专利名称：一种基于天然气高压管网压力能利用的调峰方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明属于油气储存与运输工程技术领域，具体涉及天然气高压管网压力能的利用的储气调峰方法和装置。
背景技术：
近年来，随着我国天然气开发力度加大，用户需求不断增长，我国天然气管道建设得到了迅猛发展。以西气东输二线的启动为标志，我国天然气管网正式进入快速发展阶段。高压输气可以减小管道管径，节省管材和施工费用，故当前世界上天然气的长输管道普遍采用高压输送。高压天然气管网蕴含着大量的压力能，高压天然气在各地的门站或调压站要进行调压。传统调压过程中，高压天然气经节流阀绝热膨胀，压力降低，同时产生少量的冷能。在这个调压过程中 ，大量的机械能转化为冷能。而这部分冷能却被白白浪费了，还有可能为管道及调压设备的运行带来危险。因此，回收这部分压力能，不仅可以高压管网运行的经济性，还可以消除对下游管道造成的冷破坏。同时，把高压天然气膨胀所产生的冷能用于发电，提高了能源利用率。本世纪初以来，对于天然气压力能利用的研究主要是借助火用的分析对方案作出一定的验证，火用分析法为高压天然气压力能利用的深入研究打下了良好的研究基础，也为热力学完善性提供了系统的评价判据。火用代表了热力系统做功能力，火用效率则是描述系统热力过程完善程度的最佳指标，同时也自然成为了分析和判定系统运行是否合理的关键性参数。城市天然气输配系统中，各类燃气用户的需求量不断变化，供气呈不稳定工况。因此，为保证供气的连续性和供气与用气间的平衡，利用天然气高压输送的特点，将压力能回收与管道调峰结合，以解决的城市储气调峰问题，保证燃气的安全、平稳、可持续地输送到用户。
发明内容
本发明的目的是一种基于天然气高压管网压力能利用的调峰装置。通过利用高压管网压力能和管道调峰的联合应用，既实现了管网、电网安全储存与调峰，又能带动冷能使用行业的发展，提高能源利用率，实现经济效益最大化。本发明技术方案如下:其特征在于:天然气从高压天然气输气管道进入常规天然气门站，初始压力6 lOMPa，经过三向阀，高压天然气分为a，b两股。满足城市管网瞬时需求量的a股天然气经过膨胀制冷设备膨胀制冷，压力降至0.5 1.6MPa，温度降为-110 -49°C。此过程产生大量的冷能，低温天然气与冷媒在换热器进行冷量交换，温度提高到5°C，进入城市管网；冷媒温度降为-30 0°C，存于低温冷媒储罐中。用气低谷时，瞬时需求过剩的b股天然气存于高压储气罐中；用气高峰时，对存于高压储气罐中高压天然气进行如上操作，达到削峰填谷的作用，解决高峰用气问题。低温冷媒储罐中存储的冷量随冷媒送入空调机组与环境换热，换热升温后的冷媒返回常温冷媒储罐，冷媒循环使用。不仅减少了城市电网的电能消耗，解决了高压天然气管网压力能的利用，还实现了城市管网、电网的调峰功能。上述系统合理、高效利用压力能调峰的装置，可以有效的回收高压管网压力能并用于发电，不但可以避免天然气管线压力能的浪费，还解决了调峰问题，在很大程度上提高了能源的综合利用率，在当前能源形势日趋紧张和提倡节约型社会的今天有一定的先进性。发明的优点本发明流程简单、设备少、调节灵活、工作可靠、易起动、操作及维护方便、运行费用低。充分利用天然气在高压输气管道的压力能，还可解决城市燃气的日、小时调峰问题。
图1为本发明基于天然气高压管网压力能利用的调峰装置和工艺流程示意具体实施例方式下面结合附图及实施方式对本发明专利作进一步详细的说明:本发明专利具体涉及一种基于天然气高压管网压力能利用的调峰装置，天然气从高压天然气输气管道进入常规天然气门站，初始压力6 lOMPa，经过三向阀，高压天然气分为a，b两股。满足城市管网瞬时需求量的a股天然气经过膨胀制冷设备膨胀制冷，压力降至0.5 1.6MPa，温度降为-110 -49°C。此过程产生大量的冷能，低温天然气与冷媒在换热器进行冷量交换，温度提高到5°C，进入城市管网；冷媒温度降为-30 0°C，存于低温冷媒储中。用气低谷时，瞬时需求过剩的b股天然气存于高压储气罐中；用气高峰时，对存于高压储气罐中高压天然气进行如 上操作，达到削峰填谷的作用，解决高峰用气问题。低温冷媒储罐中存储的冷量随冷媒送入空调机组与环境换热，换热升温后的冷媒返回常温冷媒储罐，冷媒循环使用。不仅减少了城市电网的电能消耗，解决了高压天然气管网压力能的利用，还实现了城市管网、电网的调峰功能。详细方案如下，所采用的装置包括:天然气门站(1)，三向阀(2)，膨胀制冷设备(3)、(7)，换热器(4)、(8)，高压储气罐(5)、离心泵(6)、
(10),( 13)，低温冷媒储罐(9)，空调机组(11 )，常温冷媒储罐(12);天然气从高压天然气输气管道进入常规天然气门站(I )，初始压力6 lOMPa，经过三向阀(2)，高压天然气分为a，b两股。满足城市管网瞬时需求量的a股天然气经过膨胀制冷设备(3)膨胀制冷，压力降至
0.5 1.6MPa，温度降为-110 -49°C。此过程产生大量的冷能，低温天然气与冷媒在换热器(4)进行冷量交换，温度提高到5°C，进入城市管网；冷媒温度降为-30 0°C，存于低温冷媒储罐(9)中。用气低谷时，瞬时需求过剩的b股天然气存于高压储气罐(5)中；用气高峰时，通过离心泵(6)，对存于高压储气罐(5)中的高压天然气进行如上操作，解决高峰用气问题。利用换热器(8)进行冷量交换的低温冷媒存储在低温冷媒储罐(9)中，冷量随冷媒利用离心泵(10)送入空调机组(11)与环境换热，换热升温后的冷媒返回常温冷媒储罐(12)，通过离心泵(13)冷媒循环使用。
气体在压缩过程中压缩机耗功全部转变为了气体的焓增和压缩机汽缸的对外散热损失，这是形成天然气长输管线压力能的内因。因此，如附图1所示的装置以火用平衡法为工具，从热力学第一、第二定律出发，即从能量的数量和质量相结合的角度出发，揭示系统热力过程中人用的转换、传递、利用和损失情况。高压天然气在膨胀机中的膨胀做功过程可近似为比热容为定值的多变过程，从而用火用损失来分析天然气压力能转换效率。火用损失:
权利要求
1.一种基于天然气高压管网压力能利用的调峰方法，方法中采用的装置包括:天然气门站(1)，三向阀(2)，膨胀制冷设备(3)、(7)，换热器(4)、(8)，高压储气罐(5)、离心泵(6)、(10)、(13)，低温冷媒储罐(9)，空调机组(11)，常温冷媒储罐(12);其特征在于:天然气从高压天然气输气管道进入常规天然气门站(I )，初始压力6 lOMPa，经过三向阀(2)，高压天然气分为a，b两股，满足城市管网瞬时需求量的a股天然气经过膨胀制冷设备(3)膨胀制冷，压力降至0.5 1.6MPa，温度降为-110 -49°C，此过程产生大量的冷能，低温天然气与冷媒在换热器(4)进行冷量交换，温度提高到5°C，进入城市管网；冷媒温度降为-30 OV，存于低温冷媒储罐(9)中，用气低谷时，瞬时需求过剩的b股天然气存于高压储气罐(5)中；用气高峰时，通过离心泵(6)，对存于高压储气罐(5)中的高压天然气进行如上操作，解决高峰用气问题，利用换热器(8)进行冷量交换的低温冷媒存储在低温冷媒储罐(9)中，冷量随冷媒利用离心泵(10)送入空调机组(11)与环境换热，换热升温后的冷媒返回常温冷媒储罐(12)，通过离心泵(13)冷媒循环使用。
2.如权利要求1所述的一种基于天然气高压管网压力能利用的调峰装置与方法，其特征在于，利用膨胀制冷设 备(3)、(7)充分回收管网压力能，提高了能源利用率，减少高压天然气降压对设备造成的冷破坏。
3.如权利要求1所述的一种基于天然气高压管网压力能利用的调峰装置与方法，其特征在于，用气低谷时，将高压天然气储存在高压储气罐(5)内；用气高峰时，将储存的天然气膨胀输出，达到削峰填谷的作用，并将冷量用于空调机组(11)，减少了城市电网的电能消耗，解决了高压天然气管网压力能的利用，实现了城市管网、电网的调峰功能。
4.如权利要求1所述的一种基于天然气高压管网压力能利用的调峰装置与方法，其特征在于，利用火用分析法，结合热力学第一定律和第二定律，即从能量的数量和质量相结合的角度出发，揭示装置在能量中的人用的转换、传递、利用和损失的情况，保证了装置运行的可行性。
5.如权利要求1所述的一种基于天然气高压管网压力能利用的调峰装置与方法，其特征在于，所述的冷媒循环发电系统中所使用的冷媒为丙烷。
6.如权利要求1所述的一种基于天然气高压管网压力能利用的调峰装置与方法，其特征在于，高压储气罐(5)内的气压为6 lOMPa。
全文摘要
随着天然气技术的不断发展，天然气管网输送的压力越来越高。高压天然气管网节流调压过程中会产生大量的压力能，而绝大部分的压力能不仅被浪费了，还会对下游管道设备造成一定的冷破坏。为此，以利用高压天然气压力能为出发点，结合天然气储存特性，将压力能用于发电，并开发了一种基于天然气高压管网压力能利用的调峰装置，有效地提高能源利用率，实现了管网运行的经济性，解决城市管网、电网的调峰问题。
文档编号F25B9/00GK103234120SQ20131014583
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月24日 优先权日2013年4月24日
发明者潘振, 陈保东, 黄腾龙, 韦丽娃, 商丽艳, 金春旭 申请人:辽宁石油化工大学