CN216406925U - 一种用于天然气的余压发电实验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于天然气的余压发电实验系统，包括：低压缓存罐、压缩机入口切断阀、压缩机、高压缓存罐，膨胀机入口切断阀、膨胀机入口转速调节阀、膨胀机、发电机，通过压缩机将低压缓存罐中的气体增压后储存在高压缓存罐中；高压缓存罐的另一侧通过膨胀机入口切断阀、膨胀机入口转速调节阀与膨胀机一侧连接，膨胀机的另一侧连接发电机，用于通过膨胀机与发电机将气体压力能转换为电能；还包括：膨胀机出口调节阀、汽化器切断阀、汽化器，汽化器一侧与低压缓存罐连接，另一侧通过膨胀机出口调节阀、汽化器切断阀与膨胀机连接，用于将通过膨胀机降压后的气体通过汽化器复温后输送至低压缓存罐。

Description

一种用于天然气的余压发电实验系统

技术领域

本实用新型涉及天然气输送技术领域，具体涉及一种用于天然气的余压发电实验系统。

背景技术

天然气作为重要的补充能源，对天然气的利用占比逐渐增大。为了减少天然气输送的沿程压力损失、降低运输成本，长输管线均采用高压管道输气，而到达用户端附近时需要各分输站以及天然气门站进行降压才能最终供给用户使用。

目前对于高压气体的降压绝大部分都是通过节流阀等类似设备，但直接降压后的气体不仅由于低温会对下游管线产生影响，且将高压气体的剩余压力能直接释放造成能量损失，故需要在长距离天然气输送过程中完成复温以及能量回收。对于不同的天然气输送场景，输送系统中使用的单体设备必然存在不同。故亟待提出一种用于天然气的余压发电实验系统，以能够实现对不同输送场景下天然气余压发电的单体设备测试以及系统测试，以保证实际天然气输送系统可靠运行。

发明内容

因此，本实用新型提供一种用于天然气的余压发电实验系统，以能够实现对不同输送场景下天然气余压发电的单体设备测试以及系统测试，以保证实际天然气输送系统可靠运行。

根据第一方面，本实用新型实施例公开了一种用于天然气的余压发电实验系统，包括：低压缓存罐、压缩机入口切断阀、压缩机、高压缓存罐，膨胀机入口切断阀、膨胀机入口转速调节阀、膨胀机、发电机，其中，所述低压缓存罐通过压缩机入口切断阀与压缩机一侧连接，所述压缩机的另一侧与所述高压缓存罐一侧连接，用于通过所述压缩机将所述低压缓存罐中的气体增压后储存在所述高压缓存罐中；所述高压缓存罐的另一侧通过所述膨胀机入口切断阀、所述膨胀机入口转速调节阀与所述膨胀机一侧连接，所述膨胀机的另一侧连接发电机，用于通过所述膨胀机与所述发电机将气体压力能转换为电能；还包括：膨胀机出口调节阀、汽化器切断阀、汽化器，其中，所述汽化器一侧与所述低压缓存罐连接，另一侧通过所述膨胀机出口调节阀、汽化器切断阀与所述膨胀机连接，用于将通过所述膨胀机降压后的气体通过所述汽化器复温后输送至所述低压缓存罐。

可选地，还包括：膨胀机出口压力调节阀，所述膨胀机出口压力调节阀的一侧与所述高压缓存罐连接，另一侧与所述膨胀机的出口管道连接，用于调节所述膨胀机进口与出口的膨胀比。

可选地，还包括：膨胀机旁路切断阀、真空泵入口阀、真空泵，其中所述真空泵通过所述真空泵入口阀、所述膨胀机旁路切断阀与所述高压缓存罐连接，用于对系统进行抽真空和/或氮气置换处理。

可选地，所述膨胀机旁路切断阀以及汽化器切断阀采用气动球阀或液压切断阀。

可选地，所述膨胀机前的膨胀机入口转速调节阀采用液压调节阀或气动调节阀。

可选地，所述汽化器采用空温式汽化器。

可选地，所述压缩机为往复式压缩机、回转式压缩机、轴流式压缩机、螺杆压缩机以及喷射式压缩机中的任意一种。

可选地，所述膨胀机采用单级膨胀或者多级膨胀，当膨胀机为多级膨胀时，采用分轴并联或者单轴串联，各级膨胀机间设有换热器。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

本实用新型提供的用于天然气的余压发电实验系统，包括：低压缓存罐、压缩机入口切断阀、压缩机、高压缓存罐，膨胀机入口切断阀、膨胀机入口转速调节阀、膨胀机、发电机，低压缓存罐通过压缩机入口切断阀与压缩机一侧连接，压缩机的另一侧与高压缓存罐一侧连接，用于通过压缩机将低压缓存罐中的气体增压后储存在高压缓存罐中；高压缓存罐的另一侧通过膨胀机入口切断阀、膨胀机入口转速调节阀与膨胀机一侧连接，膨胀机的另一侧连接发电机，用于通过膨胀机与发电机将气体压力能转换为电能；该系统还包括：膨胀机出口调节阀、汽化器切断阀、汽化器，汽化器一侧与低压缓存罐连接，另一侧通过膨胀机出口调节阀、汽化器切断阀与膨胀机连接，用于将通过膨胀机降压后的气体通过汽化器复温后输送至低压缓存罐。通过本申请的实验系统可以通过模拟实际工况的实际运行参数(如压力、温度、流量等)同时实现对系统中用于冷能回收的膨胀机以及用于复温的汽化器等单体设备的测试以及整个输送系统的测试，保证了实际天然气输送系统可靠运行。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中用于天然气的余压发电实验系统的一个具体结构示意图；

图2为本实用新型实施例中用于天然气的余压发电实验系统操作方法的一个具体流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本实用新型实施例公开了一种用于天然气的余压发电实验系统，如图1所示，包括：低压缓存罐1、压缩机入口切断阀2、压缩机3、高压缓存罐4，膨胀机入口切断阀5、膨胀机入口转速调节阀6、膨胀机7、发电机8，其中，所述低压缓存罐1通过压缩机入口切断阀2与压缩机3一侧连接，所述压缩机3的另一侧与所述高压缓存罐4一侧连接，用于通过所述压缩机3将所述低压缓存罐1中的气体增压后储存在所述高压缓存罐4中；所述高压缓存罐4的另一侧通过所述膨胀机入口切断阀5、所述膨胀机入口转速调节阀6与所述膨胀机7一侧连接，所述膨胀机7的另一侧连接发电机8，用于通过所述膨胀机7与所述发电机8将气体压力能转换为电能；

该系统还包括：膨胀机出口调节阀13、汽化器切断阀11、汽化器12，其中，所述汽化器12一侧与所述低压缓存罐1连接，另一侧通过所述膨胀机出口调节阀13、汽化器切断阀11与所述膨胀机7连接，用于将通过所述膨胀机7降压后的气体通过所述汽化器12复温后输送至所述低压缓存罐1。

示例性地，在低压缓存罐中可以设置低压天然气输入口用于输入实验过程中需要使用的天然气，通过在低压缓存罐和高压缓存罐之间设置压缩机，可以将用于实验的低压气体通过压缩机压缩到不同的高压值并输送入高压缓存罐稳压，以实现不同压力场景下的天然气输送场景的模拟。接着高压缓存罐将存储的高压天然气输送至膨胀机以带动叶轮机旋转做功，并将机械能传递至发电机发电实现发电上网；膨胀机前设置的膨胀机入口转速调节阀，通过发电机与膨胀机入口转速调节阀的连锁，控制膨胀机做功所输出电能的频率、谐波、电流等参数；经过膨胀机节流后的低温、低压天然气通过汽化器后可使其温度恢复到常温，然后输送回低压缓存罐完成整个循环，经过膨胀机后的低压低温气体可以通过特制的汽化器实现复温，消除低温对后续管线及流程的影响；同时在整个系统中设置温度传感器、压力传感器以及转速传感器等可用于进行实验数据采集，实现系统控制和测试。

本实用新型提供的用于天然气的余压发电实验系统可以通过模拟实际工况的实际运行参数(如压力、温度、流量等)同时实现对系统中用于冷能回收的膨胀机以及用于复温的汽化器等单体设备的测试以及整个输送系统的测试，保证了实际天然气输送系统可靠运行。

作为本实用新型一个可选实施方式，还包括：膨胀机出口压力调节阀10，所述膨胀机出口压力调节阀10的一侧与所述高压缓存罐4连接，另一侧与所述膨胀机的出口管道连接，用于调节所述膨胀机进口与出口的膨胀比。通过改变膨胀机出口压力调节阀的开度可控制膨胀机后的压力，从而控制膨胀机的膨胀比等参数，实现对不同膨胀机测试件以及工况的测试。

作为本实用新型一个可选实施方式，还包括：膨胀机旁路切断阀9、真空泵入口阀15、真空泵14，其中所述真空泵14通过所述真空泵入口阀15、所述膨胀机旁路切断阀9与所述高压缓存罐连接，用于对系统进行抽真空和/或氮气置换处理。

示例性地，系统初始启动时启动真空泵、打开膨胀机旁路切断阀并开启系统中阀门，对系统进行抽真空操作并以氮气进行多次置换。同时天然气建立初始循环时经过膨胀机旁路切断阀以及高低压罐间切断阀，可通过对压缩机负载以及入口处气体工质压力的控制实现对实际工况的模拟。由于实验气体为有毒、易燃、易爆的特殊气体，系统中带电设备均为防爆设备，法兰连接处等均采用桥接，阀门等设备采用零泄漏等级，系统整体进行泄漏检测。系统中接有抽真空设备，在进行特殊工质气体实验前，将系统进行抽真空以及氮气置换处理，防止空气与易燃易爆气体混合发生危险。

作为本实用新型一个可选实施方式，所述膨胀机旁路切断阀以及汽化器切断阀采用气动球阀或液压切断阀，以实现对切断阀的快速远程控制，保证反应时间达到要求；所述膨胀机前的膨胀机入口转速调节阀采用液压调节阀或气动调节阀，使调速性能满足波动率、调速率以及稳定时间等方面的要求；所述汽化器采用空温式汽化器或者其他换热设备，使膨胀机后的气体工质温度能够恢复到常温。所述压缩机为往复式压缩机、回转式压缩机、轴流式压缩机、螺杆压缩机以及喷射式压缩机中的任意一种。所述膨胀机采用单级膨胀或者多级膨胀，当膨胀机为多级膨胀时，采用分轴并联或者单轴串联，各级膨胀机间设有换热器。

本实用新型实施例还公开了一种用于天然气的余压发电实验系统操作方法，如图2所示，包括：

步骤201，系统初始启动时启动真空泵、打开膨胀机旁路切断阀并开启系统中阀门，对系统进行抽真空操作并以氮气进行多次置换；

步骤202，置换完成后关闭真空泵、打开膨胀机旁路切断阀，关闭膨胀机前的膨胀机入口切断阀，天然气在低压缓存罐、压缩机、高压缓存罐和汽化器之间建立初始循环；

步骤203，达到设计工况后，关闭膨胀机旁路切断阀，打开膨胀机前的膨胀机入口切断阀进行系统循环测试。

示例性地，如图1所示，系统中低压缓存罐1经过管线与压缩机入口切断阀2连接，压缩机入口切断阀2经过管线与压缩机3连接，压缩机3经过管线分为两路，其中一路与高压缓存罐4连接，高压缓存罐4经过管线分为两路，其中一路经过管线与膨胀机入口切断阀5、膨胀机入口调节阀6、膨胀机7以及膨胀机出口调节阀13相连，另一路经过膨胀机旁路切断阀9与膨胀机出口管线相连，另一路通过管线与膨胀机出口压力调节阀10相连，然后与膨胀机出口管道连接，汇合后通过管线与汽化器切断阀11、汽化器12相连，最后经过管线与低压缓存罐1连接，真空泵14经过管线与真空泵入口阀15相连，连接到膨胀机出口管线中。

系统运行时，首先启动真空泵14、切断阀15，并开启系统中相关阀门，进行抽真空操作并以氮气进行多次置换；置换完成后天然气从低压缓冲罐1中经过切断阀2进入压缩机3中被压缩，压缩后的高压气体进入高压缓存罐4，从高压缓存罐中进入膨胀机旁路经过切断阀9、切断阀11进入汽化器12中，然后进入低压缓存罐1中初步建立闭式循环。待系统参数调整到模拟工况后，打开切断阀5，调整调节阀6的开度，气体工质带动膨胀机旋转，经过膨胀机出口调节阀13、切断阀11同样进入到汽化器中复温，然后回到低压缓存罐1中完成闭式循环。

本实用新型提供的用于天然气的余压发电实验系统操作方法可以通过模拟实际工况的实际运行参数(如压力、温度、流量等)同时实现对系统中用于冷能回收的膨胀机以及用于复温的汽化器等单体设备的测试以及整个输送系统的测试，保证了实际天然气输送系统可靠运行。

经过本实验系统完成测试的天然气输送系统可以实现天然气剩余压力能的回收利用，实现节能减排，与传统的调压装置相比实现了能量的回收利用，极大的提高了系统效率，提高了经济效益；且可以在无能耗的前提下实现节流气体的复温复热，减少了能源消耗以及投资，满足下游工艺流程对于气体温度的需求，避免对整个系统的稳定运行产生不利影响；进一步能够取代常规的降压装置，实现对压力以及温度准确控制，并将剩余压力能转换为符合并网参数要求的电能，解决传统调压站现场的噪音过大、易冰堵的现象。

虽然结合附图描述了本实用新型的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (8)

1.一种用于天然气的余压发电实验系统，其特征在于，包括：低压缓存罐、压缩机入口切断阀、压缩机、高压缓存罐，膨胀机入口切断阀、膨胀机入口转速调节阀、膨胀机、发电机，其中，所述低压缓存罐通过压缩机入口切断阀与压缩机一侧连接，所述压缩机的另一侧与所述高压缓存罐一侧连接，用于通过所述压缩机将所述低压缓存罐中的气体增压后储存在所述高压缓存罐中；

所述高压缓存罐的另一侧通过所述膨胀机入口切断阀、所述膨胀机入口转速调节阀与所述膨胀机一侧连接，所述膨胀机的另一侧连接发电机，用于通过所述膨胀机与所述发电机将气体压力能转换为电能；

还包括：膨胀机出口调节阀、汽化器切断阀、汽化器，其中，所述汽化器一侧与所述低压缓存罐连接，另一侧通过所述膨胀机出口调节阀、汽化器切断阀与所述膨胀机连接，用于将通过所述膨胀机降压后的气体通过所述汽化器复温后输送至所述低压缓存罐。

2.根据权利要求1所述的用于天然气的余压发电实验系统，其特征在于，还包括：膨胀机出口压力调节阀，所述膨胀机出口压力调节阀的一侧与所述高压缓存罐连接，另一侧与所述膨胀机的出口管道连接，用于调节所述膨胀机进口与出口的膨胀比。

3.根据权利要求1所述的用于天然气的余压发电实验系统，其特征在于，还包括：膨胀机旁路切断阀、真空泵入口阀、真空泵，其中所述真空泵通过所述真空泵入口阀、所述膨胀机旁路切断阀与所述高压缓存罐连接，用于对系统进行抽真空和/或氮气置换处理。

4.根据权利要求3所述的用于天然气的余压发电实验系统，其特征在于，所述膨胀机旁路切断阀以及汽化器切断阀采用气动球阀或液压切断阀。

5.根据权利要求1所述的用于天然气的余压发电实验系统，其特征在于，所述膨胀机前的膨胀机入口转速调节阀采用液压调节阀或气动调节阀。

6.根据权利要求1所述的用于天然气的余压发电实验系统，其特征在于，所述汽化器采用空温式汽化器。

7.根据权利要求1所述的用于天然气的余压发电实验系统，其特征在于，所述压缩机为往复式压缩机、回转式压缩机、轴流式压缩机、螺杆压缩机以及喷射式压缩机中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的用于天然气的余压发电实验系统，其特征在于，所述膨胀机采用单级膨胀或者多级膨胀，当膨胀机为多级膨胀时，采用分轴并联或者单轴串联，各级膨胀机间设有换热器。

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