燃气的压力维持在前述预定值。控制器50也接收温度传感器34的温度检测结果并根据温度检测结果控制加热器32的运行，从而将管道内燃气的温度维持在前述预定值。控制器50也可以主动去收集压力传感器30和/或温度传感器34的检测结果，而且可变截面喷嘴环26和加热器32可以将其运行状态回传至控制器50。因此，上述元件之间的信号传输可以是双向的。

在本实施例中，压力传感器30适合设置在涡轮膨胀机的燃气出口的下游，用于检测燃气出口下游的管道燃气的压力。温度传感器34和加热器32可设置在输气站内的任何位置，但将加热器32设置在涡轮膨胀机的燃气入口之前可以防止管道内由于温度低而形成的水合物或冰块进入涡轮，造成涡轮膨胀机的堵塞或对叶片的损坏。

在上述实施例中，温度传感器34和加热器32一起形成了温控装置，在控制器50的控制下，将管道燃气的温度维持在预定值。在其它实施例中，温控装置也可以不设置温度传感器。在另一个实施例中，也可以完全不设置温控装置。

涡轮部28带动发电机36进行发电，其电力可以作为驱动加热器32及其它设备所需要的能量。在其它实施例中，发电机36产生的电力也可以被输送至该输气站以外，以驱动设置在输气站外面的管道上的加热器或其它设备。

在一个实施例中，燃气处理系统也可以包括与控制器50连接的显示装置和/或输入装置52，用于显示各设备状态和/或输入指令。这样可以实现各输气站的远程监视和控制。

虽然上文是结合管道燃气输气站来介绍本实用新型的燃气处理系统的实施例。应当理解的是，本文介绍的燃气处理系统的概念可以应用至管道输送系统中任何需要减压的场合。另外，在一些实施例中，燃气处理系统可以包括多级减压机构。无论多级减压机构全部采用涡轮膨胀机减压，还是只有其中部分减压级采用涡轮膨胀机，都属于本实用新型的范围。

综上所述，本文讨论了一种燃气处理系统。该燃气处理系统采用涡轮膨胀机来对管道燃气进行调压。在一个实施例中，该涡轮膨胀机的喷嘴环为可变截面喷嘴环，通过改变可变截面喷嘴环的通流面积，即可控制调压后的燃气压力。在另一个实施例中，该燃气处理系统还包括与涡轮膨胀机连接的发电机。这样，发电机产生的电力可供其它设备使用。例如可以供加热器使用以对管道燃气进行加热，无需耗费管道内的燃气，节省了能源。同时，本系统也实现了一种在输气过程中产生电能的新方式。

本文所描述的概念在不偏离其精神和特性的情况下可以实施成其它形式。所公开的具体实施例应被视为例示性而不是限制性的。因此，本实用新型的范围是由所附的权利要求，而不是根据之前的这些描述进行确定。在权利要求的字面意义及等同范围内的任何改变都应属于这些权利要求的范围。

Claims (10)

1.一种管道燃气输气站的燃气处理系统，其特征在于，所述燃气处理系统包括：

涡轮膨胀机，所述涡轮膨胀机包括燃气入口和燃气出口，所述燃气入口用于接收来自燃气管道的上游来气，所述上游来气在所述涡轮膨胀机中膨胀降压之后从所述燃气出口输出，其中所述涡轮膨胀机的喷嘴环为可变截面喷嘴环；

压力传感器，所述压力传感器设置在所述燃气出口下游，用于检测从所述燃气出口输出的管道燃气的压力；以及

控制器，所述控制器与所述压力传感器电性连接并根据所述压力传感器的压力检测结果控制所述可变截面喷嘴环的通流面积以将从所述燃气出口输出的管道燃气的压力维持在预定值。

2.如权利要求1所述的管道燃气输气站的燃气处理系统，其特征在于，所述燃气处理系统还包括与所述涡轮膨胀机连接的发电机，其中当所述管道燃气流过所述涡轮膨胀机驱动所述涡轮膨胀机旋转时，所述涡轮膨胀机驱动所述发电机进行发电。

3.如权利要求2所述的管道燃气输气站的燃气处理系统，其特征在于，所述发电机为永磁发电机。

4.如权利要求2所述的管道燃气输气站的燃气处理系统，其特征在于，所述燃气处理系统还包括温控装置以将管道燃气的温度维持在预定值，其中所述发电机发出的电力为所述温控装置提供用以加热的能量。

5.一种管道燃气输气站的燃气处理系统，其特征在于，所述燃气处理系统包括：

涡轮膨胀机，所述涡轮膨胀机包括燃气入口和燃气出口，所述燃气入口用于接收来自燃气管道的上游来气，所述上游来气在所述涡轮膨胀机中膨胀降压之后从所述燃气出口输出；以及

发电机，所述发电机与所述涡轮膨胀机连接，其中当管道燃气通过所述涡轮膨胀机驱动所述涡轮膨胀机旋转时，所述涡轮膨胀机驱动所述发电机进行发电。

6.如权利要求5所述的管道燃气输气站的燃气处理系统，其特征在于，所述燃气处理系统还包括加热器，所述加热器设置在所述燃气入口之前以在燃气进入涡轮膨胀机之前对燃气进行加热，其中所述加热器由所述发电机产生的电力提供能量。

7.一种管道燃气输气站的燃气处理系统，所述输气站包括来气接收部和多个燃气出站部，所述燃气处理系统设置在所述来气接收部和至少其中一个燃气出站部之间，其特征在于，所述燃气处理系统包括：

涡轮膨胀机，所述涡轮膨胀机包括燃气入口和燃气出口，所述燃气入口用于接收流过所述来气接收部的上游来气，所述上游来气在所述涡轮膨胀机中膨胀降压之后从所述燃气出口输向所述至少其中一个燃气出站部；

压力传感器，所述压力传感器设置在所述燃气出口下游，用于检测从所述燃气出口输出的管道燃气的压力；

温度传感器，所述温度传感器用于检测管道内传输的燃气的温度；

加热器，用于加热所述管道内传输的燃气；

控制器，所述控制器与所述压力传感器和温度传感器电性连接用于接收对应的压力和温度检测结果，并根据所述压力传感器的压力检测结果控制所述涡轮膨胀机的操作以将从所述燃气出口输出的燃气的压力维持在预定值，以及根据所述温度传感器的温度检测结果控制所述加热器对所述管道内的燃气进行加热的操作。

8.如权利要求7所述的管道燃气输气站的燃气处理系统，其特征在于，所述燃气处理系统还包括与所述涡轮膨胀机连接的发电机，其中当管道燃气流过所述涡轮膨胀机驱动所述涡轮膨胀机旋转时，所述涡轮膨胀机驱动所述发电机进行发电，其中所述加热器由所述发电机产生的电力提供能量。

9.如权利要求7所述的管道燃气输气站的燃气处理系统，其特征在于，所述涡轮膨胀机的喷嘴环为可变截面喷嘴环，所述控制器根据所述压力传感器的压力检测结果控制所述可变截面喷嘴环的通流面积。

10.如权利要求7所述的管道燃气输气站的燃气处理系统，其特征在于，所述涡轮膨胀机的数量为多个，这些涡轮膨胀机并列设置并根据下游的用气量大小选择性地开启。

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