專利名稱：一種基于天然氣高壓管網壓力能利用的調峰方法與裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于油氣儲存與運輸工程技術領域，具體涉及天然氣高壓管網壓力能的利用的儲氣調峰方法和裝置。
背景技術：
近年來，隨著我國天然氣開發力度加大，用戶需求不斷增長，我國天然氣管道建設得到了迅猛發展。以西氣東輸二線的啟動為標志，我國天然氣管網正式進入快速發展階段。高壓輸氣可以減小管道管徑，節省管材和施工費用，故當前世界上天然氣的長輸管道普遍采用高壓輸送。高壓天然氣管網蘊含著大量的壓力能，高壓天然氣在各地的門站或調壓站要進行調壓。傳統調壓過程中，高壓天然氣經節流閥絕熱膨脹，壓力降低，同時產生少量的冷能。在這個調壓過程中 ，大量的機械能轉化為冷能。而這部分冷能卻被白白浪費了，還有可能為管道及調壓設備的運行帶來危險。因此，回收這部分壓力能，不僅可以高壓管網運行的經濟性，還可以消除對下游管道造成的冷破壞。同時，把高壓天然氣膨脹所產生的冷能用于發電，提高了能源利用率。本世紀初以來，對于天然氣壓力能利用的研究主要是借助火用的分析對方案作出一定的驗證，火用分析法為高壓天然氣壓力能利用的深入研究打下了良好的研究基礎，也為熱力學完善性提供了系統的評價判據。火用代表了熱力系統做功能力，火用效率則是描述系統熱力過程完善程度的最佳指標，同時也自然成為了分析和判定系統運行是否合理的關鍵性參數。城市天然氣輸配系統中，各類燃氣用戶的需求量不斷變化，供氣呈不穩定工況。因此，為保證供氣的連續性和供氣與用氣間的平衡，利用天然氣高壓輸送的特點，將壓力能回收與管道調峰結合，以解決的城市儲氣調峰問題，保證燃氣的安全、平穩、可持續地輸送到用戶。
發明內容
本發明的目的是一種基于天然氣高壓管網壓力能利用的調峰裝置。通過利用高壓管網壓力能和管道調峰的聯合應用，既實現了管網、電網安全儲存與調峰，又能帶動冷能使用行業的發展，提高能源利用率，實現經濟效益最大化。本發明技術方案如下:其特征在于:天然氣從高壓天然氣輸氣管道進入常規天然氣門站，初始壓力6 lOMPa，經過三向閥，高壓天然氣分為a，b兩股。滿足城市管網瞬時需求量的a股天然氣經過膨脹制冷設備膨脹制冷，壓力降至0.5 1.6MPa，溫度降為-110 -49°C。此過程產生大量的冷能，低溫天然氣與冷媒在換熱器進行冷量交換，溫度提高到5°C，進入城市管網；冷媒溫度降為-30 0°C，存于低溫冷媒儲罐中。用氣低谷時，瞬時需求過剩的b股天然氣存于高壓儲氣罐中；用氣高峰時，對存于高壓儲氣罐中高壓天然氣進行如上操作，達到削峰填谷的作用，解決高峰用氣問題。低溫冷媒儲罐中存儲的冷量隨冷媒送入空調機組與環境換熱，換熱升溫后的冷媒返回常溫冷媒儲罐，冷媒循環使用。不僅減少了城市電網的電能消耗，解決了高壓天然氣管網壓力能的利用，還實現了城市管網、電網的調峰功能。上述系統合理、高效利用壓力能調峰的裝置，可以有效的回收高壓管網壓力能并用于發電，不但可以避免天然氣管線壓力能的浪費，還解決了調峰問題，在很大程度上提高了能源的綜合利用率，在當前能源形勢日趨緊張和提倡節約型社會的今天有一定的先進性。發明的優點本發明流程簡單、設備少、調節靈活、工作可靠、易起動、操作及維護方便、運行費用低。充分利用天然氣在高壓輸氣管道的壓力能，還可解決城市燃氣的日、小時調峰問題。
圖1為本發明基于天然氣高壓管網壓力能利用的調峰裝置和工藝流程示意具體實施例方式下面結合附圖及實施方式對本發明專利作進一步詳細的說明:本發明專利具體涉及一種基于天然氣高壓管網壓力能利用的調峰裝置，天然氣從高壓天然氣輸氣管道進入常規天然氣門站，初始壓力6 lOMPa，經過三向閥，高壓天然氣分為a，b兩股。滿足城市管網瞬時需求量的a股天然氣經過膨脹制冷設備膨脹制冷，壓力降至0.5 1.6MPa，溫度降為-110 -49°C。此過程產生大量的冷能，低溫天然氣與冷媒在換熱器進行冷量交換，溫度提高到5°C，進入城市管網；冷媒溫度降為-30 0°C，存于低溫冷媒儲中。用氣低谷時，瞬時需求過剩的b股天然氣存于高壓儲氣罐中；用氣高峰時，對存于高壓儲氣罐中高壓天然氣進行如 上操作，達到削峰填谷的作用，解決高峰用氣問題。低溫冷媒儲罐中存儲的冷量隨冷媒送入空調機組與環境換熱，換熱升溫后的冷媒返回常溫冷媒儲罐，冷媒循環使用。不僅減少了城市電網的電能消耗，解決了高壓天然氣管網壓力能的利用，還實現了城市管網、電網的調峰功能。詳細方案如下，所采用的裝置包括:天然氣門站(1)，三向閥(2)，膨脹制冷設備(3)、(7)，換熱器(4)、(8)，高壓儲氣罐(5)、離心泵(6)、
(10),( 13)，低溫冷媒儲罐(9)，空調機組(11 )，常溫冷媒儲罐(12);天然氣從高壓天然氣輸氣管道進入常規天然氣門站(I )，初始壓力6 lOMPa，經過三向閥(2)，高壓天然氣分為a，b兩股。滿足城市管網瞬時需求量的a股天然氣經過膨脹制冷設備(3)膨脹制冷，壓力降至
0.5 1.6MPa，溫度降為-110 -49°C。此過程產生大量的冷能，低溫天然氣與冷媒在換熱器(4)進行冷量交換，溫度提高到5°C，進入城市管網；冷媒溫度降為-30 0°C，存于低溫冷媒儲罐(9)中。用氣低谷時，瞬時需求過剩的b股天然氣存于高壓儲氣罐(5)中；用氣高峰時，通過離心泵(6)，對存于高壓儲氣罐(5)中的高壓天然氣進行如上操作，解決高峰用氣問題。利用換熱器(8)進行冷量交換的低溫冷媒存儲在低溫冷媒儲罐(9)中，冷量隨冷媒利用離心泵(10)送入空調機組(11)與環境換熱，換熱升溫后的冷媒返回常溫冷媒儲罐(12)，通過離心泵(13)冷媒循環使用。
氣體在壓縮過程中壓縮機耗功全部轉變為了氣體的焓增和壓縮機汽缸的對外散熱損失，這是形成天然氣長輸管線壓力能的內因。因此，如附圖1所示的裝置以火用平衡法為工具，從熱力學第一、第二定律出發，即從能量的數量和質量相結合的角度出發，揭示系統熱力過程中人用的轉換、傳遞、利用和損失情況。高壓天然氣在膨脹機中的膨脹做功過程可近似為比熱容為定值的多變過程，從而用火用損失來分析天然氣壓力能轉換效率。火用損失:
權利要求
1.一種基于天然氣高壓管網壓力能利用的調峰方法，方法中采用的裝置包括:天然氣門站(1)，三向閥(2)，膨脹制冷設備(3)、(7)，換熱器(4)、(8)，高壓儲氣罐(5)、離心泵(6)、(10)、(13)，低溫冷媒儲罐(9)，空調機組(11)，常溫冷媒儲罐(12);其特征在于:天然氣從高壓天然氣輸氣管道進入常規天然氣門站(I )，初始壓力6 lOMPa，經過三向閥(2)，高壓天然氣分為a，b兩股，滿足城市管網瞬時需求量的a股天然氣經過膨脹制冷設備(3)膨脹制冷，壓力降至0.5 1.6MPa，溫度降為-110 -49°C，此過程產生大量的冷能，低溫天然氣與冷媒在換熱器(4)進行冷量交換，溫度提高到5°C，進入城市管網；冷媒溫度降為-30 OV，存于低溫冷媒儲罐(9)中，用氣低谷時，瞬時需求過剩的b股天然氣存于高壓儲氣罐(5)中；用氣高峰時，通過離心泵(6)，對存于高壓儲氣罐(5)中的高壓天然氣進行如上操作，解決高峰用氣問題，利用換熱器(8)進行冷量交換的低溫冷媒存儲在低溫冷媒儲罐(9)中，冷量隨冷媒利用離心泵(10)送入空調機組(11)與環境換熱，換熱升溫后的冷媒返回常溫冷媒儲罐(12)，通過離心泵(13)冷媒循環使用。
2.如權利要求1所述的一種基于天然氣高壓管網壓力能利用的調峰裝置與方法，其特征在于，利用膨脹制冷設 備(3)、(7)充分回收管網壓力能，提高了能源利用率，減少高壓天然氣降壓對設備造成的冷破壞。
3.如權利要求1所述的一種基于天然氣高壓管網壓力能利用的調峰裝置與方法，其特征在于，用氣低谷時，將高壓天然氣儲存在高壓儲氣罐(5)內；用氣高峰時，將儲存的天然氣膨脹輸出，達到削峰填谷的作用，并將冷量用于空調機組(11)，減少了城市電網的電能消耗，解決了高壓天然氣管網壓力能的利用，實現了城市管網、電網的調峰功能。
4.如權利要求1所述的一種基于天然氣高壓管網壓力能利用的調峰裝置與方法，其特征在于，利用火用分析法，結合熱力學第一定律和第二定律，即從能量的數量和質量相結合的角度出發，揭示裝置在能量中的人用的轉換、傳遞、利用和損失的情況，保證了裝置運行的可行性。
5.如權利要求1所述的一種基于天然氣高壓管網壓力能利用的調峰裝置與方法，其特征在于，所述的冷媒循環發電系統中所使用的冷媒為丙烷。
6.如權利要求1所述的一種基于天然氣高壓管網壓力能利用的調峰裝置與方法，其特征在于，高壓儲氣罐(5)內的氣壓為6 lOMPa。
全文摘要
隨著天然氣技術的不斷發展，天然氣管網輸送的壓力越來越高。高壓天然氣管網節流調壓過程中會產生大量的壓力能，而絕大部分的壓力能不僅被浪費了，還會對下游管道設備造成一定的冷破壞。為此，以利用高壓天然氣壓力能為出發點，結合天然氣儲存特性，將壓力能用于發電，并開發了一種基于天然氣高壓管網壓力能利用的調峰裝置，有效地提高能源利用率，實現了管網運行的經濟性，解決城市管網、電網的調峰問題。
文檔編號F25B9/00GK103234120SQ20131014583
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月24日 優先權日2013年4月24日
發明者潘振, 陳保東, 黃騰龍, 韋麗娃, 商麗艷, 金春旭 申請人:遼寧石油化工大學