一种天然气管网调压发电制冷系统的制作方法

文档序号:5810293阅读:286来源:国知局
一种天然气管网调压发电制冷系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种天然气管网调压发电制冷系统,包括:膨胀机,其进气口连接于所述高压管网;与膨胀机输出端相连接的齿轮箱;由齿轮箱带动发电的发电机,发电机供电于耗电耗冷设备(如耗电量很大而且需要冷却的云计算服务器);换热装置,一端连接于膨胀机的出气口,另一端连接于低一级压力管网,换热后的冷媒流经冷风装置,对耗电耗冷设备进行降温。本实用新型通过天然气膨胀所产生的压力能进行发电,供电给耗电设备,减少了中间电网环节,节省了投资;并通过对发电后的低温天然气进行冷能的回收,可以提供给耗冷设备,由于冷媒换热提高了天然气温度,能够不用或减少消耗电或天然气加热,降低了能耗。
【专利说明】—种天然气管网调压发电制冷系统

【技术领域】
[0001]本实用新型涉及天然气管网的差压利用【技术领域】,尤其涉及一种天然气管网调压发电制冷系统。

【背景技术】
[0002]天然气是目前全球广泛采用的一种清洁能源,为满足长距离输送天然气的需要,需要对天然气施加高压。我国“西气东输”管道、陕京线及二线系统和冀宁联络线输气管道的设计输气压力已达到lOMPa,其中西气东输二线管道的设计压力可以达到12MPa。高压管网输送的高压天然气到达各城市的天然气接收门站之后,经过调压站降压后进入低一级压力管网,其中调压站根据下游用户的供气压力要求进行降压,然后才能够供应给普通用户(如城市燃气用户、公商用户等)使用。
[0003]然而,一方面,天然气从高压管网经过降压进入低一级压力管网的过程中,会释放巨大的压力能,以日处理50万立方米的天然气门站为例,当压力从4.0MPa降至0.4MPa时,释放的压力能约为3561KW,如果不利用,会造成压力能损失;另一方面,高压天然气在降压过程中因放热会导致温度降低,一般会降低到-20°C至_60°C的范围,而供给至用户使用的低压天然气的温度一般为0-10°C。因此如何对压力能进行利用以及如何对高压天然气降压后的低温天然气加热是目前要解决的问题。
[0004]现有的回收天然气管网压力能技术,一般是利用涡流管完成天然气降压调压过程,将高压天然气经涡流管降压后产生的冷气流、热气流分别输出,冷气流通过在换热器中吸收逆流空气和燃气轮机排气的热量升温后,与热气流汇合进入燃气轮机组的燃烧室;由换热器降温的空气进入燃气轮机组的压气机提高压力后导入燃气轮机组的燃烧室,在燃烧室中,天然气与空气混合燃烧,使燃气轮机做功,驱动耗功设备,可以提高燃气轮机的出力和经济性,从而达到回收天然气管网压力能的目的,但需要在调压站建燃气轮机压缩或发电装置。也有采用天然气差压发电产生电能和冷能,用于制冰,但制冰量太大难以消耗。
[0005]现有的对高压天然气降压后的低温天然气加热的技术,一般是采用加热炉加热降压后的低温天然气,但是存在以下技术缺陷:由于加热炉在加热过程中消耗天然气,导致能耗高。同时天然气压力能和冷能未加以利用。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的在于提供一种天然气管网调压发电制冷系统,利用天然气的差压进行发电,同时回收降压后低温天然气所产生的冷能,使所产生电能和冷能都得到利用,如用于耗电量很大而且需要冷却的云计算服务器,减少了中间电网环节,提高了能量利用率。
[0007]为达此目的,本实用新型采用以下技术方案:一种天然气管网调压发电制冷系统,位于天然气高压管网与低一级压力管网之间,所述系统包括:
[0008]膨胀机,其进气口连接于所述高压管网;
[0009]与膨胀机输出端相连接的齿轮箱;
[0010]由齿轮箱带动发电的发电机,发电机供电于耗电耗冷设备;
[0011]换热装置,一端连接于膨胀机的出气口,另一端连接于低一级压力管网,流经换热装置的冷媒与经膨胀机膨胀的天然气进行热交换,换热后的冷媒流经冷风装置,对耗电耗冷设备进行降温。
[0012]优选的,所述齿轮箱与膨胀机的机轴相连接。
[0013]优选的,所述高压管网与膨胀机之间设有稳压阀。
[0014]优选的,所述齿轮箱还连接有润滑油站。
[0015]优选的,所述换热装置与所述低一级压力管网之间设有辅助加热装置。
[0016]优选的,所述辅助加热装置为电加热器或加热炉。
[0017]优选的,还包括泵,设置在换热装置和冷风装置之间。
[0018]优选的,所述换热装置为换热器;所述冷风装置为压缩空气冷媒换热器。基于上述的天然气管网调压发电制冷系统,本实用新型采用如下方法进行发电制冷,其步骤如下:
[0019]A.天然气的膨胀发电:所述高压管网内的天然气进入膨胀机,并通过膨胀机两端的压力差带动膨胀机的叶轮高速旋转,经由齿轮箱减速后带动发电机进行发电,提供电力给耗电耗冷设备;
[0020]B.天然气的升温:经膨胀机膨胀后的天然气温度降低,其通过换热装置与流经换热装置的冷媒进行热交换,升温后的天然气进入所述低一级压力管网;
[0021]C.天然气的冷能利用:换热后的冷媒进入冷风装置,并由冷风装置将冷能转换成冷风对耗电耗冷设备降温,经过冷风装置的冷媒由泵输送至换热装置中循环使用。
[0022]作为优选方案,在所述高压管网内的天然气进入膨胀机之前,先通过稳压阀进行稳压;
[0023]换热后的天然气的温度,在达不到低一级压力管网输入要求时,通过辅助加热装置对换热后的天然气加热,辅助加热装置为电加热器或加热炉;
[0024]所述冷风装置为压缩空气冷媒换热器,换热装置为换热器。
[0025]本实用新型的有益效果为:通过膨胀机对由天然气高压管网进入的天然气进行降压,能够使天然气从高压管网经降压后进入低一级压力管网,同时利用天然气降压前后的压力差进行发电,能够回收天然气在从高压管网经过降压进入低一级压力管网的过程中释放的压力能;所发电供给耗电设备(如云计算服务器),减少了中间电网环节,节省了投资;并并通过对发电后的低温天然气进行冷能的回收,所产生的冷能又可以提供给耗冷设备(如云计算服务器),由于冷媒换热提高了天然气温度,而不用或减少消耗电或天然气加热,降低了能耗。

【专利附图】

【附图说明】
[0026]图1是本实用新型的天然气管网调压发电制冷系统的结构示意图。
[0027]图中:
[0028]1、稳压阀;2、膨胀机;3、齿轮箱;4、发电机;5、换热装置;6、润滑油站;7、泵;8、冷风装置;9、耗电耗冷设备;10、辅助加热装置;11、高压管网;12、低一级压力管网;13、其他耗电设备;14、其他耗冷设备;

【具体实施方式】
[0029]下面结合附图并通过【具体实施方式】来进一步说明本实用新型的技术方案。
[0030]经研究机构预测,云计算将在未来几年以26%的年增长率快速增长,这种超越传统IT市场增长速度5倍的发展速度充分体现了云产业焕发的活力。信息化的今日,无论是政府、企业和个人用户,各行各业都看好了云计算中蕴藏的无尽潜力,一场以云计算为主导的信息化革命进程正在全球范围内如火如荼的进行着,然而云计算的强大计算能力背后,也不可避免的产生了高能耗的问题。2011年我国数据中心总耗电量达700亿千瓦时,已经占到全社会用电根据调量的1.5%,相当于2011年天津市全年的总用电量;921个经营性数据中心机房,面积约88万平米。随着云计算的快速增长,未来5年我国对数据中心流量处理能力需求将增长7-10倍,机房面积需要翻一番才能满足云计算发展的需求。中国联通数据中心的能耗数据显示,该中心每年耗电99亿千瓦时。以中国目前标准煤的效能看,需要消耗92万吨标准煤才能提供足够的电力供中国联通数据中心的能耗需求。与中国联通对应,中国电信数据中心年耗电112亿千瓦时,总计年需消耗102.95万吨标准煤,云计算数据中心的服务器机房既要耗大量的电能,又要需要冷却,因此与天然气管网调压发电制冷系统相结合,可以充分利用天然气调压站的剩余能量,起到节能环保的作用。
[0031]因此,本实用新型提供一种天然气管网调压发电制冷系统,位于天然气高压管网11与低一级压力管网12之间,能够利用降压之前的天然气和降压之后的天然气的压力差进行发电,同时对降压后的低温天然气进行升温,并将所产生的冷能回收利用,该系统包括:
[0032]膨胀机2,其进气口连接于天然气高压管网11的排气口,使通过天然气高压管网11排出的天然气的体积膨胀得以降压,同时膨胀机2的两侧天然气的气压不同,所产生的压力差能够使膨胀机2的叶轮高速旋转;
[0033]齿轮箱3,连接于膨胀机2的输出端也就是机轴,实现对膨胀机2的高速旋转的减速;
[0034]发电机4,与齿轮箱3相连接,并由齿轮箱3带动发电,用于对耗电耗冷设备9提供电力;
[0035]换热装置5,用于将膨胀机2膨胀后的低温天然气与冷媒热交换,使换热后的天然气温度达到低一级压力管网12下游用户(如城市燃气用户、公商用户等)的要求。换热装置5通过管道一端连接于膨胀机2的出气口,另一端连接于低一级压力管网12,流经换热装置5的冷媒与经膨胀机2膨胀的天然气进行热交换,换热后的冷媒流经冷风装置8,冷风装置8实现对冷媒的冷能提取并转换成冷风,对耗电耗冷设备9进行降温;
[0036]在换热装置5和冷风装置8之间设有泵7,用于提高经过冷风装置8的冷媒利用率,在换热装置5内进行换热后的温度较低的冷媒在泵7的作用下输送至冷风装置8内,在其内与空气进行换热,将冷能传输给空气,对耗电耗冷设备9周边的空气降温,之后,升温后的冷媒返回换热装置5内对低温天然气再次进行加热,形成冷媒的循环利用。
[0037]本实施例中换热装置5可以选用换热器,在一些要求较高的场地还可以使用换热机组,以提闻换热效率;
[0038]冷风装置8,可以是压缩空气冷媒换热器,在换热装置5内进行换热后的温度较低的冷媒流经压缩空气冷媒换热器,在压缩空气冷媒换热器内与空气进行换热,将冷媒携带的冷能转化成冷气,对耗电耗冷设备9周边的空气降温,本实施例中主要对云计算服务器周边的空气降温,升温后的冷媒通过泵7返回换热装置5内对膨胀的低温天然气进行加热,形成冷媒循环,以达到冷能回收的目的。
[0039]优选的,在天然气高压管网11和膨胀机2之间设置稳压阀1,用于对通过天然气高压管网11进入的天然气进行稳压,以使稳压后的天然气进入膨胀机2。
[0040]需要说明的是,在一些情况下,经换热装置5换热后的天然气会出现达不到下游用户的温度要求,优选的,在换热装置5之后添加一个辅助加热装置10,在达不到温度要求的情况下,可以启动辅助加热装置10,辅助加热装置10对经换热装置5加热后的天然气进行进一步加热,从而达到下游用户天然气的所需温度要求,本实用新型中,辅助加热装置10可以是电加热器或者加热炉,根据不同的环境需要选用。
[0041 ] 优选的,对齿轮箱3设置一个润滑油站6,能够对齿轮箱3提供循环润滑油,提高齿轮箱3的使用寿命,间接提高发电效率。
[0042]以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理,本实施例中耗电耗冷设备9指云计算服务器,但是并不仅限于云计算服务器,本实用新型所发电除供给耗电装置外,多余的电能还可以外输到其他耗电设备13或者自用;膨胀发电所产生的冷能通过冷媒取出除产生冷风外,多余冷能也可以外供给其他耗冷设备14 ;而且本实用新型还可以针对性的对其他设备同时进行电力以及冷能的提供。
[0043]本实用新型适用于对高压天然气进行降压的各级高压天然气管网之中,例如,压力为1MPa的高压天然气管网中的天然气经逐级降压后压力分别为4MPa,1.6MPa,0.4MPa和2.5KPa,其中压力为4MPa,1.6MPa,0.4MPa和2.5KPa的天然气可以供给至对应区域的用户,因此本实用新型适用于压力从1MPa降低至4MPa、l.6MPa降低至0.4MPa的天然气管网之间,以及压力从0.4MPa降低至2.5KPa的天然气管网之间。
[0044]下面以适用于压力从1MPa降低至4MPa的天然气管网之间为例对本实用新型如何进行天然气管网调压发电加以说明,其具体步骤如下:
[0045]A.天然气的膨胀发电:指利用降压之前1MPa的天然气和膨胀降压之后4MPa的天然气的压力差通过发电机4进行发电,并将得到电能供给耗电耗冷设备9,具体过程如下:
[0046]压力为1MPa的高压管网11内的天然气先通过稳压阀I稳压,之后进入膨胀机2,此时膨胀机2两端的气压不同,所产生的压力差会带动膨胀机2的叶轮高速旋转,该膨胀机2的最高转速可达45000RPM,然后由连接在膨胀机2机轴上的齿轮箱3将转速减速到1500RPM,再通过齿轮箱3带动发电机4进行发电,最终提供将电力提供给耗电耗冷设备9(即云计算服务器),多余的电量还可外输到其他耗电设备13或者自用。
[0047]B.天然气的升温:由于压力为1MPa的高压天然气在膨胀降压的过程中会吸热而导致降压后压力为4MPa的天然气的温度会降低,一般会降低到-20°C至_60°C的范围,而通过低一级压力管网12供给至用户的低压天然气的温度一般为0-20°C,因此需要对低压天然气进行升温处理,以满足用户使用的需求,其过程如下:
[0048]经膨胀机2膨胀后的低压天然气温度降低,降温后的天然气通过换热装置器5与流经换热装置5的冷媒进行热交换,温度升高至(TC以上,而后进入压力为4MPa的低一级压力管网12 ;
[0049]需要指出的是,在经换热装置5加热后的天然气会出现达不到下游用户所需温度的情况,这种情况下,需要启动辅助加热装置10,辅助加热装置10对经换热装置5加热后的天然气进行进一步加热,从而达到天然气的所需温度要求,最后进入4MPa的低压天然气管网12。
[0050]C.天然气的冷能利用:在对膨胀后的低温天然气进行升温的过程中,通过换热装置5会置换大量的冷能,因此可以将其利用起来,对耗电耗冷设备9进行降温,或者用于其他需降温和制冷的场所,其工作过程如下:
[0051]经换热装置5换热后的冷媒温度很低,此时的冷媒进入冷风装置8也就是压缩空气冷媒换热器内,在其内部与空气进行换热,将冷能传输给耗电耗冷设备9(云计算服务器)周边的空气,对耗电耗冷设备9降温,而经过冷风装置8升温后的冷媒由泵7再一次输送至换热装置5中循环使用;当然过多的冷能也可以通过冷媒供给于其他耗冷设备14,在供给其他耗冷设备14冷能后的冷媒同样通过泵7循环至换热装置5,循环使用。
[0052]对于500万方/天、压力为lOMPa的高压天然气,采用本实用新型的技术方案后,压力降低到4MPa,同时可发电约4000kW,同时可制冷8000kW。其中所产生电能供给耗电耗冷设备9(云计算服务器),节省了大量电量的同时,也充分利用了天然气降压过程中的压力能。
[0053]以上是对以适用于压力从lOMPa降低至4MPa的天然气管网之间为例对本实用新型进行了阐述,但是本实用新型不限于该压力段的天然气管网之间,同样适用于1.6MPa降低至0.4MPa的天然气管网之间,以及压力从0.4MPa降低至2.5KPa的天然气管网之间。
[0054]本实用新型通过天然气膨胀发电对由天然气高压管网11进入的天然气进行降压,能够使天然气从高压管网11经降压后进入低一级压力管网12,同时利用天然气降压前后的压力差进行发电,能够回收天然气在从高压管网11经过降压进入低一级压力管网12的过程中释放的压力能;同时用冷媒通过换热装置5取出上述过程中产生冷能,降压后的低温天然气升温,因而不需要或减少消耗天然气,因此能够在低温天然气的加热过程中降低能耗;同时利用了减压过程中所产生的冷能,节约了能源。
[0055]以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理,而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释,本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它【具体实施方式】,这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种天然气管网调压发电制冷系统,位于天然气高压管网(11)与低一级压力管网(12)之间,其特征在于,所述系统包括: 膨胀机(2),其进气口连接于所述高压管网(11); 与膨胀机(2)输出端相连接的齿轮箱(3); 由齿轮箱⑶带动发电的发电机(4),发电机⑷供电于耗电耗冷设备(9); 换热装置(5),一端连接于膨胀机(2)的出气口,另一端连接于低一级压力管网(12),流经换热装置(5)的冷媒与经膨胀机(2)膨胀的天然气进行热交换,换热后的冷媒流经冷风装置(8),对耗电耗冷设备(9)进行降温。
2.根据权利要求1所述的天然气管网调压发电制冷系统,其特征在于,所述齿轮箱(3)与膨胀机(2)的机轴相连接。
3.根据权利要求2所述的天然气管网调压发电制冷系统,其特征在于,所述高压管网(11)与膨胀机(2)之间设有稳压阀(I)。
4.根据权利要求1所述的天然气管网调压发电制冷系统,其特征在于,所述齿轮箱(3)还连接有润滑油站(6)。
5.根据权利要求1所述的天然气管网调压发电制冷系统,其特征在于,所述换热装置(5)之后设有辅助加热装置(10)。
6.根据权利要求5所述的天然气管网调压发电制冷系统,其特征在于,所述辅助加热装置(10)为电加热器或加热炉。
7.根据权利要求1所述的天然气管网调压发电制冷系统,其特征在于,还包括泵(7),设置在换热装置(5)和冷风装置(8)之间。
8.根据权利要求7所述的天然气管网调压发电制冷系统,其特征在于,所述换热装置(5)为换热器,所述冷风装置(8)为压缩空气冷媒换热器。
【文档编号】F17D1/02GK204186430SQ201420541735
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年9月19日 优先权日:2014年9月19日
【发明者】娄世松, 沈懿桐, 赵子康, 王丽, 宋移团, 许娜, 邸建军 申请人:碧海舟(北京)石油化工设备有限公司
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