本实用新型涉及管道天然气压力能回收领域，具体地指一种天然气压力能及冷能回收综合利用系统。
背景技术：
天然气作为一种清洁化石能源，随着我国能源消费结构的调整以及城市化的进一步深入，我国天然气的消费量将呈现快速升高的趋势。预计到2020年天然气在我国一次能源消费中的比例将提高到10％以上，由此带来的我国天然气输气管道建设也将得到快速发展。
天然气管线输送中，在气源侧需要消耗动力驱动压气机组提高输气压力，而在用户侧则需要降压满足使用需求。目前天然气的调压方式多采用调压阀组等焓节流方式，此过程无机械能输出，高品质的压力能完全消耗在克服阀门的局部阻力上，无法得到有效利用。同时由于焦耳汤姆逊效应，经调压阀组降压后的天然气温度将降低，导致出站温度低于标准要求(>5℃)的供气温度。尤其在环境温度较低的季节，节流后的温度甚至达-20℃，释放了大量冷能，在阀门中产生霜冻堵塞管道，对下游城市管网存在较大安全隐患。传统的解决方案是通过燃烧锅炉热水换热器或电伴热带提前对高压气体加热。这不仅需要消耗燃气或电能，同时造成压力能和冷能的严重浪费。
由此可见，天然气输送过程中，蕴含着巨大的天然气压力能回收利用空间。天然气余压利用技术是我国近年兴起的新兴技术，从回收天然气压力能最终获得的能源产品的角度分析，这些利用方式可以分为：(1)利用天然气压力能发电，比如公告号为CNI03334891A，CN203362233U，CN203430574U，CNI04088605A；(2)利用膨胀后天然气所具有的冷能进行制冷，比如公告号CN 101245956A，CN 101852529 A；(3)利用天然气压力能发电的同时利用膨胀后天然气所具有的冷能进行制冷，比如公告号CN 103362579A，CN 203847188U，CN 106351697A，CN 105041395A。显热利用天然气压力能发电的同时利用冷能，实现天然气压力能综合回收利用的效率最高。对于天然气压力能回收所产生的电能和冷能这两种能源产品，在实际工程案例中，我们发现其冷能回收潜在经济价值相当于甚至超过其回收的电能经济价值。此外电能作为一种高品位、易传输的通用能源，很容易被企业自用或并入国家电网消耗掉，不存在产品滞销的问题。而对于冷能目前公开专利中回收消纳的主要方式是制冰。利用天然气膨胀降温产生的冷能制冰在技术上不存在障碍，但却存在对冰的市场需求不足造成所制冰滞销的可能。因此合理选择冷能利用方式是决定天然气压力能回收项目整体经济可行性的重要因素。
技术实现要素：
本实用新型为解决前述问题，提出一种天然气压力能回收综合利用系统。该系统利用天然气压力能驱动膨胀机产生动力，带动发电机产生电能；同时利用载冷剂子系统对膨胀过后的天然气进行补热，使天然气温度满足下游用气要求；并利用冷却水子系统回收冷能用于满足企业内部工艺用冷需求，使冷能在企业内部消化，确保所回收冷能的经济价值。
为实现上述目的，本实用新型所设计的天然气压力能回收综合利用系统包括天然气膨胀发电子系统、载冷剂补热子系统、冷却水冷能利用子系统。
所述天然气膨胀发电子系统包括：天然气预处理器，其进口与上游高压天然气管道相连，其出口分为两路：一路通过第一阀门与原有的天然气调压阀组的进口相连，天然气调压阀组的出口与下游管道相连；另一路通过第二阀门与前加热器进气口相连，前加热器出气口与驱动发电机运转的天然气膨胀机进气口相连，天然气膨胀机的出气口与后加热器的进气口相连接，后加热器的出气口与油分离器进气口相连接，油分离器出气口通过第三阀门与天然气下游管道相连。油分离器出油口与油过滤器进口相连，油过滤器出口与油泵进口相连，油泵出口与天然气膨胀机润滑油入口相连。
所述载冷剂补热子系统包括：载冷剂储箱，其出口经过载冷剂泵与换热器载冷剂进口相连，换热器载冷剂出口分成两路，分别经过第四阀门与前加热器载冷剂进口相连、经过第五阀门与后加热器载冷剂进口相连，前加热器和后加热器的载冷剂出口与载冷剂储箱进口相连接。
所述冷却水冷能利用子系统包括：用冷单元，冷却塔，以及用于冷却水与载冷剂换热、回收载冷剂冷能的换热器。用冷单元冷却水出口经冷却水泵后分为两路，一路经第六阀门与换热器冷却水进口相连，另一路经第七阀门与冷却塔冷却水进口相连，换热器和冷却塔的冷却水出口与用冷单元的冷却水进口相连接。
进一步的，所述天然气膨胀机为单级或双级螺杆膨胀机。
进一步的，所述前加热器和后加热器为天然气走管外，载冷剂走管内的板壳式或管壳式换热器。
进一步的，所述油分离器是将天然气与膨胀机润滑油进行分离的两级油分离装置。
进一步的，所述换热器为板式或管式换热器。
进一步的，所述用冷单元为企业内部工艺冷却相关用冷负荷单元。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：
本实用新型综合回收天然气压力能产生电能和冷能，且所回收的冷能经过载冷剂子系统和冷却水子系统直接用于企业内部工艺冷却相关用冷负荷，减少企业原有冷却塔冷却负荷，具有天然气压力能整体回收利用效率高、经济效益确定等优点，尤其适用于工业企业或工业园区天然气调压门站中的压力能及冷能回收利用，具有非常大的社会效益及经济效益。
附图说明
图1为本实用新型天然气调压门站压力能回收综合利用系统的原理图；
其中：第一阀门1、第二阀门2、第三阀门3、第四阀门4、第五阀门5、第六阀门6、第七阀门7、天然气预处理器8、调压阀组9、前加热器10、天然气膨胀机11、发电机12、后加热器13、油分离器14、油过滤器15、油泵16、载冷剂泵17、载冷剂储箱18、换热器19、冷却塔20、冷却水泵21、用冷单元22。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
图中所示的天然气调压门站压力能回收综合利用系统，包括天然气膨胀发电子系统、载冷剂补热子系统、冷却水冷能利用子系统。
所述天然气膨胀发电子系统包括：天然气预处理器8，其进口与上游高压天然气管道相连，其出口分为两路：一路通过第一阀门1与原有的天然气调压阀组9的进口相连，天然气调压阀组9的出口与下游管道相连；另一路通过第二阀门2与前加热器10进气口相连，前加热器10出气口与驱动发电机12运转的天然气膨胀机11进气口相连，天然气膨胀机11的出气口与后加热器13的进气口相连接，后加热器13的出气口与油分离器14进气口相连接，油分离器14出气口通过第三阀门3与天然气下游管道相连。油分离器14出油口与油过滤器15进口相连，油过滤器15出口与油泵16进口相连，油泵16出口与天然气膨胀机11润滑油入口相连接。
所述载冷剂补热子系统包括：载冷剂储箱18，其出口经过载冷剂泵17与换热器19载冷剂进口相连，换热器19载冷剂出口分成两路，分别经过第四阀门4与前加热器10载冷剂进口相连、经过第五阀门5与后加热器13载冷剂进口相连，前加热器10和后加热器13的载冷剂出口与载冷剂储箱18进口相连接。
所述冷却水冷能利用子系统包括：用冷单元22，冷却塔20，以及用于冷却水与载冷剂换热、回收载冷剂冷能的换热器19。用冷单元22冷却水出口经冷却水泵21后分为两路，一路经第六阀门6与换热器19冷却水进口相连，另一路经第七阀门7与冷却塔20冷却水进口相连，换热器19和冷却塔20的冷却水出口与用冷单元22的冷却水进口相连接。
本实施例中优选的，所述天然气膨胀机11为单级螺杆膨胀机。所述前加热器和后加热器为天然气走管外，载冷剂走管内的板壳式换热器。所述换热器为管壳式换热器。所述油分离器是将天然气与膨胀机润滑油进行分离的两级油分离装置。
天然气膨胀发电子系统工作流程如下：从上游高压管网输送来的天然气，经过天然气预处理器8预处理后分为两路，一路通过第一阀门后进入原有的天然气调压阀组9，经天然气调压阀组9调压后进入下游管道；另一路通过第二阀门2进入前加热器10，在前加热器10中补热至5℃左右后进入天然气螺杆膨胀机11，在天然气螺杆膨胀机11中膨胀做功进而驱动发电机12运转发电。在天然气膨胀机11中膨胀做功后的低压低温天然气进入后加热器13，在后加热器13中再次补热至5℃左右，之后进入油分离器14进行天然气和螺杆膨胀机润滑油的分离，经过油分离和补热后的低压天然气通过第三阀门3进入天然气下游管道。
天然气螺杆膨胀机润滑油循环流程如下：润滑油从天然气螺杆膨胀机11喷油入口进入膨胀机，随降温降压后的天然气一起进入后加热器13，然后在油分离器14进行油气分离，分离出来的润滑油进入油过滤器15中过滤净化，之后经过油泵16重新进入天然气膨胀机11完成循环。
载冷剂补热子系统中载冷剂的循环流程如下：冷剂储箱18中10℃的载冷剂液体经过载冷剂泵17加压后，从换热器19载冷剂进口进入换热器19，在换热器19中与冷却水换热，吸收冷却水热量升温至15℃后从换热器19载冷剂出口流出。之后载冷剂液体分成两路，一路经过第四阀门4进入前加热器10，另一路经过第五阀门5进入后加热器13，分别在前加热器10和后加热器13中对天然气进行补热，并回收天然气冷量降温至10℃后，分别从前加热器10和后加热器13的载冷剂出口流出，重新进入载冷剂储箱完成循环。
冷却水冷能利用子系统中冷却水的循环流程如下：30℃的冷却水从企业内部原用冷单元22冷却水出口流出，经冷却水泵21加压后分为两路，一路经第六阀门6从换热器19冷却水进口进入换热器19，在换热器19中与载冷剂换热，回收载冷剂的冷量并降温至25℃，另一路经第七阀门7进入冷却塔20，经冷却塔20散热后降温至25℃，两路冷却水分别从换热器19和冷却塔20的冷却水出口流出后，重新进入用冷单元22提供冷量供工艺使用，完成循环。
以上仅为本实用新型的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。