[发明专利]一种天然气调压站压力能综合利用系统

说明书

本发明涉及一种天然气调压站压力能综合利用系统，其将膨胀发电、天然气液化与原有调压站相集成，包括预处理装置、预热装置、传统调压装置、两级膨胀机、冷媒换热装置、三级多流股换热器、制冷剂循环装置及液化天然气储罐等。利用两级膨胀机将高压天然气压力能转化为机械能，以带动发电机而产生电能，可用于调压站内部耗电或天然气液化流程。膨胀后的低温天然气，通过冷媒介质换热，以回收冷能用于制冷剂温降，且使天然气升温达到下游管网标准供气温度，流入下游管网；或作为原料进入天然气液化流程，直接利用膨胀后的天然气冷能。本发明具有节能减排、气源负荷变化适应性强、能源利用率高、场景适应性强等优点，可广泛应用于管网天然气调压站。

技术领域

本发明涉及一种天然气调压站压力能综合利用系统，属于天然气管网压力能回收技术领域。

背景技术

天然气网络的大规模扩展及高压管网趋向长运距、大口径的发展建设，使天然气调压站的能源回收及综合利用具有充分的发展机遇与前景。天然气长输高压管线上多级调压站在调压过程中具有大量可回收天然气压力能；而传统调压方式大多采用调压阀组对高压天然气进行节流降压，高品质压力能无法得到有效利用。同时，降压过程存在大幅度温降，产生大量冷能，致使出站温度低于下游管网标准供气温度，易产生霜冻堵塞管道和阀门。传统解决方案通过电/气加热器对上游高压天然气进行预热。这不仅需要消耗电能或燃气，还造成了高压管网压力能大量浪费。且现有天然气调压站通常远离城镇中心，天然气压力能一般用于发电，冷能回收利用具有实际困难，无法远输冷能。因此，针对天然气压力能浪费、利用模式单一及冷能利用困难等问题，若能高效回收及综合利用这部分压力能，将对节能减排、实现能源可持续性、提高天然气长输管线经济性和能源利用率具有重要意义。

现有天然气压力能回收利用方式主要集中在发电及制冷两方面。在发电方面，为避免膨胀降压形成甲烷水合物或霜冻及减少能源损耗，膨胀发电与预热装置集成方案被广泛研究，如：天然气减压站中膨胀机与地热换热器一体化技术、膨胀发电与垂直地面耦合热泵系统集成工艺、动力回收的混合式涡轮膨胀机-燃料电池系统及膨胀发电与低温热源集成方案等。Farzaneh-Gord M，Ghezelbash R，Sadi M，Moghadam,A J.Integration ofvertical ground-coupled heat pump into a conventional natural gas pressuredrop station:Energy,economic and CO2 emission assessment[J].Energy，2016，Vol.112：998-1014；Davide Borelli，Francesco Devia，Ermanno Lo Cascio，CorradoSchenone.Energy recovery from natural gas pressure reduction stations:Integration with low temperature heat sources[J].Energy conversion andmanagement，2018，Vol.159：274-283。在制冷方面，冷库、天然气液化、压缩天然气及橡胶深冷粉碎技术较为成熟，但在实际工程应用中冷能的回收利用较少。公告号为CN101852529A的发明专利利用膨胀后天然气所具有的冷能进行制冷；公告号为CN103362579A的发明专利提出一种回收液化天然气冷能的两级膨胀发电装置及方法。

而天然气压力能发电及冷能的综合利用，可实现天然气压力能综合回收利用的效率最高。对天然气压力能回收利用所产生的电能及冷能，在实际工程案例分析中，可发现回收冷能的潜在经济价值相当于甚至超过回收电能的经济价值。但电能易传输，可被调压站自用或并入电网；冷能不易消纳、且不适合远距离运输，在回收利用技术及市场供需方面存在一定障碍。因此，结合调压站实际情况，合理选择发电及冷能利用相结合的方式，对天然气压力能回收的高效利用有着举足轻重的作用。

发明内容