[實用新型]一種結合溫差發電和太陽能的天然氣管道防凍脹系統

有效

• 申請號: 201520578973.3
• 申請日: 2015-08-04
• 公開（公告）號: CN204880789U
• 公開（公告）日: 2015-12-16
• 發明（設計）人: 李琦芬;候宗欽;張濤;徐晶晶;梁曉雨;楊涌文;劉曉婧
• 申請（專利權）人: 上海電力學院
• 主分類號: F24J2/08
• 分類號: F24J2/08;H02N11/00;F16L53/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 宣慧蘭

技術領域

本實用新型涉及天然氣管道防凍脹領域，尤其是涉及一種結合溫差發電和太陽能的天然氣管道防凍脹系統。

背景技術

目前，在內陸地區天然氣的運輸大多采用管道運輸，為提高管道的輸運能力需升高天然氣的壓力，然后再經天然氣調壓門站降壓，才進入城鎮管網供工業和居民用氣。在調壓門站的節流降壓的過程中，根據焦耳—湯姆遜效應天然氣的溫度會隨壓力的降低，溫度會急劇的降低。據統計，天然氣管道的壓力每降低1MPa，溫度會降低4～5℃。例如天然氣閥前溫度為13.1℃，壓力為5.3MPa，經節流降壓后壓力為2.5MPa，溫度則為1℃。當外界環境溫度降低時，特別是在冬天的情況下，經調壓后的天然氣管道就處在零度以下運行，這就容易造成天然氣管道的凍脹現象。

發生凍脹現象的天然氣管道會造成附近的地面隆起、調壓閥的閥體離開閥座、管道在應力作用下變形、法蘭連接處或管道焊接處泄露等問題。同時在冬天發生凍脹的管道，只有在來年春天才能發現。這會嚴重的威脅門站和天然氣管道的安全運行，給天然氣的輸運造成安全隱患。

傳統解決天然氣管道凍脹現象的辦法多采用電加熱器，提高節流后的天然氣溫度。使進入地埋管道的天然氣溫度處于零度以上。但這種方法不僅會消耗大量高品質的電能，而且所用電加熱的功率以及何時啟用電加熱都無法準確的確定。另外其他解決凍脹的方法還有換土、防水和排水，設置管溝等。這些方法不僅工程量大、費用昂貴，而且沒有從根本上解決天然氣管道的凍脹問題—使天然氣的溫度回升到零度以上，這就導致天然氣下游管段還會發生凍脹。

太陽能輻射是一種清潔能源，具有儲量大、清潔環保、利用經濟等優點，被普遍認為是理想的新能源。利用太陽能發電，人們多集中于太陽能光伏發電，基于溫差發電技術的太陽能發電方式的則比較少。半導體溫差發電技術具有無運動部件、無噪音、無磨損、無污染物排放、體積小、重量輕、可靠性高等特點，是綠色環保的發電方式。半導體溫差發電的效率與半導體兩端的溫差有關，溫差越大效率越高。在有關的研究中半導體的冷端一般多為與環境相近的空氣和水，熱端則為太陽能加熱產生的熱水或熱空氣，在這種情況下，半導體溫差發電的效率非常低。考慮到這種缺點，半導體溫差發電技術和天然氣低溫管道具有很好的結合性。

實用新型內容

本實用新型的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種防凍脹、效果好、節約能源、結構簡單、成本低廉的結合溫差發電和太陽能的天然氣管道防凍脹系統。

本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種結合溫差發電和太陽能的天然氣管道防凍脹系統，用以解決天然氣管道的凍脹現象，該系統包括儲電裝置以及通過空氣管道依次連接形成回路的天然氣管道換熱裝置、截止閥、太陽能熱空氣裝置和電加熱器，所述的儲電裝置分別與天然氣管道換熱裝置和電加熱器連接，所述的天然氣管道設置在天然氣管道換熱裝置內；

低溫空氣在太陽能熱空氣裝置中接收太陽能并被電加熱器加熱后變為高溫空氣，隨后進入天然氣管道換熱裝置中，一部分高溫空氣用以將天然氣管道升溫，另一部分高溫空氣用以溫差發電，并將電能通過儲電裝置儲存并供給電加熱器。

所述的天然氣管道換熱裝置包括保溫腔體和半導體溫差發電片，所述的天然氣管道設置在保溫腔體內，所述的半導體溫差發電片設有多個，分別貼在天然氣管道的外壁上，并且與儲電裝置連接，所述的保溫腔體其余空間為空氣通道，并且與空氣管道連接。

所述的保溫腔體包括截面為方形的鋼構架和設置在鋼構架外的管道換熱保溫層。

所述的太陽能熱空氣裝置包括聚焦玻璃層、保溫層和翅片，所述的聚焦玻璃層和保溫層相互連接形成空氣腔，所述的翅片設有多個，依次并排設置在保溫層上，所述的空氣腔與空氣管道連接。

所述的太陽能熱空氣裝置至少設有一個，當太陽能熱空氣裝置設有多個時，通過串聯或并聯的方式形成回路。

與現有技術相比，本實用新型具有以下優點：

一、防凍脹、效果好：本實用新型采用被動式太陽能熱空氣裝置和半導體溫差發電技術相結合解決了天然氣管道凍脹的問題，半導體溫差發電有著無噪音、壽命長、性能穩定的優點，太陽能熱空氣裝置不僅能為半導體發電模塊提供熱端，而且還可以使天然氣回溫，同時半導體發電模塊吸收低溫天然氣的冷量作為冷端，不僅可以使天然氣回溫，而且所發的電能還可以通過電加熱器加熱空氣用于提高天然氣的溫度，這兩種模塊相互作用最終使天然氣的溫度提高到零度以上，從根本上解決天然氣管道的凍脹問題。