CN204880789U - 一种结合温差发电和太阳能的天然气管道防冻胀系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种结合温差发电和太阳能的天然气管道防冻胀系统，用以解决天然气管道的冻胀现象，该系统包括储电装置以及通过空气管道依次连接形成回路的天然气管道换热装置、截止阀、太阳能热空气装置和电加热器，所述的储电装置分别与天然气管道换热装置和电加热器连接，所述的天然气管道设置在天然气管道换热装置内；低温空气在太阳能热空气装置中接收太阳能并被电加热器加热后变为高温空气，随后进入天然气管道换热装置中，一部分高温空气用以将天然气管道升温，另一部分高温空气用以温差发电，并将电能通过储电装置储存并供给电加热器。与现有技术相比，本实用新型具有防冻胀、效果好、节约能源、结构简单、成本低廉等优点。

Description

一种结合温差发电和太阳能的天然气管道防冻胀系统

技术领域

本实用新型涉及天然气管道防冻胀领域，尤其是涉及一种结合温差发电和太阳能的天然气管道防冻胀系统。

背景技术

目前，在内陆地区天然气的运输大多采用管道运输，为提高管道的输运能力需升高天然气的压力，然后再经天然气调压门站降压，才进入城镇管网供工业和居民用气。在调压门站的节流降压的过程中，根据焦耳—汤姆逊效应天然气的温度会随压力的降低，温度会急剧的降低。据统计，天然气管道的压力每降低1MPa，温度会降低4～5℃。例如天然气阀前温度为13.1℃，压力为5.3MPa，经节流降压后压力为2.5MPa，温度则为1℃。当外界环境温度降低时，特别是在冬天的情况下，经调压后的天然气管道就处在零度以下运行，这就容易造成天然气管道的冻胀现象。

发生冻胀现象的天然气管道会造成附近的地面隆起、调压阀的阀体离开阀座、管道在应力作用下变形、法兰连接处或管道焊接处泄露等问题。同时在冬天发生冻胀的管道，只有在来年春天才能发现。这会严重的威胁门站和天然气管道的安全运行，给天然气的输运造成安全隐患。

传统解决天然气管道冻胀现象的办法多采用电加热器，提高节流后的天然气温度。使进入地埋管道的天然气温度处于零度以上。但这种方法不仅会消耗大量高品质的电能，而且所用电加热的功率以及何时启用电加热都无法准确的确定。另外其他解决冻胀的方法还有换土、防水和排水，设置管沟等。这些方法不仅工程量大、费用昂贵，而且没有从根本上解决天然气管道的冻胀问题—使天然气的温度回升到零度以上，这就导致天然气下游管段还会发生冻胀。

太阳能辐射是一种清洁能源，具有储量大、清洁环保、利用经济等优点，被普遍认为是理想的新能源。利用太阳能发电，人们多集中于太阳能光伏发电，基于温差发电技术的太阳能发电方式的则比较少。半导体温差发电技术具有无运动部件、无噪音、无磨损、无污染物排放、体积小、重量轻、可靠性高等特点，是绿色环保的发电方式。半导体温差发电的效率与半导体两端的温差有关，温差越大效率越高。在有关的研究中半导体的冷端一般多为与环境相近的空气和水，热端则为太阳能加热产生的热水或热空气，在这种情况下，半导体温差发电的效率非常低。考虑到这种缺点，半导体温差发电技术和天然气低温管道具有很好的结合性。

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防冻胀、效果好、节约能源、结构简单、成本低廉的结合温差发电和太阳能的天然气管道防冻胀系统。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种结合温差发电和太阳能的天然气管道防冻胀系统，用以解决天然气管道的冻胀现象，该系统包括储电装置以及通过空气管道依次连接形成回路的天然气管道换热装置、截止阀、太阳能热空气装置和电加热器，所述的储电装置分别与天然气管道换热装置和电加热器连接，所述的天然气管道设置在天然气管道换热装置内；

低温空气在太阳能热空气装置中接收太阳能并被电加热器加热后变为高温空气，随后进入天然气管道换热装置中，一部分高温空气用以将天然气管道升温，另一部分高温空气用以温差发电，并将电能通过储电装置储存并供给电加热器。

所述的天然气管道换热装置包括保温腔体和半导体温差发电片，所述的天然气管道设置在保温腔体内，所述的半导体温差发电片设有多个，分别贴在天然气管道的外壁上，并且与储电装置连接，所述的保温腔体其余空间为空气通道，并且与空气管道连接。

所述的保温腔体包括截面为方形的钢构架和设置在钢构架外的管道换热保温层。

所述的太阳能热空气装置包括聚焦玻璃层、保温层和翅片，所述的聚焦玻璃层和保温层相互连接形成空气腔，所述的翅片设有多个，依次并排设置在保温层上，所述的空气腔与空气管道连接。

所述的太阳能热空气装置至少设有一个，当太阳能热空气装置设有多个时，通过串联或并联的方式形成回路。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

一、防冻胀、效果好：本实用新型采用被动式太阳能热空气装置和半导体温差发电技术相结合解决了天然气管道冻胀的问题，半导体温差发电有着无噪音、寿命长、性能稳定的优点，太阳能热空气装置不仅能为半导体发电模块提供热端，而且还可以使天然气回温，同时半导体发电模块吸收低温天然气的冷量作为冷端，不仅可以使天然气回温，而且所发的电能还可以通过电加热器加热空气用于提高天然气的温度，这两种模块相互作用最终使天然气的温度提高到零度以上，从根本上解决天然气管道的冻胀问题。

二、节约能源：本实用新型不仅利用太阳能可以节约大量的电能，而且温差发电技术还能有效的利用低温天然气的冷量，这都更好的节约能源，更有利于本实用新型的推广。

三、结构简单、成本低廉：本实用新型仅由5部分组成，并且各个部分的成本都很低，本系统运行时无需消耗额外的能量，节约了成本。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为天然气管道换热装置的结构示意图。

图3为保温腔体剖面图。

图4为太阳能热空气装置的结构示意图。

其中，1、天然气管道换热装置，11、保温腔体，12、半导体温差发电片，2、储电装置，3、太阳能热空气装置，31、聚焦玻璃层，32、保温层，33、翅片，4、电加热器，5、截止阀，6、天然气管道。

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，一种结合温差发电和太阳能的天然气管道防冻胀系统，用以解决天然气管道6的冻胀现象，该系统包括储电装置2以及通过空气管道依次连接形成回路的天然气管道换热装置1、截止阀5、太阳能热空气装置3和电加热器4，储电装置2分别与天然气管道换热装置1和电加热器4连接，空气在太阳能热空气装置3里被加热后体积膨胀，进入电加热器4(在夜间和阴雨天气使用)，然后再进入天然气管道换热装置1中，一方面为半导体温差发电片12提供热端，另一方面用于加热低温天然气，被冷却利用后的热空气经截止阀5，然后又回到太阳能热空气装置3，而由半导体温差发电片12所发的电能储存在储电装置2中，在太阳辐照较弱或无太阳辐照时可利用储存的电能，通过电加热器4加热空气，从而保证管道内低温天然气正常回温。

系统中的热量传递介质是空气，具有加热方便、传热效果好、输送和操作方便的优点，系统中的空气介质在常压下工作，这样提高了系统和设备运行的可靠性，系统中的太阳能模块采用的是被动式太阳能热空气模块，整个系统不需要风机，因而整个系统更加节能，经济效率更高。

如图2所示，天然气管道换热装置1包括保温腔体11和半导体温差发电片12，天然气管道6设置在保温腔体11内，半导体温差发电片12设有多个，分别贴在天然气管道6的外壁上，并且与储电装置2连接，保温腔体11其余空间为空气通道，并且与空气管道连接。

半导体温差发电片12一侧贴附在天然气管道6上提供冷端，这样半导体温差发电片12两端会形成很大的温差，进而形成电势，多个模块串联后接入储电设备2就会产生电能，而天然气在整个过程中温度会被升高，达到零度以上，这样地埋天然气管6周围土壤中的水分就不会结冰凝结，从根本上解决天然气管道的冻胀的问题，很好的保障了天然气管道的安全运行。特别是在冬季环境温度低的情况下更能体现出本实用新型的优势。

如图3所示，保温腔体11包括截面为方形的钢构架和设置在钢构架外的管道换热保温层。

如图4所示，太阳能热空气装置3包括聚焦玻璃层31、保温层32和翅片33，聚焦玻璃层31和保温层32相互连接形成空气腔，翅片33设有多个，依次并排设置在保温层32上，空气腔与空气管道连接，太阳光经过聚焦玻璃层31，聚焦加热循环空气，使其温度升高(一般情况下热空气的温度能达到30℃～55℃)，太阳能转换成空气的热能，太阳能热空气装置3中的空气受热膨胀推动空气腔中的空气向前流动，翅片2的存在加剧空气的扰动，更有利于空气吸收太阳能，保温层32可阻止整个太阳能热空气装置3向外散热，考虑到实际情况的应用，对于选址时太阳能辐射强度不够的情况下，可采用两块以上太阳能热空气装置3串联或并联。

本实用新型的工作原理为：

本实用新型将易发生冻胀的天然气管道6用保温材料围成一个封闭的保温腔体11，把多块半导体温差发电片12串联后贴敷在天然气管道6上，这样低温天然气就为半导体温差发电片12提供了冷端，另一方面用太阳能热空气装置3将循环空气加热后，通入保温材料围成的保温腔体11，高温空气就为半导体温差发电片12提供了热端，这样半导体温差发电片12两端形成很大的温差，就会形成电势差，用导体接成闭合回路后就会形成电流，经冷却后的热空气又回到太阳能热空气装置3继续加热，这样就形成了一个循环回路。

系统把产生的电能用储电装置2储存起来，当太阳能辐照不足或无太阳能辐照时，储存的电能可以通过电加热器4加热空气，这样就能使整个管道内低温天然气一天24小时都能正常回温，再者太阳能热空气装置3通入保温材料围成的空气腔中，不但可为半导体温差发电片12提供热端，而且还可加热天然气管道6从而提高天然气的温度，一举两得。

为了保证天然气管道输运的安全运行，特别是天然气管道的安全运行，就要保证天然气不发生冻胀。以往采取的措施主要是电加热、换土、排水和设置管沟等措施。用电加热器浪费大量高品质的电能，不经济也不节约能源，而换土、排水和设置管沟等措施不能从根本上解决冻胀的问题，本实用新型系统不但节能经济，而且从根本上解决了天然气管道发生冻胀的问题，具体相比以往措施有以下明显优势：

(1)以往采用电加热的办法，首先最明显的就是需消耗大量的电能，运行成本增加，这样不经济也不节能，再者因环境温度的变化，无法准确的计算电加热的功率和何时启用电加热等问题，而采用本实用新型系统则克服了这些问题，本系统不需额外的耗能，即经济又节能，还能保证一天24小时和全年运行。

(2)相比于换土、排水和设置管沟的措施，本实用新型系统提高了天然气的温度，从根本上解决了天然气管道会发生冻胀的可能性，且工程量比换土和设置管沟的小很多。

(3)用空气作为传热介质，经济、安全且无腐蚀性和毒性，这更有利于整个系统安全运行和维护方便。

(4)整个系统结构简单，易于安装，成本较小，可实施性较高。这些优点更有利于本实用新型系统的推广和应用。

Claims (6)

1.一种结合温差发电和太阳能的天然气管道防冻胀系统，用以解决天然气管道(6)的冻胀现象，其特征在于，该系统包括储电装置(2)以及通过空气管道依次连接形成回路的天然气管道换热装置(1)、截止阀(5)、太阳能热空气装置(3)和电加热器(4)，所述的储电装置(2)分别与天然气管道换热装置(1)和电加热器(4)连接，所述的天然气管道(6)设置在天然气管道换热装置(1)内；

低温空气在太阳能热空气装置(3)中接收太阳能并被电加热器(4)加热后变为高温空气，随后进入天然气管道换热装置(1)中，一部分高温空气用以将天然气管道升温，另一部分高温空气用以温差发电，并将电能通过储电装置(2)储存并供给电加热器(4)。

2.根据权利要求1所述的一种结合温差发电和太阳能的天然气管道防冻胀系统，其特征在于，所述的天然气管道换热装置(1)包括保温腔体(11)和半导体温差发电片(12)，所述的天然气管道(6)设置在保温腔体(11)内，所述的半导体温差发电片(12)设有多个，分别贴在天然气管道(6)的外壁上，并且与储电装置(2)连接，所述的保温腔体(11)其余空间为空气通道，并且与空气管道连接。

3.根据权利要求2所述的一种结合温差发电和太阳能的天然气管道防冻胀系统，其特征在于，所述的保温腔体(11)包括截面为方形的钢构架和设置在钢构架外的管道换热保温层。

4.根据权利要求1所述的一种结合温差发电和太阳能的天然气管道防冻胀系统，其特征在于，所述的太阳能热空气装置(3)包括聚焦玻璃层(31)、保温层(32)和翅片(33)，所述的聚焦玻璃层(31)和保温层(32)相互连接形成空气腔，所述的翅片(33)设有多个，依次并排设置在保温层(32)上，所述的空气腔与空气管道连接。

5.根据权利要求1所述的一种结合温差发电和太阳能的天然气管道防冻胀系统，其特征在于，所述的太阳能热空气装置(3)至少设有一个。

6.根据权利要求5所述的一种结合温差发电和太阳能的天然气管道防冻胀系统，其特征在于，太阳能热空气装置(3)设有多个，通过串联或并联的方式形成回路。