本发明涉及天然气输送技术领域，特别是涉及一种天然气调压加热系统及调压加热方法。
背景技术：
天然气，是一种清洁高效的燃料，随着人们对环保要求的日益重视，生活及生产的需求量越来越大。为满足人们对天然气日益增长的供应需求，天然气输气管线不断向大口径、高压力的方向发展。目前管道天然气的输送，大多采用高压管输的方式，如西气东输管线压力为10mpa，而居民的生活用气压力较低，一般为0.2mpa；大多数生产用气压力也不高，如燃气联合循环电厂，燃气轮机所要求的天然气压力2mpa～4mpa。
因此，输气管网将天然气输送到生活、生产电厂过程中，通常通过调压阀对天然气进行节流降压。另外，基于天然气自身物理特性，天然气的温度会随着天然气压力的降低而下降，天然气压力每下降1mpa，天然气温度降低约5-10℃。管道输送天然气温度往往在0～20℃左右，高压天然气调压降压后，天然气温度将下降到0℃以下，如此为满足人们生活生产中对天然气温度的要求，还需对天然气进行加热升温处理，这样将导致消耗较多能源。
技术实现要素：
基于此，有必要克服现有技术的缺陷，提供一种天然气调压加热系统及调压加热方法，它能够降低能源消耗，降低成本。
其技术方案如下：一种天然气调压加热系统，包括：天然气透平，所述天然气透平设置在天然气输气管线上；天然气加热器与热介质输送管，所述天然气加热器设有第一介质管路及与所述第一介质管路换热配合的第二介质管路，所述第一介质管路用于与所述天然气输气管线连通，所述第二介质管路与所述热介质输送管连通，所述热介质输送管用于与热介质源连通；热介质输送泵与转矩传递机构，所述热介质输送泵设置在所述热介质输送管上，所述天然气透平的转矩输出端通过所述转矩传递机构与所述热介质输送泵的转矩输入端相连。
一种天然气调压加热方法，采用了所述的天然气调压加热系统，包括如下步骤：所述天然气输气管线上的高压天然气经过所述天然气透平时，所述天然气透平将高压天然气的压力降低到预设压力，同时所述天然气透平通过所述转矩传递机构将转矩传递给所述热介质输送泵来驱动所述热介质输送泵工作。
上述的天然气调压加热系统及调压加热方法，天然气输气管线上的高压天然气经过天然气透平时，天然气透平使得高压天然气的压力降低到所需要的预设压力，同时天然气透平能够将天然气的压力势能转换成转矩输出，通过转矩传递机构传递给热介质输送泵来驱动热介质输送泵工作。热介质输送泵工作时带动热介质源源不断输送到天然气加热器的第二介质管路中，第二介质管路中的热介质对第一介质管路中的天然气进行加热处理，从而能够克服高压天然气由于压力降低而温度大幅降低的缺陷，能够保证天然气压力与温度均能够满足用户需求，对高压天然气压力势能进行了充分利用，能耗降低。此外，高压天然气的压力势能与天然气流量大小、高低压天然气前后压差正相关，天然气流量越大，压差越高，压力势能就越大，转矩传递机构驱动热介质输送泵转速越大，较多热介质输入到第二介质管路中与较大流量的天然气进行换热。如此，通过天然气的压力势能来驱动热介质输送泵输送热介质，两者内在属性实现自动耦合，可无需配置调速装置来调整热介质流速，提高了系统的经济性。
进一步地，所述的天然气调压加热系统还包括第一温度感应器与流量控制阀，所述第一温度感应器设置在所述天然气输气管线上，所述第一温度感应器位于所述天然气加热器的下游，所述天然气透平位于所述天然气加热器的上游，所述第一温度感应器用于获取降压加热后的天然气的温度，所述第一温度感应器与所述流量控制阀电性连接，所述流量控制阀用于在所述天然气温度小于第一预设值时增大开度，及用于在所述天然气温度大于第一预设值时减小开度。
进一步地，所述的天然气调压加热系统还包括第一温度感应器与流量控制阀，所述第一温度感应器设置在所述天然气输气管线上，所述第一温度感应器位于所述天然气透平的下游，所述天然气透平位于所述天然气加热器的下游，所述第一温度感应器用于获取降压后的天然气的温度，所述第一温度感应器与所述流量控制阀电性连接，所述流量控制阀用于在所述天然气温度小于第一预设值时增大开度，及用于在所述天然气温度大于第一预设值时减小开度。
进一步地，所述的天然气调压加热系统还包括控制器，所述控制器分别与所述第一温度感应器、所述流量控制阀电性连接，所述控制器用于在所述天然气温度小于第一预设值时增大所述流量控制阀的开度，以及用于在所述天然气温度大于第一预设值时减小所述流量控制阀的开度。
进一步地，所述的天然气调压加热系统还包括第二温度感应器，所述第二温度感应器设置在所述热介质输送管上并位于所述天然气加热器的上游，所述第二温度感应器与所述控制器电性连接，所述第二温度感应器用于获取输入给所述天然气加热器的热介质温度，所述控制器用于在判断到输入给所述天然气加热器的热介质温度小于第二预设值时控制所述热介质源提高热介质温度，以及用于在判断到输入给所述天然气加热器的热介质温度大于第二预设值时控制所述热介质源降低热介质温度。
进一步地，所述的天然气调压加热系统还包括报警器，所述报警器与所述控制器电性连接，所述报警器用于在所述天然气温度小于第三预设值时进行报警动作。
进一步地，所述的天然气调压加热系统还包括稳压器，所述稳压器用于设置在所述天然气输气管线上并位于所述天然气透平的下游。
进一步地，所述转矩传递机构为变速箱。
进一步地，所述的天然气调压加热方法还包括如下步骤：获取降压加热后的天然气的温度；当感应到降压加热后的天然气的温度小于所述第一预设值时，增大热介质进入到第二介质管路中的流量；当感应到降压加热后的天然气的温度大于所述第一预设值时，减小热介质进入到第二介质管路中的流量。
附图说明
图1为本发明一实施例所述的天然气调压加热系统的结构示意图；
图2为本发明另一实施例所述的天然气调压加热系统的结构示意图；
图3为本发明又一实施例所述的天然气调压加热系统的结构示意图；
图4为本发明再一实施例所述的天然气调压加热系统的结构示意图。
附图标记：
10、天然气透平，20、天然气加热器，21、第一介质管路，22、第二介质管路，30、热介质输送管，40、热介质输送泵，50、转矩传递机构，60、天然气输气管线，70、第一温度感应器，80、流量控制阀，90、稳压器。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在中间元件。相反，当元件为称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。
在一个实施例中，请参阅图1或图3，一种天然气调压加热系统，包括天然气透平10、天然气加热器20、热介质输送管30、热介质输送泵40与转矩传递机构50。所述天然气透平10设置在天然气输气管线60上。所述天然气加热器20设有第一介质管路21及与所述第一介质管路21换热配合的第二介质管路22。所述第一介质管路21用于与所述天然气输气管线60连通，所述第二介质管路22与所述热介质输送管30连通。所述热介质输送管30用于与热介质源连通。所述热介质输送泵40设置在所述热介质输送管30上，所述天然气透平10的转矩输出端通过所述转矩传递机构50与所述热介质输送泵40的转矩输入端相连。
上述的天然气调压加热系统，天然气输气管线60上的高压天然气经过天然气透平10时，天然气透平10使得高压天然气的压力降低到所需要的预设压力，同时天然气透平10能够将天然气的压力势能转换成转矩输出，通过转矩传递机构50传递给热介质输送泵40来驱动热介质输送泵40工作。热介质输送泵40工作时带动热介质源源不断输送到天然气加热器20的第二介质管路22中，第二介质管路22中的热介质对第一介质管路21中的天然气进行加热处理，从而能够克服高压天然气由于压力降低而温度大幅降低的缺陷，能够保证天然气压力与温度均能够满足用户需求，对高压天然气压力势能进行了充分利用，能耗降低。此外，高压天然气的压力势能与天然气流量大小、高低压天然气前后压差正相关，天然气流量越大，压差越高，压力势能就越大，转矩传递机构50驱动热介质输送泵40转速越大，较多热介质输入到第二介质管路22中与较大流量的天然气进行换热。如此，通过天然气的压力势能来驱动热介质输送泵40输送热介质，两者内在属性实现自动耦合，可无需配置调速装置来调整热介质流速，提高了系统的经济性。
可以理解的是，天然气透平10即可以位于天然气加热器20的上游，也可以位于天然气加热器20的下游。请参阅图1，当天然气透平10位于天然气加热器20的上游时，天然气透平10先将高压天然气进行降压处理，然后由天然气加热器20给降压的天然气进行加热处理，保证天然气温度符合要求；请参阅图3，当天然气透平10位于天然气加热器20的下游时，先由天然气加热器20给高压天然气进行加热处理，使天然气温度升高，再由天然气透平10对高温高压天然气进行降压处理，降压后的天然气的温度也符合要求。
此外，在一个实施例中，请参阅图2，所述的天然气调压加热系统还包括第一温度感应器70与流量控制阀80。所述第一温度感应器70设置在所述天然气输气管线60上，所述第一温度感应器70位于所述天然气加热器20的下游。所述天然气透平10位于所述天然气加热器20的上游。所述第一温度感应器70用于获取降压加热后的天然气的温度，所述第一温度感应器70与所述流量控制阀80电性连接。所述流量控制阀80用于在所述天然气温度小于第一预设值时增大开度，及用于在所述天然气温度大于第一预设值时减小开度。如此，当第一温度感应器70感应到降压加热后的天然气的温度较小时，流量控制阀80的开度增大，更大流量的热介质进入到第二介质管路22中来加热天然气，使得天然气温度升高符合用户需求；反之，当第一温度感应器70感应到降压加热后的天然气的温度较大时，流量控制阀80的开度减小，减少热介质进入到第二介质管路22中，使得天然气温度符合用户需求。
在另一个实施例中，请参阅图4,，所述的天然气调压加热系统还包括第一温度感应器70与流量控制阀80。所述第一温度感应器70设置在所述天然气输气管线60上，所述第一温度感应器70位于所述天然气透平10的下游，所述天然气透平10位于所述天然气加热器20的下游。所述第一温度感应器70用于获取降压后的天然气的温度，所述第一温度感应器70与所述流量控制阀80电性连接。所述流量控制阀80用于在所述天然气温度小于第一预设值时增大开度，及用于在所述天然气温度大于第一预设值时减小开度。如此，当第一温度感应器70感应到降压后的天然气的温度较小时，流量控制阀80的开度增大，更大流量的热介质进入到第二介质管路22中来加热天然气，使得天然气温度升高符合用户需求；反之，当第一温度感应器70感应到降压后的天然气的温度较大时，流量控制阀80的开度减小，减少热介质进入到第二介质管路22中，使得天然气温度符合用户需求。
具体地，所述的天然气调压加热系统还包括控制器。所述控制器分别与所述第一温度感应器70、所述流量控制阀80电性连接，所述控制器用于在所述天然气温度小于第一预设值时增大所述流量控制阀80的开度，以及用于在所述天然气温度大于第一预设值时减小所述流量控制阀80的开度。
进一步地，所述的天然气调压加热系统还包括第二温度感应器。所述第二温度感应器设置在所述热介质输送管30上并位于所述天然气加热器20的上游，所述第二温度感应器与所述控制器电性连接，所述第二温度感应器用于获取输入给所述天然气加热器20的热介质温度。所述控制器用于在判断到输入给所述天然气加热器20的热介质温度小于第二预设值时控制所述热介质源提高热介质温度，以及用于在判断到输入给所述天然气加热器20的热介质温度大于第二预设值时控制所述热介质源降低热介质温度。如此，通过第二温度感应器实时监测热介质输送管30上热介质的温度，避免热介质输送管30上热介质温度过低而影响到给天然气的加热效果，能保证天然气加热器20对天然气的加热效果。
进一步地，所述的天然气调压加热系统还包括报警器。所述报警器与所述控制器电性连接，所述报警器用于在所述天然气温度小于第三预设值时进行报警动作。如此，当降压加热后的天然气的温度无法满足于用户需求时，通过报警器进行报警动作，能够快速地提醒工作人员进行相应处理。
再参阅图1至图4任意一幅，进一步地，所述的天然气调压加热系统还包括稳压器90。所述稳压器90用于设置在所述天然气输气管线60上并位于所述天然气透平10的下游。如此，天然气输气管线60上的高压天然气经天然气透平10降压后，再经过稳压器90进行对降压后的天然气进行稳压处理，能够防止天然气下游天然气压力波动过大，实现了天然气降压稳压效果。
具体地，所述转矩传递机构50为变速齿轮箱。
参阅图1至图4任意一幅，在一个实施例中，一种天然气调压加热方法，采用了所述的天然气调压加热系统，包括如下步骤：所述天然气输气管线60上的高压天然气经过所述天然气透平10时，所述天然气透平10将高压天然气的压力降低到预设压力，同时所述天然气透平10通过所述转矩传递机构50将转矩传递给所述热介质输送泵40来驱动所述热介质输送泵40工作。
上述的天然气调压加热方法，由于采用了所述的天然气调压加热系统，其技术效果与所述的天然气调压加热系统相同，不进行赘述。
进一步地，参阅图2或图4，所述的天然气调压加热方法还包括如下步骤：获取降压加热后的天然气的温度；当感应到降压加热后的天然气的温度小于所述第一预设值时，增大热介质进入到第二介质管路22中的流量；当感应到降压加热后的天然气的温度大于所述第一预设值时，减小热介质进入到第二介质管路22中的流量。如此，能保证降温加热后的天然气温度符合用户需求。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。