一种天然气管网余压利用系统的制作方法

1.本发明涉及天然气调压领域，涉及天然气压力能回收利用，具体涉及一种天然气管网余压利用系统。


背景技术：

2.我国的高压天然气管网的输气压力达到6.4-10mpa，而天然气输送至城镇用户使用时需要使压力为0.4mpa，因此将天然气从高压管网向低压管网输送时，需要经过多次调压，在此过程中浪费了了大量的压力能。
3.为了减少天然气管网压力能浪费，现有技术中逐渐出现了天然气管网余压回收利用技术，主要分为制冷利用和发电利用。例如，文献cn210153557u公开了一种天然气调压站余压综合利用系统，包括天然气调压装置、发电装置和冷库制冷装置；所述天然气调压装置包括原动机、第一冷凝器和温度调节器；所述发电装置包括发电机，所述原动机与所述发电机同轴相连，所述发电机与外部电网连接；所述冷库制冷装置包括第一压缩机、第一节流阀、冷库库房和冷库补充制冷装置；所述冷库库房内设有第一蒸发器和第二蒸发器，除了能利用天然气调压过程中产生的压差发电外，还利用了天然气调压过程中产生的余冷使得冷库库房降温。
4.文献cn206129326u公开了一种天然气压力能回收利用的膨胀发电及冷能利用系统，包括螺杆膨胀机，所述的螺杆膨胀机与发电机连接，预热换热器与天然气管道连接，预热换热器与螺杆膨胀机连接；螺杆膨胀机与级间换热器连接，级间换热器与螺杆膨胀机连接；级间换热器与热泵机组连接；螺杆膨胀机与一级油气分离器连接；一级油气分离器与二级油气分离器连接；二级油气分离器与换热器连接，换热器与制冰机组连接，具有压力能回收效率高、冷能利用效率高、利用空气源进行补热、整体利用效率高、经济效益好等优点。
5.干旱地区的天然气调压站的工作人员用水较为不便，铺设生活用水管道、输送用水成本较高，如何利用天然气压力能以解决或缓解天然气调压站的用水问题，是一个值得解决的问题。


技术实现要素：

6.为了利用天然气压力能从而解决或缓解天然气调压站的用水问题，本发明提供了一种一种天然气管网余压利用系统。
7.一种天然气管网余压利用系统，其特征在于：包括第一预冷室、调压发电装置、空气制水装置，所述空气制水装置包括第二预冷室、集水槽、进气室，上游天然气经所述第一预冷室预冷后通入所述调压发电装置，所述调压发电装置的天然气出口与所述第二预冷室的天然气入口连通，外部空气经过所述进气室通入所述第二预冷室并随后通入所述第一预冷室对上游天然气进行预冷，所述第二预冷室的天然气出口连通至下游天然气，所述第二预冷室与所述集水槽连通。
8.优选地，所述进气室内设置有滤网，所述滤网为杀菌滤网。
9.优选地，所述第二预冷室通过空气通道和天然气通道分别进行空气和天然气的输送，空气通道和天然气通道内的气体流动方向相反。
10.进一步地，所述空气制水装置还包括回收气室，所述回收气室与所述第二预冷室的空气出口连通，所述回收气室与所述第一预冷室的空气入口连通。
11.进一步地，所述天然气管网余压利用系统还包括冷能利用装置，所述冷能利用装置包括第一换热器、制冷端，所述调压发电装置的天然气出口与所述第一换热器的天然气入口连通，制冷剂通入所述第一换热器并随后通入所述制冷端制冷，所述第一换热器的天然气出口与所述第二预冷室的天然气入口连通。
12.进一步地，所述空气制水装置还包括第二换热器、储水池，所述冷能利用装置的所述制冷端为制冰装置，所述调压发电装置的天然气出口与所述第二换热器的天然气入口连通，所述第二换热器的天然气出口与所述第二预冷室的天然气入口连通，所述储水池与所述第二换热器的进液口连通，所述第二换热器的出液口与所述制冰装置的进液口连通。
13.作为一种可选方案，所述冷能利用装置还包括压缩机、蒸发器，所述蒸发器的制冷剂入口与外部制冷剂输入管道连通，所述蒸发器的制冷剂出口与所述压缩机的入口连通，所述压缩机的出口与所述第一换热器的制冷剂入口连通。
14.进一步地，所述调压发电装置包括膨胀机、发电机，所述膨胀机的天然气入口与所述第一预冷室的天然气出口连通，所述膨胀机的天然气出口与所述第二预冷室的天然气入口连通，所述发电机与所述膨胀机传动连接。此外，还可以根据需要，在所述膨胀机上设置热交换器。
15.更进一步地，在所述膨胀机与所述第一预冷室之间设置有稳压阀。
16.在一些实施例中，所述第一预冷室为双层结构，内侧管道为天然气通道，天然气通道的外侧设置空气通道，天然气通道靠近空气通道一侧的管道壁设置为螺旋型，其螺旋方向与上游天然气的供气管道内的气流方向相反；空气通道的轴线与天然气通道的管道壁切线的夹角为30-45度。
17.在一些实施例中，第一预冷室的空气通道为自第一预冷室的天然气入口至第一预冷室的天然气出口直径逐渐变大的喇叭形管道。
18.在一些实施例中，所述第一预冷室包括第一预冷间和第二预冷间，冷能利用装置中的制冷剂在经过制冰机之后进入第一预冷间并再次通入蒸发器的制冷剂入口，低压天然气进入第二预冷间；高压天然气依次通过第一预冷间和第二预冷间。
19.本发明具有以下有益效果：进入第一预冷室的空气中的水分被去除，避免了第一预冷室的腐蚀和损坏，集水槽中收集的液态水能够供生产生活使用，缓解了天然气调压站的用水困难问题。
附图说明
20.图1为一种天然气管网余压利用系统的整体结构示意图。
21.图中：1、第一预冷室；2、调压发电装置；201、膨胀机；202、发电机；3、冷能利用装置；301、第一换热器；302、制冰机；303、压缩机；304、蒸发器；4、空气制水装置；401、第二换热器；402、第二预冷室；403、储水池；404、集水槽；405、进气室；406、回收气室。
具体实施方式
22.下面，结合附图具体实施方式，对本发明作进一步描述。
23.需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下所描述的各个实施例之间或各个技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
24.如图1所示，一种天然气管网余压利用系统，其特征在于：包括第一预冷室1、调压发电装置2、空气制水装置4，所述空气制水装置4包括第二预冷室402、集水槽404、进气室405，上游天然气经所述第一预冷室1预冷后通入所述调压发电装置2，所述调压发电装置2的天然气出口与所述第二预冷室402的天然气入口连通，外部空气经过所述进气室405通入所述第二预冷室402并随后通入所述第一预冷室1对上游天然气进行预冷，所述第二预冷室402的天然气出口连通至下游天然气，所述第二预冷室402与所述集水槽404连通。
25.本发明的原理说明：使用时，上游天然气首先进入第一预冷室1，经过第一预冷室1预冷后，天然气被通入调压发电装置2。在调压发电装置2中，高压天然气的压力被降低，压力能被转化为电能，压力降低后的天然气被通入第二预冷室402。在第二预冷室402中，通过天然气与外部空气的温度差，将外部空气中的水分提取为液态水，并将得到的液态水通入集水槽404。经过进一步换热后的天然气被接入下游天然气中。经过上述过程，进入第一预冷室1的空气中的水分被去除，避免了第一预冷室1的腐蚀和损坏；同时，集水槽404中收集的液态水能够供生产生活使用，缓解或解决了天然气调压站的用水困难问题。
26.可以理解的是，在第二预冷室402中，当天然气温度低于外部空气的温度时，第二预冷室402实质上为冷凝室，通过低压天然气与空气进行换热，从而使空气温度降低，使空气中的水气温度降至露点以下，使空气中的水变为液态水。低压天然气经过换热后实现升温，并进入下游天然气管道，提高下游天然气的温度，提高天然气余压冷能利用率。此外，在某些情况下，还可以在第二预冷室402中设置水分吸附介质，将被进气室405送入第二预冷室402中的空气进行水分吸附，水分吸附介质与通入第二预冷室402的天然气换热，将其中吸附的水分转化为液态水。此外，第一预冷室1进行空气与天然气的换热，空气与天然气相互隔离。
27.此外，优选地，所述进气室405内设置有滤网，用于过滤室温空气中的飞尘。进一步优选地，所述滤网为杀菌滤网，用于杀菌，进而提高集水槽收集的冷凝水的水质。
28.优选地，所述第二预冷室402通过空气通道和天然气通道分别进行空气和天然气的输送，空气通道和天然气通道内的气体流动方向相反，提高空气和天然气的热交换。可选地，第二预冷室402的空气入口与天然气入口分别设置在第二预冷室402的两端。
29.进一步地，所述空气制水装置4还包括回收气室406，所述回收气室406与所述第二预冷室402的空气出口连通，所述回收气室406与所述第一预冷室1的空气入口连通。
30.进一步地，所述天然气管网余压利用系统还包括冷能利用装置3，所述冷能利用装置3包括第一换热器301、制冷端，所述调压发电装置2的天然气出口与所述第一换热器301的天然气入口连通，制冷剂通入所述第一换热器301并随后通入所述制冷端制冷，所述第一换热器301的天然气出口与所述第二预冷室402的天然气入口连通。
31.进一步地，所述空气制水装置4还包括第二换热器401、储水池403，所述冷能利用装置3的所述制冷端为制冰装置302，所述调压发电装置2的天然气出口与所述第二换热器401的天然气入口连通，所述第二换热器401的天然气出口与所述第二预冷室402的天然气
入口连通，所述储水池403与所述第二换热器401的进液口连通，所述第二换热器401的出液口与所述制冰装置302的进液口连通。通过利用天然气降压产生的冷能冷却制冷剂和作为制冰原料的水，进一步对天然气的冷能进行了利用，并对天然气进行了升温。
32.作为一种可选方案，所述冷能利用装置3还包括压缩机303、蒸发器304，所述蒸发器304的制冷剂入口与外部制冷剂输入管道连通，所述蒸发器304的制冷剂出口与所述压缩机303的入口连通，所述压缩机303的出口与所述第一换热器301的制冷剂入口连通。
33.进一步地，所述调压发电装置2包括膨胀机201、发电机202，所述膨胀机202的天然气入口与所述第一预冷室1的天然气出口连通，所述膨胀机202的天然气出口与所述第二预冷室402的天然气入口连通，所述发电机202与所述膨胀机201传动连接。此外，还可以根据需要，在所述膨胀机202上设置热交换器。
34.更进一步地，在所述膨胀机201与所述第一预冷室1之间设置有稳压阀。
35.此外，在一些实施例中，所述第一预冷室1为双层结构，内侧管道为天然气通道，天然气通道的外侧设置空气通道，通过天然气通道与空气通道之间的管道壁进行换热。其中，天然气通道靠近空气通道一侧的管道壁设置为螺旋型，其螺旋方向与上游天然气的供气管道内的气流方向相反；空气通道的轴线与天然气通道的管道壁切线的夹角为30～45度，通过该设置，使进入第一预冷室1的低温空气在空气通道内沿天然气通道外部呈螺旋旋流，增加低温空气与天然气通道的接触时长和对流面积，提高二者的热交换效果。
36.在一些实施例中，第一预冷室1的空气通道为自第一预冷室1的天然气入口至第一预冷室1的天然气出口直径逐渐变大的喇叭形管道，使进入所述第一预冷室1的低温空气流速逐步变缓，且气压变小，温度降低，使低温空气与高压天然气之间维持一定的温差，增加低温空气与高压天然气的热交换，通过低温空气降低高压天然气的温度，提高天然气冷能的利用率。
37.在一些实施例中，所述第一预冷室1包括第一预冷间和第二预冷间，冷能利用装置3中的制冷剂在经过制冰机302之后进入第一预冷间并再次通入蒸发器304的制冷剂入口，低压天然气进入第二预冷间；高压天然气依次通过第一预冷间和第二预冷间，在第一预冷间中与制冷剂进行换热，初步降温，再经过第二预冷间，在第二预冷间中与低压天然气换热，进一步降温。制冷剂除了用于制冰装置302之外，还对高压天然气进行了降温，提高了制冷剂的余温利用效率，与预冷室内的高温天然气换热后，再通过蒸发器304得到高压制冷剂气体，使制冷剂循环使用，提高天然气余压的利用效率。
38.以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要技术特征，来满足不同情况的需要。
39.最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

技术特征：
1.一种天然气管网余压利用系统，其特征在于：包括第一预冷室、调压发电装置、空气制水装置，所述空气制水装置包括第二预冷室、集水槽、进气室，上游天然气经所述第一预冷室预冷后通入所述调压发电装置，所述调压发电装置的天然气出口与所述第二预冷室的天然气入口连通，外部空气经过所述进气室通入所述第二预冷室并随后通入所述第一预冷室对上游天然气进行预冷，所述第二预冷室的天然气出口连通至下游天然气，所述第二预冷室与所述集水槽连通。2.如权利要求1所述的一种天然气管网余压利用系统，其特征在于：所述空气制水装置还包括回收气室，所述回收气室与所述第二预冷室的空气出口连通，所述回收气室与所述第一预冷室的空气入口连通。3.如权利要求1所述的一种天然气管网余压利用系统，其特征在于：所述天然气管网余压利用系统还包括冷能利用装置，所述冷能利用装置包括第一换热器、制冷端，所述调压发电装置的天然气出口与所述第一换热器的天然气入口连通，制冷剂通入所述第一换热器并随后通入所述制冷端制冷，所述第一换热器的天然气出口与所述第二预冷室的天然气入口连通。4.如权利要求3所述的一种天然气管网余压利用系统，其特征在于：所述空气制水装置还包括第二换热器、储水池，所述冷能利用装置的所述制冷端为制冰装置，所述调压发电装置的天然气出口与所述第二换热器的天然气入口连通，所述第二换热器的天然气出口与所述第二预冷室的天然气入口连通，所述储水池与所述第二换热器的进液口连通，所述第二换热器的出液口与所述制冰装置的进液口连通。5.如权利要求4所述的一种天然气管网余压利用系统，其特征在于：所述第一预冷室包括第一预冷间和第二预冷间，所述冷能利用装置中的制冷剂在经过所述制冰机之后进入第一预冷间并再次通入蒸发器的制冷剂入口，低压天然气进入第二预冷间；高压天然气依次通过第一预冷间和第二预冷间。6.如权利要求3所述的一种天然气管网余压利用系统，其特征在于：所述冷能利用装置还包括压缩机、蒸发器，所述蒸发器的制冷剂入口与外部制冷剂输入管道连通，所述蒸发器的制冷剂出口与所述压缩机的入口连通，所述压缩机的出口与所述第一换热器的制冷剂入口连通。7.如权利要求1所述的一种天然气管网余压利用系统，其特征在于：所述调压发电装置包括膨胀机、发电机，所述膨胀机的天然气入口与所述第一预冷室的天然气出口连通，所述膨胀机的天然气出口与所述第二预冷室的天然气入口连通，所述发电机与所述膨胀机传动连接。8.如权利要求7所述的一种天然气管网余压利用系统，其特征在于：在所述膨胀机与所述第一预冷室之间设置有稳压阀。9.如权利要求1所述的一种天然气管网余压利用系统，其特征在于：所述第一预冷室为双层结构，内侧为天然气通道，天然气通道的外侧设置空气通道，所述天然气通道靠近所述空气通道一侧的管道壁设置为螺旋型。10.如权利要求8所述的一种天然气管网余压利用系统，其特征在于：第一预冷室的空气通道为自第一预冷室的天然气入口至第一预冷室的天然气出口直径逐渐变大的喇叭形管道。

技术总结
本发明提供了一种天然气管网余压利用系统，其特征在于：包括第一预冷室、调压发电装置、空气制水装置，空气制水装置包括第二预冷室、集水槽、进气室，上游天然气经第一预冷室预冷后通入调压发电装置，调压发电装置的天然气出口与第二预冷室的天然气入口连通，外部空气经过进气室通入第二预冷室并随后通入第一预冷室对上游天然气进行预冷，第二预冷室的天然气出口连通至下游天然气，第二预冷室与集水槽连通，进入第一预冷室的空气中的水分被去除，避免了第一预冷室的腐蚀和损坏，集水槽中收集的液态水能够供生产生活使用，缓解了天然气调压站的用水困难问题。压站的用水困难问题。压站的用水困难问题。


技术研发人员：赵毅 战征 叶帆 赵德银 钟荣强 周勇 王海峰 靳永红 韩钊 黎志敏 张菁 郭靖 孙永尧
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司西北油田分公司
技术研发日：2021.11.30
技术公布日：2023/6/3