[发明专利]一种利用天然气压力能发电制冰的调压设施系统和方法

说明书

本发明涉及一种利用天然气压力能发电制冰的调压设施系统，上游高压天然气经过过滤、计量、天然气膨胀发电机组后变为低级别压力天然气进入下游天然气管网；载冷剂循环系统用于传输热泵制冰机组与天然气膨胀发电机组之间的热量；热泵制冰机组通过热泵压缩机等使制冷剂通过与载冷剂换热，将天然气膨胀降压释放的冷能转移到制冰过程，既能实现补热，又能实现制冰。当本发明与传统调压路并联设置，通过设计计算，对设备进行合理的规模配置，并通过对出口压力的阶梯设置方式，即可使天然气压力能发电制冰路优先运行，原有传统计量调压路可以不做改动，且处于热备状态，不会影响站场平稳运行。

技术领域

本发明涉及一种利用天然气压力能发电制冰的调压设施系统和方法，尤其适用于天然气分输站、门站、调压站等需要对天然气进行调压、补热的场合，既能独立一路设置也能适配传统调压路进行并联设置。

技术背景

我国天然气产业发展迅速，国家投入建设了大量的天然气管网、场站等基础设施。“全国一张网”建设加快推进，互联互通能力明显提升，储气调峰能力进一步增强，采暖季实现平稳供气。四大进口通道进一步完善，互联互通重大基础设施快速推进，西气东输三线、陕京四线、中俄东线（北段、中段）、中靖联络线、青宁线、天津深圳地区 LNG 外输管道等干线管道相继投产。全国天然气管道总里程达到约 11 万公里。

天然气作为一种清洁的低碳化石能源，在我国国民经济及人民生活中占据至关重要的地位。在我国，天然气的输送主要采用管道输送的方式，在境外或西部气田采集的天然气，经增压到一定压力后并入国家管线向中东部地区输送。我国国家级管网压力为6.3~12MPa，省市级压力为2.5~6.3MPa，下游城市管网的运行压力在0.05~0.4MPa左右。城市管网天然气一般由上游省级、市级管线接入，经逐级调压后送入下游用户供气管线。

现状大多天然气场站内的调压方式基本上是采用节流阀元件进行等焓节流降压。根据“焦耳-汤姆逊效应”，高压气体在通过截面突然缩小的断面时，由于局部阻力，气体的压力将会降低，温度会发生变化。天然气在降压的同时其温度也会降低，根据计算经验一般来说天然气压力每下降1MPa，其温度会对应下降约5℃。此节流降压的方式存在大量的温降，若不进行补热，则会导致出站温度低于5℃供气温度的标准要求。尤其在环境温度较低的季节，节流调压后的温度甚至达零下十几度，容易对输送管道产生冰堵等隐患。传统的解决方案是通过燃气锅炉烧热水或者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，同时造成压力能的严重浪费。

高压天然气输送管网中存在着巨大的压力能，如何利用其充沛的压力能已成为世界性课题。因此需要一种利用天然气压力能的调压设施系统，不影响其原设计的调压功能，且既能够充分利用压力能，又能够满足调压降压过程中的补热需求。

发明内容

本发明发明所要解决的问题是提供一种利用天然气压力能发电制冰的调压设施系统和方法，该系统和方法适用范围广，安全可靠，节能高效，能够满足天然气分输站、门站、调压站等需要对天然气进行调压、补热的需求。

本发明的技术解决方案是：一种利用天然气压力能发电制冰的调压方法，上游高压天然气分二路，第一路为传统调压路，包括A个分路，A≥1，第一路的每个分路均经过计量调压进入下游天然气管网，第二路为压力能发电制冰路，包括B个分路，B≥1，第二路的每个分路均经过过滤、计量、天然气膨胀发电机组后变为低级别压力天然气进入下游天然气管网；通过载冷剂循环系统连接热泵制冰机组和天然气膨胀发电机组并使热泵制冰机组远离天然气管路，载冷剂循环系统用于传输热泵制冰机组与天然气膨胀发电机组之间的热量；热泵制冰机组通过热泵压缩机使制冷剂通过与载冷剂换热，将天然气膨胀降压释放的冷能转移到制冰过程，既能实现补热，又能实现制冰；由第一路的A个分路和第二路的B个分路组成n=A+B个支路，将第一路的A个分路依次作为排前的支路、第二路的B个分路依次作为排后的支路，根据下游天然气管网用气情况，按前后支路顺序将各支路出口压力由低到高阶梯设置，通过下游天然气管网用气压力以控制各支路的开启运行或处于热备状态。

所述各支路出口压力按下式获得的P_i确定设置，