一种利用天然气压力能及冷能制取液化天然气的装置的制作方法

本发明涉及余压发电及冷能利用技术领域，具体是指一种利用天然气压力能及冷能制取液化天然气的装置。

背景技术：

国家天然气管网的天然气在管道输送过程中，始终维持着较高的压力，其压力一般在10mpa左右。国家天然气管网的天然气输送至各大城市管网及工业用户，其主要通过各大城市管网的调压站实现降压，一般从10mpa降低至4.0mpa左右，降压后的天然气再通过各大城市管网的城市门站调压至0.4mpa后，输送到终端用户。在天然气调压站的降压过程中，具有巨大的压力能及冷能可以利用，与此同时，降压之后的管道天然气的温度低于-20℃，必须要对天然气进行补热，以保证通过城市门站的调压后的天然温度高于5℃。目前的调压站是通过调压阀门降低天然气的压力，同时，通过燃烧天然气给管道中的天气进行加热，其浪费了大量的压力能、冷能及热能，如果能通过一种方式将该压力能和冷能回收利用，将具有非常大的社会效益及经济效益。

由于天然气的工作压力高，密封性要求严格，禁止泄漏，机体的强度要求高，现有的技术中很难找到一种适用的动力机械进行能量回收。而螺杆膨胀机是一种由高压气体驱动螺杆的阴阳转子旋转的动力机械，其核心部件为一对相互啮合的阴阳转子，其特殊的内部结构，决定了螺杆膨胀机适合于天然气压力能的回收利用，其是一种应用范围非常广泛的专门回收天然气压力能的高新技术。

采用螺杆膨胀机对压力能回收后，天然气的温度也会降低至-20℃以下，膨胀后的低温天然气具有巨大的冷能，如何将该冷能利用，同时，又可以将膨胀后的天然气温度升至5℃以上，是天然气压力能及冷能回收利用中的又一大难点。

技术实现要素：

本发明的目的是克服以上的技术缺陷，提供一种利用天然气压力能及冷能制取液化天然气的装置，解决现有技术存在的天然气调压站调压后的压力能和冷能无法利用，同时又需要浪费大量的天然气进行燃烧补热的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种利用天然气压力能及冷能制取液化天然气的装置，包括天然气过滤器a，所述的天然气过滤器a通过第一管路连接天然气膨胀机，所述的天然气过滤器a通过第二管路连接天然气预处理单元，所述的天然气过滤器a上游管路上设有紧急切断阀，所述的第一管路上依次设有快速开关阀a、调节阀a和截止阀a，所述的第二管路上依次设有快速开关阀b、调节阀b和截止阀b，所述的天然气膨胀机连接一级油分离器a，所述的一级油分离器a通过第三管路连接油-油换热器，所述的第三管路经过油-油换热器连接天然气膨胀机，所述的第三管路上依次设有油粗滤器a、油泵a、油精滤器a，所述的天然气膨胀机连接混合冷剂压缩机，所述的混合冷剂压缩机连接一级油分离器b，所述的一级油分离器b通过第四管路连接油-油换热器，所述的第四管路经过油-油换热器连接混合冷剂压缩机，所述的第四管路上依次设有分管路和油精滤器b，所述的分管路上依次设有油粗滤器b和油泵b，所述的混合冷剂压缩机上游设有过滤器b，所述的天然气预处理单元连接冷箱，所述的冷箱分别连接空气汽化器a和lng装车臂，所述的空气汽化器a通过管道连接bog压缩机，所述的lng装车臂分别连接lng罐车和空气汽化器b，所述的空气汽化器b连接到空气汽化器a和bog压缩机之间的管道上，所述的bog压缩机连接一级油气分离器c，所述的一级油气分离器c通过第五管路连接bog压缩机，所述的第五管路上依次设有油精滤器c、油泵c和油粗滤芯c，所述的一级油气分离器c连接二级油气分离器c并在连接的管道上设有调节阀d和截止阀d，所述的一级油气分离器c连接油-油换热器，所述的一级油分离器a通过第六管路连接气-气换热器，所述的第六管路上依次设有二级油分离器a、调节阀c和截止阀c，所述的第六管路连接到二级油气分离器c的管道上，所述的一级油分离器b通过第七管路连接气-气换热器，所述的第七管路上依次设有二级油分离器b、三级油分离器、活性炭过滤器。

进一步的，所述的调节阀a为气动调节阀或电动调节阀，控制天然气膨胀机和混合冷剂压缩机的转速。

进一步的，所述的天然气膨胀机为单机单级螺杆膨胀机结构、单机双级螺杆膨胀机结构或离心膨胀机结构。

进一步的，所述的油-油换热器为板式换热器或管壳式换热器结构。

进一步的，所述的混合冷剂压缩机为单机单级螺杆压缩机结构、单机双级螺杆压缩机结构或离心压缩机结构。

进一步的，所述的气-气换热器为板式换热器或管壳式换热器结构。

进一步的，所述的天然气膨胀机对来自上游天然气管网的高压天然气进行膨胀做功后，降压后的过冷天然气与润滑油的油气混合物进入一级油分离器a和二级油分离器a进行二级精密油气分离，分离后的天然气的含油率小于0.1mg/m3，分离后的过冷润滑油进入油-油换热器进行换热回热，分离后的过冷天然气进入气-气换热器进行换热回热，减压回热后的天然气直接进入下游天然气管网中，所述的混合冷剂压缩机对于来自系统的混合冷剂进行压缩耗功后，增压后的过热混合冷剂与润滑油的油气混合物进入一级油分离器b、二级油分离器b、三级油分离器和活性炭过滤器进行四级精密油气分离，分离后的混合冷剂的含油率小于0.01mg/m3，分离后的过热润滑油进入油-油换热器进行换热冷却，分离后的过热混合冷剂进入气-气换热器进行换热冷却，增压冷却后的混合冷剂进入冷箱中与来自上游天然气官网的天然气进行换热。

进一步的，所述的冷箱为板翅式或绕管式换热器结构。

进一步的，来自上游天然气管网的高压天然气通过天然气预处理单元去除天然气中的固体颗粒、二氧化碳、硫化氢、水、轻质油等物质后进入冷箱中，与来自于气-气换热器进行换热冷却后的混合冷剂进行换热降温冷却至-160℃以下，净化后的气态天然气cng变为液态天然气lng。

进一步的，所述的bog压缩机为螺杆压缩机或活塞压缩机结构。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明具有压力能回收效率高、冷能利用效率高、整体利用效率高、经济效益好等优点，其可广泛应用于各级天然气的城市门站的调压系统中的压力能及冷能回收利用，具有非常大的社会效益及经济效益。

附图说明

图1是本发明一种利用天然气压力能及冷能制取液化天然气的装置的结构示意图。

如图所示：1、紧急切断阀，2、天然气过滤器a，3、快速开关阀a，4、调节阀a，5、截止阀a，6、天然气膨胀机，7、一级油分离器a，8、二级油分离器a，9、油-油换热器，10、油粗滤器a，11、油泵a，12、油精滤器a，13、过滤器b，14、混合冷剂压缩机，15、一级油分离器b，16、二级油分离器b，17、三级油分离器，18、活性炭过滤器，19、油粗滤器b，20、油泵b，21、油精滤器b，22、气-气换热器，23、调节阀c，24、截止阀c，25、快速开关阀b，26、调节阀b，27、截止阀b，28、天然气预处理单元，29、冷箱，30、空气汽化器a，31、lng装车臂，32、lng罐车，33、空气汽化器b，34、bog压缩机，35、一级油气分离器c，36、二级油分离器c，37、油精滤器c，38、油泵c，39、油粗滤芯c，40、调节阀d，41、截止阀d。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

一种利用天然气压力能及冷能制取液化天然气的装置，包括天然气过滤器a2，所述的天然气过滤器a2通过第一管路连接天然气膨胀机6，所述的天然气过滤器a2通过第二管路连接天然气预处理单元28，所述的天然气过滤器a2上游管路上设有紧急切断阀1，所述的第一管路上依次设有快速开关阀a3、调节阀a4和截止阀a5，所述的第二管路上依次设有快速开关阀b25、调节阀b26和截止阀b27，所述的天然气膨胀机6连接一级油分离器a7，所述的一级油分离器a7通过第三管路连接油-油换热器9，所述的第三管路经过油-油换热器9连接天然气膨胀机6，所述的第三管路上依次设有油粗滤器a10、油泵a11、油精滤器a12，所述的天然气膨胀机6连接混合冷剂压缩机14，所述的混合冷剂压缩机14连接一级油分离器b15，所述的一级油分离器b15通过第四管路连接油-油换热器9，所述的第四管路经过油-油换热器9连接混合冷剂压缩机14，所述的第四管路上依次设有分管路和油精滤器b21，所述的分管路上依次设有油粗滤器b19和油泵b20，所述的混合冷剂压缩机14上游设有过滤器b13，所述的天然气预处理单元28连接冷箱29，所述的冷箱29分别连接空气汽化器a30和lng装车臂31，所述的空气汽化器a30通过管道连接bog压缩机34，所述的lng装车臂31分别连接lng罐车32和空气汽化器b33，所述的空气汽化器b33连接到空气汽化器a30和bog压缩机34之间的管道上，所述的bog压缩机34连接一级油气分离器c35，所述的一级油气分离器c35通过第五管路连接bog压缩机34，所述的第五管路上依次设有油精滤器c37、油泵c38和油粗滤芯c39，所述的一级油气分离器c35连接二级油气分离器c36并在连接的管道上设有调节阀d40和截止阀d41，所述的一级油气分离器c35连接油-油换热器9，所述的一级油分离器a7通过第六管路连接气-气换热器22，所述的第六管路上依次设有二级油分离器a8、调节阀c23和截止阀c24，所述的第六管路连接到二级油气分离器c36的管道上，所述的一级油分离器b15通过第七管路连接气-气换热器22，所述的第七管路上依次设有二级油分离器b16、三级油分离器17、活性炭过滤器18。

所述的调节阀a4为气动调节阀或电动调节阀，控制天然气膨胀机6和混合冷剂压缩机14的转速。

所述的天然气膨胀机6为单机单级螺杆膨胀机结构、单机双级螺杆膨胀机结构或离心膨胀机结构。

所述的油-油换热器9为板式换热器或管壳式换热器结构。

所述的混合冷剂压缩机14为单机单级螺杆压缩机结构、单机双级螺杆压缩机结构或离心压缩机结构。

所述的气-气换热器22为板式换热器或管壳式换热器结构。

所述的天然气膨胀机6对来自上游天然气管网的高压天然气进行膨胀做功后，降压后的过冷天然气与润滑油的油气混合物进入一级油分离器a7和二级油分离器a8进行二级精密油气分离，分离后的天然气的含油率小于0.1mg/m3，分离后的过冷润滑油进入油-油换热器9进行换热回热，分离后的过冷天然气进入气-气换热器22进行换热回热，减压回热后的天然气直接进入下游天然气管网中，所述的混合冷剂压缩机14对于来自系统的混合冷剂进行压缩耗功后，增压后的过热混合冷剂与润滑油的油气混合物进入一级油分离器b15、二级油分离器b16、三级油分离器17和活性炭过滤器18进行四级精密油气分离，分离后的混合冷剂的含油率小于0.01mg/m3，分离后的过热润滑油进入油-油换热器9进行换热冷却，分离后的过热混合冷剂进入气-气换热器22进行换热冷却，增压冷却后的混合冷剂进入冷箱29中与来自上游天然气官网的天然气进行换热。

所述的冷箱29为板翅式或绕管式换热器结构。

来自上游天然气管网的高压天然气通过天然气预处理单元28去除天然气中的固体颗粒、二氧化碳、硫化氢、水、轻质油等物质后进入冷箱29中，与来自于气-气换热器22进行换热冷却后的混合冷剂进行换热降温冷却至-160℃以下，净化后的气态天然气cng变为液态天然气lng。

所述的bog压缩机34为螺杆压缩机或活塞压缩机结构。

本发明在具体实施时，来自上游天然气管网的高压天然气通过紧急切断阀1后进入天然气过滤器2中，对天然气中的固体颗粒及水分进行精密过滤。过滤后的高压天然气通过管路依次通过快速开关阀a3、调节阀a4和截止阀a5进入天然气膨胀机6，快速开关阀a3的结构为气动或电动式，用于紧急打开或关闭天然气通道，起到保护系统的作用；调节阀a4的结构为气动或电动式，通过调节进入天然气膨胀机6的天然气气量调节天然气膨胀机6的转速，从而调节天然气膨胀机6的输出功率。降压后的过冷天然气与润滑油的油气混合物进入一级油分离器a7和二级油分离器a8进行二级精密油气分离，分离后的天然气的含油率小于0.1mg/m3，分离后的过冷润滑油进入油-油换热器9进行换热回热，回热后的润滑油进入油粗过滤器a10中进行粗过滤，粗过滤后的润滑油进入油泵a11中进行增压，增压后的润滑油进入油精过滤器a12中进行精密过滤，精密过滤后的润滑油进入到天然气膨胀机6中进行润滑、冷却及密封；

来自于系统中的混合冷剂通过过滤器b13进行粗过滤，拦截混合冷剂中的固体颗粒，粗过滤后的混合冷剂进入混合冷剂压缩机14中，混合冷剂压缩机14对于来自系统的混合冷剂进行压缩耗功后，增压后的过热混合冷剂与润滑油的油气混合物进入一级油分离器b15、二级油分离器b16、三级油分离器17和活性炭过滤器18进行四级精密油气分离，分离后的混合冷剂的含油率小于0.01mg/m3，分离后的过热润滑油进入油-油换热器9进行换热冷却，冷却后的润滑油进入油粗过滤器a19中进行粗过滤，粗过滤后的润滑油进入油泵a20中进行增压，增压后的润滑油进入油精过滤器a21中进行精密过滤，精密过滤后的润滑油进入到混合冷剂压缩机14中进行润滑、冷却及密封。

分离后的过冷天然气进入气-气换热器22进行换热回热，减压回热后的天然气依次通过调节阀c23和截止阀c24进入下游天然气管网中；分离后的过热混合冷剂进入气-气换热器22进行换热冷却，增压冷却后的混合冷剂进入天然气液化系统中与来自上游天然气官网的天然气进行换热。

来自上游天然气管网的高压天然气通过紧急切断阀1后进入天然气过滤器2中，对天然气中的固体颗粒及水分进行精密过滤，过滤后的高压天然气通过管路依次通过快速开关阀b25、调节阀b26、截止阀b27进入天然气预处理单元28中，快速开关阀b25的结构为气动或电动式，用于紧急打开或关闭天然气通道，起到保护系统的作用；调节阀b26的结构为气动或电动式，用于调节进入冷箱29中的天然气。天然气预处理单元28去除天然气中的固体颗粒、二氧化碳、硫化氢、水、轻质油等物质后进入冷箱29中，与来自于气-气换热器22进行换热冷却后的混合冷剂进行换热降温冷却至-160℃以下，净化后的气态天然气cng变为液态天然气lng。

冷箱29中的小部分吸热气化的低温天然气进入空气汽化器a30中进行回热。冷箱20中液态天然气lng通过lng装车臂31进入lng罐车32中进行储存及运输。lng装车臂31对lng罐车32进行输送及储存中会产生小部分因吸热气化的低温天然气，低温天然气进入空气汽化器b33中进行回热。通过空气汽化器a30和空气汽化器b33中回热的气态低压天然气通过bog压缩机34增压，增压后的天然气进入一级油气分离器c35和二级油分离器c36中进行二级精密油气分离；分离后的过热润滑油进入油-油换热器9进行换热冷却，冷却后的润滑油进入油粗过滤器a37中进行粗过滤，粗过滤后的润滑油进入油泵a38中进行增压，增压后的润滑油进入油精过滤器a39中进行精密过滤，精密过滤后的润滑油进入到混合冷剂压缩机14中进行润滑、冷却及密封。分离后的天然气的含油率小于0.1mg/m3，依次通过调节阀d40和截止阀d41进入下游天然气管网中。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。