[發明專利]一種井口天然氣壓能發電系統

有效

• 申請號: 201310260259.5
• 申請日: 2013-06-27
• 公開（公告）號: CN103306761A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 鐘功祥;劉競偉;呂治忠;彭彩珍
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: F01K23/18
• 分類號: F01K23/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種井口天然氣壓能發電系統，用于油氣田天然氣井口發電，屬于利用地壓發電的新能源技術領域。

技術背景

天然氣采氣樹的井口壓力在10～100MPa以上，井口集輸管線分配天然氣的壓力在5MPa左右，用戶管線的壓力在0.4MPa左右，在這個壓降處理過程中調壓站通常采用節流減壓的方式，天然氣的壓力能在節流過程中被浪費。實際上從井口出來的天然氣所蘊藏的能量是巨大的，而且是可以被利用的，將這部分井口壓力能量用于發電產生的經濟效益將是十分可觀的，不僅如此還能降低天然氣壓力以適宜用戶分配（或調壓站所需），經過發電降壓的天然氣無需添加防堵劑節省了處理成本。

基于上述狀況，利用井口天然氣壓力的天然氣壓能發電系統的新能源技術，它直接將天然氣的壓力能轉化為電能，既利用了天然氣壓力能又降低了壓力，也能代替一部分燃氣發電使我國城市燃氣（包括汽車用氣）、工業燃料、天然氣化工的用氣資源更加富有，能實現油氣田其他設施用電和并網外輸，不僅可產生巨大的經濟效益又不會對環境造成污染。

在已公示的專利中，有些專利采用的是低壓輸氣管道壓力而輸氣管道壓力所具有的能量是有限的，有些用于井口壓力的專利又不具有分離處理天然氣雜質的功能，從天然氣自身性質和壓降處理應具備的條件的角度上設計的，考慮了井口天然氣帶有的雜質缺點；采用新的方法，將天然氣壓能直接轉換成特殊氣動馬達的運轉帶動發電機發電的發電系統有重要意義。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術的不足，提供一種井口天然氣壓能發電系統，將天然氣壓能直接轉換成特殊氣動馬達的運轉帶動發電機發電的發電系統，并將天然氣壓力降至用戶分配用氣（或調壓站所需）的壓力狀態。由于氣井采氣樹的出口壓力非常高，壓力通常在10～100MPa以上，而且井口壓力非常不穩定，這種狀態于氣動馬達的運行速度不利，所以首先對天然氣進行調壓穩壓處理，而采氣樹直接出來的天然氣含有大量的如H₂S、碳水化合物、泥砂等雜質，直接進入氣動馬達將造成氣動馬達的迅速損壞，于是待天然氣經過調壓后還需對其進行雜質分離處理，考慮到高壓天然氣經過氣動馬達后具有降壓降溫的性質，而降溫降壓后的天然氣組分——烴烷，會遇到露點，出現水合物的現象，于是還需要對天然氣進行加熱以保證氣動馬達的正常運轉。

當天然氣僅經過一級氣動馬達時天然氣的壓降并不能下降至用戶分配（或調壓站所需）壓力，也不能保證氣動馬達的高速旋轉和供給扭矩，于是將氣動馬達分為多級氣動馬達，并使每級氣動馬達的入口氣都經過加熱處理后才準許天然氣進入氣動馬達，考慮到有些氣井壓力非常大的情況下，可以將多組多級氣動馬達介入發電系統，形成多組發電形式。

本發明的技術方案是：本發明一種天然氣壓能發電系統，主要由氣井采氣樹、調壓閥、分離器、管式換熱器、多級氣動馬達、發電機、天然氣管線、氣動馬達出口調壓閥及排污節流閥連接組成，所述氣井采氣樹與調壓閥相連，調壓閥連接分離器，分離器一個出口接排污節流閥，另一個出口接管式換熱器，管式換熱器與多級氣動馬達的第一級氣動馬達連接；多級氣動馬達由第一級氣動馬達、第二級氣動馬達和第三級氣動馬達串聯組成，多級氣動馬達的第三級氣動馬達與氣動馬達出口調壓閥連接；多級氣動馬達的同心轉軸通過第一級氣動馬達的軸與發電機相連。

天然氣從氣井采氣樹經氣井出口管線輸送至調壓閥，由調壓閥調壓，通過分離器入口管線到達分離器，經分離器分離成純凈的天然氣和油水混合物。油水混合物經分離器排污管線至排污節流閥，由排污節流閥調節后經排污管線流向下級處理；純凈的天然氣經分離器天然氣管線送至管式換熱器加熱后，經過一級氣動馬達入口管線流進第一級氣動馬達，氣壓能第一次釋放并且驅動第一級氣動馬達的軸旋轉；天然氣經第一級氣動馬達后由一級氣動馬達出口管線送至管式換熱器加熱，加熱后經二級氣動馬達入口管線進入第二級氣動馬達加速與第一級氣動馬達同心的軸轉動；天然氣經第二級氣動馬達后由二級氣動馬達出口管線流至管式換熱器加熱，加熱后經由三級氣動馬達入口管線流向第三級氣動馬達再次加速與第一級氣動馬達同心的軸轉動，天然氣流過第三級氣動馬達后從氣動馬達出口管線經氣動馬達出口調壓閥調壓后流過天然氣輸出管線流向下一級處理。

通過第一級氣動馬達的轉軸經第二級氣動馬達、第三級氣動馬達的二次同心加速后高速旋轉與發電機串行連接，帶動發電機發電，產生的電力輸向電網。

在系統中當天然氣經過全部氣動馬達后將出口天然氣進行調壓處理使其保持在后續需要的壓力狀態下。其中，采氣樹天然氣在經過分離處理后產生的污水通過排污管線排出進入下級處理裝置。