一種天然氣管網(wǎng)壓力能回收發(fā)電裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種新型天然氣管網(wǎng)壓力能回收發(fā)電裝置，該裝置能將天然氣管網(wǎng)中的壓力能有效的轉(zhuǎn)化為電能，進而進行回收利用，通過采用PLC結(jié)合電磁閥、壓力變送器、泄露探測器和密封機撬，能夠自動化實時監(jiān)控發(fā)電裝置的運行狀態(tài)，在壓力超標、燃氣泄露等狀況發(fā)生時能夠自行預警和聯(lián)鎖關斷，具備了優(yōu)越的安全性和穩(wěn)定性。本發(fā)明能夠產(chǎn)生突出的經(jīng)濟效益，對于減少資源浪費，加快建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，具有重要的意義。
【專利說明】—種天然氣管網(wǎng)壓力能回收發(fā)電裝置發(fā)明領域
[0001]本發(fā)明涉及一種壓力能回收發(fā)電裝置，特別是針對天然氣管網(wǎng)壓力能回收的發(fā)電
>J-U ρ?α裝直。

【背景技術】
[0002]目前，城市燃氣主要通過管網(wǎng)系統(tǒng)進行運輸，而在天然氣運輸過程中，高壓天然氣在調(diào)壓過程中會產(chǎn)生巨大的壓力降，釋放大量的能量。在國內(nèi)，天然氣降壓的過程主要通過調(diào)壓站來進行調(diào)節(jié)和穩(wěn)定管網(wǎng)壓力，上游的高壓、次高壓管網(wǎng)天然氣通過調(diào)壓站調(diào)節(jié)壓力進入中壓管網(wǎng)，在這過程中大部分的壓力能被浪費掉了。
[0003]隨著經(jīng)濟發(fā)展，國內(nèi)陸續(xù)出現(xiàn)了一些針對天然氣管網(wǎng)壓力能的回收利用技術，主要分為發(fā)電利用和制冷利用。其中，中國發(fā)明專利申請CN201310347177公開了一種小型天然氣管網(wǎng)壓力能發(fā)電的工藝及裝置，提出了一種通過膨脹機、變速箱、發(fā)電機連接，利用天然氣管網(wǎng)壓力進行發(fā)電的小型發(fā)電裝置，但其發(fā)電的效率僅能提供1-5KW小功率用戶進行回收利用，可利用范圍很低，且對整個管網(wǎng)的安全性、損耗性考慮不足，容易造成嚴重安全事故。
[0004]上述的技術雖有涉及但在發(fā)電的效率、利用范圍、安全性等方面存在嚴重不足，難以滿足實際管網(wǎng)因地理位置、特殊用電需求、安全性等多方面的需求。在資源越來越受到世界重視的當下，急需一種利用效率高、安全性能等各方面都更加突出的新型壓力能回收裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出了一種新型天然氣管網(wǎng)壓力能回收發(fā)電裝置，該裝置能將天然氣管網(wǎng)中的壓力能有效的轉(zhuǎn)化為電能，進而進行回收利用，產(chǎn)生突出的經(jīng)濟效益，對于減少資源浪費，加快建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，具有重要的意義。
[0006]具體技術方案如下:
一種天然氣管網(wǎng)壓力能回收發(fā)電裝置，其特征在于所述發(fā)電裝置包括:進氣球閥、壓力表、流量計、膨脹機、變速箱、發(fā)電機、蛇形管、第一電磁閥、第二電磁閥、調(diào)壓器、出氣球閥、控制柜、第一壓力變送器、第二壓力變送器、溫度變送器；所述膨脹機進氣口上設有管道與天然氣管網(wǎng)連通，并從天然氣管網(wǎng)端開始，管道上依次設有進氣球閥、壓力表、第一壓力變送器、流量計、第一電磁閥；所述膨脹機排氣口與蛇形管的進氣口連通；所述蛇形管的出氣口與低壓天然氣管網(wǎng)通過管道連通，并從蛇形管出氣口方向開始，管道上依次設有第二壓力變送器、溫度變送器、第二電磁閥、調(diào)壓器、出氣球閥；所述膨脹機的主軸與變速箱連接，變速箱與發(fā)電機連接；
所述控制柜包括PLC和電源，所述PLC通過導線分別與壓力表、流量計、膨脹機、變速箱、發(fā)電機、第一電磁閥、第二電磁閥、調(diào)壓器、出氣球閥、第一壓力變送器、第二壓力變送器、溫度變送器連接；所述電源通過導線與發(fā)電機電力輸出端連接，所述電源通過導線與PLC連接；
上述天然氣管網(wǎng)壓力能回收發(fā)電裝置，其中所述發(fā)電機為隔爆永磁發(fā)電機。
[0007]上述天然氣管網(wǎng)壓力能回收發(fā)電裝置，其中所述蛇形管是管徑為DN150的不銹鋼鋼管。
[0008]上述天然氣管網(wǎng)壓力能回收發(fā)電裝置，其中所述膨脹機進氣口管徑為DN80，出氣口管徑為DN150。
[0009]上述天然氣管網(wǎng)壓力能回收發(fā)電裝置，其中所述裝置安裝放置于密閉的空心金屬機撬內(nèi)，機撬內(nèi)裝有泄露探測器，且機撬頂部設有防爆泄頂，所述防爆泄頂通過活動插銷安裝于機撬。
[0010]上述天氣管網(wǎng)壓力能回收發(fā)電裝置，其中所述的電源可以為逆變電源。
[0011]上述天氣管網(wǎng)壓力能回收發(fā)電裝置，其中所述的電源可以為UPS電源。
[0012]上述天氣管網(wǎng)壓力能回收發(fā)電裝置，其中所述流量計與第一壓力變送器之間的連接管道上裝有限流孔板。
[0013]有益效果:
1.本發(fā)明可以實現(xiàn)天然氣壓力能的回收再利用，從天然氣中壓管段開孔引入高壓天然氣，通過流量計限制統(tǒng)計天然氣流量，避免流量大幅波動對壓力產(chǎn)生影響，再通過膨脹機將壓力能轉(zhuǎn)換為機械能帶動發(fā)電機發(fā)電，實現(xiàn)壓力能的回收再利用。
[0014]2.本發(fā)明提出的新型天然氣壓力能回收發(fā)電裝置，通過蛇形管道將原來低溫天然氣與空氣換熱，升溫至O攝氏度以上，從而減少了現(xiàn)有技術中需要溫度平衡器對低溫天然氣進行升溫的操作步驟，大大降低了裝置的能耗和生產(chǎn)制造成本，確保了經(jīng)常放置于偏遠位置壓力能回收發(fā)電裝置的電力供給穩(wěn)定性。
[0015]3.本發(fā)明提出的新型天然氣壓力能回收發(fā)電裝置，通過采用PLC結(jié)合電磁閥、壓力變送器、泄露探測器和密封機撬，能夠自動化實時監(jiān)控發(fā)電裝置的運行狀態(tài)，在壓力超標、燃氣泄露等狀況發(fā)生時能夠自行預警和聯(lián)鎖關斷，具備了優(yōu)越的安全性和穩(wěn)定性。
[0016]4.本發(fā)明提出的新型天然氣壓力能回收發(fā)電裝置，通過在發(fā)電機的輸出端連接電源，使得本發(fā)電裝置不僅能夠供給自身電力需求，還能儲蓄多余的電能，在發(fā)電裝置停止工作的情況下依然能夠為裝置的控制部件提供持續(xù)的電力2Γ48小時，并且能夠?qū)﹄娫催M行人工移動和更換，使得從壓力能回收而來的電力能夠獲得更廣泛的應用，大大提高了回收效果和應用范圍。
[0017]5.本發(fā)明提出的新型天然氣壓力能回收發(fā)電裝置還具有易于推廣應用的優(yōu)點，通過結(jié)構優(yōu)化并將整個裝置組裝成機撬，能夠方便運輸和安裝，安裝時直接將本裝置進出口并聯(lián)于原調(diào)壓管網(wǎng)即可運行，避免了現(xiàn)場施工可能帶來的安全風險。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的結(jié)構示意圖。
[0019]圖2為本發(fā)明的機撬結(jié)構示意圖。

【具體實施方式】
[0020]為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明中的技術方案進行清楚、完整地描述。
[0021]如圖1所示的一種天然氣管網(wǎng)壓力能回收發(fā)電裝置，其特征在于所述發(fā)電裝置包括:進氣球閥1、壓力表2、流量計3、膨脹機4、變速箱5、發(fā)電機6、蛇形管7、第一電磁閥8、第二電磁閥9、調(diào)壓器10、出氣球閥11、控制柜12、第一壓力變送器13、第二壓力變送器14、溫度變送器15 ;所述膨脹機4進氣口上設有管道與天然氣管網(wǎng)連通，并從天然氣管網(wǎng)端開始依次設有進氣球閥1、壓力表2、第一壓力變送器13、流量計3、第一電磁閥8 ;所述膨脹機4排氣口與蛇形管7的進氣口連通；所述蛇形管7的出氣口與低壓天然氣管網(wǎng)連通，并從蛇形管7出氣口方向開始，管道上依次設有第二壓力變送器14、溫度變送器15、第二電磁閥9、調(diào)壓器10、出氣球閥11 ;所述膨脹機4的主軸與變速箱5連接，變速箱5與發(fā)電機6連接；
所述控制柜11包括PLC和電源，所述PLC采用的是西門子S7-300型號PLC，并且通過導線分別與壓力表2、膨脹機4、變速箱5、發(fā)電機6、第一電磁閥8、第二電磁閥9、調(diào)壓器10、出氣球閥11、第一壓力變送器13、第二壓力變送器14、溫度變送器15連接；所述的電源為逆變電源，電源配置為:輸入電壓380V/220V，輸出電壓24V，最大電流20Ah，能夠支持無充態(tài)放電時間2Γ48小時，逆變電源通過通過導線與發(fā)電機電力輸出端、PLC模塊連接，因此能夠進行充電和為電磁閥、壓力表等零部件供電；
上述天然氣管網(wǎng)壓力能回收發(fā)電裝置通過進氣口 1、出氣口 O以并聯(lián)的方式連接于原調(diào)壓管網(wǎng)B上。
[0022]上述天然氣管網(wǎng)壓力能回收發(fā)電裝置，其中所述發(fā)電機6是發(fā)電功率為
5.5-10KW，型號EXDIIBT4B35的隔爆永磁發(fā)電機，所述膨脹機4型號為ΧΑ-00。
[0023]上述天然氣管網(wǎng)壓力能回收發(fā)電裝置，其中所述蛇形管7是采用管徑為DN150的不銹鋼鋼管。
[0024]如圖1和圖2所示，其中所述裝置安裝放置于密閉的空心金屬機撬20內(nèi)，機撬20內(nèi)裝有泄露探測器19，泄露探測器19通過導線與PLC 17連接，且機撬側(cè)面設有若干的透氣安裝板21，機撬頂部設有若干防爆泄頂22，防爆泄頂通過活動螺栓與機撬連接。保證在本裝置發(fā)生煤氣泄漏時能夠及時監(jiān)測預警和保護，防爆泄頂能在發(fā)生爆炸時向上活動移動一段距離，從而制造足夠縫隙將壓力瀉出，以機撬因壓力過大彈射傷人。
[0025]實施例:
參考圖1，安裝應用本壓力能回收發(fā)電裝置時，直接將本裝置進出口并聯(lián)于原調(diào)壓管網(wǎng)B即可運行，從天然氣高壓管段A開孔并打開進氣球閥I引入高壓天然氣，通過限流孔板16限制天然氣流量，避免流量大幅波動對壓力產(chǎn)生影響。高壓天然氣進入膨脹機4，天然氣壓力由高壓降至中低壓，再進入蛇形管7，將原-10°C左右的天然氣通過與常溫空氣換熱，升溫至O攝氏度以上，進入調(diào)壓器10，調(diào)節(jié)壓力至0.1MPa，再匯入下游天然氣管網(wǎng)C。由于高壓的天然氣進入膨脹機后體積膨脹，所以膨脹機出氣口管徑設置為DN150大口徑。
[0026]膨脹機4在天然氣膨脹作用下帶動轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，又通過變速箱5帶動發(fā)電機6發(fā)電。所發(fā)出電經(jīng)過整流器、配電柜，一部分給用電設施(電磁閥、壓力變送器等)，另一部分以進行轉(zhuǎn)換與存儲在逆變電源中18。通過PLC 17模塊的監(jiān)控，當逆變電源充滿時，切斷充電電路，避免逆變電源的充電時間過長；當逆變電源的電量低于總電量的90%時，合上充電電路，繼續(xù)給逆變電源充電，從而保證能夠給現(xiàn)場的用電設備提供不間斷的電源。
[0027]在本裝置運行發(fā)電的過程中，壓力表2、第一壓力變送器13將管道入口的壓力值以信號反饋給PLC模塊，用于顯示現(xiàn)場裝置的工作狀態(tài)，第二壓力變送器14將天然氣進入下游管網(wǎng)的壓力，通過此值的壓力信號，反饋給PLC模塊。當壓力值超過第二壓力變送器14的上下限值時報警，超過上上限值和下下限值時，聯(lián)鎖關斷膨脹機入口處的第一電磁閥，防止因壓力過大對下游燃氣管網(wǎng)和裝置造成破壞。裝置運行時，溫度變送器15還同時檢測進入下游管道的燃氣溫度。
[0028]泄露探測器19用于檢測膨脹機撬內(nèi)天然氣泄露情況；當檢測到天然氣含量高于一定范圍時，現(xiàn)場聲音報警及控制柜12顯示；當檢測到天然氣含量高于極限某值時，現(xiàn)場聲音報警、指示燈亮、控制柜12狀態(tài)顯示以及聯(lián)鎖關斷第一電磁閥8、第二電磁閥9，防止因燃氣泄露引發(fā)安全問題。
[0029]流量計3用于統(tǒng)計并顯示進入膨脹機4的燃氣容量，并將容量值轉(zhuǎn)化為信號反饋至控制柜12中的PLC模塊。
[0030]通過實驗數(shù)據(jù)顯示，通過對裝置的調(diào)試，在針對不同的燃氣管網(wǎng)壓力值時能夠產(chǎn)出不同的壓力回收電力發(fā)電效率，表I顯示了膨脹機進氣口在不同燃氣壓力、流量通過情況下的發(fā)電效率:
表I燃氣壓力、流量與回收發(fā)電效率對比表
進口壓力musji途氣流愛發(fā)電功軍 _MPa__MPa__Nffl'A__Kw_
—4— 1.6— 4008 4QAM8I ?6O2952 t?DJ5605
—0.7￠.11750.3
從表I可以看出，本壓力能回收發(fā)電裝置能夠適應4Mpa?0.7Mpa的燃氣壓力范圍，具備了高彈性的應用條件范圍。并且在不同壓力情況下，通過調(diào)節(jié)進氣流量可將發(fā)電功率控制在300W?8000W之間。當進口的壓力為0.7Mpa時，進氣流量為175Nm3/h，而出氣的壓力也更低為0.1Mpa，此時的裝置發(fā)電功率能夠達到300W ;而當進氣壓力值為4Mpa時，調(diào)節(jié)進氣流量為400Nm3/h，此時的出氣壓力為1.6Mpa，發(fā)電功率能夠達到8000W。
[0031]可見，該裝置可以適用于無電力供應的管網(wǎng)輸送系統(tǒng)，能夠產(chǎn)生300W?8000W彈性發(fā)電功率，在對配置部件進行供電的同時還能將多余的電能存儲在配備的逆變電源中，用于其他用電情況，拓展了壓力能回收發(fā)電的應用范圍和效率。
【權利要求】
1.一種天然氣管網(wǎng)壓力能回收發(fā)電裝置，其特征在于所述發(fā)電裝置包括:進氣球閥、壓力表、流量計、膨脹機、變速箱、發(fā)電機、蛇形管、第一電磁閥、第二電磁閥、調(diào)壓器、出氣球閥、控制柜、第一壓力變送器、第二壓力變送器、溫度變送器；所述膨脹機進氣口上設有管道與天然氣管網(wǎng)連通，并從天然氣管網(wǎng)端開始，管道上依次設有進氣球閥、壓力表、第一壓力變送器、流量計、第一電磁閥；所述膨脹機排氣口與蛇形管的進氣口連通；所述蛇形管的出氣口與低壓天然氣管網(wǎng)通過管道連通，并從蛇形管出氣口方向開始，管道上依次設有第二壓力變送器、溫度變送器、第二電磁閥、調(diào)壓器、出氣球閥；所述膨脹機的主軸與變速箱連接，變速箱與發(fā)電機連接； 所述控制柜包括PLC和電源，所述PLC通過導線分別與壓力表、流量計、膨脹機、變速箱、發(fā)電機、第一電磁閥、第二電磁閥、調(diào)壓器、出氣球閥、第一壓力變送器、第二壓力變送器、溫度變送器連接；所述電源通過導線與發(fā)電機電力輸出端連接，所述電源通過導線與PLC連接。
2.如權利要求1所述的天然氣管網(wǎng)壓力能回收發(fā)電裝置，其中所述發(fā)電機為隔爆永磁發(fā)電機。
3.如權利要求1所述的天然氣管網(wǎng)壓力能回收發(fā)電裝置，其中所述蛇形管是管徑為DN150的不銹鋼鋼管。
4.如權利要求1所述的天然氣管網(wǎng)壓力能回收發(fā)電裝置，其中所述膨脹機進氣口管徑為DN80，出氣口管徑為DNl50。
5.如權利要求1所述的天然氣管網(wǎng)壓力能回收發(fā)電裝置，其中所述裝置安裝放置于密閉的空心金屬機撬內(nèi)，機撬內(nèi)裝有泄露探測器，且機撬頂部設有防爆泄頂，所述防爆泄頂通過活動插銷安裝于機撬。
6.如權利要求1所述的天然氣管網(wǎng)壓力能回收發(fā)電裝置，其中所述的電源為逆變電源。
7.如權利要求1所述的天然氣管網(wǎng)壓力能回收發(fā)電裝置，其中所述的電源為UPS電源。
8.如權利要求1所述的天然氣管網(wǎng)壓力能回收發(fā)電裝置，其中所述流量計與第一壓力變送器之間的連接管道上裝有限流孔板。
【文檔編號】F01C20/00GK104213939SQ201410437304
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月1日 優(yōu)先權日:2014年9月1日
【發(fā)明者】朱忠泉 申請人:江蘇航天惠利特環(huán)?？萍加邢薰?br>