利用天然气管网压力能为原料天然气增压的方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种利用管网压力能为天然气增压的方法和装置，该方法包括将液化工厂的原料天然气进入增压透平膨胀机的压缩端增压，增压后的天然气经换热器冷却后进入下游的天然气净化及液化系统；来自门站的高压天然气进入增压透平膨胀机的膨胀端膨胀降压，降压后的天然气经换热器回收冷量后进入门站调压后的低压天然气管网。借助来自天然气门站的高压天然气降压时产生的压力能为液化天然气工厂的原料天然气增压，无需额外的压缩功耗，且回收了高压天然气降压产生的冷量；降压后的天然气进入门站调压后的管网；由于提高了天然气的压力，液化工厂的能耗显著降低，另一方面也降低了门站的负荷；本发明所述方法的流程简单，装置变负荷操作灵活。
【专利说明】利用天然气管网压力能为原料天然气增压的方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及利用天然气管网压力能为原料天然气增压的方法及装置，即利用高低压天然气管网之间的压力差，为净化及液化处理前的天然气增压，不需额外的压缩功耗。
【背景技术】
[0002]管输天然气一般以高压方式通过长输管道输送到下游城市管网，在供给到终端用户前通常需要进入天然气门站，通过调压设备进行降压处理，以便天然气的压力能够与用气设施匹配。高压天然气内蕴含着巨大的压力能，在通过调压设备调压的过程中，这部分压力能往往被白白的浪费掉。另外，由于天然气急剧降压、降温，很容易对调压设备及管道设备的安全运行构成威胁而需要引入加热设施对降温后的天然气进行加热，造成能量的浪费。如果将这部分压力能加以利用，不但可以获得可观的收益，也能降低天然气的损耗提高天然气的利用率。高压天然气压力能的利用，可以通过膨胀机等装置来实现的。
[0003]CN202209192U公开了一种天然气差压发电装置，设置在高压天然气管线与低压天然气管线之间，包括至少一透平膨胀机，所述透平膨胀机的进气端与所述高压天然气管线连通，所述透平膨胀机的排气端与所述低压天然气管线连通；由所述透平膨胀机驱动的发电装置；天然气加热器，所述天然气加热器连通设置在所述高压天然气管线与所述透平膨胀机的进气端之间。
[0004]CN202791338U公开了一种管输天然气压力能回收装置，在高压天然气管路和低压天然气管路之间并联多路透平膨胀机组，透平膨胀机组依次由流量计、控制阀、膨胀机串联组成；膨胀机输出轴连接有动力装置进行能量回收。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提出一种利用天然气管网压力能为原料天然气增压的方法和装置，充分利用高压天然气与下游低压管网之间的压力差，借助来自现有的天然气门站的高压天然气降压时产生的压力能为液化天然气工厂的原料天然气增压，无需额外的压缩功耗，同时回收高压天然气降压产生的冷量；由于提高了原料天然气的压力，液化工厂的能耗显著降低，另一方面也降低了门站的负荷。
[0006]具体而言，本发明的第一个方面，提供一种利用天然气管网压力能为原料天然气增压的方法，
[0007]来自液化工厂的原料天然气进入增压透平膨胀机的压缩端增压，增压后的天然气经换热器冷却后进入下游的天然气净化及液化系统；来自门站的高压天然气进入增压透平膨胀机的膨胀端膨胀降压，降压后的天然气经所述换热器回收冷量后进入门站调压后的低压天然气管网。
[0008]所述增压透平膨胀机的压缩端可以采用一级或二级或三级增压，膨胀端可以相应采用一级或二级或三级膨胀，各级膨胀后的气体分别与各级压缩后的气体在换热器中换热，实现各级膨胀后的气体的复热及各级压缩后气体的降温。[0009]作为所述利用管网压力能为天然气增压的方法的一种优选实施方式，该方法包括:
[0010]来自液化工厂的原料天然气(例如压力为2.0?6.0MPaG)进入增压透平膨胀机的压缩端(一级压缩)进行压缩增压(例如增压至4.5?8.5MPaG，优选5?8MPaG，更优选
5.5?7.5MPaG)，增压后的天然气经换热器冷却(例如至35?45°C )后进入下游的天然气净化及液化系统；
[0011]来自门站的高压天然气(例如压力为2.0?6.0MPaG)进入增压透平膨胀机的膨胀端(一级膨胀)进行膨胀降压(例如降压至0.3?1.6MPaG，优选0.5?1.5MPaG，更优选
0.7?1.2MPaG)，降压后的低温天然气进入换热器回收冷量(与增压后的原料天然气换热，例如复热温度升至10?40°C)后，进入门站调压后的低压天然气管网。
[0012]作为所述利用管网压力能为天然气增压的方法的另一种优选实施方式，该方法包括:
[0013]来自液化工厂的原料天然气(例如压力为2.0?6.0MPaG)进入增压透平膨胀机的压缩端进行二级压缩增压，第一级增压(例如增压至3.0?7.2MPaG，优选3.5?7.0MPaG,更优选4.0?6.5MPaG)后的天然气经第一台换热器冷却(例如至35?45°C )后进入压缩端第二级增压，第二级增压(例如增压至4.5?8.5MPaG，优选5?8MPaG，更优选5.5?
7.5MPaG)后的天然气进入第二台换热器冷却(例如至35?45°C )后进入下游的天然气净化及液化系统；
[0014]来自门站的高压天然气(例如压力为2.0?6.0MPaG)进入增压透平膨胀机的膨胀端进行二级膨胀降压，第一级膨胀后(例如降压至0.8?3.0MPaG，优选1.0?2.5MPaG，更优选1.5?2.0MPaG)的天然气经第一台换热器复热(与第一级增压后的天然气换热，例如复热至10?40°C)后进入膨胀端第二级膨胀降压(例如降压至0.3?1.6MPaG，优选0.5?
1.5MPaG，更优选0.7?1.2MPaG)，降压后的低温天然气进入第二台换热器回收冷量(与第二级增压后的天然气换热，例如复热升至10?40°C)后进入门站调压后的低压天然气管网。
[0015]本发明的第二个方面，提供了一种利用天然气管网压力能为原料天然气增压的装置，其特征在于:该装置包括:增压透平膨胀机和换热器；
[0016]所述换热器包括高温天然气入口通道、高温天然气出口通道、低温天然气入口通道和低温天然气出口通道；
[0017]所述增压透平膨胀机包括膨胀端和压缩端；膨胀端包括入口管路和出口管路；压缩端包括入口管路和出口管路；所述膨胀端的入口管路连接高压天然气管道；膨胀端的出口管路连接至换热器的低温天然气入口通道；所述压缩端的入口管路连接液化天然气工厂的原料天然气管道；压缩端的出口管路连接至换热器的高温天然气入口通道；
[0018]所述换热器的低温天然气出口通道连接至下游低压管网；所述换热器的高温天然气出口通道连接至下游天然气净化和液化系统。
[0019]其中，本发明所述的增压透平膨胀机的膨胀端可以为一级膨胀或多级膨胀(如二、三级膨胀);压缩端可以为一级增压或多级增压(如二、三级增压);各级膨胀后的气体分别与各级压缩后的气体在附加的换热器中换热，实现各级膨胀后的气体的复热及各级压缩后气体的降温。[0020]在另一实施方式中，本发明提供了一种利用管网压力能为天然气增压的装置，其特征在于:该装置包括:增压透平膨胀机和两台换热器，即第一台换热器和第二台换热器；所述第一台换热器包括高温天然气入口通道、高温天然气出口通道、低温天然气入口通道和低温天然气出口通道；所述第二台换热器包括高温天然气入口通道、高温天然气出口通道、低温天然气入口通道和低温天然气出口通道；
[0021]所述增压透平膨胀机包括膨胀端和压缩端；所述增压透平膨胀机膨胀端为二级膨胀，包括第一级膨胀入口管路、第一级膨胀出口管路、第二级膨胀入口管路、第二级膨胀出口管路；
[0022]所述增压透平膨胀机压缩端为二级压缩，包括第一级压缩入口管路、第一级压缩出口管路、第二级压缩入口管路、第二级压缩出口管路；
[0023]所述增压透平膨胀机压缩端的第一级压缩入口管路连接液化天然气工厂的原料天然气管道，第一级压缩出口管路连接至第一台换热器的高温天然气入口通道，第二级压缩入口管路连接至第一台换热器的高温天然气出口通道，第二级压缩出口管路连接至第二台换热器的高温天然气入口通道；
[0024]所述增压透平膨胀机膨胀端的第一级膨胀入口管路连接高压天然气管线，第一级膨胀出口管路连接至第一台换热器的低温天然气入口通道，第二级膨胀入口管路连接至第一台换热器的低温天然气出口通道，第二级膨胀出口管路连接至第二台换热器的低温天然气入口通道；
[0025]所述第二台换热器的高温天然气出口通道连接至下游天然气净化和液化系统，所述第二台换热器的低温天然气出口通道连接至下游低压管网。
[0026]本发明的优点:
[0027]1、本发明提供的利用压力能为天然气增压的方法和装置，将高压管网天然气的压力能转化为冷能，其冷能得以回收；
[0028]2、膨胀机的压缩端靠膨胀端驱动，无需额外的压缩功耗；
[0029]3、由于提高了天然气的压力，下游天然气液化系统的能耗可以显著降低；
[0030]4、流程简单，装置变负荷操作灵活。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1是增压透平膨胀机为一级压缩、膨胀的工艺流程图，其中I为原料天然气，2为增压后天然气，3为待净化及液化的天然气，4为高压管网天然气，5为膨胀降压后的天然气，6为去下游管网的天然气，TECl为增压透平膨胀机，Xl为膨胀机膨胀端，Cl为膨胀机压缩端，El为换热器。
[0032]图2是增压透平膨胀机为二级压缩、膨胀的工艺流程图。其中7为原料天然气，8为一级增压后的天然气，9为去二级增压的天然气，10为二级增压后天然气，11为待净化及液化的天然气，12为高压管网天然气，13为一级膨胀降压后的天然气，14为去二级膨胀的天然气，15为二级膨胀后的天然气，16为去下游管网的天然气，TEC2为增压透平膨胀机，X2为膨胀机膨胀端，C2为膨胀机压缩端，E2为第一台换热器，E3为第二台换热器。
【具体实施方式】[0033]本发明的目的在于提出一种利用管网压力能为天然气增压的方法和装置，充分利用高压天然气与下游低压管网之间的压力差，借助来自现有的天然气门站的高压天然气降压时产生的压力能为液化天然气工厂的原料天然气增压，无需额外的压缩功耗，同时回收高压天然气降压产生的冷量；由于提高了天然气的压力，液化工厂的能耗显著降低，另一方面也降低了门站的负荷。
[0034]如图1所示，作为所述利用管网压力能为天然气增压的方法的一种实施方式，该方法包括:
[0035]液化天然气工厂的原料天然气I (压力为2.0?6.0MPaG)进入增压透平膨胀机TECl的压缩端Cl增压(增压至4.5?8.5MPaG,优选5?8MPaG，更优选5.5?7.5MPaG)，增压后的天然气2进入第一换热器El冷却至35?45°C，之后作为待净化和液化的天然气3进入下游的天然气净化及液化系统；来自门站的高压管网天然气4(压力为2.0?6.0MPaG)进入增压透平膨胀机TECl的膨胀端Xl —级膨胀降压(降压至0.3?1.6MPaG，优选0.5?
1.5MPaG，更优选0.7?1.2MPaG)，膨胀降压后的天然气(降压后的低温天然气)5进入第一换热器El回收冷量，温度升至10?40°C后，作为去下游管网的天然气6进入门站调压后的管网。
[0036]如图2所示为所述利用管网压力能为天然气增压的方法的另一种实施方式，该方法包括:
[0037]液化天然气工厂的原料天然气7 (压力为2.0?6.0MPaG)进入增压透平膨胀机TEC2的压缩端Cl 二级增压，第一级增压后的天然气8 (例如增压至3.0?7.2MPaG，优选3.5?7.0MPaG，更优选4.0?6.5MPaG)进入第一台换热器E2冷却至35?45°C，而后作为去二级增压的天然气9进入压缩端C2的第二级增压，第二级增压(例如增压至4.5?8.5MPaG，优选5?8MPaG，更优选5.5?7.5MPaG)后的天然气10进入第二台换热器E3冷却至35?45°C，之后作为待净化及液化的天然气11进入下游的天然气净化及液化系统；来自门站的高压管网天然气12 (压力为2.0?6.0MPaG)进入增压透平膨胀机TEC2的膨胀端X2进行二级膨胀降压，第一级膨胀后的天然气13 (例如降压至0.8?3.0MPaG，优选
1.0?2.5MPaG，更优选1.5?2.0MPaG)进入第一台换热器E2复热至10?40°C后，作为去二级膨胀的天然气14进入膨胀端X2第二级膨胀降压(例如降压至0.3?1.6MPaG，优选0.5?1.5MPaG，更优选0.7?1.2MPaG)，第二级膨胀降压后的天然气(低温天然气)15进入第二台换热器E3回收冷量，温度升至10?40°C后，作为去下游管网的天然气16进入门站调压后的管网。
[0038]另外，本发明所述的增压透平膨胀机的压缩端也可采用三级增压，膨胀端也可采用三级膨胀，各级膨胀后的气体分别与各级压缩后的气体在换热器中换热，实现各级膨胀后的气体的复热及各级压缩后气体的降温。
【权利要求】
1.一种利用天然气管网压力能为原料天然气增压的方法，其特征在于:来自液化天然气工厂的原料天然气进入增压透平膨胀机的压缩端增压，增压后的天然气经换热器冷却后进入下游的天然气净化及液化系统；来自门站的高压天然气进入增压透平膨胀机的膨胀端膨胀降压，降压后的天然气经所述换热器回收冷量，然后进入门站调压后的低压天然气管网。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述增压透平膨胀机的压缩端采用一级或二级或三级增压，膨胀端相应采用一级或二级或三级膨胀，各级膨胀后的气体分别与各级压缩后的气体在换热器中换热，实现各级膨胀后的气体的复热及各级压缩后气体的降温。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于: 来自液化天然气工厂的原料天然气进入增压透平膨胀机的压缩端进行二级压缩增压，第一级增压后的天然气经第一台换热器冷却至35~45°C，而后进入压缩端第二级增压，第二级增压后的天然气经第二台换热器冷却至35~45°C，之后进入下游的天然气净化及液化系统； 来自门站的高压天然气进入增压透平膨胀机的膨胀端进行二级膨胀降压，第一级膨胀后的天然气经第一台换热器复热至10~40°C后进入膨胀端第二级膨胀降压，第二级降压后的天然气经第二台换热器回收冷量，温度升至10~40°C后进入门站调压后的低压天然气管网。
4.一种利用管网压 力能为天然气增压的装置，其特征在于:该装置包括:增压透平膨胀机和换热器； 所述换热器包括高温天然气入口通道、高温天然气出口通道、低温天然气入口通道和低温天然气出口通道； 所述增压透平膨胀机包括膨胀端和压缩端；膨胀端包括入口管路和出口管路；压缩端包括入口管路和出口管路；所述膨胀端的入口管路连接高压天然气管道；膨胀端的出口管路连接至换热器的低温天然气入口通道；所述压缩端的入口管路连接液化天然气工厂的原料天然气管道；压缩端的出口管路连接至换热器的高温天然气入口通道； 所述换热器的低温天然气出口通道连接至下游低压管网；所述换热器的高温天然气出口通道连接至下游天然气净化和液化系统。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于:所述增压透平膨胀机的压缩端采用二级或三级增压装置，膨胀端采用二级或三级膨胀装置，各级膨胀后的气体分别与各级压缩后的气体在附加的换热器中换热。
6.一种利用管网压力能为天然气增压的装置，其特征在于:该装置包括:增压透平膨胀机和两台换热器，即第一台换热器和第二台换热器；所述第一台换热器包括高温天然气入口通道、高温天然气出口通道、低温天然气入口通道和低温天然气出口通道；所述第二台换热器包括高温天然气入口通道、高温天然气出口通道、低温天然气入口通道和低温天然气出口通道； 所述增压透平膨胀机膨胀端为二级膨胀，包括第一级膨胀入口管路、第一级膨胀出口管路、第二级膨胀入口管路、第二级膨胀出口管路； 所述增压透平膨胀机压缩端为二级压缩，包括第一级压缩入口管路、第一级压缩出口管路、第二级压缩入口管路、第二级压缩出口管路； 所述增压透平膨胀机压缩端的第一级压缩入口管路连接液化天然气工厂的原料天然气管道，第一级压缩出口管路连接至第一台换热器的高温天然气入口通道，第二级压缩入口管路连接至第一台换热器的高温天然气出口通道，第二级压缩出口管路连接至第二台换热器的高温天然气入口通道； 所述增压透平膨胀机膨胀端的第一级膨胀入口管路连接高压天然气管线，第一级膨胀出口管路连接至第一台换热器的低温天然气入口通道，第二级膨胀入口管路连接至第一台换热器的低温天然气出口通道，第二级膨胀出口管路连接至第二台换热器的低温天然气入口通道； 所述第二台换热器的高温天然气出口通道连接至下游天然气净化和液化系统，所述第二台换热器的低温天然气出口通道连接至下游低压管网。`
【文档编号】F17D1/20GK103712062SQ201310727280
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】何振勇, 煜龙, 张生, 傅建青, 韩金潮 申请人:新地能源工程技术有限公司