利用天然氣壓力能分步提供冷量熱量的系統技術方案

本實用新型專利技術提供了一種利用天然氣壓力能分步提供冷量熱量的系統，同時可為城市用氣提供不同壓力級制天然氣的裝置。本實用新型專利技術所采用工藝流程的原理在于充分利用高壓天然氣自身的壓力能，采用氣波機輸出冷量熱量與膨脹機制冷工藝的聯合應用。本實用新型專利技術既可以很好的利用氣波機適應復雜工況的情況，也滿足膨脹機對工況要求高的需求；既可利用氣波機及膨脹機得到熱量冷量，為用戶提供冷能與熱能外供，也可滿足用氣城市對不同壓力級制天然氣的需求。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種利用天然氣壓力能分步提供冷量熱量的系統，具體是一種利用高壓天然氣自身的壓力，先通過氣波機獲取冷量熱量，再通過膨脹機制冷工藝將剩余的壓力能轉換為冷量的系統，并可為城市用氣提供不同壓力級制的天然氣。
技術介紹
管輸天然氣一般以高高壓或高壓方式通過長輸管道輸送到城市門站，在供給到終端用戶前通常需要調壓設備進行多級降壓處理，以便天然氣的壓力能夠滿足城市不同壓力級制天然氣用戶的需求。高壓天然氣內蘊含的巨大的壓力能，目前在通過調壓設備調壓的過程中，這部分壓力能被白白浪費掉。另外，由于需要給天然氣急劇降壓、降溫，很容易對調壓設備及管道設備的安全運行構成威脅，因此為了不讓調壓設備及管道設備過冷，常常需要在調壓過程中配置以天然氣作為燃料氣的熱水鍋爐來加溫，這樣不但白白浪費了管道天然氣的壓力能，而且還會消耗掉一部分天然氣，并增加熱水鍋爐等附屬設施。如果將這部分壓力能加以利用，不但可以獲得可觀的收益，還可以提高天然氣的利用率，而且還能降低天然氣的損耗。將天然氣的壓力能轉換成熱能、冷能等形式的能源，目前主要是通過膨脹機、氣波機、渦流管等裝置來實現的。利用膨脹機回收壓力能，通常其制冷效率可高達70 80%，但其結構復雜，制造成本較高，更重要的是其變工況適應性差，當入口氣體流量變化較大時，將會顯著影響膨脹機的制冷效率。氣波機制冷效率雖比不上膨脹機，但其能適應復雜工況，處理量大，不需要額外能耗，可穩定長時間運行。渦流管雖然結構簡單、造價低廉，但其制冷效率比較低，且制冷效率受入口氣體壓力、流量的影響比較大，只能用于一些特定的場合。因此，有必要設計一種新的熱量冷量利用系統以克服現有單個技術的缺陷，同時又可以滿足城市對不同壓力級制天然氣的需求。
技術實現思路
本技術的目的在于解決上述技術問題，提供一種充分利用高壓天然氣壓力能，并具有較高的變負荷適應性的裝置。本技術所述利用高壓天然氣壓力能分步提供熱量冷量并提供不同壓力級制天然氣的系統裝置。為了實現上述目的，本技術系統可以采用如下的技術方案。一種利用天然氣壓力能分步提供冷量熱量的系統，該系統包括:與高壓天然氣管道連接的氣波機；設置在所述氣波機下游并且通過天然氣管道與所述氣波機連接的、用于利用所述氣波機所產生冷量的第一換熱器；設置在第一換熱器下游膨脹機，該膨脹機的膨脹端通過天然氣管道與所述第一換熱器連接，該膨脹機的增壓端與城市中壓管網連接，該膨脹機的膨脹端與增壓端另外連接有利用所述膨脹機所產生冷量的第二換熱器。其中，所述氣波機，也稱熱分離機、氣波制冷機，是一種利用氣體自身所具有的壓力能，通過壓力波做功和熱傳遞的方式來轉移自身能量從而達到制冷目的的設備。在本申請中對于氣波機沒有特別的限制，可以使用商購的設備。例如可以使用中國技術201120367297.7中公開的氣波機，優選使用旋轉式氣波機，它包括一振蕩腔、設置在所述振蕩腔內的氣體分配器、以及一組呈放射狀均布在氣體分配器周圍的振蕩管。優選地，所述氣體分配器包括一轉子，與轉子相連的進氣管。優選地，所述振蕩腔連接有一排氣管，該排氣管的另一端連接所述換熱器。所述轉子設有至少兩個噴嘴，一般設有2-10個噴嘴，優選2-8個，更優選3-6個。通過氣波機將天然氣壓力能轉換為熱能和/或冷能，以便分別加以利用。另外，本申請優選采用波轉子氣波機。波轉子氣波機主要由噴嘴、波轉子、震蕩管、機殼等組成，其中激蕩震蕩管設在機殼內。例如波轉子氣波機可以使用深圳力科公司的產品。波轉子氣波機按照端口布置及通道內部流動方式可將波轉子制冷流程可分為通流式波轉子氣波機和逆流式波轉子氣波機。進一步優選自驅式波轉子氣波機，轉速約為2000 3000轉/分鐘的低轉速，可認為靜設備，從而保證系統正常穩定的長時間運行。經過氣波機后的天然氣溫度一般為-35 -45°C。優選的是，在第一換熱器與膨脹機之間的天然氣管道分出一個支路與城市高壓管道連接。優選的是，所述氣波機的激蕩震蕩管設在機殼內。優選的是，為更好的利用天然氣的壓力能，氣波機連接一熱量利用裝置，氣波機產生的熱量被熱能利用裝置所利用。第一換熱器和第二換熱器分別連接有冷量利用裝置。經過第一換熱器后的天然氣溫度一般為O 5°C，壓力為1.2 1.6MPa。所述膨脹機優選透平式膨脹機。透平膨脹機也叫渦輪機，以氣體膨脹時速度能的變化來傳遞能量，是利用氣體的絕熱膨脹將氣體的位能轉變為機械功。進一步優選為單級向心徑流反動式透平式膨脹機，其傳出的外功由發電機、鼓風機或油制動器所吸收。絕熱效率可達到:中壓膨脹機65 75%，低壓膨脹機75 85%。所述膨脹機膨脹的條件為入口天然氣壓力控制在1.2MPa至1.6MPa，膨脹后壓力為0.2MPa至0.35MPa，出口天然氣壓力控制在0.3MPa至0.4MPa，溫度控制在25°C至40°C。優選的是，當下游用戶用氣量小、供氣壓力高時可采用串聯兩臺或者兩臺以上透平膨脹機的方式，當下游用戶用氣量大、供氣壓力低時采用并聯兩臺或者兩臺以上透平膨脹機的方式，以提高系統對天然氣壓力和流量大幅度波動實際工況的適應能力，且提高設備使用壽命O通過第二換熱器后的天然氣壓力一般為0.2 0.35MPa，溫度為O 5°C，進入膨脹機增壓端，再進入城市中壓管網。各段天然氣管道及裝置按照需要可安置閥門。膨脹機與換熱器間的天然氣管道上可設置流量調節閥。這里所述的壓力均指表壓。本技術的利用天然氣壓力能分步提供冷量的系統具有以下有益效果:1、把進城市門站壓力、流量波動的復雜工況的高壓天然氣先通過氣波機把壓力能轉化為熱量、冷量。2、充分利用了經過氣波機出口后的壓力流量穩定的工況，同時進入膨脹機再次利用剩余的壓力產生的冷量，使天然氣的價值得到大幅提升。3、利用氣波機和膨脹機做功后，提供了穩定的、不同壓力級制的天然氣，滿足城市供氣需求。4、下游用氣量為正常負荷時，單位產品的工作能耗近似為零，低壓天然氣及所需的熱量冷量全部來自高、低壓管網之間的壓力能。附圖說明:圖1是是本技術的利用壓力能分布提供冷量系統的結構圖。具體實施方式:下面，將結合附圖對本技術的利用壓力能分布提供冷量系統的優選實施方式進行進一步詳細的說明。請參閱圖1，一種利用天然氣壓力能分步提供冷量熱量的系統，該系統包括:與高壓天然氣管道A連接的氣波機I ;設置在所述氣波機下游并且通過天然氣管道與所述氣波機I連接的、用于利用所述氣波機I所產生冷量的第一換熱器2 ;設置在第一換熱器2下游的膨脹機3，該膨脹機3的膨脹端通過天然氣管道與所述第一換熱器2連接，該膨脹機的增壓端與城市中壓管網C連接，該膨脹機的膨脹端與增壓端另外連接有利用所述膨脹機所產生冷量的第二換熱器4，其中在第一換熱器2與膨脹機3之間的天然氣管道分出一個支路與城市高壓管道B連接。另外在圖中繪出了一些任選的用于調節流量的閥門。為更好的利用天然氣的壓力能，氣波機I連接一熱量利用裝置，氣波機產生的熱量被熱能利用裝置所利用。第一和第二換熱器分別連接有冷量利用裝置。第一階段，高壓天然氣(5 IOMPa)通過高壓管道A進入裝置后，進入氣波機I，通過來流高壓氣體壓縮氣波機的波轉子對通道內原有氣體對外做功，同時獲得低溫的冷能和高溫的熱能，制冷效率可以達到70%以上。氣波機I對外放熱，產生熱能本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種利用天然氣壓力能分步提供冷量熱量的系統，其特征在于，該系統包括：與高壓天然氣管道（A）連接的氣波機（1）；設置在所述氣波機（1）下游并且通過天然氣管道與所述氣波機（1）連接的、用于利用所述氣波機（1）所產生冷量的第一換熱器（2）；設置在第一換熱器（2）下游的膨脹機（3），該膨脹機（3）的膨脹端通過天然氣管道與所述第一換熱器（2）連接，該膨脹機的增壓端與城市中壓管網（C）連接，該膨脹機的膨脹端與增壓端另外連接有利用所述膨脹機所產生冷量的第二換熱器（4）。

【技術特征摘要】
1.一種利用天然氣壓力能分步提供冷量熱量的系統，其特征在于，該系統包括:與高壓天然氣管道(A)連接的氣波機(I);設置在所述氣波機(I)下游并且通過天然氣管道與所述氣波機(I)連接的、用于利用所述氣波機(I)所產生冷量的第一換熱器(2);設置在第一換熱器(2 )下游的膨脹機(3 )，該膨脹機(3 )的膨脹端通過天然氣管道與所述第一換熱器(2)連接，該膨脹機的增壓端與城市中壓管網(C)連接，該膨脹機的膨脹端與增壓端另外連接有利用所述膨脹機所產生冷量的第二換熱器(4)。2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，在第一換熱器(2)與膨脹機(3)之間的天然氣管道分出一個支路與城市高壓管道(B)連接。3.根據權利要求1所述的系統，其特征在于:所述氣波機(I)是自驅式波轉子氣波機。4.根據權利要...

【專利技術屬性】
技術研發人員：錢守利，于春美，周玉鋒，蘇雅拉圖，何亞麗，屈傲蕾，
申請(專利權)人：新地能源工程技術有限公司，
類型：實用新型
國別省市：