一种利用膨胀机回收天然气压力能的零碳调压设施系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种利用膨胀机回收天然气压力能的零碳调压设施系统，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且不新增耗能的场合。

背景技术：

2.目前天然气的调压方式大多采用等焓节流的方式，根据“焦耳汤姆孙效应”，此节流降压的方式存在温降，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-10℃，容易对输送管道产生冰堵的隐患。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。
3.高压的天然气中存在着巨大的压力能，实现管网压力能的有效应用可以实现场站自身用能的闭环、促进城市的节能减排建设。高压天然气通过膨胀机做功，驱动发电机进行发电，既可供场站本身使用，也可与市级电网连接。该技术既高效又节能，节省开支，也不会对环境造成任何形式的污染。
4.随着碳达峰、碳中和的理念愈加深入下沉至各行各业，在天然气行业中如何利用膨胀机技术回收天然气压力能，并实现场站能源的自给自洽，已经成为现实需求。
5.因此需要一种零碳调压设施系统，既能够利用膨胀机发电技术回收压力能，又能够实现调压降压过程且不新增加能耗，并能够满足天然气场站正常生产运行中的能耗需求，用以实现天然气场站能源的自给自洽。

技术实现要素：

6.本实用新型所要解决的问题是提供一种利用膨胀机回收天然气压力能的零碳调压设施系统，该系统适用范围广，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且不新增耗能的需求。
7.本实用新型的技术解决方案是：一种利用膨胀机回收天然气压力能的零碳调压设施系统，包括依次连接的调压前常温天然气管道、天然气膨胀发电机组和调压后低温天然气管道、空温式气化器、初步换热后天然气管道、复热器和调压后常温天然气管道；所述调压前常温天然气管道上设有压力表一、压力变送器一、温度计一、温度变送器一、过滤器、流量计、气动紧急切断阀、电动调节阀和调压前放散阀组；所述调压后低温天然气管道上设有温度计二、温度变送器二、压力表二、压力变送器二、调压后放散阀组；初步换热后天然气管道上设有温度计三、温度变送器三；调压后常温天然气管道上设有温度计四、温度变送器四。
8.所述复热器为水浴式电复热器。
9.本实用新型还包括plc控制器，plc控制器的控制端分别与压力变送器一、温度变送器一、流量计、气动紧急切断阀、电动调节阀、温度变送器二、压力变送器二、温度变送器三和温度变送器四的信号端连接。
10.本实用新型调压前常温天然气管道连接上游高压天然气管道，上游高压天然气经过过滤、计量、膨胀机发电、空温式气化器初步补热、复热器复热后变为低级别压力天然气进入下游天然气管网；通过设计计算，对设备进行合理的规模配置，膨胀机发电量大于水浴式电复热器补热所需电量，整体系统在调压补热过程中不必新增加耗能，甚至还能余电自用或者上网，整体调压过程为零碳甚至负碳。上述部件可形成标准化产品，配合适配其标准化产品的标准操作流程，即可以实现天然气降压过程中的零碳调压。
11.本实用新型的有益效果是：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且不新增耗能的需求。
附图说明
12.图1是本实用新型的工艺流程示意图。
具体实施方式
13.参见图1，本实用新型包括依次连接的调压前常温天然气管道101、天然气
14.膨胀发电机组4和调压后低温天然气管道102、空温式气化器、初步换热后天然气管道103、水浴式电复热器11和调压后常温天然气管道105；所述调压前常温天然气管道101上设有压力表一pg0101、压力变送器一pt0101、温度计一tg0101、温度变送器一tt0101、过滤器组件（过滤器3、球阀1b、阀套式排污阀4a）、压差表pdg0202、压差变送器pdt0202、流量计5、气动紧急切断阀6、电动调节阀7和调压前放散阀组8（球阀1c、球阀1d、截止阀2a、安全放散阀8a）；所述调压后低温天然气管道102上设有温度计二tg0501、温度变送器二tt0501、压力表二pg0501、压力变送器二pt0501、调压后放散阀组12（球阀1f、球阀1g、截止阀2b、安全放散阀8b、eag气化器9）；初步换热后天然气管道103上设有温度计三tg0601、温度变送器三tt0601；调压后常温天然气管道105上设有温度计四tg0801、温度变送器四tt0801。
15.上游天然气1进入调压前常温天然气管道101，经过球阀1a、压力表一pg0101、压力变送器一pt0101、温度计一tg0101、温度变送器一tt0101、过滤器组件（过滤器3、球阀1b、阀套式排污阀4a）、流量计5、气动紧急切断阀6、电动调节阀7、调压前放散阀组（球阀1c、球阀1d、截止阀2a、安全放散阀8a）、球阀1e后进入天然气膨胀发电机组进行膨胀做工带动发动机发电；其后调压后低温天然气管道102经过温度计二tg0501、温度变送器二tt0501、压力表二pg0501、压力变送器二pt0501、调压后低温放散阀组（球阀1f、球阀1g、截止阀2b、安全放散阀8b、eag气化器9）、球阀1h，进入初步换热区10（空温式气化器10a、空温式气化器10b、球阀1h、球阀1i）进行初步补热；其后初步换热后天然气管道103经过温度计三tg0601、温度变送器三tt0601，进入复热器区（球阀1j、球阀1k、球阀1m、水浴式电复热器11、球阀1n、阀套式排污阀4b、温度计tg0701、液位计lg0701、球阀1p、球阀1q、截止阀2c、安全放散阀8c）进行复热；其后调压后常温天然气管道105经过温度计四tg0801、温度变送器四tt0801、球阀1r后进入下游天然气2。
16.除特别说明外，本实用新型中所涉及的仪器、仪表及设备均为公知产品。
17.本设施系统调压过程为零碳的原因如下：
18.1）调压过程利用压力能进行发电；
19.2）调压后优先使用空温式气化器进行初次补热，热量来源于空气；
20.3）初次补热后的再次补热使用的电能，来源于上述1）过程中所发的电；
21.4）通过设计计算，对设备进行合理的规模配置，1）中所发电量大于3）中补热所需电量，整体系统在调压补热过程中不必新增加耗能，甚至还能余电自用或者上网，整体调压过程为零碳甚至负碳。
22.本设施系统可以单独成路，可以多路设置，也可以和传统调压路并联设置。其控制逻辑如下：
23.1）与plc相连的信号点位有压力变送器pt0101、温度变送器tt0101、压差变送器pdt0202、流量信号fy0301、切断信号xis0401、调节阀信号hv0401、温度变送器tt0501、压力变送器pt0501、温度变送器tt0601、温度变送器tt0801。
24.2）所述的电动调节阀7自带阀位反馈功能，其调节信号输入端来自plc，而plc针对此信号的来源，连接流量计5的信号输出端，能够根据流量来进行开度的调节，保障其通过流量不超过膨胀机调压上限。
25.3）所述的气动紧急切断阀6自带阀位反馈功能，调节信号输入端来自plc，而plc针对此信号的来源，连接压力变送器pt0101、流量计5、压力变送器pt0501、温度变送器tt0801的信号输出端，当压力、温度、流量超限，能够进行紧急关断，来保障系统及下游的安全。
26.4）系统正常工作中，复热器不投入使用，当检测到温度变送器tt0601的温度小于5℃时，需人工开启水浴式电复热器进行复热，以保障送入下游天然气的温度符合要求。

技术特征：

1.一种利用膨胀机回收天然气压力能的零碳调压设施系统，其特征在于：包括依次连接的调压前常温天然气管道、天然气膨胀发电机组和调压后低温天然气管道、空温式气化器、初步换热后天然气管道、复热器和调压后常温天然气管道；所述调压前常温天然气管道上设有压力表一、压力变送器一、温度计一、温度变送器一、过滤器、流量计、气动紧急切断阀、电动调节阀和调压前放散阀组；所述调压后低温天然气管道上设有温度计二、温度变送器二、压力表二、压力变送器二、调压后放散阀组；初步换热后天然气管道上设有温度计三、温度变送器三；调压后常温天然气管道上设有温度计四、温度变送器四。2.如权利要求1所述的利用膨胀机回收天然气压力能的零碳调压设施系统，其特征在于：所述复热器为水浴式电复热器。3.如权利要求1所述的利用膨胀机回收天然气压力能的零碳调压设施系统，其特征在于：还包括plc控制器，plc控制器的控制端分别与压力变送器一、温度变送器一、流量计、气动紧急切断阀、电动调节阀、温度变送器二、压力变送器二、温度变送器三和温度变送器四的信号端连接。

技术总结

一种利用膨胀机回收天然气压力能的零碳调压设施系统，包括过滤器、流量计、膨胀发电机组、空温式气化器、水浴式电复热器等。上游高压天然气经过滤、计量、膨胀机发电、空温式气化器补热、复热器复热后变为低级别压力天然气进入下游天然气管网。通过对设备进行合理的配置，膨胀机发电量大于复热器补热所需电量，在调压补热过程中不必新增加耗能，甚至还能余电自用或者上网，整体调压过程为零碳甚至负碳。上述部件可形成标准化产品，配合适配其标准化产品的标准操作流程，即可以实现天然气降压过程中的零碳调压。本实用新型适用范围广，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且不新增耗能的需求。等需要对天然气进行调压且不新增耗能的需求。等需要对天然气进行调压且不新增耗能的需求。