一种适用于天然气分输站的燃气补热式压力能发电节能系统及方法

本技术涉及动力工程，尤其涉及一种适用于天然气分输站的燃气补热式压力能发电节能系统及方法。

背景技术：

1、天然气是清洁的优质能源和化工原料。

2、天然气分输站是建在长输管线上的设施，主要用于分配长输管线中的天然气。这些天然气通常会被分配给一个或多个城市门站。分输站的主要功能包括计量、调压和分配天然气。长输管线中的燃气压力较高，一般在3-10mpa，在供给城市时，先输送到分输站进行调压，降压之后再送入城市门站。在分输站内，高压天然气流过调压阀进行节流，节流后天然气压力降低，同时由于节流效应温度也降低，降温后的天然气，可能会造成管道结冰、堵塞，以及管道钢材强度降低，威胁天然气分输站的安全运行；同时节流过程有较大的不可逆熵增，高压天然气所含有的压力能没有回收利用，造成较大的能量浪费。

技术实现思路

1、本技术实施例通过提供一种适用于天然气分输站的燃气补热式压力能发电节能系统及方法，解决了现有技术中天然气分输站内将主管线内的高压天然气进行计量、降压后送入城市门站，一方面会浪费高压天然气所具有的压力能，造成能量损失；另一方面在节流作用下降温的天然气，容易造成管道结冰、堵塞的技术问题。

2、第一方面，本技术实施例提供了一种适用于天然气分输站的燃气补热式压力能发电节能系统，包括高温加热器、膨胀机、低温加热器、导热油循环机构和天然气加热机构；高压天然气汇管的第一输出端连接于所述高温加热器的第一输入端，所述高压天然气汇管的第一输出端和所述高温加热器的第一输入端之间设置有第二调压阀；所述高温加热器的第一输出端连接于所述膨胀机的输入端，所述膨胀机的第一输出端连接于发电机的驱动端，所述膨胀机的第二输出端连接于所述低温加热器的第一输入端，所述低温加热器的第一输出端连接于低压天然气汇管的第一输入端；所述低压天然气汇管的第一输出端连接于城市门站或下游用户，其第二输出端连接于所述天然气加热机构的第一输入端，所述低压天然气汇管的第二输出端和所述天然气加热机构之间设置有管道调压阀；所述天然气加热机构的第二输入端连接于所述导热油循环机构的输出端，其输出端连接于所述高温加热器的第二输入端；所述高温加热器的第二输出端连接于所述低温加热器的第二输入端，所述低温加热器的第二输出端连接于所述导热油循环机构的输入端。

3、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述导热油循环机构包括导热油储罐和导热油泵；所述导热油储罐的输入端连接于所述低温加热器的第二输出端，其输出端连接于所述导热油泵的输入端；所述导热油泵的输出端连接于所述天然气加热机构的第二输入端；所述导热油泵的输出端和所述天然气加热机构的第二输入端之间设置有导热油流量调节阀。

4、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述天然气加热机构包括燃气储罐和燃气加热炉；所述燃气储罐的输入端连接于所述低压天然气汇管的第二输出端，其输出端连接于所述燃气加热炉的第一输入端；所述燃气加热炉的第二输入端连接于所述导热油泵的输出端，其输出端连接于所述高温加热器的第二输入端；所述燃气加热炉的第一输入端和所述燃气储罐的输出端之间设置有燃气流量控制阀。

5、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述燃气加热炉包括燃烧室、蛇形肋片管和壳体；所述燃烧室设置于所述壳体内，且位于所述壳体的底部；所述蛇形肋片管设置于所述壳体内，且位于所述燃烧室的上方；所述燃烧室连通于所述燃气储罐的输入端；所述蛇形肋片管的输入端连通于所述导热油泵的输出端，其输出端连通于所述高温加热器的第二输入端。

6、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述高压天然气汇管的第二输出端连接于所述低压天然气汇管的第二输入端，所述高压天然气汇管的第二输出端和所述低压天然气汇管的第二输入端之间设置有第一调压阀。

7、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述适用于天然气分输站的燃气补热式压力能发电节能系统还包括第一流量计和第二流量计；所述第一流量计设置于所述第一调压阀和所述低压天然气汇管的第二输入端之间；所述第二流量计设置于所述第二调压阀和所述高温加热器的第一输入端之间。

8、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述适用于天然气分输站的燃气补热式压力能发电节能系统还包括温压变送器；所述温压变送器设置有所述低温加热器的第一输出端和所述低压天然气汇管的第一输入端之间，被配置为监测所述低温加热器的第一输出端的天然气的温度和压力。

9、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述适用于天然气分输站的燃气补热式压力能发电节能系统还包括传动机构；所述传动机构的输入端连接于所述膨胀机的第一输出端，其输出端连接于所述发电机的驱动端。

10、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述高温加热器为气液换热器。

11、第二方面，本技术实施例提供了一种适用于天然气分输站的燃气补热式压力能发电节能方法，使用第一方面或者第一方面任一种可能的实现方式中的适用于天然气分输站的燃气补热式压力能发电节能系统，包括：

12、高压天然气汇管的第一输出端将高压天然气输送至高温加热器，高压天然气在高温加热器中吸收热量，温度升高，升温后的高压天然气再输送至膨胀机；

13、高压高温天然气在膨胀机中膨胀做功，将高压高温天然气的压力能和内能转化为机械能，膨胀机带动发电机发电，将机械能转化为电能；

14、从膨胀机的第二输出端输出的降压降温的天然气再进入低温加热器，并在低温加热器中加热升温，升温后的天然气流入低压天然气汇管中；

15、低压天然气汇管中的低压天然气一部分供给城市门站或下游用户，另一部分输送至天然气加热机构；

16、导热油循环机构将低温导热油输送至天然气加热机构，天然气加热机构燃烧天然气并将低温导热油加热至高温，高温导热油经天然气加热机构输送至高温加热器，并放出热量，加热高温加热器内的高压天然气；

17、高温加热器内的导热油再输送至低温加热器，并放出热量，加热低温加热器内降压降温的天然气，低温加热器的第二输出端将导热油再输送至导热油循环机构。

18、本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果：

19、本技术实施例提供的适用于天然气分输站的燃气补热式压力能发电节能系统包括高温加热器、膨胀机、低温加热器、导热油循环机构和天然气加热机构。在实际使用中，高压天然气汇管的第一输出端将高压天然气输送至高温加热器，高压天然气在高温加热器中吸收热量，温度升高，升温后的高压天然气再输送至膨胀机；高压高温天然气在膨胀机中膨胀做功，将高压高温天然气的压力能和内能转化为机械能，膨胀机带动发电机发电，将机械能转化为电能；从膨胀机的第二输出端输出的降压降温的天然气再进入低温加热器，并在低温加热器中加热升温，升温后的天然气流入低压天然气汇管中；低压天然气汇管中的低压天然气一部分供给城市门站或下游用户，另一部分输送至天然气加热机构；导热油循环机构将低温导热油输送至天然气加热机构，天然气加热机构燃烧天然气并将低温导热油加热至高温，高温导热油经天然气加热机构输送至高温加热器，并放出热量，加热高温加热器内的高压天然气；高温加热器内的导热油再输送至低温加热器，并放出热量，加热低温加热器内降压降温的天然气，低温加热器的第二输出端将导热油再输送至导热油循环机构。本技术合理利用了天然气分输站高压天然气的压力能，将压力能转化为电能，为天然气分输站节约能源；导热油比热高，蓄热能力强，且能升高到较高温度，导热油在高温加热器中加热高压天然气，能显著提高高压天然气的温度，使得高压天然气在膨胀机内的做功能力提高，更大限度地利用了高压天然气的压力能；高温导热油在高温加热器放热后，流入低温加热器中，低温加热器被加热介质是膨胀机输出的低温天然气，导热油在低温加热器中继续放出热量，加热低温天然气使之满足管道输送要求，实现了能量的梯级利用；天然气加热机构中的燃气采用天然气分输站的减压后的燃气，就地取材，成本低，来源广，加热效果不随周围环境和生产过程的影响。