一种天然气余压回收系统的制作方法

1.本实用新型涉及天然气输送及余压回收技术领域，尤其涉及一种天然气余压回收系统。


背景技术：

2.天然气燃烧后主要产生水和二氧化碳，对环境比较友好，是一种清洁能源。天然气的运输采用的是管道高压运输，到天然气门站调压后供给下游。针对不同的天然气使用的消费者，需要的降压程度也不一样。直供大用户的天然气门站，设计的压力压降比较大，通常从6.3mpa左右直接降压至用户所需的0.1-0.3mpa左右。大用户的天然气门站的用气量也特别大，能够达到几十万立方米/天的用气量。在天然气调压的过程中，由于压降伴随着温降，若高压天然气的温度在0℃左右，伴随压降到0.1-0.3mpa左右后温度可将至-40℃。大量的大压降天然气损失的压力能特别巨大。现有的一种天然气余压回收装置是利用天然气压降驱动膨胀机发电。
3.在实现本方案的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
4.现有的膨胀机难以将天然气直接降压至天然气门店所需压力，需要进行中转调压。这是由于大压降天然气需要高膨胀比的膨胀机，即使采用高效的透平膨胀机回收，在如此高膨胀比的条件下，对透平膨胀机的各方面性能也提出了相当高的要求，且膨胀比越大，膨胀后的温度越低，也会对门站的其他设备产生一定的影响。
5.基于此，亟待提供一种大压降天然气回收系统，高效、深度地回收天然气压力能。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种能够高效、深度回收天然气压力能的利用装置，解决了现有技术中大压降天然气回收系统需要多级调压、中转调压，天然气压力能的利用效率低的技术问题。
7.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
8.一种天然气余压回收系统，高压天然气先进入第一膨胀机，经所述第一膨胀机膨胀做功后的乏气经冷量利用装置进入第一换热器的冷侧，从所述第一换热器的冷侧流出后进入第二膨胀机的入口，通过所述第二膨胀机的乏气并入低压侧天然气管网；所述第一膨胀机和所述第二膨胀机均与发电机连接；还包括再热循环，所述再热循环的循环工质是中高温热泵工质；所述再热循环包括节流阀、第二换热器、压缩机；工质经所述压缩机压缩后进入所述第一换热器的热侧，然后经所述节流阀进入所述第二换热器的冷侧后回到所述压缩机的入口；所述压缩机通过供电系统供电。
9.进一步地，还包括齿轮箱，所述第一膨胀机的输出轴和与所述齿轮箱的第一输入端连接，所述第二膨胀机的输出轴与所述齿轮箱的第二输入端连接，所述齿轮箱的输出端与所述发电机连接。
10.进一步地，所述供电系统包括风力发电机组、控制器、蓄电池；所述风力发电机组
与所述控制器连接，所述控制器与所述蓄电池连接，所述蓄电池为所述压缩机供电。
11.进一步地，所述供电系统包括太阳能发电机组、控制器、蓄电池；所述太阳能发电机组与所述控制器连接，所述控制器与所述蓄电池连接，所述蓄电池为所述压缩机供电。
12.进一步地，所述控制器包括逆变器。
13.进一步地，所述第一换热器的冷侧的出口与所述第二膨胀机的入口之间的管路上设置有温度监测仪。
14.进一步地，所述压缩机的出口与所述第一换热器的热侧的入口之间的管路上装有保温层。
15.进一步地，所述第二换热器为空温式换热器。
16.进一步地，所述第一膨胀机的入口处设置有压力调节阀。
17.进一步地，所述中高温热泵工质选用r22、r134a、r410a的一种或者多种。
18.有益效果：
19.天然气余压回收系统包括余压回收流路和再热循环。余压回收流路为：长输管道末端的高压天然气进入本系统后先进入第一膨胀机，经第一膨胀机膨胀降压后的乏气天然气温度也随之降低，此时，经第一膨胀机膨胀做功后的乏气进入冷量利用装置，冷量利用装置利用天然气降压后的冷能制冷。从冷量利用装置出来的天然气再进入第一换热器的冷侧，第一换热器热侧的热量由再热循环提供。经第一换热器升温后，从第一换热器冷侧出口流出的天然气温度上升，然后进入第二膨胀机内膨胀做功，第二膨胀机的乏气压力降到了门站的天然气压力标准，能够直接通入下游低压侧的天然气管网。
20.再热循环的循环工质是中高温热泵工质；中高温热泵工质将再热循环的工作温度区域上移，扩大了低位热能资源的回收的范围。再热循环包括节流阀、第二换热器、压缩机。循环工质经压缩机压缩后升温，进入第一换热器的热侧管路，与第一换热器的冷侧的低温天然气换热，提高冷侧的天然气的温度。从第一换热器的热侧管路流出的循环工质温度降低，再进入节流阀，节流后的工质的温度会进一步降低，低温的循环工质随后进入第二换热器的冷侧，通过第二换热器的热侧的升温后，循环工质的温度升高，升高后的循环工质回到压缩机的入口，开始下一次循环。循环工质通过节流阀降温后再经过第二换热器升温，能够提高压缩机的进口温度，进一步提高进入第一换热器热侧的循环工质温度，进而提高了进入第二膨胀机的天然气的温度。
21.本方案的天然气余压回收系统设有再热循环，再热循环能够提高进入第二膨胀机的天然气的温度，进而降低了进入天然气管网低压侧的天然气压力。因此，本方案的天然气余压回收系统通过两台膨胀机就能够实现天然气的大压降，即将高压运输管道内的天然气降到门店所需压力，与此同时，还利用天然气的压降产生电能、通过冷量利用装置还回收了天然气压降过程中的冷能，深度回收了天然气压力能，提高了天然气余压回收系统的效率及经济效益。
附图说明
22.图1是本实用新型的天然气余压回收系统的结构示意图。
23.图中：1-压力调节阀；2-第一膨胀机；3-冷量利用装置；4-第一换热器；5-温度监测仪；6-第二膨胀机；7-齿轮箱；8-发电机；9-风力发电机组；10-太阳能发电机组；11-控制器；
12-蓄电池；13-压缩机；14-节流阀；15-第二换热器。
具体实施方式
24.为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做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。
25.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
26.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
27.实施例一：
28.本实施例提供了一种天然气余压回收系统，高压天然气先进入第一膨胀机2，经第一膨胀机2膨胀做功后的乏气经冷量利用装置3进入第一换热器4的冷侧，从第一换热器4的冷侧流出后进入第二膨胀机6的入口，通过第二膨胀机6的乏气并入低压侧天然气管网；第一膨胀机2和第二膨胀机6均与发电机8连接；还包括再热循环，再热循环的循环工质是中高温热泵工质；再热循环包括节流阀14、第二换热器15、压缩机13；工质经压缩机13压缩后进入第一换热器4的热侧，然后经节流阀14进入第二换热器15的冷侧后回到压缩机13的入口；压缩机13通过供电系统供电。
29.本实施例的天然气余压回收系统包括余压回收流路和再热循环。余压回收流路为：长输管道末端的高压天然气进入本系统后先进入第一膨胀机2，经第一膨胀机2膨胀降压后的乏气天然气温度也随之降低，此时，经第一膨胀机2膨胀做功后的乏气进入冷量利用装置3，冷量利用装置3利用天然气降压后的冷能制冷。从冷量利用装置3出来的天然气再进入第一换热器4的冷侧，第一换热器4热侧的热量由再热循环提供。天然气经第一换热器4升温后，从第一换热器4冷侧出口流出，然后进入第二膨胀机6内膨胀做功，第二膨胀机6的乏气压力降到了门站的天然气压力标准，通入下游低压侧的天然气管网，此时膨胀后的天然气温度在安全范围内。
30.上述的再热循环的循环工质是中高温热泵工质；中高温热泵工质将再热循环的工作温度区域上移，扩大了低位热能资源的回收的范围。再热循环包括节流阀14、第二换热器15、压缩机13。工质经压缩机13压缩后升温，进入第一换热器4的热侧管路，与第一换热器4的冷侧的低温天然气换热，提高冷侧的天然气的温度。与此同时，从第一换热器4的热侧流
出的工质温度降低，再进入节流阀14，节流后的工质的温度会进一步降低，温度降低的循环工质随后进入第二换热器15的冷侧，在第二换热器15的作用下吸收环境的低位热量后回到压缩机13的入口端，开始下一次循环。循环工质通过节流阀14降温后再经过第二换热器15升温，能够提高压缩机13的进口温度，进一步提高进入第一换热器4热侧的循环工质温度，进而提高了进入第二膨胀机6的天然气的温度。
31.本方案的天然气余压回收系统设有再热循环，再热循环能够提高进入第二膨胀机的天然气的温度，进而降低了进入天然气管网低压侧的天然气压力。因此，本方案的天然气余压回收系统通过两台膨胀机就能够实现天然气的大压降，即将高压运输管道内的天然气降到门店所需压力，与此同时，还利用天然气的压降产生电能、通过冷量利用装置还回收了天然气压降过程中的冷能，深度回收了天然气压力能，提高了天然气余压回收系统的效率及经济效益。
32.需要说明的是，第一换热器和第二换热器均可使用现有技术中的换热器，本领域技术人员都知道换热器包括至少一路热流体和至少一路冷流体，热流体和冷流体在换热器内换热，上述热流体所在的管路为换热器的热侧，上述冷流体所在的管路为换热器的冷侧。
33.进一步地，第二换热器15的热侧流体使用空气，例如具有低位热量的废气，进一步地，再热循环中的第二换热器15为空温式换热器。
34.进一步地，所述中高温热泵工质选用r22、r134a、r410a的一种或者多种。优选地，中高温热泵工质采用沸点零下40度以下，临界温度70度以上的热泵工质。优选地，使用r410a，其沸点零下40度以下，临界温度70度以上，还具有较稳定不可燃、无毒性的优点。此外，采用上述循环工质，即使在零下15度左右都能够确保空温式再热器从空气中的吸收更多的换热量。而临界温度70度以上的中高温型热泵工质就能够实现经过第一膨胀机2后的低温天然气的再热需求。
35.进一步地，冷量利用装置3为制冰机，以利用天然气冷能制冰。
36.进一步地，还包括齿轮箱7，第一膨胀机2的输出轴和与齿轮箱7的第一输入端连接，第二膨胀机6的输出轴与齿轮箱7的第二输入端连接，齿轮箱7的输出端与发电动机8连接。齿轮箱7能用于将第一膨胀机2和第二膨胀机6的输出轴连接到一台发电机上，还能用于调节第一膨胀机2和第二膨胀机6的转速及扭矩。
37.进一步地，所述供电系统包括风力发电机组9、控制器11、蓄电池12；风力发电机组9与控制器11连接，控制器11与蓄电池12连接，蓄电池12为压缩机13供电。进一步地，所述控制器包括逆变器。
38.进一步地，所述供电系统包括太阳能发电机组10、控制器11、蓄电池12；太阳能发电机组10与控制器11连接，控制器11与蓄电池12连接，蓄电池12为压缩机13供电。进一步地，所述控制器包括逆变器。
39.进一步地，供电系统即包括风力发电机组9，还包括太阳能发电机组10，控制器11包括逆变器，逆变器包括至少两个输入端和至少一个输出端，风力发电机组9和太阳能发电机组10分别连接在逆变器的两个输入端，逆变器的输出端与蓄电池12连接，蓄电池12为压缩机13供电。
40.进一步地，第一换热器4的冷侧出口与第二膨胀机6的入口之间的管路上设置有温度监测仪5，用于检测第二膨胀机入口温度，尤其是避免温度过低对设备造成损坏，也用于
检测整个天然气余压回收系统的运行温度。
41.进一步地，第一膨胀机2的入口处设置有压力调节阀1，用于调整进入第一膨胀机2的天然气压力。此外，压力调节阀1结合温度监测仪5，能够调整天然气余压回收系统工作在最佳状态。
42.进一步地，再热循环中的压缩机13的出口与第一换热器4的热侧入口之间的管路上装有保温层，以减低压缩机出口侧的高温工质的热量损失。
43.实施例二：
44.本实施例提供了一种天然气调压设备，包括实施例一的天然气余压回收系统，本实施例的天然气调压设备通过两台膨胀机就能够实现天然气的大压降，并且在天然气降压的过程中产生电能，此外，通过冷量利用装置还回收了天然气压降过程中的冷能，提高了天然气调压设备的经济效益。
45.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。