一种利用气动马达的管网压力能回收方法及装置与流程

本发明涉及一种天然气管网压力能回收利用领域，具体涉及一种利用气动马达的管网压力能回收方法及装置。

背景技术：

随着世界能源结构的变化，我国天然气行业蓬勃发展，燃气管网系统已经延伸到全国各地。然而，由于上游管网天然气的压力一般都比下游用户所需天然气压力高，所以管网系统都会设有调压站。在调压站中一般会采用减压阀进行降压，然而此过程会浪费大量的压力能，严重影响燃气系统的经济性；同时，国内小型调压站/柜/箱用电呈现出用电量小，所处地区偏远地区居多，用电困难的现状。而天然气压力能回收不仅解决调压站用电困难的问题，而且利用了天然气本身的压力能，提高燃气系统的经济性。

在偏远地区的小型调压站/柜/箱由于用电量小，一般选用发电较小的发电设备。而气动马达由于体积较小、扭矩及转速范围较宽、不受外部环境影响、结构简单、成本低等优势，成为小型调压站/柜/箱压力能回收系统的优选。然而，气动马达设计规范的最高运行压力为0.7MPa，而实际所需调压的天然气压力常大于0.7MPa，若直接使用气动马达进行膨胀发电，会造成出口天然气高于下游管网，从而导致管道冲击的问题；若在调压发电系统中加入电动调压器，虽然会避免管道冲击，但调压器价格高而且体积较大，影响了利用气动马达的天然气调压发电系统在小型调压站/柜/箱的应用。

有鉴于此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，本发明提供一种利用气动马达的管网压力能回收方法及装置，能够在进行管网压力能回收的同时实现气动马达的出口压力控制，同时适应性较强，能够应用于各种小型调压站/柜/箱及各种调压工况。

本发明的技术方案如下：

一种利用气动马达的管网压力能回收装置，其中，包括依次连接的调压发电系统和检测控制系统；

所述调压发电系统包括气动马达、复热器、与气动马达连接的变速箱、与变速箱连接的发电机、连接发电机电力输出端的电源；

所述检测控制系统包括：通过管路依次连接于高压管网和低压管网之间的第一截流阀、第一电磁阀、电动调节阀、第二电磁阀、第二截流阀、PLC、设置在所述电动调节阀和气动马达之间的管路上的第一压力变送器和第一温度变送器、设置在所述复热器和第二电磁阀之间的管路上的第二压力变送器和第二温度变送器、设置在所述变速箱和发电机之间的速度变送器；所述第一压力变送器、第二压力变送器、第一温度变送器、第二温度变送器、第一电磁阀、第二电磁阀、电动调节阀和速度变送器均通过电路连接PLC。

优选的，所述的利用气动马达的管网压力能回收装置，其中：所述第一电磁阀和第二电磁阀选用紧急切断功能电磁阀。

优选的，所述的利用气动马达的管网压力能回收装置，其中：所述发电机选用异步发电机。

优选的，所述的利用气动马达的管网压力能回收装置，其中：所述电源选用三相变压同步器。

优选的，所述的利用气动马达的管网压力能回收装置，其中：所述气动马达选用改进气动马达，所述改进气动马达为气动马达排气口连接调压装置；所述调压装置由外壳、缓冲管、弹簧、金属膜片和阀杆组成，通过下游天然气推动金属膜片，控制阀杆的位置和装置的开度实现天然气的调压。

一种利用气动马达的管网压力能回收方法，基于上述的利用气动马达的管网压力能回收装置，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S100、高压管网的天然气通过第一截流阀、第一电磁阀、电动调节阀后进入气动马达膨胀降压，并通过调压装置进行调压，再经复热器回温后，经过第二电磁阀和第二截流阀进入下游低压燃气管网；

S200、高压天然气通过气动马达膨胀将压力能转化为机械能，然后通过变速箱将转子转速与发电机频率匹配发电，用于供给1～20kW用电需求的用户使用；

S300、第一电磁阀与第二电磁阀属于联动装置，同时关闭或开启，当速度变送器、第一压力变送器、第二压力变送器、第一温度变送器和第二温度变送器的读数在允许范围波动时，第一电磁阀与第二电磁阀均同时开启，保证整套装置正常运转；当显示读数异常时，PLC发出控制指令，调节电动调节阀开度，调节天然气流量；当显示读数较长时间超出允许范围时，信号反馈到PLC，PLC输出切断设备指令，使第一电磁阀与第二电磁阀同时关闭，将整套装置与管网脱离；

S400、气动马达出口连接有调压装置，所述调压装置由外壳、缓冲管、弹簧、金属膜片和阀杆组成；当出口压力超过所需压力时，下游天然气推动金属膜片，压缩与金属膜片相连的弹簧，带动弹簧内的阀杆运动，减少装置的开度；当出口压力低于所需压力时，弹簧推动金属膜片，并带动阀杆运动，增加装置的开度；通过装置开度的变化，实现节流膨胀，从而达到调压目的。

相比现有技术，本发明具有以下优点：

1)本发明的装置利用气动马达和发电机回收了高压天然气的压力能，并将其转化为电能，在满足天然气调压的同时实现天然气压力能发电。

2)实现压力控制：普通的气动马达由于自身结构影响，其膨胀比固定，难以实现出口压力控制；本发明使用改造的气动马达，可对出口天然气进行调压，实现压力控制。

3)无电源、无能耗：本发明利用天然气压力能进行发电，并输出电力提供发电系统使用，整个系统无需其他能耗。

4)工艺简单，易控制：本发明装置主要由调压和发电两部分组成，工艺简单；装置通过PLC对各部件进行控制。

5)经济效益和社会效益好：本发明利用天然气压力能进行发电，既回收了天然气压力能，符合国家节能减排要求，也可建设在无电网的偏远地区为其供电，提高了燃气系统的经济性。

附图说明

图1为一种利用马达回收管网压力能的装置的结构示意图。

图2为本发明实施例1的体积型气动马达的截面示意图。

图3为本发明实施例1的体积型气动马达的内部结构图。

图4为本发明实施例2的速度型气动马达的截面示意图。

图5为本发明实施例2的速度型气动马达的内部结构图。

图1中所示为：第一截流阀1、第一电磁阀2、电动调节阀3、第一压力变送器4、第一温度变送器5、膨胀机6、变速箱7、速度变送器8、发电机9、电源10、复热器11、第二压力变送器12、第二温度变送器13、第二电磁阀14、第二截流阀15、PLC16、减压阀17；

图2、3所示为：外壳体18、调压装置外壳19、弹簧20、缓冲管21、金属膜片22、阀杆23、出气口24、进气口25、气缸26、行星活塞轮27、主轴28、环形活塞空间29、轮滚筒30、旋阀片31、旋阀片支撑芯轴32、凹槽33；

图4、5所示为：外上盖34、内上盖35、叶片36、定子37、外壳体38、进气口39、出气口40、内下盖41、转子42、主轴43、调压装置外壳44、弹簧45、金属膜片46、阀杆47、缓冲管48、中壳体49。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述，但本发明的实施方式不限定于以下实施例。

请一并参阅图1至图5，一种利用气动马达的管网压力能装置，包括调压发电系统和检测控制系统。

所述调压发电系统包括气动马达6、复热器11、与气动马达6连接的变速箱7、与变速箱7连接的发电机9、连接发电机9电力输出端的电源10；

所述检测控制系统包括：通过管路依次连接于高压管网和低压管网之间的第一截流阀1、第一电磁阀2、电动调节阀3、第二电磁阀14、第二截流阀15、PLC16、设置在所述电动调节阀3和气动马达6之间的管路上的第一压力变送器4和第一温度变送器5、设置在所述复热器11和第二电磁阀14之间的管路上的第二压力变送器12和第二温度变送器13、设置在所述变速箱7和发电机9之间的速度变送器8；所述第一压力变送器4、第二压力变送器12、第一温度变送器5、第二温度变送器13、第一电磁阀2、第二电磁阀14、电动调节阀3和速度变送器8均通过电路连接PLC16。

进一步的，所述第一电磁阀2和第二电磁阀14选用紧急切断功能电磁阀。

进一步的，所述发电机9选用异步发电机。

进一步的，所述电源10选用三相变压同步器。

进一步的，所述气动马达6选用改进的气动马达，所述改进为气动马达6排气口连接调压装置；所述调压装置由外壳、缓冲管、弹簧、金属膜片和阀杆组成，通过下游天然气推动金属膜片，控制阀杆的位置和装置的开度实现天然气的调压。

本实施例中，高压管网的天然气通过第一截流阀1、第一电磁阀2、电动调节阀3后进入气动马达6膨胀降压，并通过调压装置进行调压，再经复热器11回温后，经过第二电磁阀14和第二截流阀15进入下游低压燃气管网；同时，高压天然气通过气动马达6膨胀将压力能转化为机械能，然后通过变速箱7将转子转速与发电机9频率匹配发电，用于供给1～20kW用电需求的用户使用。

参见图1，所述检测控制系统中，第一电磁阀2与第二电磁阀14属于联动装置，同时关闭或开启，当速度变送器8、第一压力变送器4、第二压力变送器12、第一温度变送器5和第二温度变送器13的读数在允许范围波动时，第一电磁阀2与第二电磁阀14均同时开启，保证整套装置正常运转；当显示读数异常时，PLC16发出控制指令，调节电动调节阀3开度，调节天然气流量；当显示读数较长时间超出允许范围时，信号反馈到PLC16，PLC16输出切断设备指令，使第一电磁阀2与第二电磁阀14同时关闭，将整套装置与管网脱离；

气动马达6出口连接有调压装置，所述调压装置由外壳、缓冲管、弹簧、金属膜片和阀杆组成；当出口压力超过所需压力时，下游天然气推动金属膜片，压缩与金属膜片相连的弹簧，带动弹簧内的阀杆运动，减少装置的开度；当出口压力低于所需压力时，弹簧推动金属膜片，并带动阀杆运动，增加装置的开度；通过装置开度的变化，实现节流膨胀，从而达到调压目的。

相比于采用其它膨胀机的天然气压力能回收装置，本发明采用改造的气动马达，体积较小、功率及转速范围较宽、不受外部环境影响、结构简单、成本低。

实施例1

以某小型调压站为例，该调压站调压量为1000Nm³/h，调压前后压力分别为2MPa及0.1MPa；用电设备总功率约为10kW。实施例1选用某体积型气动马达，其设备组成参考图1，气动马达的结构简图如图2、3所示。

1)满足城市管网瞬时需求量660Nm³/h的天然气，压力2MPa、温度20℃通过第一截流阀1、第一电磁阀2、电动调节阀3后进入气动马达6膨胀降压到0.425MPa，再经调压装置降压到0.1MPa，经复热器11回温到5℃后，由第二电磁阀14、第二截流阀15进入下游中压燃气管网；

2)高压天然气通过气动马达6膨胀将压力能转化成机械能，然后通过变速箱7使转速与发电机9频率匹配发电，可发出10.0kW的电用于供给调压站等小型用户使用。

实施例2

同样以上述调压站为例，选用某速度型气动马达，其设备组成参考图1，气动马达的结构简图如图3、4所示。

1)满足城市管网瞬时需求量720Nm³/h的天然气，压力2MPa、温度20℃通过第一截流阀1、第一电磁阀2、电动调节阀3后进入气动马达6膨胀降压到0.425MPa，再经调压装置降压到0.1MPa，经复热器11回温到5℃后，由第二电磁阀14、第二截流阀15进入下游中压燃气管网；

2)高压天然气通过气动马达6膨胀将压力能转化成机械能，然后通过变速箱7使转速与发电机9频率匹配发电，可发出10.0kW的电用于供给调压站等小型用户使用。

本发明的上述实施例仅为清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所述领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。