CN217382539U - 一种利用天然气压力能发电制冰的调压设施系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种利用天然气压力能发电制冰的调压设施系统，包括依次连接的上游高压天然气通过管道、天然气压力能发电制冰路调压前管道、天然气膨胀发电机组和天然气压力能发电制冰路调压后管道，所述天然气压力能发电制冰路调压前管道上设有压力表一、压力变送器一、温度计一、温度变送器一、过滤器、流量计、气动紧急切断阀、电动调节阀和调压前放散阀组，所述天然气压力能发电制冰路调压后管道上设有温度计二、温度变送器二、压力表二、压力变送器二、调压后放散阀组。本实用新型适用范围广，安全可靠，节能高效，能够满足天然气分输站、门站、调压站等需要对天然气进行调压、补热的需求。

Description

一种利用天然气压力能发电制冰的调压设施系统

技术领域

本实用新型涉及一种利用天然气压力能发电制冰的调压设施系统，尤其适用于天然气分输站、门站、调压站等需要对天然气进行调压、补热的场合，既能独立一路设置也能适配传统调压路进行并联设置。

背景技术

天然气作为一种清洁的低碳化石能源，在我国国民经济及人民生活中占据至关重要的地位。在我国，天然气的输送主要采用管道输送的方式，在境外或西部气田采集的天然气，经增压到一定压力后并入国家管线向中东部地区输送。我国国家级管网压力为6.3~12MPa，省市级压力为2.5~6.3MPa，下游城市管网的运行压力在0.05~0.4MPa左右。城市管网天然气一般由上游省级、市级管线接入，经逐级调压后送入下游用户供气管线。

现状大多天然气场站内的调压方式基本上是采用节流阀元件进行等焓节流降压。根据“焦耳-汤姆逊效应”，高压气体在通过截面突然缩小的断面时，由于局部阻力，气体的压力将会降低，温度会发生变化。天然气在降压的同时其温度也会降低，根据计算经验一般来说天然气压力每下降1MPa，其温度会对应下降约5℃。此节流降压的方式存在大量的温降，若不进行补热，则会导致出站温度低于5℃供气温度的标准要求。尤其在环境温度较低的季节，节流调压后的温度甚至达零下十几度，容易对输送管道产生冰堵等隐患。传统的解决方案是通过燃气锅炉烧热水或者电伴热带提前对高压气体加热，这不仅需要消耗燃气或电能，同时造成压力能的严重浪费。

高压天然气输送管网中存在着巨大的压力能，如何利用其充沛的压力能已成为世界性课题。因此需要一种利用天然气压力能的调压设施系统，不影响其原设计的调压功能，且既能够充分利用压力能，又能够满足调压降压过程中的补热需求。

发明内容

本实用新型所要解决的问题是提供一种利用天然气压力能发电制冰的调压设施系统，该系统适用范围广，安全可靠，节能高效，能够满足天然气分输站、门站、调压站等需要对天然气进行调压、补热的需求，既能独立一路设置也能适配传统调压路进行并联设置。

本实用新型的技术解决方案是：一种利用天然气压力能发电制冰的调压设施系统，包括依次连接的上游高压天然气通过管道、天然气压力能发电制冰路调压前管道、天然气膨胀发电机组和天然气压力能发电制冰路调压后管道，所述天然气压力能发电制冰路调压前管道上设有压力表一、压力变送器一、温度计一、温度变送器一、过滤器、流量计、气动紧急切断阀、电动调节阀和调压前放散阀组，所述天然气压力能发电制冰路调压后管道上设有温度计二、温度变送器二、压力表二、压力变送器二、调压后放散阀组。

所述天然气膨胀发电机组上设有换热器，天然气膨胀发电机组侧设有载冷剂循环系统和热泵制冰机组，热泵制冰机组通过载冷剂循环系统和换热器连接。

本实用新型还包括PLC控制器，PLC控制器的控制端分别与压力变送器一、温度变送器一、流量计一、气动紧急切断阀、电动调节阀、温度计二、温度变送器二、压力表二和压力变送器二的信号端连接。

上游高压天然气经过过滤、计量、天然气膨胀发电机组后变为低级别压力天然气进入下游天然气管网；载冷剂循环系统用于传输热泵制冰机组与天然气膨胀发电机组之间的热量；热泵制冰机组通过热泵压缩机等使制冷剂通过与载冷剂换热，将天然气膨胀降压释放的冷能转移到制冰过程，既能实现补热，又能实现制冰。当本设施系统与传统调压路并联设置，通过设计计算，对设备进行合理的规模配置，并通过对出口压力的阶梯设置方式，即可使天然气压力能发电制冰路优先运行，原有传统计量调压路可以不做改动，且处于热备状态，不会影响站场平稳运行。本设施系统可形成标准化产品，配合适配其标准化产品的标准操作流程。

本实用新型的有益效果是：适用范围广，安全可靠，节能高效，能够满足天然气分输站、门站、调压站等需要对天然气进行调压、补热的需求，既能独立一路设置也能适配传统调压路进行并联设置。

附图说明

图1是本实用新型独立成路设置的工艺流程示意图。

图2是本实用新型适配传统调压路并联设置的示意图。

具体实施方式

参见图1，本实用新型包括依次连接的上游高压天然气通过管道101 、天然气压力能发电制冰路调压前管道203 、天然气膨胀发电机组1和天然气压力能发电制冰路调压后管道204 ，所述天然气压力能发电制冰路调压前管道203上设有压力表一（PG0101）、压力变送器一（PT0101）、温度计一（TG0101）、温度变送器一（TT0101）、过滤器2、流量计3、气动紧急切断阀4、电动调节阀5和调压前放散阀组6，所述天然气压力能发电制冰路调压后管道204上设有温度计二（TG0501）、温度变送器二（TT0501）、压力表二（PG0501）、压力变送器二（PT0501）、调压后放散阀组。

所述天然气膨胀发电机组上设有换热器，天然气膨胀发电机组侧设有载冷剂循环系统21和热泵制冰机组22，热泵制冰机组22通过载冷剂循环系统21和换热器12连接。

本实用新型还包括PLC控制器，PLC控制器的控制端分别与压力变送器一、温度变送器一、压差变送器、流量计一、气动紧急切断阀、电动调节阀、温度计二、温度变送器二、压力表二和压力变送器二的信号端连接。

上游天然气8通过管道101进入本实用新型天然气压力能发电制冰路，通过天然气压力能发电制冰路调压前管道203，其间经过球阀1a、压力表PG0101、压力变送器PT0101、温度计TG0101、温度变送器TT0101、过滤器（过滤器2、球阀1d、阀套式排污阀20a）、压差表PdG0202、压差变送器PdT0202、流量计3、气动紧急切断阀4、电动调节阀5、调压前放散阀组（球阀1e、球阀1f、截止阀7a、安全放散阀6a）、球阀1b后进入天然气膨胀发电机组1。其后天然气压力能发电制冰路调压后管道204经过温度计TG0501、温度变送器TT0501、压力表PG0501、压力变送器PT0501、调压后放散阀组7（球阀1g、球阀1h、截止阀7b、安全放散阀6b）、球阀1c后进入下游天然气20。

天然气膨胀发电机组1内，高压天然气进入膨胀机9，天然气绝热膨胀输出动能，膨胀机9带动发电机10进行发电，所发电量除满足系统内部使用外还能有富裕电量进行外输。高压天然气在膨胀机9进行等熵膨胀过程中，在得到机械能的同时伴随着比等焓节流更大的温度降低，降温降压后的天然气经油气分离器11、换热器12补热、调压稳压器13稳压后进入下游。

载冷剂系统主要是用于传输热泵系统与天然气膨胀机组之间的热量，同时将热泵系统与天然气膨胀机组隔离开，保证系统安全性。载冷剂储存于载冷剂罐14内，载冷剂循环泵15为载冷剂循环提供动力，载冷剂与热泵系统中热泵压缩机出口的高温、高压制冷剂换热获得热量，再与经绝热膨胀后的天然气在换热器12中进行换热，保证膨胀后的天然气温度在5℃以上。

热泵制冰机组22内，热泵压缩机17将低压低温的制冷剂压缩至高压高温，通过冷凝器16将制冷剂的热量传递给载冷剂，同时制冷剂冷凝为高压低温液体，再经节流阀18到制冰机19（起蒸发器作用）进行蒸发，一部分气化，大部分变为低压低温液体，吸收水的热量后制冷剂蒸发为低压低温气体，又被压缩机抽走，重复循环过程；而被吸收热量的水则成为成品冰制品，根据制冰机19的型式，可制成成品片冰或成品块冰。

综上所述，本实用新型主要技术路线为：天然气压力能膨胀发电+热泵补热+冷能制冰。相比于传统的等焓节流需要补热的调压方式，本实用新型既利用天然气压力能进行发电，还利用从水中的热量对等熵膨胀的天然气进行了补热，并且还利用冷能进行了制冰，这是一举三得的利用方式。

除特别说明外，本实用新型中所涉及的仪器、仪表及设备均为公知产品。

本设施系统可以单路设置，可以多路并联设置，也可以和传统调压路并联设置，参见图2。

当本设施系统和传统调压路并联设置时，通过对膨胀机9、调压稳压器13运行压力的设定，使天然气压力能发电制冰路Ⅲ出口压力P3略高于传统调压路一Ⅰ、二Ⅱ的出口压力P1、P2，形成阶梯式出口压力，即可使天然气压力能发电制冰路Ⅲ优先运行，原有传统计量调压路可以不做改动，且处于热备状态，不会影响站场平稳运行。

并联系统压力设定值：P3＞P2＞P1。

当处于夏季用气低峰时：下游流量需求减小，下游压力较高，处于P2~P3范围内时，原有调压支路因出口压力设定值较低，先行自动关闭，天然气压力能发电制冰路因出口压力设定值P3较高仍然开启运行。

当处于冬季用气高峰时：膨胀发电机组内置限流装置电动调节阀5，使天然气压力能发电制冰路的天然气流量不高于设定值；下游天然气的流量需求增大时，出口压力下降，当降低至P1~P2范围内时，原有传统调压路二自动开启投入运行，天然气压力能发电制冰路、传统调压路二共同运行向下游供气；若下游天然气需求进一步增加，则表明其出口压力进一步降低至小于P1时，原有传统调压路一自动开启投入运行，天然气压力能发电制冰路、传统调压路二、传统调压路一同运行向下游供气。

本设施系统其控制逻辑如下：

1）与PLC相连的信号点位有压力变送器PT0101、温度变送器TT0101、压差变送器PdT0202、流量信号FY0301、切断信号XIS0401、调节阀信号HV0401、温度变送器TT0501、压力变送器PT0501。

2）所述的电动调节阀5自带阀位反馈功能，其调节信号输入端来自PLC，而PLC针对此信号的来源，连接流量计3的信号输出端，能够根据流量来进行开度的调节，保障其通过流量不超过膨胀机调节上限。

3）所述的气动紧急切断阀4自带阀位反馈功能，调节信号输入端来自PLC，而PLC针对此信号的来源，连接压力变送器PT0101、流量计3、压力变送器PT0501、温度变送器TT0501的信号输出端，当压力、温度、流量超限，能够进行紧急关断，来保障系统及下游的安全。

Claims (3)

1.一种利用天然气压力能发电制冰的调压设施系统，其特征在于：包括依次连接的上游高压天然气通过管道、天然气压力能发电制冰路调压前管道、天然气膨胀发电机组和天然气压力能发电制冰路调压后管道，所述天然气压力能发电制冰路调压前管道上设有压力表一、压力变送器一、温度计一、温度变送器一、过滤器、流量计、气动紧急切断阀、电动调节阀和调压前放散阀组，所述天然气压力能发电制冰路调压后管道上设有温度计二、温度变送器二、压力表二、压力变送器二和调压后放散阀组。

2.如权利要求1所述的利用天然气压力能发电制冰的调压设施系统，其特征在于：所述天然气膨胀发电机组上设有换热器，天然气膨胀发电机组侧设有载冷剂循环系统和热泵制冰机组，热泵制冰机组通过载冷剂循环系统和换热器连接。

3.如权利要求1或2所述利用天然气压力能发电制冰的调压设施系统，其特征在于：还包括PLC控制器，PLC控制器的控制端分别与压力变送器一、温度变送器一、流量计一、气动紧急切断阀、电动调节阀、温度计二、温度变送器二、压力表二和压力变送器二的信号端连接。

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