本发明涉及高压气体膨胀发电或制冷技术，具体为一种高压天然气管网压力能回收利用系统。
背景技术：
在天然气的运输过程中，高压干路管网与下游城市管网之间存在巨大的压差，需要进行降压处理。目前，常用的减压方式为等焓节流，这一过程为典型的不可逆过程，大量的可用能在此过程中被损耗掉。此外，节流后天然气的温度较低，无法满足用户的需求且容易在阀门处产生霜冻而带来安全隐患。为了避免这种情况的出现，需要对高压气体进行预热，这一过程则会额外消耗燃料或电能。
为了对高压管网的压力能进行回收，普遍的做法是利用膨胀过程替代节流过程来完成降压，在膨胀过程中，一方面可以输出机械功用来驱动发电机发电，另一方面膨胀后的气体具有比节流后更低的温度，可以用于制冷，比如制冰或天然气液化等。从这两个基本方向出发，国内出现了一些不同的天然气管网压力能回收技术。授权公告号cn104070050b的发明专利提出了一种利用高压天然气压力能回收废旧pcb的工艺与装置，利用天然气膨胀机驱动pcb粉碎设备并利用膨胀后的天然气对pcb进行冷却，该工艺可以实现机械能和冷能的同时利用，具有无污染能耗小等优点，但其应用范围非常有限。申请公布号cn103334891a的发明专利公开了一种天然气调压式发电装置，这一装置采用涡轮装置回收压力能并驱动发电机发电，但是该发明没有考虑到涡轮装置出口天然气温度过低的问题。申请公布号cn105736944a的发明专利公开了一种利用天然气压力能发电及冷能回收的工艺和装置，该发明中高压天然气进入膨胀机膨胀并带动发电机发电，膨胀机出口的低温天然气则进入制冰机制冰以实现冷能的回收以及天然气复温，该发明同样可以实现机械能和冷能的同时利用，但是没有考虑到复温前低温天然气可能带来的设备堵塞等问题。此外，在无制冰需求时，该发明中高压天然气进入膨胀机前的预热过程缺乏可靠的加热量来源。申请公布号cn105041395a的发明专利提供了一种天然气管网压力能回收综合利用系统，该系统包括三个子系统：压力能发电子系统、载冷剂子系统以及制冰补热子系统，其中压力能发电子系统使用两级膨胀，可以降低天然气补热的热源温度，此外，利用热泵为天然气补热提供热量并同时回收冷能进行制冰，该发明可以同时实现天然气膨胀发电和冷能回收制冰，但是，驱动热泵需要消耗电能，当天然气流量较低时会对整体系统的发电效率带来较大影响，此外，与发明专利cn105736944a类似，在无制冰需求时，高压天然气的补热缺乏足够的加热量来源。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是：提供一种高压天然气管网压力能回收利用系统，采用这种系统可以为膨胀前的高压天然气提供充足的加热量，进而避免膨胀后温度过低而带来的安全隐患。
本发明所采用的技术方案是：一种高压天然气管网压力能回收利用系统，它包括依次连通的高压天然气管网、预处理器、膨胀机以及低压天然气管网，且所述膨胀机还连接有通过膨胀机驱动的工作组件，它还包括设置在预处理器与膨胀机之间用于在高压天然气进入膨胀机之前加热高压天然气的加热机构。
采用以上结构与现有技术相比，本发明具有以下优点：在膨胀机之前设置一个加热机构，这样通过将膨胀前的高压天然气预热到较高温度，使其在膨胀后可以具有合适的温度，能够直接进入低压管道使用，从而避免了膨胀过程中或膨胀后天然气温度过低可能带来的设备堵塞等不良影响。
作为优选，所述加热机构包括燃烧器，所述低压天然气管网与燃烧器连通且给燃烧器供应低压天然气，且所述低压天然气管网与燃烧器之间设有调节阀。通过低压天然气作为能源在燃烧器内进行燃烧，这样无需消耗外部能源来为高压天然气的预热过程提供热量，可以达到更高的预热温度，具有更高的可靠性和稳定性，并且设置了调节阀，可以根据天然气流量的变化进行快速调整。
作为优选，所述加热机构包括依次首尾相连的高温预加热器、热传输介质箱、热传输介质泵以及燃烧器。采用这种加热机构，能较好的将高压天然气进行预热，而且安全性也较高。
作为优选，所述加热机构还包括空气预处理器以及烟气处理器，所述空气预处理器、燃烧器以及烟气处理器依次连通。这样设置，可以通过空气预处理器来处理进入燃烧器内的空气，这样可以提高燃烧效果，而且设置了烟气处理器，这样防止燃烧后产生的烟气尾气污染空气，比较环保。
作为优选，所述预处理器与加热机构之间还设有预热器。设置一个预热器，这样可以在进入加热机构前稍微提高一点高压天然气的温度，防止在进入加热机构前就出现问题。
作为优选，它还包括天然气调压装置，所述预热器通过天然气调压装置直接与低压天然气管网，且所述天然气调压装置两侧均设置调节阀。这个是现有技术就有的天然气调压装置，当本申请前面部分的机构正常运行时，可以关闭两个调节阀，使得这个调压装置不工作，如果本申请前面部分的机构工作出现异常时，可以打开两个调节阀，让这个调压装置工作，提高了整体的可靠性。
作为优选，所述工作组件包括与膨胀机机械连接驱动的发电机。在膨胀机上机械连接发电机，这样膨胀机可以带动发电机工作，进而进行发电。
作为优选，所述工作组件包括压缩制冰系统，且所述压缩制冰系统包括依次首尾相连的压缩机、冷凝器、节流阀以及蒸发器，且所述压缩机与膨胀机机械连接驱动。在膨胀机上机械连接压缩机，这样膨胀机可以带动压缩机工作，进而实现制冷。
附图说明
图1为本发明一种高压天然气管网压力能回收利用系统具体实施例一的连接示意图。
图2为本发明一种高压天然气管网压力能回收利用系统具体实施例二的连接示意图。
如图所示：1、预处理器；2、预热器；3、天然气调压装置；4、高温预加热器；5、膨胀机；6、发电机；7、空气预处理器；8、燃烧器；9、烟气处理器；10、热传输介质储箱；11、热传输介质泵；12、第一调节阀；13、第二调节阀；14、第三调节阀；15、第四调节阀；16、第五调节阀；17、第六调节阀；18、第七调节阀；19、冷凝器；20、节流阀；21、蒸发器；22、压缩机。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施方式对本发明做进一步描述，但是本发明不仅限于以下具体实施方式。
具体实施例一：如图1所示为本发明所提供的一种高压天然气管网压力能回收利用系统，系统包括压力能膨胀发电系统、热能传输子系统和燃烧子系统，其中压力能膨胀发电系统与燃烧子系统之间通过热能传输子系统衔接。
压力能膨胀发电系统包括预处理器1，其入口与高压天然气管网相连接，其出口与预热器2入口相连接，预热器2出口经过第一调节阀12后分为两个支路，其中一个支路路通过第二调节阀13与原有的天然气调压装置3入口相连，原有的天然气调压装置3出口通过第三调节阀14与低压天然气管网相连；第一调节阀12出口另一个支路通过第四调节阀15与高温预加热器4天然气入口相连，高温预加热器4天然气出口与膨胀机5入口相连，膨胀机5通过机械连接驱动发电机6，膨胀机5出口通过第五调节阀16与低压天然气管网相连。
热能传输子系统包括热传输介质储箱10、热传输介质以及热传输介质泵11，热传输介质储箱10入口与高温预加热器4的热传输介质出口相连，高温预加热器4的热传输介质入口与燃烧器8的热传输介质出口相连，热传输介质储箱10出口与热传输介质泵11入口相连，热传输介质泵11的出口与燃烧器8的热传输介质入口相连。通过在燃烧器8内加热热传输介质，然后热传输介质通过管道流到高温预加热器4加热高压天然气，其中热传输介质可以是导热油。
燃烧子系统包括第六调节阀17，其入口与低压天然气管网相连，其出口与燃烧器8天然气入口相连，燃烧器8空气入口与第七调节阀18出口相连，第七调节阀18入口与空气预处理器7出口相连，空气预处理器7入口与空气管路相连，燃烧器8烟气出口与烟气处理器9入口相连，烟气处理器9出口与烟气管路相连。
本实施例为本发明所提出的一种高压天然气管网压力能回收利用系统应用于天然气调压站回收压力能进行发电。高压天然气管网进调压站的天然气压力为4.0mpa，温度为-5℃，出站低压天然气所需压力为0.4mpa，所需温度为5℃。
高压管网输送的高压天然气经过预处理器和原有预热器后被预热至5℃左右，然后分为两路，其中一路进入高温预加热器，吸收来自导热油传递的热量，温度被进一步加热到130℃左右，然后进入膨胀机中膨胀，将压力能转化为机械能，膨胀机带动发电机发电，膨胀机出口的低压天然气压力为0.4mpa，其温度满足进入低压管网的要求。
低压管网有一部分低压天然气经过调节阀进入燃烧器，在燃烧器内与空气混合后燃烧，释放热量对进入燃烧器的导热油进行加热，燃烧后的烟气通过烟气处理器处理后排出。导热油在导热油泵的驱动下进行循环流动，连续地将燃烧器中天然气燃烧释放的热量传送至高温预加热器中，对高压天然气进行预热。
在本实施例中，取膨胀机等熵效率为75%，燃烧器的燃烧效率为90%，进入膨胀机支路的天然气流量为10000nm3/h，经计算得到膨胀机可以回收天然气膨胀功约579kw，而燃烧所消耗的低压天然气量占膨胀机支路天然气输送量的比例约为0.7%。
具体实施例二：
如图2所示为本发明所提供的一种高压天然气管网压力能回收利用系统，系统包括压力能膨胀子系统、蒸汽压缩制冰子系统、热能传输子系统和燃烧子系统。压力能膨胀子系统与燃烧子系统之间通过热能传输子系统衔接。
压力能膨胀制冰系统包括预处理器1，其入口与高压天然气管网相连接，其出口与预热器2入口相连接，预热器2出口经过第一调节阀12后分为两个支路，其中一个支路路通过第二调节阀13与原有天然气调压装置3入口相连，原有天然气调压装置3出口通过第三调节阀14与低压天然气管网相连；第一调节阀12出口另一个支路通过第四调节阀15与高温预加热器4天然气入口相连，高温预加热器4天然气出口与膨胀机5入口相连，膨胀机5通过机械连接驱动压缩机22，膨胀机5出口通过第五调节阀16与低压天然气管网相连。
蒸气压缩制冰子系统包括压缩机22，其出口依次串联冷凝器19、节流阀20、蒸发器21。
热能传输子系统包括热传输介质储箱10、热传输介质以及热传输介质泵11，热传输介质储箱入口与高温预加热器4的热传输介质出口相连，高温预加热器4的热传输介质入口与燃烧器8的热传输介质出口相连，热传输介质储箱10出口与热传输介质泵11入口以及燃烧器8的热传输介质入口依次相连。
燃烧子系统包括第六调节阀17，其入口与低压天然气管网相连，其出口与燃烧器8天然气入口相连，燃烧器8空气入口与第七调节阀18出口相连，第七调节阀18入口与空气预处理器7出口相连，空气预处理器7入口与空气管路相连，燃烧器8烟气出口与烟气处理器9入口相连，烟气处理器9出口与烟气管路相连。
本实施例为本发明所提出的一种高压天然气管网压力能回收利用系统应用于天然气调压站回收压力能进行制冰。高压天然气管网进调压站的天然气压力为4.0mpa，温度为-5℃，出站低压天然气所需压力为0.4mpa，所需温度为5℃。
高压管网输送的高压天然气经过预处理器和原有预热器后被预热至5℃左右，然后分为两路，其中一路进入高温预加热器，吸收来自导热油传递的热量，温度被进一步加热到130℃左右，然后进入膨胀机中膨胀，将压力能转化为机械能，膨胀机通过机械连接直接带动蒸汽压缩子系统的压缩机工作，驱动蒸汽压缩制冷循环，在蒸发器中生产冰。膨胀机出口的低压天然气压力为0.4mpa，其温度满足进入低压管网的要求。
低压管网有一部分低压天然气经过调节阀进入燃烧器8，在燃烧器8内与空气混合后燃烧，释放热量对进入燃烧器8的导热油进行加热，燃烧后的烟气通过烟气处理器处理后排出。导热油在导热油泵的驱动下进行循环流动，连续地将燃烧器中天然气燃烧释放的热量传送至高温预加热器中，对高压天然气进行预热。
在本实施例中，取膨胀机等熵效率为75%，燃烧器的燃烧效率为90%，进入膨胀机支路的天然气流量为10000nm3/h，经计算得到膨胀机可以回收天然气膨胀功约579kw，而燃烧所消耗的低压天然气量占膨胀机支路天然气输送量的比例约为0.7%。膨胀功用于蒸汽压缩制冰系统，按压缩机等熵效率75%，工作环境温度35℃，供水温度21℃计算，蒸汽压缩制冷系统的产冰率约为160t/d。
最后需要说明的是，以上所述并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。