一种应用于天然气压力能发电过程的温压平衡装置的制作方法

本发明涉及天然气压力能利用技术领域，特别涉及一种应用于天然气压力能发电过程的温压平衡装置。

背景技术：

近年来由于工业、民用以及环保要求，我国天然气管道建设进入飞速发展时期，预计到2020年，将新建天然气管道20000km以上，年输送量将达4200×108Nm³以上。天然气在由高压管道输送到用户使用的过程中，蕴含着巨大的压力能资源可供开发利用。

天然气运输过程中蕴含的压力能常用于发电，但在力能发电项目中主要存在着压缩机出口流体低温以及透平膨胀机出口带有脉动冲击性的问题。低温可能会改变设备的物理特性（例如，硬化或脆化等），导致其工作性能受到暂时性或者永久性的损坏；而脉动冲击性出口不仅不符合燃气进入城市管网要求，而且可能使后续设备仪器等发生振动产生剪切破坏与磨损，这两个问题都会对后续的设备以及管道阀门造成不可逆转的破坏，对压力能利用项目的运行和维护带来一定难度。中国发明专利申请CN104806882A公开了一种应用于天然气膨胀发电过程中的温度压力平衡器，具有缓冲气体和回温去除流体中水合物杂质的作用，且安装方便，容易维护。但该装置实际应用中天然气与空气对流传热效果不佳，升温作用不大，无法达到下游管道的温度要求。中国发明专利申请CN105627018A提供了一种应对管道压力突变的流体阻尼装置，用于调节上游管道压力变化对下游设备的影响，维持下游设备的正常运行。该装置制作简单，操作弹性大，但该装置实际运行中容易出现小球在箱体中进行不受控制的无规则运动的情况，使得该装置无法发挥其正常作用，装置稳定性较差，受到一定的限制。

因而现有技术还有待改进和提高。

技术实现要素：

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是要一种应用于天然气压力能发电过程的温压平衡装置。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种应用于天然气压力能发电过程的温压平衡装置，其包括主罐体；所述主罐体内设置有轴杆以及悬浮球；所述轴杆沿所述主罐体的周向延伸，所述悬浮球套设于所述轴杆上且可沿所述轴杆延伸方向滑动，以通过所述悬浮球调节流入低压管网的天然气的压力；所述主罐体的内壁沿周向间隔分布有若干空心槽管，所述空心槽管内填充有相变储能材料，通过所述相变储能材料调节流经主罐体的天然气的温度。

所述应用于天然气压力能发电过程的温压平衡装置，其中，所述主罐体的形状为由卵形曲线绕轴线旋转一周而成的回转体，所述卵形曲线包括第一圆弧和第二圆弧，并且所述第二圆弧直径为第一圆弧直径的2-4倍。

所述应用于天然气压力能发电过程的温压平衡装置，其中，所述空心管槽的弧度与主罐体内壁的弧度一致。

所述应用于天然气压力能发电过程的温压平衡装置，其中，所述主罐体两端同轴的设置有出气管和进气管，所述主罐体两端同轴的设置有出气管、进气管以及前、后固定装置；所述轴杆两端分别与前、后固定装置相连接，通过前、后固定装置固定于主罐体内。

所述应用于天然气压力能发电过程的温压平衡装置，其中，所述前固定装置上设置有阻隔网，通过所述阻隔网防止天然气携带杂质进入主罐体内。

所述应用于天然气压力能发电过程的温压平衡装置，其中，所述轴杆位于所述主罐体的轴线上，并且所述轴杆的直径分别小于进气管的管径和出气管的管径。

所述应用于天然气压力能发电过程的温压平衡装置，其中，所述轴杆的外表面覆盖有石墨润滑层。

所述应用于天然气压力能发电过程的温压平衡装置，其中，所述悬浮球的直径分别大于进气管的管径和出气管的管径。

所述应用于天然气压力能发电过程的温压平衡装置，其中，所述主罐体上设置有观察视窗，所述观察视窗采用无碱铝硅酸盐玻璃。

所述应用于天然气压力能发电过程的温压平衡装置，其中，所述相变储能材料包括十六烷和正十四碳烷，两者体积比为2:3。

有益效果：与现有技术相比，本发明提供了一种应用于天然气压力能发电过程的温压平衡装置，其包主罐体，并在所述主罐体周向间隔设置若干填充有相变储能材料，通过所述相变储能材料来吸收低温天然气中的冷能，使天然气主罐体的出气管处的温度符合进入下游管网的温度要求，防止对后续管道的阀门以及设备造成不可逆转的影响。同时，所述主罐体内固定在罐体内部套设有悬浮球的轴杆，通过悬浮球根据受力情况沿轴杆延伸方向前后移动来改变主罐体的流通面积，进而改变流经主罐体的流体的阻力系数，实现了对流体突变压力的调节。此外，所述温压平衡装置结构简单，体积小，有利于橇装化设计，并可根据实际工况要求设计装置大小，有效针对各工况进行相应尺寸的调节处理；体积较小有利于进行结构紧凑的橇装化设计，节约空间，大大减少占地，且拆迁方便，便于流动，在使用上更加灵活。

附图说明

图1为本发明提供的应用于天然气压力能发电过程的温压平衡装置的结构示意图。

图2为本发明提供的应用于天然气压力能发电过程的温压平衡装置的剖视图。

图3为本发明提供的应用于天然气压力能发电过程的温压平衡装置中，后固定装置与出气管位置关系示意图。

图4为本发明提供的应用于天然气压力能发电过程的温压平衡装置中，前固定装置配置阻隔网的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种应用于天然气压力能发电过程的温压平衡装置，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图，通过对实施例的描述，对发明内容作进一步说明。

如图1和图2所示，所述温压平衡装置包括主罐体3、轴杆10、悬浮球9以及若干空心槽管4。所述主罐体3内具有流通通道，所述轴杆10设置于所述流通通道内，并延伸所述流通通道的延伸方向延伸。所述若干空心槽管10沿周向间隔设置于所述主罐体3的内壁上，并且所述空心槽管4沿所述流通通道的延伸方向延伸。所述悬浮球9套设于所述轴杆10上，并且可沿所述轴杆10延伸方向滑动，以调节所述主罐体3的流通通道的流通面积。所述空心槽管4内填充有相变储能材料5，在天然气流过所述主罐体3的流通通道时，低温天然气与所述相变储能材料5进行热交换，以调节所述低温天然气的温度。本实施例通过在主罐体3内设置悬浮球9以及在空心槽管4内填充相变储能材料5，通过两者对流经主罐体的天然气的温度以及压力进行调节，同时解决了压缩机出口天然气温度低以及透平膨胀机出口带有脉动冲击性的问题。

所述主罐体3的形状为由卵形曲线绕轴线旋转一周而成的回转体，并且所述卵形曲线包括第一圆弧和第二圆弧，所述第二圆弧直径为第一圆弧的2-4倍。由于所述卵形曲线的形状与长度将影响流体流通阻的局部阻力系数，从而可以根据管道实际工况设计卵形曲线的规格，进而根据所述卵形曲线的规格而确定所述主罐体的规格。在实施例中，所述主罐体的所述罐体最大直径为天然气管道管径的5-8倍。

如图1所示，所述主罐体3两端设置有出气管11和进气管1，所述出气管11与所述进气管1同轴设置，并且所述出气管11与所述进气管1的轴线均与主罐体3的轴线重合。所述主罐体3与进气管1连接处设置有前固定装置8，所述主罐体3与出气管11端连接处设置有后固定装置6。所述轴杆10两端分别与前固定装置8和后固定装置6相连接，并通过所述前固定装置8和后固定装置6固定于所述主罐体3内，并且所述轴杆10的中心线与所述主罐体3的轴线重合。在本实施例中，所述进气管1位于第二圆弧侧，所述出气管1位于第一圆弧侧。

如图3所示，所述前固定装置8和后固定装置6结构相同，所述前固定装置8为由若干固定杆沿圆周方向等距离设置，并且所述若干固定的一端相互连接，另一端均与主罐体相连接。此外，如图4所示，所述前固定装置6还设置有一阻隔网12，通过所述阻隔网12粉碎或者拦截天然气水合物冰晶等其他杂质，以防止天然气内携带的杂质进入主罐体3，防止杂质堵塞出气管11或者下游管道。在本实施例中，所述阻隔网12优选为不锈钢丝网，所述不锈钢钢丝网的孔径优先为1mm。

所述进气管1与上游管道相连通，所述出气管11与下游管道相连通。在使用时可以根据实际工况的情况选择进气管1和出气管11与上游管道、下游管道的连接方式，例如，当天燃气管道管径较小、压力较低时，可以采用螺纹连接；当天燃气管道管径较大、压力较高时，可以法兰连接。此外，在与上、下游管道连接处可各设置一具备密封作用的密封圈和第二密封圈，以防止阻尼装置漏气。在本实施例中，所述进气管1前端的上游管道上可以设置有一排污阀7，所述排污阀7与所述前固定装置8的距离可以为5-10mm，通过所述排污阀7可定时排除进气管前端的的污染物，保证上游管道与进气管连通的顺畅性，避免由阻隔网阻隔的污染物堵塞进气管。

进一步，所述主罐体3的顶部曲面设置有观察视窗2,2并且所述观察视窗靠近进气管端。所述观察视窗2采用无碱铝硅酸盐玻璃，其位置可大体观察阻尼装置内悬浮球9的运动情况，进而快速判断上游气体的压力变化情况。

所述轴杆10采用正方体结构，其外表面光滑，流体与轴杆10几乎没有摩擦力的作用，即无压力损失。所述轴杆10的横截面分别可以嵌于所述进气管1和出气管11的横截面内，这样可以上游管道的天然气可以通过进气管1流入主罐体3，并通过出气管11流出主罐体3。在本实施例中，所述轴杆10的横截面的中心、进气管1的横截面中心以及出气管11的横截面的中心在同一直线上，所述直线与主罐体3的轴线重合，这样可以使得轴杆同一位置周围的流体流通面积相同。另外，所述进气管1的横截面和出气管11的横截面形状以及大小均相同，当轴杆10的横截面与进气管1的横截面重叠时，所述轴杆10的横截面内嵌于所述进气管1的横截面内，并且与进气管1的横截面没有交点。此外，所述轴杆10还可以采用其他形状，例如，圆形等。

所述悬浮球9可以为空心的塑料球，所述悬浮球9的直径为天然气管道（如，上游管道）管径的2～3倍，其表面光滑，所以流体与悬浮球9几乎没有摩擦力的作用，即无压力损失。所述悬浮球9沿轴杆10的延伸方向的运动将决定气体通过主罐体3的流通截面大小，当上游流体稳定流动时，悬浮球9受力平衡静止于主罐体3的中部，当上游流体压力增大时，在流体压力作用下，悬浮球9向出气管11方向运动，根据罐体形状流体流通面积减少，通过增大阻力系数增加压降；当上游流体压力减小时，悬浮球9向进气管1方向运动，流体流通面积增大，阻力系数减小压降减少，起到调节下游压力的效果。

进一步，为了减小悬浮球9与轴杆10之间的摩擦，所述轴杆10的外表面设置有润滑层，所述润滑层采用石墨作为润滑剂，以减小轴杆的摩擦系数，进而在悬浮球沿轴杆运动时，所述悬浮球与轴杆之间的摩擦可以忽略不计。此外，优选地，所述轴杆的轴线为所述悬浮球的一直径。

所述若干空心槽管4中任意相邻两个空心槽管4之间的间隔相等，并且若干空心槽管4的结构均相同。所述空心槽管4为卵形曲线型空心管。所述空心槽管4的卵形曲线形状与形成所述主罐体3的卵形曲线的形状相同，以使得所述空心槽管4的弧度与所述主罐体3内壁的弧度一致。这样可以保证空心槽管4与所述主罐体3内壁的贴合度，避免在空心槽管4与主罐体3之间相处间隙而影响所述温压平衡装置的局部阻力系数的问题。在实际应用中，所述槽管的高度为天然气管道管径的1/5-1/3。

所述相变储能材料5为体积比为2:3的十六烷和正十四碳烷的混合物，当天然气进入主罐体3后，低温天然气与空心槽管4相接触，并与填充于空心槽管4内的相变储能材料5进行热交互，空心槽管4内的相变储能材料5吸收低温天然气的冷能降温到凝固点，以发生相变放出大量的热以为低温天然气提供热源；低温天然气吸收相变储能材料放出的热量温温度上升，吸热后的天然气通过出气管11流出罐体进入下游管网。此外，由于温压平衡装置应用于为间歇性工作的系统中，当系统工作时，相变储能材料与天然气热交换而降温；当系统休息时，相变储能材料通过管壁与空气换热，达到升温的效果。

进一步，这里以某调压站为例，支路中45Nm³/h、0.7MPa天然气经过膨胀机膨胀发电后压力降为0.4MPa，温度降为-6度为例说明本发明提供的温压平衡装置的工作过程具体可以为：

所述调压站与所述温压平衡装置连接的上游管道的天然气通过进气管1流经阻隔网12过滤其携带的污染物后进入主罐体3；当过滤后的天然气充满主罐体3后与空心槽管4相接触，空心槽管4内的相变储能材料5与空心槽管4周围的天然气进入热交换，所述变相储能材料5降温到凝固点时发生相变放出大量的热量，所述天然气吸收相变储能材料5放出的热量而升温，升温后的天然气通过出气管11流出主罐体3以进入下游管网。同时，当上游流体稳定流动时，悬浮球9受力平衡静止于主罐体3的中部，当上游流体压力增大时，在流体压力作用下，悬浮球9向出气管11方向运动，根据罐体形状流体流通面积减少，通过增大阻力系数增加压降；当上游流体压力减小时，悬浮球9向进气管1方向运动，流体流通面积增大，阻力系数减小压降减少，调节下游管道的压力。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。