一种天然气压差发电系统的制作方法

本实用新型涉及一种发电设备，尤其是涉及一种用于利用天然气压差进行发电的系统。

背景技术：

天然气是人们生活中必不可少的重要能源，其输送需要经过从高压到低压的变送过程才可为人们所使用。目前，在天然气管网中主要通过设置调压场站以便进行从高压到低压的变换，而在调压的过程中会存在大量的天然气压力能，若不能有效利用会造成资源的白白浪费。近年来，为利用天然气调压过程中产生的压力能，本领域技术人员研究开发了利用天然气压力能进行发电的项目，如公开号为CN104213939A的中国发明专利申请，其公开了一种天然气管网压力能回收发电装置，并通过采用PLC结合电磁阀、压力变送器、泄露探测器和密封机撬，实现了自动监控发电装置的运行状态，但其运行不稳定，电力品质无法保证，且其规模较小无法满足大中型的用电需要。另外，其天然气出口压力不稳定，影响了用气末端正常使用。又如公开号为CN204851334U的中国发明专利申请，其公开了一种智能化天然气管网压力能发电装置，其同样是一种小型发电规模的天然气发电装置，不但发电功率较小，而且在保证停机后无法满足设备的用电需要。由此可见，现有利用天然气压力能发电的装置还存在储多缺陷，主要表现在发电规模较小、运行不稳定、电力品质不高、持续性供电较差等方面，有待进一步提高或完善。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种天然气压差发电系统，其具有结构简单、安全稳定、电力品质好、自动化程度高的优点，可满足大中型用电规模场站的日常用电需要，并能为天然气管道24V用电仪表不间断供电，保证其正常运行。

为解决现有技术中天然气发电装置存在的发电规模较小、运行不稳定、电力品质不高、持续供电能力差的问题，本实用新型提供的一种天然气压差发电系统，包括电磁阀、电动调节阀、流体马达、励磁防爆发电机、PLC控制柜、稳压稳频装置、逆变器、蓄电池组和UPS电源，其中，所述电磁阀、电动调节阀和流体马达由上游至下游依次安装在发电管路上，所述励磁防爆发电机通过联轴器与流体马达连接，所述PLC控制柜中设有电压电流检测模块，PLC控制柜分别通过信号线与电磁阀、电动调节阀、励磁防爆发电机的励磁模块和UPS电源连接，励磁防爆发电机的发电输出通过电力线与PLC控制柜中的电压电流检测模块连接后再与稳压稳频装置的输入端连接，稳压稳频装置的输出端分别通过电力线与PLC控制柜和逆变器的输入端连接，逆变器的输出端通过电力线与蓄电池组的输入端连接，蓄电池组的输出端与UPS电源的输入端连接，UPS电源的输出端与PLC控制柜连接；安装使用时，使发电管路与天然气场站调压管路并联，并使上游端连接高压管网，使下游端连接低压管网；让场站380/220V用电设备分别通过电力线与稳压稳频装置的输出端和UPS电源的输出端连接，让天然气管道24V用电仪表通过电力线与蓄电池组的输出端连接。

进一步的，本实用新型一种天然气压差发电系统，还包括设置于发电管路上的稳压罐，使稳压罐处于流体马达的下游位置，并使稳压罐的体积数值大于或等于其入口管径数值的75倍。

进一步的，本实用新型一种天然气压差发电系统，还包括设置于发电管路上的第一压力变送器、第一温度变送器、第二压力变送器和第二温度变送器，并使第一压力变送器、第一温度变送器、第二压力变送器和第二温度变送器分别通过信号线与PLC控制柜连接，其中，第一压力变送器和第一温度变送器处于电动调节阀和流体马达之间的位置，第二压力变送器和第二温度变送器处于稳压罐的下游位置。

进一步的，本实用新型一种天然气压差发电系统，其中，所述流体马达和励磁防爆发电机之间的联轴器上设有转速测速仪，流体马达和励磁防爆发电机采用同一撬装并安装于设备箱中，设备箱设置于场站防爆区，设备箱顶部设有天然气浓度检测仪，所述转速测速仪和天然气浓度检测仪分别通过信号线与PLC控制柜连接。

进一步的，本实用新型一种天然气压差发电系统，还包括设置于发电管路上的放散球阀和截止阀，其中，所述放散球阀设置于第二压力变送器和第二温度变送器的下游位置，所述截止阀设置于放散球阀的下游位置。

进一步的，本实用新型一种天然气压差发电系统，其中，所述电动调节阀为防爆电动调节阀，电动调节阀的调节精度为0.1～1％；所述励磁防爆发电机为电磁场类发电机。

本实用新型一种天然气压差发电系统与现有技术相比，具有以下优点：本实用新型通过设置电磁阀、电动调节阀、流体马达、励磁防爆发电机、PLC控制柜、稳压稳频装置、逆变器、蓄电池组和UPS电源，让电磁阀、电动调节阀和流体马达由上游至下游依次安装在发电管路上，让励磁防爆发电机通过联轴器与流体马达连接，在PLC控制柜中设置电压电流检测模块，让PLC控制柜分别通过信号线与电磁阀、电动调节阀、励磁防爆发电机的励磁模块和UPS电源连接，让励磁防爆发电机的发电输出通过电力线与PLC控制柜中的电压电流检测模块连接后再与稳压稳频装置的输入端连接，让稳压稳频装置的输出端分别通过电力线与PLC控制柜和逆变器的输入端连接，让逆变器的输出端通过电力线与蓄电池组的输入端连接，让蓄电池组的输出端与UPS电源的输入端连接，让UPS电源的输出端与PLC控制柜连接。由此就构成了一种结构简单、安全稳定、电力品质好、自动化程度高的天然气压差发电系统。在安装使用时，让发电管路与天然气场站的原有调压管路并联，并使上游端连接高压管网，使下游端连接低压管网。同时，让场站380/220V用电设备分别通过电力线与稳压稳频装置的输出端和UPS电源的输出端连接，让天然气管道24V用电仪表通过电力线与蓄电池组的输出端连接。本实用新型通过采用流体马达连轴励磁防爆发电机的结构，可满足大中型用电规模场站的日常用电；通过采用励磁防爆发电机，可实现自动增磁、减磁，不但使控制更加容易实现，而且使发电品质更加稳定，保证了用电设备的安全；通过采用380V/220V和24V两种不同的供电线路对场站用电设备和仪表进行了分类供电，实现了仪表24h不间断供电，用电设备长时间供电。

下面结合附图所示具体实施方式对本实用新型一种天然气压差发电系统作进一步详细说明：

附图说明

图1为本实用新型一种天然气压差发电系统的结构示意图；

图2为本实用新型一种天然气压差发电系统的控制流程图；

图中，1、电磁阀；2、电动调节阀；3、流体马达；4、励磁防爆发电机；5、PLC控制柜；6、稳压稳频装置；7、逆变器；8、蓄电池组；9、UPS电源；10、稳压罐；11、第一压力变送器；12、第一温度变送器；13、第二压力变送器；14、第二温度变送器；15、转速测速仪；16、天然气浓度检测仪；17、放散球阀；18截止阀；19、24V用电仪表；20、380/220V用电设备；21、场站调压管路中的智能调压器；22和23、场站调压管路中的调压截止阀；24、高压管网；25、低压管网。

具体实施方式

如图1所示本实用新型一种天然气压差发电系统的具体实施方式，包括电磁阀1、电动调节阀2、流体马达3、励磁防爆发电机4、PLC控制柜5、稳压稳频装置6、逆变器7、蓄电池组8和UPS电源9。让电磁阀1、电动调节阀2和流体马达3由上游至下游依次安装在发电管路上，让励磁防爆发电机4通过联轴器与流体马达3连接，在PLC控制柜5中设置电压电流检测模块，让PLC控制柜5分别通过信号线与电磁阀1、电动调节阀2、励磁防爆发电机4的励磁模块和UPS电源9连接，让励磁防爆发电机4的发电输出通过电力线与PLC控制柜5中的电压电流检测模块连接后再与稳压稳频装置6的输入端连接，让稳压稳频装置6的输出端分别通过电力线与PLC控制柜5和逆变器7的输入端连接，让逆变器7的输出端通过电力线与蓄电池组8的输入端连接，让蓄电池组8的输出端与UPS电源9的输入端连接，让UPS电源9的输出端与PLC控制柜5连接。通过以上结构设置就构成了一种结构简单、安全稳定、电力品质好、自动化程度高的天然气压差发电系统。在安装使用时，让发电管路与天然气场站的原有调压管路并联，并使上游端连接高压管网，使下游端连接低压管网。同时，让场站380/220V用电设备分别通过电力线与稳压稳频装置6的输出端和UPS电源9的输出端连接，让天然气管道24V用电仪表通过电力线与蓄电池组8的输出端连接。本实用新型通过采用流体马达3连轴励磁防爆发电机4的结构，可满足大中型用电规模场站的日常用电；通过采用励磁防爆发电机可实现自动增磁、减磁，不但使控制更加容易实现，而且使发电品质更加稳定，保证了用电设备的安全；通过采用380V/220V和24V两种不同的供电线路对场站用电设备和仪表进行了分类供电，实现了仪表24h不间断供电，380V/220V用电设备长时间供电。本实用新型利用PLC控制柜5开关机替代了止回阀和安全阀，安全性更高，有利于产业化。

作为优化方案，本具体实施方式在发电管路上设置了稳压罐10，使稳压罐10处于流体马达3的下游位置，并使稳压罐10的体积数值大于或等于其入口管径数值的75倍。通过设置稳压罐10，在气流出现波动的情况下可起到有效的缓冲作用，一方面避免了发电系统对下游气压造成较大影响，另一方面可使增强了电发系统运行的稳定性。

同时，为方便实时监测发电系统的运行状况，提高自动化管理程度，本具体实施方式在发电管路上设置了第一压力变送器11、第一温度变送器12、第二压力变送器13和第二温度变送器14，并使第一压力变送器11、第一温度变送器12、第二压力变送器13和第二温度变送器14分别通过信号线与PLC控制柜5连接，其中，让第一压力变送器11和第一温度变送器12处于电动调节阀2和流体马达3之间的位置，让第二压力变送器13和第二温度变送器14处于稳压罐10的下游位置。本实用新型通过设置第一压力变送器11第一温度变送器12可实时检测流体马达3上游的压力和温度，通过设置第二压力变送器13和第二温度变送器14可实时检测稳压罐10下游的压力和温度，并将检测的压力和温度参数传递给PLC控制柜5，以便PLC控制柜5在压力和温度异常时自动进行报警或/和停机，不但可保证系统的安全，而且提高了自动化管理程度。

另外，本具体实施方式在流体马达3和励磁防爆发电机4之间的联轴器上设置了转速测速仪15，并使流体马达3和励磁防爆发电机4采用同一撬装且安装于设备箱中，让设备箱设置于场站防爆区，让设备箱在顶部设置天然气浓度检测仪16，并使转速测速仪15和天然气浓度检测仪16分别通过信号线与PLC控制柜5连接。通过以上结构设置，可使PLC控制柜5通过转速测速仪15实时监测流体马达3的转速，并通过天然气浓度检测仪16可实时监测天然气是否泄露，以便在转速和天然气浓度异常时自动进行报警或/和停机，进一步提高了系统的安全性，实用性更强。

需要说明的是，在实际应用中，本实用新型还在发电管路上设置了放散球阀17和截止阀18，让放散球阀17设置于第二压力变送器13和第二温度变送器14的下游位置，让截止阀18设置于放散球阀17的下游位置。当发电管路中的压力过高时，通过放散球阀17可及时进行泄压，以保证安全；当发电系统出现故障停机时，通过关闭截止阀18可切断与下游管网的连接，以方便检查或维修，并保护设备的安全。为进一步提高安全性，本实用新型中的电动调节阀2通常采用防爆电动调节阀，并使其调节精度为0.1～1％；励磁防爆发电机4通常采用电磁场类发电机。

为帮助本领域技术人员理解本实用新型，下面对本实用新型一种天然气压差发电系统的控制和运行过程作简略说明，如图2所示的流程图，具体如下：

一、开启UPS电源9，让UPS电源9分别将交流电输送给PLC控制柜5和场站380/220V用电设备，此时，UPS电源9处于供电状态；

二、打开PLC控制柜5的电源开关，并检查电磁阀1、电动调节阀2、励磁防爆发电机4、第一压力变送器11、第一温度变送器12、第二压力变送器13、第二温度变送器14、转速测速仪15和天然气浓度检测仪16的状态是否正常；

若各阀门和仪表状态正常，则通过PLC控制柜5设定流体马达3的转速后进行开机；若各阀门和仪表状态不正常，则进行人工检查和排除故障后，通过PLC控制柜5设定流体马达3的转速并进行开机；

二、开机后，让PLC控制柜5自动将电磁阀1打开，并让电动调节阀2的开度逐渐增大，气流驱动流体马达3旋转并带动励磁防爆发电机4运转；

三、当流体马达3转速达到设定转速并稳定运行3S时，让PLC控制柜5自动给励磁防爆发电机4的励磁模块注磁，励磁防爆发电机4发电并将电力依次输送到PLC控制柜5中的电压电流检测模块和稳压稳频装置6；

四、稳压稳频装置6分别将电力输送给PLC控制柜5、逆变器7和场站380/220V用电设备；同时，PLC控制柜5自动使UPS电源9切换为充电状态，以停止向PLC控制柜5和场站380/220V用电设备供电；

五、逆变器7将交流电转换为直流电后输送给蓄电池组8，蓄电池组8进行蓄电并为UPS电源9充电，同时，蓄电池组8将直流电输送给天然气管道24V用电仪表；

六、在上述步骤二至五的过程中，让PLC控制柜5通过第一压力变送器11、第一温度变送器12、第二压力变送器13、第二温度变送器14、转速测速仪15和天然气浓度检测仪16自动监测发电系统的运行状况，并根据异常状况自动进行报警或/和停机，具体如下：

a、当第一压力变送器11和第二压力变送器13监测到的压力值超过设定值时，进行自动报警，并进行停机；

b、当第一温度变送器12和第二温度变送器14监测到的温度值低于设定值时，进行自动报警，但不进行停机；

c、当天然气浓度检测仪16监测到的天然气浓度值超过设定值时，进行自动报警，并进行停机；

d、当转速测速仪15监测到的转速值超过设定值时，进行自动报警，并进行停机；

e、当转速测速仪15监测到的转速值出现波动但没有超过设定值时，让PLC控制柜5自动调节电动调节阀2的开度以使转速恢复稳定；

七、在人工正常停机或根据步骤六检测的异常状况紧急停机时，通过PLC控制柜5自动切断电磁阀1，使电动调节阀2的开度逐渐降低至零，使励磁防爆发电机4的励磁模块消磁，并通过人工关闭PLC控制柜5的电源开关以完成停机过程；同时，PLC控制柜5自动使UPS电源9切换为供电状态，以便为场站380/220V用电设备供电；

八、在UPS电源9处于供电状态时，让PLC控制柜5自动监测UPS电源9的电量，并当电量低于30％时使UPS电源9关闭，以便停止供电。

本实用新型一种天然气压差发电系统具有逻辑合理、可控性强、安全性高的特点，可实现发电供电和UPS电源供电两种供电模式的无缝切换，并可针对异常状况形成报警列表，保证了发电系统的安全性。

以上实施例仅是对本实用新型优选实施方式进行的描述，并非对本实用新型请求保护范围进行的限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域工程技术人员依据本实用新型的技术方案做出的各种形式的变形，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。