CN107575744A - 天然气调压发电一体化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种天然气调压发电一体化装置及方法，该装置包括加热系统、膨胀发电系统、流量控制系统和调压旁路；加热系统对高压天然气预加热；流量控制系统分别与调压旁路和膨胀发电系统通讯，获取调压旁路上的压力、温度信号，控制膨胀发电系统运转；膨胀发电系统采用异步发电机发电；调压旁路设置的调压阀在膨胀发电系统满负荷运转而下游压力仍过低时开启。本发明在给高压天然气调压的过程中回收了压力能，带动发电机发电向电网供电，并通过膨胀系统、流量控制系统和调压旁路的密切合作，调节天然气压力、流量至设定水平。

Description

天然气调压发电一体化装置及方法

技术领域

本发明涉及一种利用天然气压力能回收发电和压力调节装置，具体涉及一种天然气调压发电一体化装置及方法。

背景技术

天然气门站主要作用是将高压、次高压的管网气减压至下游管网的压力，加臭并送至城市中压燃气管网。天然气管网中蕴含的巨大的余压余能资源，可以广泛应用于发电、调压储气、制冷、生产LNG等多种用途。但是，由于天然气经过多级调压，调压站布局分散，对天然气余压利用带来了困难。

天然气压力能带动膨胀发电机发电，是城市天然气管网压力能回收利用的首选，而实现膨胀发电机发电并网，向公网供电，更是具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种天然气调压发电一体化装置，用于天然气门站调压，并利用高压天然气压力能带动发电机发电。

该装置包括对高压管网来的天然气预加热的加热系统、利用预加热后的天然气发电的膨胀发电系统、从加热系统与膨胀发电系统之间的连接管路上引出的调压旁路、根据调压旁路上设置的压力传感器、温度传感器获取的压力、温度信号控制膨胀发电系统运转从而将门站流量及出口压力调节至设定值的流量控制系统。

进一步地，膨胀发电系统连接于电网以利用膨胀发电系统发生的电力。

进一步地，所述膨胀发电系统采用异步发电机发电。

进一步地，所述调压旁路设置调压阀，调压阀在膨胀发电系统满负荷运转而下游压力过低时开启。

进一步地，所述加热系统设置换热器，由外来热源提供热量对门站入口侧的高压天然气加热，避免高压天然气膨胀至低压后温度过低。

所述流量控制系统分别与调压旁路和膨胀发电系统通讯，流量控制系统获取调压旁路上的压力、温度信号。

所述膨胀发电系统包括一台膨胀发电机(包括膨胀机和发电机)，或根据需要也可设置多台并联。

所述调压旁路包括一台调压阀，一台温度传感器和一台压力传感器。

所述流量控制系统包括设置在膨胀发电机与电网之间的连接线路上的一台四象限变频器和与之连接的一台运算器，所述运算器能够将来自温度传感器和压力传感器的温度和压力信号换算出的流量信号转换为频率信号，频率信号传送给四象限变频器，四象限变频器再将频率信号传送给膨胀发电系统，以调节膨胀发电机的转速，从而调节门站天然气流量及出口压力。

上述加热系统对进入门站的高压天然气预加热中，预热至多少摄氏度可以由本领域普通技术人员根据降压过程中产生的温降程度来决定，温降过大，低压侧温度过低时，管道可能会结霜甚至冻坏。

本发明进一步提供了利用上述装置的一种天然气调压发电一体化方法，包括：

高压管网来的天然气进入天然气门站，经过加热系统加热后分为两路，一路连接膨胀发电机，带动膨胀发电机发电，天然气压力能得以回收；膨胀发电机发出的电通过流量控制系统的四象限变频器变频后向电网供电；

另一路为调压旁路，天然气通过其中设置的调压阀节流降压，调压阀从设置在其后的压力传感器获取压力信号，通过该压力信号对调压阀进行控制；同时，调压旁路上设置的温度传感器和压力传感器，其信号还传送至流量控制系统，由流量控制系统转换为频率调节信号后，发送给膨胀发电系统，控制膨胀发电系统的转速。

进一步地，在上述天然气调压发电一体化装置的调压方法中，压力传感器和温度传感器与流量控制系统通讯，分别将压力和温度信号传送给流量控制系统，流量控制系统接收信号后将其换算为流量信号，并传送给运算器，由运算器转换为频率信号，频率信号传送给四象限变频器，四象限变频器再将频率信号传送给膨胀发电系统，以调节膨胀发电机的转速，从而调节门站天然气流量及出口压力。

进一步地，当检测到门站出口侧压力(门站出口侧压力受下游用户用量影响，需求量大时，出口侧压力较低，反之则较高)高于设定值(设定值根据下游情况而定，如下游为用户，则为用户用气压力；如下游为低压管网，则为下游管网压力)时，流量控制系统得到流量过高的信号，此流量信号传送给运算器，运算器给四象限变频器发送频率信号，四象限变频器再将频率信号传送给膨胀发电系统，使膨胀发电机转速降低(考虑到发电机的运行稳定，转速优选逐渐降低)，随着转速的降低，膨胀发电系统出口压力降低，天然气流量减少；

当检测到门站出口侧压力低于设定值时，流量控制系统得到流量过低的信号，此流量信号传送给运算器，运算器给四象限变频器发送频率信号，四象限变频器再将频率信号传送给膨胀发电系统，使膨胀发电机转速提高，随着转速的提高(考虑到发电机的运行稳定，转速优选逐渐提高)，膨胀发电系统出口压力升高，天然气流量增加；

当膨胀发电系统满负荷运行，但门站出口侧压力仍低于设定值时，调压旁路上的调压阀接收压力传感器的信号开启，并自动调节开度，天然气门站总流量增加。

膨胀机出口压力变化，温度也会相应变化，再加之其它一些不确定因素，膨胀机后天然气温度是不稳定的，而天然气门站流量计量系统多采用体积流量计，设置压力、温度传感器，信息传送给流量计量系统，对测量的体积流量值进行修正，才能换算为不受温度、压力影响的标况下的流量值。

本发明的优点：

1、本发明的发电调压一体化装置利用异步膨胀发电机发电回收压力能，发出的电可以并网处理，向公网供电，具有重要的意义；此装置还实现了天然气调压，维持天然气门站下游压力得以稳定，且能适应门站来气流量的大幅变化；

2、符合国家节能减排的要求，根据国家规定，每1kWh发电量相当于0.39kg标准煤，每小时将减少0.785kg二氧化碳的排放；利用高压管网天然气余压发电，可以有效减少碳排放。

附图说明

图1本发明流程的示意图，其中，

1、电网；3、流量控制系统；11、加热系统；21、膨胀机；22、发电机；31、四象限变频器；32、运算器；41、调压阀；42、压力传感器；43、温度传感器；。

具体实施方式

如图1所示，一种天然气调压发电一体化装置，用于天然气门站调压，并利用高压天然气压力能带动发电机发电，该装置包括一种天然气调压发电一体化装置，用于天然气门站调压，并利用高压天然气压力能带动发电机发电。

该装置包括对高压管网来的天然气预加热的加热系统11、利用预加热后的天然气发电的膨胀发电系统(21、22)、从加热系统与膨胀发电系统之间的连接管路上引出的调压旁路、根据调压旁路上设置的压力传感器42、、温度传感器43获取的压力、温度信号控制膨胀发电系统运转从而将门站流量及出口压力调节至设定值的流量控制系统3。膨胀发电系统连接于电网1以利用膨胀发电系统发生的电力。所述调压旁路设置调压阀41，调压阀41在膨胀发电系统满负荷运转而下游压力过低时开启。所述膨胀发电系统可包括一台膨胀发电机(包括膨胀机21和发电机22)，或根据需要也可设置多台并联。所述膨胀发电系统可采用异步发电机发电。

优选所述加热系统设置换热器，由外来热源提供热量对门站入口侧的高压天然气加热，避免高压天然气膨胀至低压后温度过低。

所述流量控制系统分别与调压旁路和膨胀发电系统通讯，流量控制系统获取调压旁路上的压力、温度信号。

所述调压旁路包括一台调压阀41，一台温度传感器43和一台压力传感器42。

所述流量控制系统3包括设置在膨胀发电机与电网之间的连接线路上的一台四象限变频器31和与之连接的一台运算器32，所述运算器32能够将来自温度传感器43和压力传感器42的温度和压力信号换算出的流量信号转换为频率信号，频率信号传送给四象限变频器31，四象限变频器31再将频率信号传送给膨胀发电系统(21、22)，以调节膨胀发电机的转速，从而调节门站天然气流量及出口压力。

利用上述装置的一种天然气调压发电一体化方法包括：

高压管网来的天然气进入天然气门站，经过所述的加热系统11加热后分为两路，一路连接膨胀机21、发电机22，带动膨胀发电机发电，天然气压力能得以回收；膨胀发电机，优选异步膨胀发电机发出的电通过所述流量控制系统的四象限变频器31变频后向电网供电；

另一路即调压旁路，天然气通过其中设置的调压阀41节流降压，调压阀41从设置在其后的压力传感器42获取压力信号；同时，调压旁路上设置的温度传感器43和压力传感器42，其信号还传送至流量控制系统3，由流量控制系统转换为频率调节信号后，发送给膨胀发电系统(21、22)，控制膨胀发电系统的转速。

在上述天然气调压发电一体化装置的调压方法中，压力传感器和温度传感器与流量控制系统通讯，分别将压力和温度信号传送给流量控制系统，流量控制系统接收信号后将其换算为流量信号，并传送给运算器32，由运算器32转换为频率信号，频率信号传送给四象限变频器31，四象限变频器31再将频率信号传送给膨胀发电系统(21、22)，以调节膨胀发电机的转速，从而调节门站天然气流量及出口压力；

当检测到门站出口侧压力高于设定值时，流量控制系统得到流量过高的信号，此流量信号传送给运算器32，运算器32给四象限变频器31发送频率信号，四象限变频器31再将频率信号传送给膨胀发电系统(21、22)，使膨胀发电机转速降低，随着转速的降低，膨胀发电系统出口压力降低，天然气流量减少；

当检测到门站出口侧压力低于设定值时，流量控制系统得到流量过低的信号，此流量信号传送给运算器32，运算器32给四象限变频器31发送频率信号，四象限变频器31再将频率信号传送给膨胀发电系统(21、22)，使膨胀发电机转速提高，随着转速的提高，膨胀发电系统出口压力升高，天然气流量增加；

当膨胀发电系统满负荷运行，但门站出口侧压力仍低于设定值时，调压旁路上的调压阀41接收压力传感器42的信号开启，并自动调节开度，天然气门站总流量增加。

实施例1

高压管网来的天然气进入天然气门站，经过所述的加热系统11加热后分为两路，一路连接膨胀机21、发电机22，带动膨胀发电机发电，天然气压力能得以回收；异步膨胀发电机发出的电通过所述流量控制系统的四象限变频器31变频后向电网供电；

另一路即调压旁路，天然气通过其中设置的调压阀41节流降压，调压阀41从设置在其后的压力传感器42获取压力信号；同时，调压旁路上设置的温度传感器43和压力传感器42，其信号还传送至流量控制系统3，由流量控制系统转换为频率调节信号后，发送给膨胀发电系统(21、22)，控制膨胀发电系统的转速。

压力传感器42和温度传感器43与流量控制系统通讯，分别将压力和温度信号传送给流量控制系统，流量控制系统3接收信号后将其换算为流量信号，并传送给运算器32，由运算器32转换为频率信号，频率信号传送给四象限变频器31，四象限变频器31再将频率信号传送给膨胀发电系统(21、22)，以调节膨胀发电机的转速，从而调节门站天然气流量及出口压力；

当检测到门站出口侧压力高于设定值用户用气压力时，流量控制系统得到流量过高的信号，此流量信号传送给运算器32，运算器32给四象限变频器31发送频率信号，四象限变频器31再将频率信号传送给膨胀发电系统(21、22)，使膨胀发电机转速逐渐降低，随着转速的降低，膨胀发电系统出口压力降低，天然气流量减少；

当检测到门站出口侧压力低于设定值用户用气压力时，流量控制系统得到流量过低的信号，此流量信号传送给运算器32，运算器32给四象限变频器31发送频率信号，四象限变频器31再将频率信号传送给膨胀发电系统(21、22)，使膨胀发电机转速逐渐提高，随着转速的提高，膨胀发电系统出口压力升高，天然气流量增加；

当膨胀发电系统满负荷运行，但门站出口侧压力仍低于设定值用户用气压力时，调压旁路上的调压阀41接收压力传感器42的信号开启，并自动调节开度，天然气门站总流量增加。

实施例2

与实施例1类似，只是设定值为下游管网压力。

Claims (12)

1.一种天然气调压发电一体化装置，其特征在于，该装置包括对高压管网来的天然气预加热的加热系统、利用预加热后的天然气发电的膨胀发电系统、从加热系统与膨胀发电系统之间的连接管路上引出的调压旁路、根据调压旁路上设置的压力传感器、温度传感器获取的压力、温度信号控制膨胀发电系统运转从而将门站流量及出口压力调节至设定值的流量控制系统。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述膨胀发电系统包括一台膨胀发电机或多台并联的膨胀发电机，所述膨胀发电机包括膨胀机和发电机。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述调压旁路包括一台调压阀，一台温度传感器和一台压力传感器。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述流量控制系统包括设置在膨胀发电机与电网之间的连接线路上的一台四象限变频器和与之连接的一台运算器，所述运算器能够将来自温度传感器和压力传感器的温度和压力信号换算出的流量信号转换为频率信号，频率信号传送给四象限变频器，四象限变频器再将频率信号传送给膨胀发电系统，以调节膨胀发电机的转速，从而调节门站天然气流量及出口压力。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，所述膨胀发电系统连接于电网以利用膨胀发电系统发生的电力；和/或，所述膨胀发电系统采用异步发电机发电。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的装置，其特征在于，所述调压旁路设置调压阀，调压阀在膨胀发电系统满负荷运转而下游压力过低时开启。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的装置，其特征在于，所述加热系统设置换热器，由外来热源提供热量对门站入口侧的高压天然气加热，避免高压天然气膨胀至低压后温度过低。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的装置，其特征在于，所述流量控制系统分别与调压旁路和膨胀发电系统通讯，流量控制系统获取调压旁路上的压力、温度信号。

9.一种天然气调压发电一体化方法或利用权利要求1-8中任一项所述的装置的天然气调压发电一体化方法，该方法包括：

高压管网来的天然气进入天然气门站，经过加热系统加热后分为两路，一路连接膨胀发电机，带动膨胀发电机发电，天然气压力能得以回收；膨胀发电机发出的电通过流量控制系统的四象限变频器变频后向电网供电；

另一路为调压旁路，天然气通过其中设置的调压阀节流降压，调压阀从设置在其后的压力传感器获取压力信号，通过该压力信号对调压阀进行控制；同时，调压旁路上设置的温度传感器和压力传感器，其信号还传送至流量控制系统，由流量控制系统转换为频率调节信号后，发送给膨胀发电系统，控制膨胀发电系统的转速。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，压力传感器和温度传感器与流量控制系统通讯，分别将压力和温度信号传送给流量控制系统，流量控制系统接收信号后将其换算为流量信号，并传送给运算器，由运算器转换为频率信号，频率信号传送给四象限变频器，四象限变频器再将频率信号传送给膨胀发电系统，以调节膨胀发电机的转速，从而调节门站天然气流量及出口压力。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，当检测到门站出口侧压力高于设定值时，流量控制系统得到流量过高的信号，此流量信号传送给运算器，运算器给四象限变频器发送频率信号，四象限变频器再将频率信号传送给膨胀发电系统，使膨胀发电机转速降低，随着转速的降低，膨胀发电系统出口压力降低，天然气流量减少；

当检测到门站出口侧压力低于设定值时，流量控制系统得到流量过低的信号，此流量信号传送给运算器，运算器给四象限变频器发送频率信号，四象限变频器再将频率信号传送给膨胀发电系统，使膨胀发电机转速提高，随着转速的提高，膨胀发电系统出口压力升高，天然气流量增加；

当膨胀发电系统满负荷运行，但门站出口侧压力仍低于设定值时，调压旁路上的调压阀接收压力传感器的信号开启，并自动调节开度，天然气门站总流量增加。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，设定值为用户用气压力或下游管网压力。