CN204678065U - 一种天然气管网压力能回收系统的脱水再生冷却系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种天然气管网压力能回收系统的脱水再生冷却系统，该系统包括膨胀机、与高压天然气管道连接的天然气脱水再生装置和与下游天然气管道连接的天然气回温装置，所述的天然气脱水再生装置通过膨胀机与天然气回温装置连接，所述的高压天然气管道上设有稳压阀。与现有技术相比，本实用新型具有节约能源、减少加热耗电、能源利用率高、适用范围广等优点。

Description

一种天然气管网压力能回收系统的脱水再生冷却系统

技术领域

本实用新型涉及天然气净化装置技术领域，尤其是涉及一种天然气管网压力能回收系统的脱水再生冷却系统。

背景技术

天然气门站高压管网中的天然气含有水蒸气成分。在高压天然气调压过程中，压力降低的同时温度骤降。例如，当调压设备将压力为5MPa的高压天然气调至2MPa时，具有压力能回收装置的管网系统，膨胀机出口温度可以下降到-37℃，此时天然气温度已经低于其水露点(2MPa压力下，含水量为24.68mg/m^3，天然气的水露点为-30.7℃)，水蒸气会在膨胀机内部凝结为小液滴，它不仅对膨胀机的运行造成严重影响，也可造成压力能回收装置设备的堵塞。因此，高压天然气在进入膨胀机之前，必须脱除水蒸气，以确保相关设备的安全运行。

目前已有的天然气脱水装置，多采用循环再生分子筛脱水器。脱水器通常采用双吸附塔结构，一塔吸附，一塔再生。分子筛吸附时，利用多孔性分子筛对水分子强烈的亲和力，吸附除去气体中的水分；分子筛再生时，用高温天然气加热脱除已吸饱水分的分子筛中的水分；因此分子筛出口的高温天然气携带大量水蒸气，需要将其通入冷却器冷却，使其温度降低，携带的水蒸气凝结为小液滴，经过气液分离器分离出液态水，气液分离器出口的天然气经加热炉加热后温度升高，经循环风机再次通入分子筛，继续脱除分子筛内剩余的水分。依此循环，直至将分子筛内的水分全部脱除。其中冷却器，目前通常采用风冷冷却器。通过风扇的强制对流冷却作用对携带大量水蒸气的高温天然气进行冷却。该方式的冷却系统消耗电能，导致系统的经济效益降低。

而与此同时，在高压天然气压力能回收利用过程中，冷能利用系统出口的天然气温度很低，不能满足下游管网用户输送所需。因此，冷能利用系统出口的天然气在流向下游用户之前，需要对天然气进行回温。目前已有的降压后的低温天然气回温技术，多采用电加热炉加热方式，导致大量的能量消耗于回温装置；也有电伴热加热方式，热效率相对较高,但是在建设初期投资成本较高，同时也消耗能源；另外也有采用燃气加热炉加热方式，但在加热的过程中消耗了大量的燃气，而且加热时存在的明火对系统的安全性也构成较大的威胁。

综上所述，可以发现天然气管网压力能回收装置脱水过程再生器的冷却系统需要消耗冷能，而对冷能利用系统出口的低温天然气的回温却需要大量热能，现有的技术无法将两个过程整合，通过合理的工艺流程设计实现节能，减少高品位电能的使用，提高压力能回收装置的能源利用率。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种节约能源、减少加热耗电、能源利用率高、适用范围广的天然气管网压力能回收系统的脱水再生冷却系统。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种天然气管网压力能回收系统的脱水再生冷却系统，该系统包括膨胀机、与高压天然气管道连接的天然气脱水再生装置和与下游天然气管道连接的天然气回温装置，所述的天然气脱水再生装置通过膨胀机与天然气回温装置连接，所述的高压天然气管道上设有稳压阀。

所述的天然气脱水再生装置包括前置过滤器、冷却器、气液分离塔、加热器、循环风机以及双吸附式脱水塔的第一脱水塔和第二脱水塔，所述的前置过滤器、冷却器、气液分离塔、加热器、循环风机和膨胀机依次连接，所述的第一脱水塔和第二脱水塔的一端连接到前置过滤器和冷却器之间，另一端分别与膨胀机连接，所述的冷却器通过管道与天然气回温装置连接。

所述的天然气回温装置包括冷能换热器和电加热器，所述的膨胀机、冷能换热器、电加热器和下游天然气管道依次连接，所述的冷能换热器和电加热器之间依次设有两个三通阀，所述的冷却器分别通过换热管与两个三通阀连接，所述的三通阀包括第一三通阀和第二三通阀。

所述的双吸附式脱水塔的第一脱水塔和第二脱水塔的进气口和出气口处均设有截止阀。

所述的第一脱水塔与前置过滤器连接的管道上设有第一截止阀，与冷却器连接的管道上设有第二截止阀，与膨胀机连接的管道上设有第五截止阀，与循环风机连接的管道上设有第六截止阀，

所述的第二脱水塔与前置过滤器连接的管道上设有第三截止阀，与冷却器连接的管道上设有第四截止阀，与膨胀机连接的管道上设有第七截止阀，与循环风机连接的管道上设有第八截止阀。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

一、节约能源：本实用新型中的冷却方法代替了现有脱水装置中应用的风冷冷却方式，冷却器中的冷却气体来自低压管道冷能利用系统之后的低温天然气，由于冷能利用系统后的天然气温度较低，所以其对脱水装置中高温天然气的冷却效果优于现有的风扇冷却方式，同时在冷却过程中实现零电耗，符合节能减排的基本国策。

二、减少加热耗电：本实用新型冷却器中的低温天然气被加热后，引回低压管道，并与低压管网中另一部分低温天然气混合，一起经电加热器加热后，流向下游天然气管道，由于部分低温天然气在冷却器中被再生高温天然气加热，因此回温过程中减少了电加热器的耗电量。

三、能源利用率高：本实用新型基于能量梯级利用的原则将天然气高压管网压力能回收装置脱水过程的冷却与冷能利用系统后低温天然气的回温两个过程整合，通过合理的工艺流程设计实现节能，减少高品位电能的使用，提高了压力能回收装置的能源利用率与经济效益。

四、适用范围广：天然气高压管网在调压过程中存在大量的压力能，在压力能回收装置中推广该方法，具有很好的节能空间与更加广阔的实用价值。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

其中：1、稳压阀，2、前置过滤器，31、第一脱水塔，32、第二脱水塔，4、冷却器，5、气液分离塔，6、加热器，7、循环风机，8、膨胀机，9、冷能换热器，10、电加热器，111、第一三通阀，112、第二三通阀，121、第一截止阀，122、第二截止阀，123、第三截止阀，124、第四截止阀，125、第五截止阀，126、第六截止阀，127、第七截止阀，128、第八截止阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例：

如图1所示，一种天然气管网压力能回收系统的脱水再生冷却系统，该系统包括膨胀机8、与高压天然气管道连接的天然气脱水再生装置和与下游天然气管道连接的天然气回温装置，天然气脱水再生装置通过膨胀机8与天然气回温装置连接，高压天然气管道上设有稳压阀1。

天然气脱水再生装置包括前置过滤器2、冷却器4、气液分离塔5、加热器6、循环风机7以及双吸附式脱水塔的第一脱水塔31和第二脱水塔32，前置过滤器2、冷却器4、气液分离塔5、加热器6、循环风机7和膨胀机8依次连接，第一脱水塔31和第二脱水塔32的一端连接到前置过滤器2和冷却器4之间，另一端分别与膨胀机8连接，冷却器4通过管道与天然气回温装置连接。

天然气回温装置包括冷能换热器9和电加热器10，膨胀机8、冷能换热器9、电加热器10和下游天然气管道依次连接，冷能换热器9和电加热器10之间设有两个三通阀，冷却器4分别通过管道与两个三通阀连接，三通阀包括第一三通阀111和第二三通阀112。

双吸附式脱水塔的第一脱水塔31和第二脱水塔32的进气口和出气口处均设有截止阀，第一脱水塔31与前置过滤器2连接的管道上设有第一截止阀，与冷却器4连接的管道上设有第二截止阀，与膨胀机8连接的管道上设有第五截止阀，与循环风机7连接的管道上设有第六截止阀，第二脱水塔32与前置过滤器2连接的管道上设有第三截止阀，与冷却器4连接的管道上设有第四截止阀，与膨胀机8连接的管道上设有第七截止阀，与循环风机7连接的管道上设有第八截止阀。

本实用新型工作步骤如下：

(1)高压管道中天然气的脱水再生过程

来自高压管网的天然气经前置过滤器进入第一脱水塔31，吸附高压天然气中的水分；此时已吸饱水分的第二脱水塔32进行活化再生。此时第一截止阀121、第四截止阀124、第五截止阀125、第八截止阀128开放，第二截止阀122、第三截止阀123、第六截止阀126、第七截止阀127关闭。用高温天然气脱除已吸饱水分的第二脱水塔32中的水分，从第二脱水塔32流出携带大量水蒸气的高温天然气在冷却器4中被调压后的低温天然气冷却后，温度降低，携带的水蒸气凝结为小液滴，经过气液分离塔5分离出液态水。气液分离塔5出口的天然气经加热炉6加热后温度升高，经循环风机7再次通入第二脱水塔32，继续脱除第二脱水塔32内剩余的水分。依此循环，直至将第二脱水塔32内的水分全部脱除。当第一脱水塔31吸饱水分后，对第一脱水塔31进行活化再生，而此时第二脱水塔32吸附高压天然气中的水分。此时第二截止阀122、第三截止阀123、第六截止阀126、第七截止阀127开放，第一截止阀121、第四截止阀124、第五截止阀125、第八截止阀128关闭。

(2)低压管道中天然气的回温过程

脱水后的天然气经过膨胀机8和冷能换热器9后，经第一三通阀111的b口引出一部分天然气作为脱水装置中冷却器4中的低温流体，与携带大量水蒸气的高温天然气换热后，温度升高，然后经第二三通阀112的e口引回低压管道，并与第一三通阀111的c出口的低温天然气混合后汇集于第二三通阀112f口，然后经电加热器10加热后，流向下游天然气管道。

对于双吸附塔式脱水再生过程，来自高压管网的天然气经前置过滤器2进入第一脱水塔31，吸附高压天然气中的水分；此时已吸饱水分的第二脱水塔32进行活化再生，用高温天然气吸附脱除已吸饱水分的第二脱水塔32中的水分，从第二脱水塔32流出携带大量水蒸气的高温天然气在冷却器4中被调压后的低温天然气冷却后，温度降低，携带的水蒸气凝结为小液滴，经过气液分离塔5分离出液态水。气液分离塔5出口的天然气经加热器6加热后温度升高，经循环风机7再次通入第二脱水塔32，继续脱除第二脱水塔32内剩余的水分。依此循环，直至将第二脱水塔32内的水分全部脱除。当第一脱水塔31吸饱水分后，对第一脱水塔31进行活化再生，而此时第二脱水塔32吸附高压天然气中的水分。

与此同时，脱水后的天然气经过膨胀机8和冷能换热器9后，引出一部分天然气作为天然气脱水再生装置中冷却器4中的低温流体，与携带大量水蒸气的高温天然气换热后温度升高，然后引回低压管道，并与低压管网中另一部分低温天然气混合，一起经电加热器10加热后，流向下游天然气管道。

本实用新型中的冷却系统代替了常规脱水装置中应用风冷冷却器的冷却方式，冷却器中的冷却气体来自低压管道冷能利用系统之后的低温天然气。解决了风冷冷却器冷却需要额外耗能的问题，提高了再生系统的经济效益。冷却器中的低温天然气被高温天然气加热后，引回低压管道，并与低压管道中另一部分低温天然气混合，一起经电加热器加热后流向下游天然气管道，该过程减少了电加热器的耗电量，提高了回温系统的经济效益。从而全程降低了能耗。对于温度降低明显的压力能回收装置来说，该再生冷却系统具有更加广阔的实用价值。

Claims (5)

1.一种天然气管网压力能回收系统的脱水再生冷却系统，其特征在于，该系统包括膨胀机(8)、与高压天然气管道连接的天然气脱水再生装置和与下游天然气管道连接的天然气回温装置，所述的天然气脱水再生装置通过膨胀机(8)与天然气回温装置连接，所述的高压天然气管道上设有稳压阀(1)。

2.根据权利要求1所述的一种天然气管网压力能回收系统的脱水再生冷却系统，其特征在于，所述的天然气脱水再生装置包括前置过滤器(2)、冷却器(4)、气液分离塔(5)、加热器(6)、循环风机(7)以及双吸附式脱水塔的第一脱水塔(31)和第二脱水塔(32)，所述的前置过滤器(2)、冷却器(4)、气液分离塔(5)、加热器(6)、循环风机(7)和膨胀机(8)依次连接，所述的第一脱水塔(31)和第二脱水塔(32)的一端连接到前置过滤器(2)和冷却器(4)之间，另一端分别与膨胀机(8)连接，所述的冷却器(4)通过管道与天然气回温装置连接。

3.根据权利要求2所述的一种天然气管网压力能回收系统的脱水再生冷却系统，其特征在于，所述的天然气回温装置包括冷能换热器(9)和电加热器(10)，所述的膨胀机(8)、冷能换热器(9)、电加热器(10)和下游天然气管道依次连接，所述的冷能换热器(9)和电加热器(10)之间依次设有两个三通阀，所述的冷却器(4)分别通过换热管与两个三通阀连接，所述的三通阀包括第一三通阀(111)和第二三通阀(112)。

4.根据权利要求2所述的一种天然气管网压力能回收系统的脱水再生冷却系统，其特征在于，所述的双吸附式脱水塔的第一脱水塔(31)和第二脱水塔(32)的进气口和出气口处均设有截止阀。

5.根据权利要求4所述的一种天然气管网压力能回收系统的脱水再生冷却系统，其特征在于，所述的第一脱水塔(31)与前置过滤器(2)连接的管道上设有第一截止阀(121)，与冷却器(4)连接的管道上设有第二截止阀(122)，与膨胀机(8)连接的管道上设有第五截止阀(125)，与循环风机(7)连接的管道上设有第六截止阀(126)，

所述的第二脱水塔(32)与前置过滤器(2)连接的管道上设有第三截止阀(123)，与冷却器(4)连接的管道上设有第四截止阀(124)，与膨胀机(8)连接的管道上设有第七截止阀(127)，与循环风机(7)连接的管道上设有第八截止阀(128)。