一种天然气压力能发电调压装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及气体压力能回收和压力调节技术，具体设及一种用于工业余压回收的 天然气压力能发电调压装置及方法。
【背景技术】
[0002] 随着城市化的进一步深入，目前作为城市主要明火能源的天然气的消费量明显呈 现出逐年升高的趋势，仅2014年我国的天然气消耗已突破1816亿立方米。目前的天然气 从气田、"西气东输"管线和"陕一京二线"管线或LNG气化站W6~IOMP的高压输出，通过 天然气管网经多级调压后输送至居民用户W及工业天然气用户。
[0003] 就调压方式而言，目前主要采用节流原理的调压器对天然气进行调压，在对天然 气进行压缩、储运及利用过程中，高压天然气自身蕴含的丰富压力能在调压过程中被无端 浪费，出燃烧能量之外的能量利用率有待挖掘。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明提供一种天然气压力能发电调压装置及方法，旨在实现天然气 调压的前提下，对天然气的压力能进行回收。 阳〇化]本发明采用的技术方案具体为：
[0006] 一种天然气压力能发电调压装置，包括加热系统、膨胀发电系统和压力控制部，所 述加热系统用于对低压管网前端的天然气进行预加热，所述压力控制部用于对低压管网前 端的天然气进行压力调节，所述控制部分别与所述加热系统和所述膨胀发电系统通讯，通 过控制所述加热系统调节预加热的溫度；W及根据低压管网前端的天然气压力W及天然气 流量控制所述膨胀发电系统，直至将低压管网前端的天然气压力调节至设定值。
[0007] 在上述天然气压力能发电调压装置中，所述加热系统包括循环累、变频模块、换热 器W及热源；其中：
[0008] 所述热源经循环累与所述换热器相连接，所述热源中的热媒被所述循环累抽出后 送入所述换热器后与天然气进行换热；
[0009] 所述压力控制部根据预加热的溫度，向所述变频模块发送相应的频率调节信号， 调节所述循环累输出的热媒流量。
[0010] 在上述天然气压力能发电调压装置中，所述膨胀发电系统包括阀口组W及若干个 并联的膨胀发电单元，所述阀口组包括第二阀口、第=阀口W及每个膨胀发电单元前端的 第一阀口，每个所述膨胀发电单元包括膨胀机和发电机，高压管网的天然气经第一阀口与 所述膨胀机相连接，所述膨胀机与所述发电机相连接，天然气膨胀使得膨胀机旋转，进一步 带动发电机发电，从而将压力能回收；
[0011] 压力能回收后，各个所述膨胀发电单元内溫度降低的天然气汇合之后，依次经所 述第二阀口和所述第=阀口进入低压管网。
[0012] 在上述天然气压力能发电调压装置中，所述压力控制部包括中央控制器、励磁模 块W及传感器组，所述传感器组包括流量传感器、溫度传感器和压力传感器；其中：
[0013] 各个传感器分别与所述中央控制器通讯，将所述膨胀发电系统前端天然气流量、 低压管网前端的天然气溫度和压力信号传送至控制器所述中央控制器；
[0014] 所述中央控制器通过所述励磁模块与各个所述膨胀发电单元的发电机通讯，通过 改变发电机的励磁电流来调节所述膨胀机和所述发电机的转速，进一步调节低压管网前端 的天然气压力；
[0015] 所述阀口组分别与所述中央控制器通讯，用于通过改变各阀口的开度来调节进入 膨胀机的天然气流量，进一步调节低压管网前端的天然气压力。
[0016] 一种天然气压力能发电调压装置的调压方法，压力传感器和流量传感器分别将检 测到的低压管网前端的天然气压力信号和膨胀发电系统前端的天然气总流量信号传送给 中央控制器，中央控制器根据接收到的压力W及总流量信号对低压管网前端的天然气压力 进行调节，调节方法具体为：
[0017] 1)若检测到的天然气{压力《中央控制器中设定的压力，总流量>系统天然气峰 值的设计总流量}，则中央控制器给第二阀口发送信号，通过减小第二阀口的开度来确保膨 胀发电系统运行正常；
[0018] 2)若检测到的天然气{压力《中央控制器中设定的压力，总流量《系统天然气峰 值的设计总流量}，则中央控制器向励磁模块发送逐渐降低发电机励磁电流的控制信号， 使得发电机和膨胀机的转速升高，伴随着转速的升高，通过膨胀发电系统的天然气流量得 W增加，天然气压力逐渐升高，直至低压管网前端的压力达到中央控制器中设定的压力为 止；
[0019] 3)若检测到的天然气{压力 > 中央控制器中设定的压力，总流量> 系统天然气峰 值的设计总流量}，则中央控制器一方面向励磁模块发送提高发电机励磁电流的信号，使发 电机和膨胀机的转速降低，伴随着转速的降低，通过膨胀发电系统的天然气流量得W减小； 另一方面向第二阀口发送减小其开度的信号，直至低压管网前端的天然气压力达到中央控 制器设定的压力为止；
[0020] 4)若检测到的天然气{压力>中央控制器中设定的压力，总流量《系统天然气峰 值的设计总流量}，则中央控制器向励磁模块发送逐渐提高发电机励磁电流的控制信号，使 发电机和膨胀机的转速降低，伴随着转速的降低，通过膨胀发电系统的天然气流量得W增 加，天然气压力降低，直至低压管网前端的压力达到中央控制器中设定的压力为止。
[0021] 在上述天然气压力能发电调压装置的调压方法中，设膨胀发电系统的膨胀发电单 元的组数为m组，设整数Ka《m;在步骤2)中，如果此时膨胀发电系统前端的天然气总 流量介于{m-a-1，m-a}组膨胀发电单元的峰值设计总流量，则中央控制器向其中的（a-1) 组膨胀发电单元的第一阀口发送关闭信号，关闭其中（a-1)组膨胀发电单元前端的第一阀 n，同时向剩余的m-a-1组膨胀发电单元的励磁模块发送降低其发电机励磁电流的控制信 号，使该m-a-1组膨胀发电单元的发电机和膨胀机的转速升高，伴随着转速的升高，通过膨 胀发电系统的天然气流量得W增加，天然气压力升高，直至低压管网前端的天然气压力达 到中央控制器中设定的压力为止。
[0022] 在上述天然气压力能发电调压装置的调压方法中，设膨胀发电系统的膨胀发电单 元的组数为m组，设整数Ka《m;在步骤4)中，若此时检测到的天然气总流量介于{m-a-1， m-a}组膨胀发电单元的峰值设计总流量时，中央控制器一方面通过信号电缆向其中的 (a-1)组的第一阀口发送关闭信号，关闭其中（a-1)组的第一阀n，另一方面，向剩余的 (m-a-1)组膨胀发电单元的励磁模块发送提高发电机励磁电流的控制信号，使该（m-a-1) 组膨胀发电单元的发电机和膨胀机的转速降低，伴随着转速的降低，通过膨胀发电系统的 天然气流量得W减少，天然气压力降低，直至低压管网前端的压力达到中央控制器中设定 的压力位置。
[0023] 在上述天然气压力能发电调压装置的调压方法中，还包括：
[0024] 若检测到的天然气{压力=中央控制器中设定的压力，总流量低于设定值}时，贝U 中央控制器向第=阀口W及各个膨胀发电单元的第一阀口发送关闭信号。
[00巧]本发明产生的有益效果是：
[00%] 本发明的发电调压装置利用膨胀机和发电机回收天然气压力能，并将其转化为 电能，通过压力传感器、流量传感器、励磁模块、发电机及中央控制器灵活调节高压管网天 然气的压力并实现了稳压，满足了低压管网内天然气的压力稳定W及流量无规律变化的需 要，即实现了高压天然气的压力调节，又有效地回收了高压天然气内的压力能，实现了能源 的高效利用；
[0027] 在高压管网天然气进入膨胀发电系统前，通过引入热源对天然气进行预加热，保 证了装置出口端的天然气溫度满足低压管网的要求；
[0028] 此外，本发明的发电调压装置设计紧凑，结构简单，操作方便且制造成本低，可用 于地带大、中、小型调压站、调压箱中的调压器，尤其适用于中、小型燃气调压站。
【附图说明】
[0029] 当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明。此处所说明的附图用来提供 对本发明的进一步理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
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