一種天然氣壓力能發(fā)電調(diào)壓裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及氣體壓力能回收和壓力調(diào)節(jié)技術(shù)，具體設(shè)及一種用于工業(yè)余壓回收的 天然氣壓力能發(fā)電調(diào)壓裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著城市化的進(jìn)一步深入，目前作為城市主要明火能源的天然氣的消費(fèi)量明顯呈 現(xiàn)出逐年升高的趨勢，僅2014年我國的天然氣消耗已突破1816億立方米。目前的天然氣 從氣田、"西氣東輸"管線和"陜一京二線"管線或LNG氣化站W(wǎng)6~IOMP的高壓輸出，通過 天然氣管網(wǎng)經(jīng)多級調(diào)壓后輸送至居民用戶W及工業(yè)天然氣用戶。
[0003] 就調(diào)壓方式而言，目前主要采用節(jié)流原理的調(diào)壓器對天然氣進(jìn)行調(diào)壓，在對天然 氣進(jìn)行壓縮、儲(chǔ)運(yùn)及利用過程中，高壓天然氣自身蘊(yùn)含的豐富壓力能在調(diào)壓過程中被無端 浪費(fèi)，出燃燒能量之外的能量利用率有待挖掘。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明提供一種天然氣壓力能發(fā)電調(diào)壓裝置及方法，旨在實(shí)現(xiàn)天然氣 調(diào)壓的前提下，對天然氣的壓力能進(jìn)行回收。 陽〇化]本發(fā)明采用的技術(shù)方案具體為：
[0006] 一種天然氣壓力能發(fā)電調(diào)壓裝置，包括加熱系統(tǒng)、膨脹發(fā)電系統(tǒng)和壓力控制部，所 述加熱系統(tǒng)用于對低壓管網(wǎng)前端的天然氣進(jìn)行預(yù)加熱，所述壓力控制部用于對低壓管網(wǎng)前 端的天然氣進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)，所述控制部分別與所述加熱系統(tǒng)和所述膨脹發(fā)電系統(tǒng)通訊，通 過控制所述加熱系統(tǒng)調(diào)節(jié)預(yù)加熱的溫度；W及根據(jù)低壓管網(wǎng)前端的天然氣壓力W及天然氣 流量控制所述膨脹發(fā)電系統(tǒng)，直至將低壓管網(wǎng)前端的天然氣壓力調(diào)節(jié)至設(shè)定值。
[0007] 在上述天然氣壓力能發(fā)電調(diào)壓裝置中，所述加熱系統(tǒng)包括循環(huán)累、變頻模塊、換熱 器W及熱源；其中：
[0008] 所述熱源經(jīng)循環(huán)累與所述換熱器相連接，所述熱源中的熱媒被所述循環(huán)累抽出后 送入所述換熱器后與天然氣進(jìn)行換熱；
[0009] 所述壓力控制部根據(jù)預(yù)加熱的溫度，向所述變頻模塊發(fā)送相應(yīng)的頻率調(diào)節(jié)信號， 調(diào)節(jié)所述循環(huán)累輸出的熱媒流量。
[0010] 在上述天然氣壓力能發(fā)電調(diào)壓裝置中，所述膨脹發(fā)電系統(tǒng)包括閥口組W及若干個(gè) 并聯(lián)的膨脹發(fā)電單元，所述閥口組包括第二閥口、第=閥口W及每個(gè)膨脹發(fā)電單元前端的 第一閥口，每個(gè)所述膨脹發(fā)電單元包括膨脹機(jī)和發(fā)電機(jī)，高壓管網(wǎng)的天然氣經(jīng)第一閥口與 所述膨脹機(jī)相連接，所述膨脹機(jī)與所述發(fā)電機(jī)相連接，天然氣膨脹使得膨脹機(jī)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)一步 帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，從而將壓力能回收；
[0011] 壓力能回收后，各個(gè)所述膨脹發(fā)電單元內(nèi)溫度降低的天然氣匯合之后，依次經(jīng)所 述第二閥口和所述第=閥口進(jìn)入低壓管網(wǎng)。
[0012] 在上述天然氣壓力能發(fā)電調(diào)壓裝置中，所述壓力控制部包括中央控制器、勵(lì)磁模 塊W及傳感器組，所述傳感器組包括流量傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器；其中：
[0013] 各個(gè)傳感器分別與所述中央控制器通訊，將所述膨脹發(fā)電系統(tǒng)前端天然氣流量、 低壓管網(wǎng)前端的天然氣溫度和壓力信號傳送至控制器所述中央控制器；
[0014] 所述中央控制器通過所述勵(lì)磁模塊與各個(gè)所述膨脹發(fā)電單元的發(fā)電機(jī)通訊，通過 改變發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流來調(diào)節(jié)所述膨脹機(jī)和所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)一步調(diào)節(jié)低壓管網(wǎng)前端 的天然氣壓力；
[0015] 所述閥口組分別與所述中央控制器通訊，用于通過改變各閥口的開度來調(diào)節(jié)進(jìn)入 膨脹機(jī)的天然氣流量，進(jìn)一步調(diào)節(jié)低壓管網(wǎng)前端的天然氣壓力。
[0016] 一種天然氣壓力能發(fā)電調(diào)壓裝置的調(diào)壓方法，壓力傳感器和流量傳感器分別將檢 測到的低壓管網(wǎng)前端的天然氣壓力信號和膨脹發(fā)電系統(tǒng)前端的天然氣總流量信號傳送給 中央控制器，中央控制器根據(jù)接收到的壓力W及總流量信號對低壓管網(wǎng)前端的天然氣壓力 進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)方法具體為：
[0017] 1)若檢測到的天然氣{壓力《中央控制器中設(shè)定的壓力，總流量>系統(tǒng)天然氣峰 值的設(shè)計(jì)總流量}，則中央控制器給第二閥口發(fā)送信號，通過減小第二閥口的開度來確保膨 脹發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行正常；
[0018] 2)若檢測到的天然氣{壓力《中央控制器中設(shè)定的壓力，總流量《系統(tǒng)天然氣峰 值的設(shè)計(jì)總流量}，則中央控制器向勵(lì)磁模塊發(fā)送逐漸降低發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的控制信號， 使得發(fā)電機(jī)和膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速升高，伴隨著轉(zhuǎn)速的升高，通過膨脹發(fā)電系統(tǒng)的天然氣流量得 W增加，天然氣壓力逐漸升高，直至低壓管網(wǎng)前端的壓力達(dá)到中央控制器中設(shè)定的壓力為 止；
[0019] 3)若檢測到的天然氣{壓力 > 中央控制器中設(shè)定的壓力，總流量> 系統(tǒng)天然氣峰 值的設(shè)計(jì)總流量}，則中央控制器一方面向勵(lì)磁模塊發(fā)送提高發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的信號，使發(fā) 電機(jī)和膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，伴隨著轉(zhuǎn)速的降低，通過膨脹發(fā)電系統(tǒng)的天然氣流量得W減小； 另一方面向第二閥口發(fā)送減小其開度的信號，直至低壓管網(wǎng)前端的天然氣壓力達(dá)到中央控 制器設(shè)定的壓力為止；
[0020] 4)若檢測到的天然氣{壓力>中央控制器中設(shè)定的壓力，總流量《系統(tǒng)天然氣峰 值的設(shè)計(jì)總流量}，則中央控制器向勵(lì)磁模塊發(fā)送逐漸提高發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的控制信號，使 發(fā)電機(jī)和膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，伴隨著轉(zhuǎn)速的降低，通過膨脹發(fā)電系統(tǒng)的天然氣流量得W增 加，天然氣壓力降低，直至低壓管網(wǎng)前端的壓力達(dá)到中央控制器中設(shè)定的壓力為止。
[0021] 在上述天然氣壓力能發(fā)電調(diào)壓裝置的調(diào)壓方法中，設(shè)膨脹發(fā)電系統(tǒng)的膨脹發(fā)電單 元的組數(shù)為m組，設(shè)整數(shù)Ka《m;在步驟2)中，如果此時(shí)膨脹發(fā)電系統(tǒng)前端的天然氣總 流量介于{m-a-1，m-a}組膨脹發(fā)電單元的峰值設(shè)計(jì)總流量，則中央控制器向其中的（a-1) 組膨脹發(fā)電單元的第一閥口發(fā)送關(guān)閉信號，關(guān)閉其中（a-1)組膨脹發(fā)電單元前端的第一閥 n，同時(shí)向剩余的m-a-1組膨脹發(fā)電單元的勵(lì)磁模塊發(fā)送降低其發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的控制信 號，使該m-a-1組膨脹發(fā)電單元的發(fā)電機(jī)和膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速升高，伴隨著轉(zhuǎn)速的升高，通過膨 脹發(fā)電系統(tǒng)的天然氣流量得W增加，天然氣壓力升高，直至低壓管網(wǎng)前端的天然氣壓力達(dá) 到中央控制器中設(shè)定的壓力為止。
[0022] 在上述天然氣壓力能發(fā)電調(diào)壓裝置的調(diào)壓方法中，設(shè)膨脹發(fā)電系統(tǒng)的膨脹發(fā)電單 元的組數(shù)為m組，設(shè)整數(shù)Ka《m;在步驟4)中，若此時(shí)檢測到的天然氣總流量介于{m-a-1， m-a}組膨脹發(fā)電單元的峰值設(shè)計(jì)總流量時(shí)，中央控制器一方面通過信號電纜向其中的 (a-1)組的第一閥口發(fā)送關(guān)閉信號，關(guān)閉其中（a-1)組的第一閥n，另一方面，向剩余的 (m-a-1)組膨脹發(fā)電單元的勵(lì)磁模塊發(fā)送提高發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的控制信號，使該（m-a-1) 組膨脹發(fā)電單元的發(fā)電機(jī)和膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，伴隨著轉(zhuǎn)速的降低，通過膨脹發(fā)電系統(tǒng)的 天然氣流量得W減少，天然氣壓力降低，直至低壓管網(wǎng)前端的壓力達(dá)到中央控制器中設(shè)定 的壓力位置。
[0023] 在上述天然氣壓力能發(fā)電調(diào)壓裝置的調(diào)壓方法中，還包括：
[0024] 若檢測到的天然氣{壓力=中央控制器中設(shè)定的壓力，總流量低于設(shè)定值}時(shí)，貝U 中央控制器向第=閥口W及各個(gè)膨脹發(fā)電單元的第一閥口發(fā)送關(guān)閉信號。
[00巧]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：
[00%] 本發(fā)明的發(fā)電調(diào)壓裝置利用膨脹機(jī)和發(fā)電機(jī)回收天然氣壓力能，并將其轉(zhuǎn)化為 電能，通過壓力傳感器、流量傳感器、勵(lì)磁模塊、發(fā)電機(jī)及中央控制器靈活調(diào)節(jié)高壓管網(wǎng)天 然氣的壓力并實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓，滿足了低壓管網(wǎng)內(nèi)天然氣的壓力穩(wěn)定W及流量無規(guī)律變化的需 要，即實(shí)現(xiàn)了高壓天然氣的壓力調(diào)節(jié)，又有效地回收了高壓天然氣內(nèi)的壓力能，實(shí)現(xiàn)了能源 的高效利用；
[0027] 在高壓管網(wǎng)天然氣進(jìn)入膨脹發(fā)電系統(tǒng)前，通過引入熱源對天然氣進(jìn)行預(yù)加熱，保 證了裝置出口端的天然氣溫度滿足低壓管網(wǎng)的要求；
[0028] 此外，本發(fā)明的發(fā)電調(diào)壓裝置設(shè)計(jì)緊湊，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便且制造成本低，可用 于地帶大、中、小型調(diào)壓站、調(diào)壓箱中的調(diào)壓器，尤其適用于中、小型燃?xì)庹{(diào)壓站。
【附圖說明】
[0029] 當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，能夠更完整更好地理解本發(fā)明。此處所說明的附圖用來提供 對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。
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