一種天然氣管網余壓綜合發電系統技術方案

本發明專利技術提供一種天然氣管網余壓綜合發電系統，其連接至天然氣管道，并與原有天然氣調壓裝置大體并聯布置，包括：天然氣余壓發電子系統、天然氣余冷發電子系統、潤滑油子系統和監測調控子系統。天然氣余壓發電子系統利用高壓天然氣降壓所產生的壓力能進行發電，天然氣余冷發電子系統以經過天然氣余壓發電子系統降壓之后的低溫天然氣為冷源，以常溫空氣為熱源進行發電，潤滑油子系統提供潤滑作用，由監測調控子系統對運行狀態進行監測調整。根據本發明專利技術的天然氣管網余壓綜合發電系統，可對天然氣管網中的壓力能充分利用，提高能量利用率。天然氣與潤滑油不接觸，減少了潤滑油對天然氣的污染。且整個裝置組裝成機撬，方便運輸和安裝。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術總地涉及天然氣管網余壓回收發電領域，更具體地涉及一種基于無油雙螺桿膨脹機的天然氣管網余壓綜合發電系統。
技術介紹
天然氣作為一種清潔、高效的化石能源，其開發利用越來越受到世界各國的重視。目前，天然氣的長途運輸主要是通過管網系統進行的，當前世界上長途管道的運輸均采用高壓輸氣，輸送壓力一般在10MPa以上，上游天然氣通過高壓管網送至各城市或大型用戶，通過各地天然氣調壓站降壓至0.4MPa左右送至用戶使用，在這過程中大部分的壓力能被浪費掉。隨著經濟和技術的發展，逐漸出現了一些對天然氣管網中余壓的回收利用技術，主要分為制冷利用和發電利用。其中，制冷利用主要是制冰與生活制冷等；壓力能發電工藝要求天然氣的流量和壓力相對穩定，但是天然氣的使用存在嚴重的不均勻性，所以無法滿足發電設備的穩定運行，并且天然氣調壓站的布局較為分散，而小型電力系統不具備上網的條件，不利于建設大型電力回收系統，只能在門站內自用，多余的電量不能儲存造成浪費。授權公告號為CN105201558A的專利技術專利公開了一種基于單螺桿膨脹機的天然氣輸送管線余壓發電系統，該專利技術主要是利用單螺桿膨脹機將天然氣輸送管線的壓力能進行發電，膨脹后的低壓天然氣進入油氣分離器將天然氣和潤滑油分離，分離后的天然氣經空氣加熱器進入原有天然氣輸送管線送至下游用戶，分離后潤滑油通過潤滑油泵將潤滑油加壓后再次泵入單螺桿膨脹機需要潤滑的位置，同時通過空氣加熱器將低溫天然氣回升至下游用戶需要的溫度。該專利技術提出的工藝僅僅是利用了部分的天然氣余壓，還有大量的冷能被浪費掉，發電效率較低，而且潤滑油與天然氣相接觸，造成了天然氣的污染。授權公告號為CN103334891A的專利技術專利公開了一種天然氣調壓式發電裝置，該專利技術采用渦輪裝置回收天然氣壓力能發電。該專利技術提出的工藝，既沒有考慮冷能的回收利用，也沒有解決天然氣直接膨脹后釋放大量冷能引起的設備堵塞和腐蝕等問題。另外，授權公告號為CN203430574U的技術專利公開了一種利用小型天然氣管網壓力能發電的裝置，該技術提出采用小型氣體膨脹機回收天然氣壓力能發電，實現小功率發電自用功能。膨脹后的天然氣通過壓力溫度平衡器穩定天然氣壓力和對天然氣回溫。該技術盡管合理利用了天然氣壓力能實現發電自用，但由于發電功率較小，僅在1～5kW，不適合流量較大的天然氣調壓場所。同時，該技術同樣存在天然氣冷能無法回收的問題，且膨脹后的天然氣通過壓力溫度平衡器調節后，天然氣回溫幅度有限，膨脹釋放的冷能仍舊會引起設備堵塞和腐蝕問題。同樣地，授權公告號為CN104088605A的專利技術專利公開了一種基于壓力能發電和熱泵加熱的天然氣井口加熱節流系統，該專利技術采用膨脹機發電機組替代傳統的節流調壓裝置，利用膨脹發電機把氣井采出的天然氣中的壓力能轉換為電能，膨脹后的低溫天然氣加熱首先通過空氣預熱器利用環境熱量使天然氣溫度部分恢復，再通過膨脹發電機組生產的電能驅動熱泵系統，通過再熱器將熱泵的熱量用來加熱經空氣預熱器后的天然氣，使得膨脹降壓后的天然氣加熱到外送集輸管道所需的溫度。該專利技術提出的工藝盡管節省了天然氣加熱的能源，并通過熱泵裝置實現膨脹后天然氣的補熱回溫，但是仍舊沒有考慮冷能的回收利用。授權公告號為CN105041395A的專利技術專利公開了一種通過載冷劑子系統把壓力能發電子系統和制冷補熱子系統整合在一起，以實現壓力能回收綜合利用，利用分級補熱方式，提高天然氣膨脹發電量的同時，回收天然氣冷能用于生產商品冰或者提供冷需求。該專利技術提出的工藝，雖然考慮了膨脹后釋放大量冷能引起的設備堵塞和腐蝕問題，但是采用分級補熱的方式進行的，增加了工藝的復雜性，而且浪費了部分的冷能。為了綜合利用天然氣壓力能，授權公告號為CN203847188U的技術專利公開了一種天然氣調壓站余能綜合利用系統，該技術采用膨脹發電機組回收天然氣中的壓力能，并通過低溫發電機組利用低溫天然氣冷能發電并回收部分冷能。同時，通過換熱器進一步回收低溫發電機組利用后的冷能，回收的冷量供冷用戶或者直接向環境排放。與上述專利技術專利相比，有效利用了天然氣的冷能，但由于天然氣未經預處理，在常溫下采用膨脹發電機組直接膨脹將導致設備堵塞、腐蝕和磨蝕現象的發生，并且低溫發電機組的發電效率基本在10％左右，投資成本大，冷能利用率低。以上這些專利的
技術實現思路
，均不夠完善，存在以下技術問題：1)潤滑油與天然氣相接觸，容易造成天然氣的污染；2)常溫的天然氣經過膨脹，會析出少量的冰塊，對于透平膨脹機等，會嚴重影響其安全運行；3)在利用天然氣管網中余壓時，經膨脹機膨脹后的天然氣含有大量的冷能，但是絕大部分都直接與空氣進行換熱，這部分冷能被浪費掉；4)對于大部分的天然氣管道，流量不均勻，容易造成膨脹機進氣管道壓力的不穩定，導致發電的壓力和頻率不穩定，嚴重影響并網；5)大部分的發電裝置都需要人工進行操作以及安裝施工等，增加了運行的風險。因此，需要一種天然氣管網余壓綜合發電系統，以至少部分地解決上述問題。
技術實現思路
為至少部分地解決上述問題，本專利技術提供一種天然氣管網余壓綜合發電系統，其特征在于，所述天然氣管網余壓綜合發電系統連接至天然氣管道，并與原有天然氣調壓裝置大體并聯布置，包括：天然氣余壓發電子系統，所述天然氣余壓發電子系統利用高壓天然氣降壓所產生的壓力能進行發電；天然氣余冷發電子系統，所述天然氣余冷發電子系統以經過所述天然氣余壓發電子系統降壓之后的低溫天然氣為冷源，以常溫空氣為熱源進行發電；潤滑油子系統，所述潤滑油子系統與所述天然氣余壓發電子系統和所述天然氣余冷發電子系統分別連接以提供潤滑作用；以及監測調控子系統，所述監測調控子系統對所述天然氣管網余壓綜合發電系統的運行狀態進行監測調整。可選地，所述天然氣余壓發電子系統和所述天然氣余冷發電子系統的原動機為無油雙螺桿膨脹機。可選地，所述天然氣余壓發電子系統包括：天然氣預處理裝置，所述天然氣預處理裝置的入口連接至高壓天然氣管道，所述天然氣預處理裝置的出口通過天然氣原管線調節閥連接至所述原有天然氣調壓裝置；第一無油雙螺桿膨脹機，所述第一無油雙螺桿膨脹機的進氣口連接至所述天然氣預處理裝置的出口，所述第一無油雙螺桿膨脹機的出氣口連接至所述原有天然氣調壓裝置下游的低壓天然氣管道；動減速機，所述動減速機與所述第一無油雙螺桿膨脹機的轉子連接；以及發電機，所述發電機與所述動減速機連接。可選地，所述天然氣余冷發電子系統包括：第二無油雙螺桿膨脹機，所述第二無油雙螺桿膨脹機的轉子連接至所述發電機；冷凝器，所述冷凝器的工質側的入口與所述第二無油雙螺桿膨脹機的出氣口連接，所述冷凝器的冷源側的進出口分別連接至所述第一無油雙螺桿膨脹機的出氣口與所述低壓天然氣管道之間的管道；工質泵，所述工質泵的入口與所述冷凝器的工質側的出口連接；蒸發器，所述蒸發器的工質側的入口與所述工質泵的出口連接，所述蒸發器的工質側的出口與所述第二無油雙螺桿膨脹機的進氣口連接，所述蒸發器以空氣作為熱源。可選地，所述潤滑油子系統包括：潤滑油箱，所述潤滑油箱用以收集來自所述天然氣余壓發電子系統和所述天然氣余冷發電子系統的高溫潤滑油；油泵，所述油泵的入口與所述潤滑油箱的出口連接；油過濾器，所述油過濾器的入口與所述油泵的出口連接；換熱器，所述換熱器本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種天然氣管網余壓綜合發電系統，其特征在于，所述天然氣管網余壓綜合發電系統連接至天然氣管道，并與原有天然氣調壓裝置大體并聯布置，包括：天然氣余壓發電子系統，所述天然氣余壓發電子系統利用高壓天然氣降壓所產生的壓力能進行發電；天然氣余冷發電子系統，所述天然氣余冷發電子系統以經過所述天然氣余壓發電子系統降壓之后的低溫天然氣為冷源，以常溫空氣為熱源進行發電；潤滑油子系統，所述潤滑油子系統與所述天然氣余壓發電子系統和所述天然氣余冷發電子系統分別連接以提供潤滑作用；以及監測調控子系統，所述監測調控子系統對所述天然氣管網余壓綜合發電系統的運行狀態進行監測調整。

【技術特征摘要】
1.一種天然氣管網余壓綜合發電系統，其特征在于，所述天然氣管網余壓綜合發電系統連接至天然氣管道，并與原有天然氣調壓裝置大體并聯布置，包括：天然氣余壓發電子系統，所述天然氣余壓發電子系統利用高壓天然氣降壓所產生的壓力能進行發電；天然氣余冷發電子系統，所述天然氣余冷發電子系統以經過所述天然氣余壓發電子系統降壓之后的低溫天然氣為冷源，以常溫空氣為熱源進行發電；潤滑油子系統，所述潤滑油子系統與所述天然氣余壓發電子系統和所述天然氣余冷發電子系統分別連接以提供潤滑作用；以及監測調控子系統，所述監測調控子系統對所述天然氣管網余壓綜合發電系統的運行狀態進行監測調整。2.根據權利要求1所述的天然氣管網余壓綜合發電系統，其特征在于，所述天然氣余壓發電子系統和所述天然氣余冷發電子系統的原動機為無油雙螺桿膨脹機。3.根據權利要求2所述的天然氣管網余壓綜合發電系統，其特征在于，所述天然氣余壓發電子系統包括：天然氣預處理裝置，所述天然氣預處理裝置的入口連接至高壓天然氣管道，所述天然氣預處理裝置的出口通過天然氣原管線調節閥連接至所述原有天然氣調壓裝置；第一無油雙螺桿膨脹機，所述第一無油雙螺桿膨脹機的進氣口連接至所述天然氣預處理裝置的出口，所述第一無油雙螺桿膨脹機的出氣口連接至所述原有天然氣調壓裝置下游的低壓天然氣管道；動減速機，所述動減速機與所述第一無油雙螺桿膨脹機的轉子連接；發電機，所述發電機與所述動減速機連接。4.根據權利要求3所述的天然氣管網余壓綜合發電系統，其特征在于，所述天然氣余冷發電子系統包括：第二無油雙螺桿膨脹機，所述第二無油雙螺桿膨脹機的轉子連接至所述發電機；冷凝器，所述冷凝器的工質側的入口與所述第二無油雙螺桿膨脹機的出氣口連接，所述冷凝器的冷源側的進出口分別連接至所述第一無油雙螺桿膨脹機的出氣口與所述低壓天然氣管道之間的管道；工質泵，所述工質泵的入口與所述冷凝器的工質側的出口連接；蒸發器，所述蒸發器的工質側的入口與所述工質泵的出口連接，所述蒸發器的工質側的出口與所述第二無油雙螺桿膨脹機的進氣口連接，所述蒸發器以空氣作為熱源。5.根據權利要求3所述的天然氣管網余壓綜合發電系統，其特征在于，所述潤滑油子系統包括：潤滑油箱，所述潤滑油箱用以收集來自所述天然氣余壓發電子系統和所述天然氣余冷發電子系統的高溫潤滑油；油泵，所述油泵的入口與所述潤滑油箱的出口連接；油過濾器，所述油過濾器的入口與所述油泵的出口連接；換熱器，所述換熱器的潤滑油側的入口與所述油過濾器的出口連接；油分配器，所述油分配器的入口與所述換熱器的潤滑油側的出口連接，所述油分配器...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳金鋒，晁海亮，王晗，孫寧，
申請(專利權)人：思安新能源股份有限公司，
類型：發明
國別省市：陜西;61