[發(fā)明專(zhuān)利]一種天然氣管網(wǎng)壓力能高效利用的方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010190814.8
• 申請(qǐng)日: 2010-05-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101852529A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-10-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐文東;樊栓獅;鄭惠平;陳玉娟
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): F25D16/00
• 分類(lèi)號(hào): F25D16/00;F25B27/00;F24F5/00
• 代理公司: 廣州粵高專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及壓力能膨脹制冷以及壓縮冷媒膨脹制冷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及天然氣管網(wǎng)壓力能制冷與壓縮冷媒膨脹制冷以及冷水空調(diào)制冷技術(shù)的集成利用方法及裝置。

背景技術(shù)

能源危機(jī)日益加劇，使得節(jié)能減排這一基本國(guó)策深入人心。回收利用天然氣管網(wǎng)壓力能，將其用于制冷行業(yè)，符合國(guó)家節(jié)能減排的要求，但時(shí)至今日，天然氣管網(wǎng)壓力能的利用效率并不高。隨著我國(guó)西氣東輸、川氣東送、廣東LNG試點(diǎn)工程的建成供氣，以及沿海其它大型LNG站線項(xiàng)目的規(guī)劃建設(shè)，我國(guó)將在2015年前建成“兩橫兩縱”的天然氣輸氣管道，天然氣產(chǎn)業(yè)將在我國(guó)得到快速發(fā)展。

天然氣長(zhǎng)輸管道一般都采用高壓輸送方式，國(guó)外天然氣輸氣管道壓力高達(dá)12MPa以上，我國(guó)“西氣東輸”一線管道壓力為10MPa，二線為12MPa。天然氣利用時(shí)，上游的天然氣通過(guò)高壓管網(wǎng)輸送到城市燃?xì)饣虼笮陀脩簦诟鞯氐奶烊粴饨邮臻T(mén)站或調(diào)壓站，高壓天然氣需根據(jù)用戶的供氣壓力要求進(jìn)行調(diào)壓，然后進(jìn)入城市燃?xì)夤芫W(wǎng)供下游用戶使用。調(diào)壓過(guò)程中大量壓力能被白白浪費(fèi)掉。此外，天然氣降壓過(guò)程中還產(chǎn)生大量的噪音，而且由于急劇降溫對(duì)管道及調(diào)壓設(shè)備的運(yùn)行造成危險(xiǎn)甚至損害。

壓力能的大小可以用壓力e_x，p來(lái)表示，其計(jì)算公式為：T₀、p₀分別為環(huán)境溫度、壓力，R為定值，設(shè)天然氣調(diào)壓前后壓力分別為p₁、p₂，則調(diào)壓過(guò)程中可回收的最大壓力火用為：如：天然氣壓力從4MPa降至0.4MPa過(guò)程中可回收的最大壓力火用為322.76kJ/kg，以日處理50萬(wàn)立方米的門(mén)站為例，壓力從4.0MPa降至0.4MPa，導(dǎo)致的壓力能損失每天大約有56萬(wàn)兆焦。可見(jiàn)，回收利用該部分壓力能可以產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)消除降壓過(guò)程中的噪音和設(shè)備損傷隱患，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前回收天然氣管網(wǎng)壓力能的方式主要分為發(fā)電和制冷兩大類(lèi)。發(fā)電有兩種方式：美國(guó)專(zhuān)利US20090272115?A1公開(kāi)了一種利用膨脹機(jī)輸出機(jī)械功驅(qū)動(dòng)同軸發(fā)電機(jī)發(fā)電；中國(guó)專(zhuān)利CN?101280723A公開(kāi)了另一種方式，即制冷與發(fā)電兩種方式的結(jié)合，將部分天然氣膨脹所制得冷量用于冷卻燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)口氣體，然后升溫后的天然氣與熱氣流一起進(jìn)入燃燒室燃燒，驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。在制冷方面，目前主要是利用冷媒回收天然氣膨脹后的低溫，用于冷庫(kù)、冷水空調(diào)、橡膠深冷粉碎等。現(xiàn)有的回收天然氣壓力能大多是通過(guò)特定設(shè)備有效回收天然氣管網(wǎng)壓力能的技術(shù)方法，且發(fā)電時(shí)要求天然氣壓力降和流量相對(duì)穩(wěn)定，制冷時(shí)一般要求制冷溫度較低，故而存在一定的局限性，而且，在將天然氣壓力能回收用于制冷方面，只是利用了壓力能膨脹制得的冷量，對(duì)于膨脹機(jī)所做的功并未加以利用。

目前的冷庫(kù)制冷方式主要是采用電壓縮冷媒膨脹制冷，需要消耗大量的電力，約占成本的25％～30％或更多為降低冷庫(kù)的電耗，將天然氣壓力能用于冷庫(kù)可大大降低冷庫(kù)的運(yùn)行成本。中國(guó)專(zhuān)利CN101245956A公開(kāi)了一種將管網(wǎng)壓力能分別用于冷庫(kù)、冷水空調(diào)等冷量用戶的方法，實(shí)現(xiàn)了冷能的梯級(jí)利用，然而該發(fā)明只是利用了壓力能膨脹制得的冷量，對(duì)于膨脹機(jī)所做的功并未加以利用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，提供一種天然氣管網(wǎng)壓力能高效利用方法。本發(fā)明一方面利用天然氣管網(wǎng)壓能膨脹制得冷量冷凝冷媒氣，然后液冷媒進(jìn)入冷能利用系統(tǒng)；另一方面利用天然氣膨脹所做的功，為壓縮冷媒膨脹制冷系統(tǒng)的多級(jí)壓縮提供動(dòng)力，提高壓力能制冷率；同時(shí)為提高冷能利用率，將冷庫(kù)制冷系統(tǒng)的0℃低溫冷媒氣送入冷水空調(diào)系統(tǒng)，為其提供冷量。

本發(fā)明目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種天然氣管網(wǎng)壓力能利用的方法，包括以下步驟：

(1)天然氣壓力能制冷

滿足城市管網(wǎng)瞬時(shí)需求量的25℃、4～8MPa天然氣經(jīng)膨脹機(jī)后，壓力降至0.4～1.6MPa，溫度為-50～-104℃，與來(lái)自第一冷媒儲(chǔ)罐的氣態(tài)冷媒換熱，升溫至10℃，進(jìn)入天然氣調(diào)峰罐4，再進(jìn)入燃?xì)夤芫W(wǎng)；

換熱后的氣態(tài)冷媒溫度降為-25℃，然后進(jìn)入第二冷媒儲(chǔ)罐備用；利用天然氣在膨脹機(jī)中輸出的機(jī)械功為氣態(tài)冷媒的壓縮提供動(dòng)力，第一冷媒儲(chǔ)罐的氣態(tài)冷媒經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)后壓力降至1.36～1.4MPa，再被冷卻水冷凝，溫度降為-35℃，然后進(jìn)入第三冷媒儲(chǔ)罐備用；

(2)冷能利用