CN208295549U - 一种应用于管网压力能发电系统的超声波降堵装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于管网压力能发电系统的超声波降堵装置，包括主体管道、锥形破碎器、若干挡板、若干超声波装置、PLC，所述主体管道两端设置有用于接入管网压力能发电系统中的法兰，所述锥形破碎器设置在所述主体管道内的天然气入口处，所述挡板沿所述的主体管道轴线方向上下交错地间隔设置在所述主体管道的内壁上，所述超声波装置位于所述挡板的后方且固定在主体管道周壁上，所述PLC通过电路与各所述超声波装置电路连接。本实用新型利用压力能系统本身的电力输出，通过PLC操控超声波装置除去流体中的结晶以及水合物，降低堵塞，仅利用发电系统0.6%以下的功率即可提升系统约20%的寿命。

Description

一种应用于管网压力能发电系统的超声波降堵装置

技术领域

本实用新型涉及一种天然气管网压力能回收利用领域，具体涉及一种用于管网压力能发电系统的超声波防垢装置。

背景技术

天然气是一种清洁的能源，近几年来随着社会的发展，占据了越来越大的能源市场份额，因此天然气管网压力能发电技术也愈发受到关注。如今，天然气管网压力能发电技术已有一定的成果，但压力能发电体系中仍存在一定的问题。

一方面，管输天然气本身含有一定的矿化物质，在膨胀机中膨胀发电后，管道中流体的压力、温度等流动参数会有一定的变化，使得矿化物质体系原有的化学反应平衡状态条件被破坏，从而发生化学反应形成晶核并不断聚集，在流动的过程中逐渐沉积下来，最终在管道的内壁形成层状致密垢样，造成管道严重堵塞。另外一方面，目前的天然气压力能利用系统中，高压天然气推动膨胀机做功，内能降低，温度会下降到零下30℃左右，这样的温度环境，天然气与其中的水分在和管壁壁的冲击作用下极易形成水合物，这些水合物会在气流带动下以极高的速度冲击管壁，造成严重破坏，且会随气流进入下游管网造成堵塞。这些堵塞会严重影响管道的输送效率，增大了管道输送能耗，并对集输系统的长期安全、稳定运行非常不利，存在着严重的安全隐患，并可能带来管道失效等严重后果。

而在各种降堵的方法中，超声波降堵技术由于操作简单、成本投入小、降堵效果良好，受到一定的关注。专利201620714649.4公布了一种一种超声波管道清理疏通装置，该装置利用超声波发生器进行管道清理疏通，但却不适用于低温环境下的管道，而天然气压力能系统中膨胀机出口的流体温度会下降到零下30℃左右，影响该装置的运行；专利201620864517 .X公布了一种能够防冻、防堵的石油开采管道，但该装置仅适用于长距离管道输送，且超声波发生器的功率较大，不适合天然气管网发电系统。同时，上述装置都必须额外添加电池，而且在天然气压力能发电体系中，膨胀机出口的流体具有脉动冲击性，超声波发生器极易受到损坏。

实用新型内容

为解决上述天然气管道的堵塞问题，本实用新型提供了一种应用于管网压力能发电系统的超声波降堵装置，能够在实现安全稳定回收天然气管网压力能的同时，解决管道结晶和水合物堵塞的问题。本实用新型具有结构简单、操作方便等特点，应用于管道气膨胀过程领域。

本实用新型采用的技术方案具体为：

一种应用于管网压力能发电系统的超声波降堵装置，包括主体管道、锥形破碎器、若干挡板、若干超声波装置、PLC，所述的主体管道两端设置有用于接入管网压力能发电系统中的法兰，所述锥形破碎器设置在所述主体管道内的天然气入口处，所述挡板沿所述的主体管道轴线方向上下交错地间隔设置在所述主体管道的内壁上，所述超声波装置位于所述挡板的后方且固定在主体管道周壁上，所述超声波装置包括位于所述主体管道内的超声波发生器和位于所述主体管道外且与所述的超声波发生器电路连接的超声波控制器，所述超声波发生器外包裹设置有蓄冷套筒，所述PLC通过电路与各超声波控制器电路连接。

进一步地，所述锥形破碎器固定于所述主体管道入口中心轴处。

进一步地，所述锥形破碎器的材质为不锈钢。

进一步地，所述挡板所在平面与所述主体管道的轴线相互垂直。

进一步地，相邻所述挡板的间隔为25~35cm，其目的是置于挡板后方的超声波装置所辐射的超声波能充分作用于相邻挡板之间的流体。

进一步地，单个所述挡板的沿所述主体管道轴线方向的投影面积与所述主体管道横截面面积的比为3：5~4：5。其目的是在对下游管网影响较小的情况下，充分利用挡板延长流体在主体管道的流动，间接增强超声波降堵装置的声波辐射作用。

进一步地，所述超声波发生器的功率为30~40 W。

进一步地，所述的超声波装置、PLC均由所述管网压力能发电系统的电力输出端供电。

进一步地，所述的挡板和超声波装置的数量均为三个。

进一步地，所述蓄冷套筒的材质为乙二醇/氯化铵复合相变材料，或者，为膨胀石墨/乙二醇/正庚醇低温相变蓄冷材料。

相对于现有技术，本实用新型具有如下的优点及有益效果：

（1）本实用新型可以解决天然气管道的结晶和水合物堵塞问题。超声波降堵装置辐射超声波，除去流体中的结晶和水合物，降低其对管道的堵塞。

（2）本实用新型结构简单，易于维护。装置主要由主体管道、挡板、锥形破碎器以及超声波发生器组成，在通过锥形破碎器初步破碎后，利用超声波发生器辐射超声波，同时添加挡板延长流体在主体管道的流动，间接延长对流体的声波辐射，更好的除去结晶和水合物。

（3）本实用新型适用于天然气管网压力能发电体系。天然气在经过膨胀机膨胀发电后，温度下降到零下30℃左右，本装置的超声波发生器置于蓄冷套筒内部，能避免装置的损坏；另外膨胀机出口的流体压力不稳，甚至带有脉动冲击性，本装置将超声波发生器置于挡板后面，避免对发生器的冲击。

（4）本实用新型可以实现天然气压力能有效安全发电。在实现了管道的堵塞问题，天然气压力能系统能更加有效的进行运作。而且天然气压力能发电系统能作为超声波处理器的电源，无需额外的电源输出。

附图说明

图1为本实用新型实施例的超声波降堵装置的结构示意图。

图2为图1所述超声波降堵装置应用于管网压力能发电系统的工艺流程图。

图中所示为：锥形破碎器1、挡板2、蓄冷套筒3、内置式超声波发生器4、外置式超声波控制器5、PLC6、法兰7、主体管道8、进口电磁阀9、进口压力变送器10、进口温度变送器11、膨胀机12、发电机13、电力转换与储存器14、超声波降堵装置15、出口压力变送器16、出口温度变送器17、出口电磁阀18、调压装置19。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的描述，但本实用新型的实施方式不限定于以下实施例。

实施例一

如图1所示，一种应用于管网压力能发电系统的超声波降堵装置，包括主体管道8、不锈钢304为材料的锥形破碎器1、三个挡板2、三套超声波装置、PLC6，所述的主体管道8两端设置有用于接入管网压力能发电系统中的法兰7，所述锥形破碎器1设置在所述主体管道8内的天然气入口中心轴处，所述挡板2沿所述的主体管道8轴线方向上下交错地间隔25~35cm设置在所述主体管道8的内壁上，且所述挡板2所在平面与所述主体管道8的轴线相互垂直。单个所述挡板2的沿所述主体管道8轴线方向的投影面积与所述主体管道8横截面面积的比为3：5~4：5。挡板能延长流体在主体管道8的流动，间接增强超声波降堵装置的声波辐射作用。

所述超声波装置位于所述挡板2的后方且固定在主体管道8周壁上，所述超声波装置包括位于所述主体管道8内的超声波发生器4和位于所述主体管道8外且与所述的超声波发生器4电路连接的超声波控制器5，所述超声波发生器4的功率为30~40 W。所述超声波发生器4外包裹设置有蓄冷套筒3，所述蓄冷套筒3的材质为乙二醇/氯化铵复合相变材料或膨胀石墨/乙二醇/正庚醇低温相变蓄冷材料。所述PLC6通过电路与各超声波控制器5电路连接。所述的超声波装置、PLC6均由所述管网压力能发电系统的电力输出端供电。

天然气流体在通过锥形破碎器1初步破碎后，利用挡板2延长流体在主体管道8的流动，并通过PLC6操控超声波降堵装置辐射超声波，除去这些结晶和水合物，降低其对管道的堵塞。

实施例二

下面详细描述上述实施例在管网压力能发电系统中的应用：

本实施例的设备组成参考图2，以某小型调压站为例，该站的高压管网通过调压装置19连接低压管网，同时，上述实施例提供的超声波降堵装置15串接在所述管网压力能发电系统中，所述PLC6通过电路连接所述管网压力能发电系统中膨胀机12上、下游的进口电磁阀9、进口压力变送器10、进口温度变送器11、超声波降堵装置15、出口压力变送器16、出口温度变送器17、出口电磁阀18。

该站调压流量为1900Nm3/h，调压规模为4 MPa至1.6 MPa，天然气初始温度约为20℃，其工作原理为：

1）满足城市管网瞬时需求量1060 kg/h的天然气，压力为4 MPa、温度20℃进入膨胀机12膨胀降压到1.6 MPa，经超声波防垢装置15后，进入下游燃气管网；

2）高压天然气通过膨胀机12膨胀后将压力能转化成机械能，然后通过发电机13频率匹配发电，所发出20 kW电能储存在电力转换与储存装置14中，该电力转换与储存装置14与超声波防垢装置15电路连接，作为电源。

3）单个超声波发生器4功率为30~40 W，超声波降堵装置15总功率为90-120 W，仅占发电系统功率的0.6%以下。高压天然气在经过膨胀机12膨胀发电后流入超声波降堵装置15，所述PLC6根据系统的参数，控制超声波降堵装置15辐射声波信号，流入超声波降堵装置15的天然气被去除结晶和水合物后流入下游管网，实现降堵效果。

上述高压管网的高压天然气在经过膨胀机12膨胀发电后，通过超声波降堵装置15除去结晶和水合物，并流入下游管网，利用发电系统0.6%以下的功率即可提升系统约20%的寿命。同时，所述膨胀机12发出的电能作为超声波降堵装置15的电源，降低了整个系统对外部电源的依赖。

本实用新型的上述实施例仅为清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所述领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应用于管网压力能发电系统的超声波降堵装置，其特征在于：包括主体管道(8)、锥形破碎器(1)、若干挡板(2)、若干超声波装置、PLC(6)，所述的主体管道(8)两端设置有用于接入管网压力能发电系统中的法兰(7)，所述锥形破碎器(1)设置在所述主体管道(8)内的天然气入口处，所述挡板(2)沿所述的主体管道(8)轴线方向上下交错地间隔设置在所述主体管道(8)的内壁上，所述超声波装置位于所述挡板(2)的后方且固定在主体管道(8)周壁上，所述超声波装置包括位于所述主体管道(8)内的超声波发生器(4)和位于所述主体管道(8)外且与所述的超声波发生器(4)电路连接的超声波控制器(5)，所述超声波发生器(4)外包裹设置有蓄冷套筒(3)，所述PLC(6)通过电路与各超声波控制器(5)电路连接。

2.根据权利要求1所述的应用于管网压力能发电系统的超声波降堵装置，其特征在于：所述锥形破碎器(1)固定于所述主体管道(8)入口中心轴处。

3.根据权利要求1所述的应用于管网压力能发电系统的超声波降堵装置，其特征在于：所述锥形破碎器(1)的材质为不锈钢。

4.根据权利要求1所述的应用于管网压力能发电系统的超声波降堵装置，其特征在于：所述挡板(2)所在平面与所述主体管道(8)的轴线相互垂直。

5.根据权利要求4所述的应用于管网压力能发电系统的超声波降堵装置，其特征在于：相邻所述挡板(2)的间隔为25~35cm。

6.根据权利要求1所述的应用于管网压力能发电系统的超声波降堵装置，其特征在于：单个所述挡板(2)的沿所述主体管道(8)轴线方向的投影面积与所述主体管道(8)横截面面积的比为3：5~4：5。

7.根据权利要求1所述的应用于管网压力能发电系统的超声波降堵装置，其特征在于：所述超声波发生器(4)的功率为30~40 W。

8.根据权利要求1所述的应用于管网压力能发电系统的超声波降堵装置，其特征在于：所述的超声波装置、PLC(6)均由所述管网压力能发电系统的电力输出端供电。

9.根据权利要求1所述的应用于管网压力能发电系统的超声波降堵装置，其特征在于：所述的挡板(2)和超声波装置的数量均为三个。

10.根据权利要求1所述的应用于管网压力能发电系统的超声波降堵装置，其特征在于：所述蓄冷套筒(3)的材质为乙二醇/氯化铵复合相变材料，或者，为膨胀石墨/乙二醇/正庚醇低温相变蓄冷材料。