专利名称：利用天然气压力能分步提供冷量热量的系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种利用天然气压力能分步提供冷量热量的系统，具体是一种利用高压天然气自身的压力，先通过气波机获取冷量热量，再通过膨胀机制冷工艺将剩余的压力能转换为冷量的系统，并可为城市用气提供不同压力级制的天然气。
背景技术：
管输天然气一般以高高压或高压方式通过长输管道输送到城市门站，在供给到终端用户前通常需要调压设备进行多级降压处理，以便天然气的压力能够满足城市不同压力级制天然气用户的需求。高压天然气内蕴含的巨大的压力能，目前在通过调压设备调压的过程中，这部分压力能被白白浪费掉。另外，由于需要给天然气急剧降压、降温，很容易对调压设备及管道设备的安全运行构成威胁，因此为了不让调压设备及管道设备过冷，常常需要在调压过程中配置以天然气作为燃料气的热水锅炉来加温，这样不但白白浪费了管道天然气的压力能，而且还会消耗掉一部分天然气，并增加热水锅炉等附属设施。如果将这部分压力能加以利用，不但可以获得可观的收益，还可以提高天然气的利用率，而且还能降低天然气的损耗。将天然气的压力能转换成热能、冷能等形式的能源，目前主要是通过膨胀机、气波机、涡流管等装置来实现的。利用膨胀机回收压力能，通常其制冷效率可高达70 80%，但其结构复杂，制造成本较高，更重要的是其变工况适应性差，当入口气体流量变化较大时，将会显著影响膨胀机的制冷效率。气波机制冷效率虽比不上膨胀机，但其能适应复杂工况，处理量大，不需要额外能耗，可稳定长时间运行。涡流管虽然结构简单、造价低廉，但其制冷效率比较低，且制冷效率受入口气体压力、流量的影响比较大，只能用于一些特定的场合。因此，有必要设计一种新的热量冷量利用系统以克服现有单个技术的缺陷，同时又可以满足城市对不同压力级制天然气的需求。
实用新型内容本实用新型的目的在于解决上述技术问题，提供一种充分利用高压天然气压力能，并具有较高的变负荷适应性的装置。本实用新型所述利用高压天然气压力能分步提供热量冷量并提供不同压力级制天然气的系统装置。为了实现上述目的，本实用新型系统可以采用如下的技术方案。一种利用天然气压力能分步提供冷量热量的系统，该系统包括:与高压天然气管道连接的气波机；设置在所述气波机下游并且通过天然气管道与所述气波机连接的、用于利用所述气波机所产生冷量的第一换热器；设置在第一换热器下游膨胀机，该膨胀机的膨胀端通过天然气管道与所述第一换热器连接，该膨胀机的增压端与城市中压管网连接，该膨胀机的膨胀端与增压端另外连接有利用所述膨胀机所产生冷量的第二换热器。其中，所述气波机，也称热分离机、气波制冷机，是一种利用气体自身所具有的压力能，通过压力波做功和热传递的方式来转移自身能量从而达到制冷目的的设备。[0008]在本申请中对于气波机没有特别的限制，可以使用商购的设备。例如可以使用中国实用新型201120367297.7中公开的气波机，优选使用旋转式气波机，它包括一振荡腔、设置在所述振荡腔内的气体分配器、以及一组呈放射状均布在气体分配器周围的振荡管。优选地，所述气体分配器包括一转子，与转子相连的进气管。优选地，所述振荡腔连接有一排气管，该排气管的另一端连接所述换热器。所述转子设有至少两个喷嘴，一般设有2-10个喷嘴，优选2-8个，更优选3-6个。通过气波机将天然气压力能转换为热能和/或冷能，以便分别加以利用。另外，本申请优选采用波转子气波机。波转子气波机主要由喷嘴、波转子、震荡管、机壳等组成，其中激荡震荡管设在机壳内。例如波转子气波机可以使用深圳力科公司的产品。波转子气波机按照端口布置及通道内部流动方式可将波转子制冷流程可分为通流式波转子气波机和逆流式波转子气波机。进一步优选自驱式波转子气波机，转速约为2000 3000转/分钟的低转速，可认为静设备，从而保证系统正常稳定的长时间运行。经过气波机后的天然气温度一般为-35 -45°C。优选的是，在第一换热器与膨胀机之间的天然气管道分出一个支路与城市高压管道连接。优选的是，所述气波机的激荡震荡管设在机壳内。优选的是，为更好的利用天然气的压力能，气波机连接一热量利用装置，气波机产生的热量被热能利用装置所利用。第一换热器和第二换热器分别连接有冷量利用装置。经过第一换热器后的天然气温度一般为O 5°C，压力为1.2 1.6MPa。所述膨胀机优选透平式膨胀机。透平膨胀机也叫涡轮机，以气体膨胀时速度能的变化来传递能量，是利用气体的绝热膨胀将气体的位能转变为机械功。进一步优选为单级向心径流反动式透平式膨胀机，其传出的外功由发电机、鼓风机或油制动器所吸收。绝热效率可达到:中压膨胀机65 75%，低压膨胀机75 85%。所述膨胀机膨胀的条件为入口天然气压力控制在1.2MPa至1.6MPa，膨胀后压力为0.2MPa至0.35MPa，出口天然气压力控制在0.3MPa至0.4MPa，温度控制在25°C至40°C。优选的是，当下游用户用气量小、供气压力高时可采用串联两台或者两台以上透平膨胀机的方式，当下游用户用气量大、供气压力低时采用并联两台或者两台以上透平膨胀机的方式，以提高系统对天然气压力和流量大幅度波动实际工况的适应能力，且提高设备使用寿命O通过第二换热器后的天然气压力一般为0.2 0.35MPa，温度为O 5°C，进入膨胀机增压端，再进入城市中压管网。各段天然气管道及装置按照需要可安置阀门。膨胀机与换热器间的天然气管道上可设置流量调节阀。这里所述的压力均指表压。本实用新型的利用天然气压力能分步提供冷量的系统具有以下有益效果:1、把进城市门站压力、流量波动的复杂工况的高压天然气先通过气波机把压力能转化为热量、冷量。2、充分利用了经过气波机出口后的压力流量稳定的工况，同时进入膨胀机再次利用剩余的压力产生的冷量，使天然气的价值得到大幅提升。[0022]3、利用气波机和膨胀机做功后，提供了稳定的、不同压力级制的天然气，满足城市供气需求。4、下游用气量为正常负荷时，单位产品的工作能耗近似为零，低压天然气及所需的热量冷量全部来自高、低压管网之间的压力能。
:图1是是本实用新型的利用压力能分布提供冷量系统的结构图。
具体实施方式
:下面，将结合附图对本实用新型的利用压力能分布提供冷量系统的优选实施方式进行进一步详细的说明。请参阅图1，一种利用天然气压力能分步提供冷量热量的系统，该系统包括:与高压天然气管道A连接的气波机I ;设置在所述气波机下游并且通过天然气管道与所述气波机I连接的、用于利用所述气波机I所产生冷量的第一换热器2 ;设置在第一换热器2下游的膨胀机3，该膨胀机3的膨胀端通过天然气管道与所述第一换热器2连接，该膨胀机的增压端与城市中压管网C连接，该膨胀机的膨胀端与增压端另外连接有利用所述膨胀机所产生冷量的第二换热器4，其中在第一换热器2与膨胀机3之间的天然气管道分出一个支路与城市高压管道B连接。另外在图中绘出了一些任选的用于调节流量的阀门。为更好的利用天然气的压力能，气波机I连接一热量利用装置，气波机产生的热量被热能利用装置所利用。第一和第二换热器分别连接有冷量利用装置。第一阶段，高压天然气(5 IOMPa)通过高压管道A进入装置后，进入气波机I，通过来流高压气体压缩气波机的波转子对通道内原有气体对外做功，同时获得低温的冷能和高温的热能，制冷效率可以达到70%以上。气波机I对外放热，产生热能，供给热能需要用户；同时管道的低温气体与第一换热器2相连，供给冷能需要用户。第二阶段，从气波机I出来的经过换热后天然气(1.2 1.6MPa)，一路则将通过流量调节阀以稳定的压力和流量进入透平膨胀机3，剩余的气体则进入城市次高压管道B。进入透平膨胀机3的天然气，通过膨胀机3的绝热膨胀对外做功，气体的能量焓值减少，从而使气体本身强烈地冷却，而达到制冷的目的。产生的低温气体进入第二换热器4，供给冷能需要用户，同时换热增压后的天然气(压力0.3 0.4MPa)进入城市中压管网C。
权利要求1.一种利用天然气压力能分步提供冷量热量的系统，其特征在于，该系统包括:与高压天然气管道(A)连接的气波机(I);设置在所述气波机(I)下游并且通过天然气管道与所述气波机(I)连接的、用于利用所述气波机(I)所产生冷量的第一换热器(2);设置在第一换热器(2 )下游的膨胀机(3 )，该膨胀机(3 )的膨胀端通过天然气管道与所述第一换热器(2)连接，该膨胀机的增压端与城市中压管网(C)连接，该膨胀机的膨胀端与增压端另外连接有利用所述膨胀机所产生冷量的第二换热器(4)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在第一换热器(2)与膨胀机(3)之间的天然气管道分出一个支路与城市高压管道(B)连接。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于:所述气波机(I)是自驱式波转子气波机。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于:所述自驱式波转子气波机包括喷嘴、波转子、震荡管、机壳，其中激荡震荡管设在机壳内。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于:所述膨胀机(3)是透平式膨胀机。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的系统,其特征在于:所述气波机(I)连接一热量利用装置，气波机产生的热量被热能利用装置所利用。
7.根据权利要求1-5中任意一项所述的系统，其特征在于:所述第一换热器(2)连接一冷量利用装置，和/或所述第二换热器(4)连接一冷量利用装置。
8.根据权利要求1-5中任意一项所述的系统，其特征在于:所述膨胀机(3)与所述第一换热器(2)间的天然气管道上设置流量调节阀。
9.根据权利要求1-5中任意一项所述的系统，其特征在于:膨胀机(3)是一台膨胀机或是并联的两台或两台以上的膨胀机。
专利摘要本实用新型提供了一种利用天然气压力能分步提供冷量热量的系统，同时可为城市用气提供不同压力级制天然气的装置。本实用新型所采用工艺流程的原理在于充分利用高压天然气自身的压力能，采用气波机输出冷量热量与膨胀机制冷工艺的联合应用。本实用新型既可以很好的利用气波机适应复杂工况的情况，也满足膨胀机对工况要求高的需求；既可利用气波机及膨胀机得到热量冷量，为用户提供冷能与热能外供，也可满足用气城市对不同压力级制天然气的需求。
文档编号F25B29/00GK202928199SQ20122068818
公开日2013年5月8日 申请日期2012年12月13日 优先权日2012年12月13日
发明者钱守利, 于春美, 周玉锋, 苏雅拉图, 何亚丽, 屈傲蕾 申请人:新地能源工程技术有限公司