适用于天然气管网的发电调压装置制造方法
【专利摘要】本实用新型实施例提供一种适用于天然气管网的发电调压装置。该装置包括：天然气膨胀发电装置用于使通过天然气高压管网进入的天然气的体积膨胀以降压，并利用降压之前的天然气和降压之后的天然气的压力差进行发电，将得到的部分电能供给至空冷器；空冷器与天然气膨胀发电装置连接，用于利用天然气膨胀发电装置提供的电能，对经降压后的天然气进行加热。本实用新型实施例通过天然气膨胀发电装置对高压天然气进行降压，利用天然气降压前后的压力差发电，能够回收天然气在降压过程中释放的压力能；并通过空冷器对降压后的低温天然气进行加热，由于空冷器所需电能由天然气膨胀发电装置所发电能提供，而无需消耗天然气，因此能够降低能耗。
【专利说明】适用于天然气管网的发电调压装置
【技术领域】
[0001]本实用新型实施例涉及天然气管网能耗控制技术，尤其涉及一种适用于天然气管网的发电调压装置。
【背景技术】
[0002]天然气是目前全球广泛采用的一种清洁能源，为满足长距离输送天然气的需要，需要加高压。我国“西气东输”管道、陕京线及二线系统和冀宁联络线输气管道的设计输气压力已达到lOMPa，其中西气东输二线管道的设计压力可以达到12MPa。高压管网输送的高压天然气到达各城市的天然气接收门站之后，经过调压站降压后进入低压管网，其中调压站根据下游用户的供气压力要求进行降压，然后才能够供应给普通用户(如城市燃气用户、公商用户等)使用。然而，一方面，天然气从高压管网经过降压进入低压管网的过程中，会释放巨大的压力能，以日处理50万立方米的天然气门站为例，当压力从4.0MPa降至0.4MPa时,释放的压力能约为3561KW,如果不利用，会造成压力能损失；另一方面，高压天然气在降压过程中因放热会导致温度降低，一般会降低到-20°C至-60°C的范围，而供给至用户使用的低压天然气的温度一般为0-10°C。因此对压力能的利用技术以及对高压天然气降压后的低温天然气加热的技术应用而生。
[0003]现有的回收天然气管网压力能技术，一般是利用涡流管完成天然气降压调压过程，将高压天然气经涡流管降压后产生的冷气流、热气流分别输出，冷气流通过在换热器中吸收逆流空气和燃气轮机排气的热量升温后，与热气流汇合进入燃气轮机组的燃烧室；由换热器降温的空气进入燃气轮机组的压气机提高压力后导入燃气轮机组的燃烧室，在燃烧室中，天然气与空气混合燃烧，使燃气轮机做功，驱动耗功设备，可以提高燃气轮机的出力和经济性，从而达到回收天然气管网压力能的目的。
[0004]现有的对高压天然气降压后的低温天然气加热的技术，一般是采用加热炉加热降压后的低温天然气。
[0005]上述回收天然气管网压力能技术存在以下技术缺陷:需要通过换热器对降压后的低温天然气加热，而换热器需要安装驱动电缆，导致需要在调压站建发电站。
[0006]上述对高压天然气降压后的低温天然气加热的技术存在以下技术缺陷:由于加热炉在加热过程中消耗天然气，导致能耗高。
实用新型内容
[0007]本实用新型实施例提供一种适用于天然气管网的发电调压装置，以利用天然气管网压力能进行发电，并降低对高压天然气降压后的低温天然气加热过程的能耗。
[0008]本实用新型实施例提供了一种适用于天然气管网的发电调压装置，包括:
[0009]天然气膨胀发电装置，用于使通过天然气高压管网进入的天然气的体积膨胀以降压，并利用降压之前的天然气和降压之后的天然气的压力差进行发电，将得到的部分电能供给至下述空冷器；
[0010]空冷器，与所述天然气膨胀发电装置连接，用于利用所述天然气膨胀发电装置提供的电能，对通过所述天然气膨胀发电装置降压后的天然气进行加热。
[0011]其中，所述天然气膨胀发电装置包括:
[0012]膨胀机；
[0013]齿轮箱，与所述膨胀机连接；
[0014]发电机，与所述齿轮箱和空冷器分别连接。
[0015]其中，齿轮箱与所述膨胀机连接，包括:齿轮箱与所述膨胀机的膨胀机轴连接。
[0016]其中，发电机与空冷器连接，包括:发电机与空冷器的扇叶驱动电机连接。
[0017]其中，所述天然气膨胀发电装置还包括:
[0018]润滑油站，与所述齿轮箱连接，用于为齿轮箱提供循环润滑油。
[0019]其中，所述装置还包括:
[0020]稳压阀，与所述天然气膨胀发电装置连接，用于对通过天然气高压管网进入的天然气进行稳压，以使稳压后的天然气进入所述天然气膨胀发电装置。
[0021]其中，所述装置还包括:
[0022]辅助加热装置，与所述空冷器连接，用于加热经所述空冷器后的天然气。
[0023]其中，所述辅助加热装置为电加热器或加热炉。
[0024]本实用新型实施例提供的适用于天然气管网的发电调压装置，通过天然气膨胀发电装置对由天然气高压管网进入的天然气进行降压，能够使天然气从高压管网经降压后进入低压管网，同时利用天然气降压前后的压力差进行发电，能够回收天然气在从高压管网经过降压进入低压管网的过程中释放的压力能；并通过空冷器对降压后的低温天然气进行加热，以满足降压后天然气的升温需求，由于空冷器所需电能由天然气膨胀发电装置所发电能提供，而不需要消耗天然气，因此能够在低温天然气的加热过程中降低能耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]为了更清楚地说明本实用新型，下面将对本实用新型中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为本实用新型实施例提供的一种适用于天然气管网的发电调压装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例中的技术方案作进一步详细描述，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。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部内容。
[0028]请参阅图1，为本实用新型实施例提供的一种适用于天然气管网的发电调压装置的结构示意图。本实用新型实施例的技术方案适用于天然气管网，典型的适用于需要逐级降压的天然气管网之中，具体地，需对高压天然气进行降压的各级高压天然气管网之后，例如，压力为1MPa的高压天然气管网中的天然气经逐级降压后压力分别为4MPa，1.6MPa，
0.4MPa和2.5KPa，其中压力为4MPa，1.6MPa，0.4MPa和2.5KPa的天然气可以供给至对应区域的用户，也即本实用新型实施例的技术方案适用于压力从1MPa降低至4MPa的天然气管网之间、压力从4MPa降低至1.6MPa的天然气管网之间、压力从1.6MPa降低至0.4MPa的天然气管网之间，以及压力从0.4MPa降低至2.5KPa的天然气管网之间。
[0029]下面以适用于压力从1MPa降低至4MPa的天然气管网之间为例进行说明。
[0030]如图1所示，所述适用于天然气管网的发电调压装置包括:天然气膨胀发电装置11和空冷器12。
[0031]其中，天然气膨胀发电装置11和空冷器12接入压力为1MPa和4MPa的天然气管网之间。具体地，天然气膨胀发电装置11与压力为1MPa的高压天然气管网连接，天然气膨胀发电装置11连接至空冷器12，空冷器12与压力为4MPa的低压天然气管网连接。
[0032]其中，天然气膨胀发电装置11用于使通过天然气高压管网进入的天然气的体积膨胀以降压，并利用降压之前的天然气和降压之后的天然气的压力差进行发电，将得到的部分电能供给至下述空冷器12 ;空冷器12用于利用所述天然气膨胀发电装置11提供的电能，对通过所述天然气膨胀发电装置11降压后的天然气进行加热，也即，空冷器12利用空气里的热能加热经所述天然气膨胀发电装置11降压后的低温天然气。
[0033]需要说明的是，天然气膨胀发电装置11具体采用膨胀降压的方式对高压天然气管网中的压力为1MPa的天然气进行膨胀降压，也即，通过天然气膨胀发电装置11使高压天然气管网中的压力为1MPa的天然气的体积膨胀，以使压力降低到4MPa，由于高压天然气在膨胀降压的过程中会放热而导致降压后的天然气的温度会降低，一般会降低到-20°C至-60°C的范围，而通过低压天然气管网供给至用户使用的低压天然气的温度一般为0-10°C，因此通过空冷器12对经天然气膨胀发电装置11降压后的天然气进行加热，以满足降压后天然气的升温需求，经空冷器12加热处理后的天然气进入压力为4MPa的低压天然气管网。
[0034]还需要说明的是，空冷器12所需的电能由天然气膨胀发电装置11提供，而天然气膨胀发电装置11利用天然气降压前后的压力差进行发电，能够回收天然气在从高压管网经过降压进入低压管网的过程中释放的压力能。天然气膨胀发电装置11所发电能的中部分电能提供给空冷器12，所发电能中除驱动空冷器12之外的电能可以外输或者自用。
[0035]本实施例的技术方案，通过天然气膨胀发电装置对由天然气高压管网进入的天然气进行降压，能够使天然气从高压管网经降压后进入低压管网，同时利用天然气降压前后的压力差进行发电，能够回收天然气在从高压管网经过降压进入低压管网的过程中释放的压力能；并通过空冷器对降压后的低温天然气进行加热，以满足降压后天然气的升温需求，由于空冷器所需电能由天然气膨胀发电装置所发电能提供，而不需要消耗天然气，因此能够在低温天然气的加热过程中降低能耗。
[0036]作为天然气膨胀发电装置11的一种优选的实施方式，所述天然气膨胀发电装置11优选包括:膨胀机111、齿轮箱112和发电机113。
[0037]其中，齿轮箱112与所述膨胀机111连接；发电机113与所述齿轮箱112和空冷器12分别连接。
[0038]其中，齿轮箱112与所述膨胀机111连接，包括:齿轮箱112与所述膨胀机111的膨胀机轴连接。
[0039]其中，发电机113与空冷器12连接，包括:发电机113与空冷器12的扇叶驱动电机连接。
[0040]优选地，所述适用于天然气管网的发电调压装置还可以包括:稳压阀13，与所述天然气膨胀发电装置11连接，用于对通过天然气高压管网进入的天然气进行稳压，以使稳压后的天然气进入所述天然气膨胀发电装置11。
[0041]该优选实施方式中的所述发电调压装置的工作过程为:高压天然气管网输送的高压天然气，例如，压力为10-12MPa的高压天然气，通过稳压阀13稳压后进入天然气膨胀发电装置11，首先进入膨胀机111，通过压力差推动膨胀机叶轮高速旋转，其中最高转速为40000RPM，膨胀机轴连接齿轮箱112，齿轮箱112将膨胀机叶轮的转速减速到1500RPM，同时带动与齿轮箱112连接的发电机113发电，经膨胀机111后的天然气温度降低到-20°C至-60°C的范围，降温后的天然气进入空冷器12内与空气换热，温度升高至0°C以上，而后进入低一级压力的天然气管网，例如，压力为4MPa的低压天然气管网。
[0042]进一步地，所述天然气膨胀发电装置11还可以包括:润滑油站114，与所述齿轮箱112连接，用于为齿轮箱112提供循环润滑油。
[0043]可选地，发电调压装置还可以包括:辅助加热装置14，与所述空冷器12连接，用于加热经所述空冷器12后的天然气。
[0044]其中，所述辅助加热装置14为电加热器或加热炉。
[0045]需要说明的是，供给到用户的低压天然气的温度要求与外界环境有关，例如，在夏天，供给到用户的低压天然气的温度要求为o-1o°c，而在冬天，供给到用户的低压天然气的温度要求为15°c以上。本实施例中空冷器12对经膨胀降压后的低温天然气的加热效果有限，经空冷器12加热升温后的天然气的温度范围为0-10°C，如果是在冬季，该温度范围不能满足冬季用户对天然气温度的要求。换言之，在经空冷器12加热后的天然气仍然达不到所需温度时，需要启动辅助加热装置14，辅助加热装置14对经空冷器12加热后的天然气进行进一步加热，从而达到天然气的所需温度要求。
[0046]对于50万方/天、压力为1MPa的高压天然气，采用本实施例的技术方案后，压力降低到4MPa，同时可发电400kW，其中，空冷器用电150kW，外输或站内自用250kW。
[0047]最后应说明的是:以上各实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其进行限制；实施例中优选的实施方式，并非对其进行限制，对于本领域技术人员而言，本实用新型可以有各种改动和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种适用于天然气管网的发电调压装置，其特征在于，包括: 天然气膨胀发电装置，用于使通过天然气高压管网进入的天然气的体积膨胀以降压，并利用降压之前的天然气和降压之后的天然气的压力差进行发电，将得到的部分电能供给至下述空冷器； 空冷器，与所述天然气膨胀发电装置连接，用于利用所述天然气膨胀发电装置提供的电能，对通过所述天然气膨胀发电装置降压后的天然气进行加热。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述天然气膨胀发电装置包括: 膨胀机； 齿轮箱，与所述膨胀机连接； 发电机，与所述齿轮箱和空冷器分别连接。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，齿轮箱与所述膨胀机连接，包括: 齿轮箱与所述膨胀机的膨胀机轴连接。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，发电机与空冷器连接，包括: 发电机与空冷器的扇叶驱动电机连接。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述天然气膨胀发电装置还包括: 润滑油站，与所述齿轮箱连接，用于为齿轮箱提供循环润滑油。
6.根据权利要求1-5任一所述的装置，其特征在于，还包括: 稳压阀，与所述天然气膨胀发电装置连接，用于对通过天然气高压管网进入的天然气进行稳压，以使稳压后的天然气进入所述天然气膨胀发电装置。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括: 辅助加热装置，与所述空冷器连接，用于加热经所述空冷器后的天然气。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述辅助加热装置为电加热器或加热炉。
【文档编号】F01C13/00GK203962047SQ201420339872
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年6月24日 优先权日:2014年6月24日
【发明者】娄世松, 邸建军, 沈懿桐, 胡传芬 申请人:碧海舟（北京）石油化工设备有限公司