一种高压管网压力能回收系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高压管网压力能回收系统，包括三个支路，透平膨胀发电支路包括天然气预热器、流量调节阀、透平膨胀机、发电机，涡旋式热分离支路包括流量调节阀、涡旋式热分离装置、调压阀等；调压支路包括调压阀、控制器、压力传感器、温度传感器等。透平膨胀发电支路将燃气管网压力能转变为电能输出，涡旋式热分离装置采用特有的涡旋式热分离装置将压力能在夏季时转变为冷能并提供生活热水，在冬季时将压力能转变为热能加热管路防止冰堵发生，备用调压支路用于在特殊情况下辅助调压，制冷支路用于夏季回收天然气冷能，温度压力控制支路用于稳定进入低压管线天然气的压力和温度。提高了压力能回收过程的能源利用效率，具有较高的应用价值。的应用价值。的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种高压管网压力能回收系统


[0001]本专利技术涉及能量回收
，尤其涉及一种高压管网压力能回收系统。

技术介绍

[0002]随着我国经济社会的快速发展，用户对天然气的需求与日俱增，天然气管网建设也呈大流量、大管径、高压力的发展趋势。以西气东输为例，上游管网压力普遍在10MPa左右，若减压到下游管网的0.8MPa，可回收的压力能将为356.63kJ/kg。若回收该部分能量，可以实现能源的高效利用，减少压力能的损失。
[0003]目前天然气压力能回收方式主要分为发电和制冷两种。国内学者王松岭教授提出了一种利用管道天然气压力能建立燃气蒸汽联合循环的方法，高压天然气在膨胀机膨胀做功后变成低压低温天然气，利用膨胀过程中的温降依次冷却进入压气机的空气和凝汽器中的烟气，并在烟气余热回收器中进一步回收烟气废热，升温后的天然气进入燃烧室燃烧，推动燃气轮机发电。这种系统充分地将天然气余压利用，与燃气轮机、蒸汽轮机发电过程相结合，优化了系统用能方式，提高了能源的综合利用效率。天然气压力能制冷主要是利用高压天然气在降压过程中的焦耳
‑
汤姆逊效应，气体体积膨胀后温度降低，其中蕴含了巨大的冷量，可以用于储气调峰、LNG液化、冷水空调、制取干冰的方面，具有很大的发展潜力。
[0004]虽然天然气压力管网蕴含巨大的压力能，但是压力能回收过程中需要逐级降压，且调压站分布较分散，给天然气余压回收带来了困难。由于天然气节流降压过程中发生的降温效应，调压站通常会出现冰堵或者霜冻现象等问题，在冬天等雨雪天气，管道外通常会出现结冰现象，导致设备变形扭曲，进一步产生破坏，制约了天然气压力能的回收。
[0005]为了保证调压过程的顺利进行，天燃气在调压前通常增设锅炉和换热器等设备对进入调压阀的天然气进行水浴加热，该方法虽然在一定程度上解决了调压时管道低温结霜现象，但是存在运行成本高、节能环保效益差的问题。采用电伴热或者锅炉加热不可避免地增加系统能耗和污染物的排放，对环境存在较大的负面影响。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种基于热分离涡旋式热分离单元和透平膨胀发电技术的高压管网压力能回收系统。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供技术方案如下：
[0008]一种高压管网压力能回收系统，其特征在于：高压管线分别连通相互并联的透平膨胀发电支路和涡旋式热分离支路，所述透平膨胀支路包括依次相连的预热器、第一流量阀、透平膨胀机和发电机，高压燃气依次流经所述预热器、第一流量阀、透平膨胀机后进入低压管线中；所述涡旋式热分离支路包括第二流量阀、涡旋式热分离装置、第一调压阀、制冷循环和供热循环，所述涡旋式热分离装置上设置有燃气进口、冷气流出口、热气流出口、辅助燃气进口和辅助燃气出口，所述制冷循环包括依次连接形成回路的冷凝器、压缩机和节流阀，所述供热循环包括依次连接形成回路的水泵、热水换热器和储水箱，所述高压管线
连通所述第二流量阀入口，第二流量阀的出口分成两路，一路连通所述燃气进口，另一路连通所述辅助燃气进口，所述冷气流出口与所述制冷循环中的冷凝器相连接，制冷循环中的制冷剂经过所述节流阀到达用户处完成制冷后返回到所述压缩机中压缩，然后进入到冷凝器中与低温燃气换热，完成换热的燃气进入到低压管线中，制冷剂流向节流阀；所述热气流出口与所述供热循环中的热水换热器连接，所述储水箱中的水经过所述水泵输送到热水换热器中，与从热气流出口通入的高温燃气换热，完成换热的燃气进入到低压管线中，水返回到储水箱中；所述辅助燃气出口依次连通所述第一调压阀和低压管线。
[0009]进一步的，还包括与所述透平膨胀发电支路和涡旋式热分离支路并联的调压支路，所述调压支路包括第二调压阀、控制器、压力传感器和温度传感器，所述第二调压阀的入口连接所述高压管线，出口连接所述低压管线，所述压力传感器和温度传感器可以实时监测低压管线的压力和温度，所述控制器分别与第二调压阀、第二流量阀、压力传感器和温度传感器电连接并控制第二调压阀和第二流量阀的开度大小，所述辅助燃气出口依次连接第三流量阀和第二调压阀。
[0010]进一步的，所述涡旋式热分离装置的壳体内部排布有若干涡旋式热分离单元、第一支撑板、第二支撑板、第三支撑板和第四支撑板，所述涡旋式热分离单元包括内筒、外筒、导流叶片、换热肋片、锥台，所述外筒固定在所述第二支撑板和第三支撑板之间，所述内筒的一端固定在所述第一支撑板上，一端设置在外筒内，所述锥台的一端连接在所述第四支撑板上，一端设置在外筒内，所述导流叶片设置在内筒的外侧，所述换热肋片设置在外筒的外侧，所述外筒和内筒之间形成入口，外筒和锥台之间形成出口，所述入口和所述燃气进口相连通，所述出口和所述热气流出口相连通，内筒的出口端和所述冷气流出口相连通，所述辅助燃气进口和辅助燃气出口设置在第二支撑板和第三支撑板之间。
[0011]进一步的，所述锥台上设置有螺柱，锥台通过所述螺柱与第四支撑板之间螺纹连接，通过调节螺柱可以改变所述出口的大小。
[0012]进一步的，涡旋式热分离单元之间交错式排布。
[0013]进一步的，在所述第二流量阀和燃气进口之间设置有第四流量阀，在第二流量阀和所述辅助燃气进口之间设置有第五流量阀，在所述第一调压阀和低压管线之间设置有第六流量阀，在所述冷凝器和低压管线之间设置有第七流量阀，在所述热水换热器和低压管线之间设置有第八流量阀。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术基于热分离涡旋式热分离装置和透平膨胀发电技术，设计了一款回收利用压力能进行发电、制冷和制热的能源回收系统，能够有效解决调压回收后天然气温度过低的问题，具有较高的经济效益。2、设计了特有的涡旋式热分离装置，具有性能可靠、运行方便的优点，在满足调压站调压需要的同时，回收了原本浪费掉的管网压力能，在夏季能够发电、制冷和提供生活用水，在冬季可以利用系统生成的热量加热管路低温天然气，能够有效防止冰堵的发生，具有较高的经济价值。3、热分离涡旋式热分离单元可以通过改变锥台的位置引导气流的流动方向，从而实现不同的制冷或制热目的。
附图说明
[0015]图1为本专利技术结构示意图；
[0016]图2为本专利技术涡旋式热分离装置结构示意图；
[0017]图3为本专利技术涡旋式热分离装置出口的结构示意图；
[0018]图4为本专利技术涡旋式热分离装置内部结构示意图；
[0019]图5为本专利技术涡旋式热分离单元排布图；
[0020]图6为本专利技术涡旋式热分离单元结构示意图；
[0021]图7为本专利技术涡旋式热分离单元剖面原理图；
[0022]其中：1
‑
透平膨胀机，2
‑
发电机，3
‑
预热器，4
‑1‑
第一调压阀，4
‑2‑
第二调压阀，5
‑
涡旋式热分离装置，5
‑1‑
燃气进口，5
‑2‑
冷气流出口，5
‑3‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压管网压力能回收系统，其特征在于：高压管线(13)分别连通相互并联的透平膨胀发电支路和涡旋式热分离支路，所述透平膨胀支路包括依次相连的预热器(3)、第一流量阀(12
‑
1)、透平膨胀机(1)和发电机(2)，高压燃气依次流经所述预热器(3)、第一流量阀(12
‑
1)、透平膨胀机(1)后进入低压管线(14)中；所述涡旋式热分离支路包括第二流量阀(12
‑
2)、涡旋式热分离装置(5)、第一调压阀(4
‑
1)、制冷循环和供热循环，所述涡旋式热分离装置(5)上设置有燃气进口(5
‑
1)、冷气流出口(5
‑
2)、热气流出口(5
‑
3)、辅助燃气进口(5
‑
4)和辅助燃气出口(5
‑
5)，所述制冷循环包括依次连接形成回路的冷凝器(15)、压缩机(7)和节流阀(10)，所述供热循环包括依次连接形成回路的水泵(8)、热水换热器(16)和储水箱(9)，所述高压管线(13)连通所述第二流量阀(12
‑
2)入口，第二流量阀(12
‑
2)的出口分成两路，一路连通所述燃气进口(5
‑
1)，另一路连通所述辅助燃气进口(5
‑
4)，所述冷气流出口(5
‑
2)与所述制冷循环中的冷凝器(15)相连接，制冷循环中的制冷剂经过所述节流阀(10)到达用户(11)处完成制冷后返回到所述压缩机(7)中压缩，然后进入到冷凝器(15)中与低温燃气换热，完成换热的燃气进入到低压管线(14)中，制冷剂流向节流阀(10)；所述热气流出口(5
‑
3)与所述供热循环中的热水换热器(16)连接，所述储水箱(9)中的水经过所述水泵(8)输送到热水换热器(16)中，与从热气流出口(5
‑
3)通入的高温燃气换热，完成换热的燃气进入到低压管线(14)中，水返回到储水箱(9)中；所述辅助燃气出口(5
‑
5)依次连通所述第一调压阀(4
‑
1)和低压管线(14)。2.根据权利要求1所述一种高压管网压力能回收系统，其特征在于：还包括与所述透平膨胀发电支路和涡旋式热分离支路并联的调压支路，所述调压支路包括第二调压阀(4
‑
2)、控制器(6
‑
1)、压力传感器(6
‑
2)和温度传感器(6
‑
3)，所述第二调压阀(4
‑
2)的入口连接所述高压管线(13)，出口连接所述低压管线(14)，所述压力传感器(6
‑
2)和温度传感器(6
‑
3)可以实时监测低压管线(14)的压力和温度，所述控制器(6
‑
1)分别与第二调压阀(4
‑
2)、第二流量阀(12
‑
2)、压力传感器(6
‑
2)和温度传感器(6
‑
3)电连接并控制第二调压阀(4
‑
2)和第二流量阀(12
‑
2)的开度大小，所述辅助燃气出口(5
‑
5)依次连接第三流量阀(12
‑
3)和第二调压阀(4
‑
2)。3.根据权利要求2所述一种高压管网压力能回收系统，其特征在于：所述涡旋式热分离装置(5)的壳体(5
‑
11)内部排布有若干涡旋式热分离单元(5
‑
6)、第一支撑板(5
‑
7)、第二支撑板(5<...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡亮，毛衍钦，郭万军，李超杰，王晓月，詹志行，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：