利用天然氣管網壓力能為原料天然氣增壓的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發明提供了一種利用管網壓力能為天然氣增壓的方法和裝置，該方法包括將液化工廠的原料天然氣進入增壓透平膨脹機的壓縮端增壓，增壓后的天然氣經換熱器冷卻后進入下游的天然氣凈化及液化系統；來自門站的高壓天然氣進入增壓透平膨脹機的膨脹端膨脹降壓，降壓后的天然氣經換熱器回收冷量后進入門站調壓后的低壓天然氣管網。借助來自天然氣門站的高壓天然氣降壓時產生的壓力能為液化天然氣工廠的原料天然氣增壓，無需額外的壓縮功耗，且回收了高壓天然氣降壓產生的冷量；降壓后的天然氣進入門站調壓后的管網；由于提高了天然氣的壓力，液化工廠的能耗顯著降低，另一方面也降低了門站的負荷；本發明所述方法的流程簡單，裝置變負荷操作靈活。
【專利說明】利用天然氣管網壓力能為原料天然氣增壓的方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及利用天然氣管網壓力能為原料天然氣增壓的方法及裝置，即利用高低壓天然氣管網之間的壓力差，為凈化及液化處理前的天然氣增壓，不需額外的壓縮功耗。
【背景技術】
[0002]管輸天然氣一般以高壓方式通過長輸管道輸送到下游城市管網，在供給到終端用戶前通常需要進入天然氣門站，通過調壓設備進行降壓處理，以便天然氣的壓力能夠與用氣設施匹配。高壓天然氣內蘊含著巨大的壓力能，在通過調壓設備調壓的過程中，這部分壓力能往往被白白的浪費掉。另外，由于天然氣急劇降壓、降溫，很容易對調壓設備及管道設備的安全運行構成威脅而需要引入加熱設施對降溫后的天然氣進行加熱，造成能量的浪費。如果將這部分壓力能加以利用，不但可以獲得可觀的收益，也能降低天然氣的損耗提高天然氣的利用率。高壓天然氣壓力能的利用，可以通過膨脹機等裝置來實現的。
[0003]CN202209192U公開了一種天然氣差壓發電裝置，設置在高壓天然氣管線與低壓天然氣管線之間，包括至少一透平膨脹機，所述透平膨脹機的進氣端與所述高壓天然氣管線連通，所述透平膨脹機的排氣端與所述低壓天然氣管線連通；由所述透平膨脹機驅動的發電裝置；天然氣加熱器，所述天然氣加熱器連通設置在所述高壓天然氣管線與所述透平膨脹機的進氣端之間。
[0004]CN202791338U公開了一種管輸天然氣壓力能回收裝置，在高壓天然氣管路和低壓天然氣管路之間并聯多路透平膨脹機組，透平膨脹機組依次由流量計、控制閥、膨脹機串聯組成；膨脹機輸出軸連接有動力裝置進行能量回收。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提出一種利用天然氣管網壓力能為原料天然氣增壓的方法和裝置，充分利用高壓天然氣與下游低壓管網之間的壓力差，借助來自現有的天然氣門站的高壓天然氣降壓時產生的壓力能為液化天然氣工廠的原料天然氣增壓，無需額外的壓縮功耗，同時回收高壓天然氣降壓產生的冷量；由于提高了原料天然氣的壓力，液化工廠的能耗顯著降低，另一方面也降低了門站的負荷。
[0006]具體而言，本發明的第一個方面，提供一種利用天然氣管網壓力能為原料天然氣增壓的方法，
[0007]來自液化工廠的原料天然氣進入增壓透平膨脹機的壓縮端增壓，增壓后的天然氣經換熱器冷卻后進入下游的天然氣凈化及液化系統；來自門站的高壓天然氣進入增壓透平膨脹機的膨脹端膨脹降壓，降壓后的天然氣經所述換熱器回收冷量后進入門站調壓后的低壓天然氣管網。
[0008]所述增壓透平膨脹機的壓縮端可以采用一級或二級或三級增壓，膨脹端可以相應采用一級或二級或三級膨脹，各級膨脹后的氣體分別與各級壓縮后的氣體在換熱器中換熱，實現各級膨脹后的氣體的復熱及各級壓縮后氣體的降溫。[0009]作為所述利用管網壓力能為天然氣增壓的方法的一種優選實施方式，該方法包括:
[0010]來自液化工廠的原料天然氣(例如壓力為2.0?6.0MPaG)進入增壓透平膨脹機的壓縮端(一級壓縮)進行壓縮增壓(例如增壓至4.5?8.5MPaG，優選5?8MPaG，更優選
5.5?7.5MPaG)，增壓后的天然氣經換熱器冷卻(例如至35?45°C )后進入下游的天然氣凈化及液化系統；
[0011]來自門站的高壓天然氣(例如壓力為2.0?6.0MPaG)進入增壓透平膨脹機的膨脹端(一級膨脹)進行膨脹降壓(例如降壓至0.3?1.6MPaG，優選0.5?1.5MPaG，更優選
0.7?1.2MPaG)，降壓后的低溫天然氣進入換熱器回收冷量(與增壓后的原料天然氣換熱，例如復熱溫度升至10?40°C)后，進入門站調壓后的低壓天然氣管網。
[0012]作為所述利用管網壓力能為天然氣增壓的方法的另一種優選實施方式，該方法包括:
[0013]來自液化工廠的原料天然氣(例如壓力為2.0?6.0MPaG)進入增壓透平膨脹機的壓縮端進行二級壓縮增壓，第一級增壓(例如增壓至3.0?7.2MPaG，優選3.5?7.0MPaG,更優選4.0?6.5MPaG)后的天然氣經第一臺換熱器冷卻(例如至35?45°C )后進入壓縮端第二級增壓，第二級增壓(例如增壓至4.5?8.5MPaG，優選5?8MPaG，更優選5.5?
7.5MPaG)后的天然氣進入第二臺換熱器冷卻(例如至35?45°C )后進入下游的天然氣凈化及液化系統；
[0014]來自門站的高壓天然氣(例如壓力為2.0?6.0MPaG)進入增壓透平膨脹機的膨脹端進行二級膨脹降壓，第一級膨脹后(例如降壓至0.8?3.0MPaG，優選1.0?2.5MPaG，更優選1.5?2.0MPaG)的天然氣經第一臺換熱器復熱(與第一級增壓后的天然氣換熱，例如復熱至10?40°C)后進入膨脹端第二級膨脹降壓(例如降壓至0.3?1.6MPaG，優選0.5?
1.5MPaG，更優選0.7?1.2MPaG)，降壓后的低溫天然氣進入第二臺換熱器回收冷量(與第二級增壓后的天然氣換熱，例如復熱升至10?40°C)后進入門站調壓后的低壓天然氣管網。
[0015]本發明的第二個方面，提供了一種利用天然氣管網壓力能為原料天然氣增壓的裝置，其特征在于:該裝置包括:增壓透平膨脹機和換熱器；
[0016]所述換熱器包括高溫天然氣入口通道、高溫天然氣出口通道、低溫天然氣入口通道和低溫天然氣出口通道；
[0017]所述增壓透平膨脹機包括膨脹端和壓縮端；膨脹端包括入口管路和出口管路；壓縮端包括入口管路和出口管路；所述膨脹端的入口管路連接高壓天然氣管道；膨脹端的出口管路連接至換熱器的低溫天然氣入口通道；所述壓縮端的入口管路連接液化天然氣工廠的原料天然氣管道；壓縮端的出口管路連接至換熱器的高溫天然氣入口通道；
[0018]所述換熱器的低溫天然氣出口通道連接至下游低壓管網；所述換熱器的高溫天然氣出口通道連接至下游天然氣凈化和液化系統。
[0019]其中，本發明所述的增壓透平膨脹機的膨脹端可以為一級膨脹或多級膨脹(如二、三級膨脹);壓縮端可以為一級增壓或多級增壓(如二、三級增壓);各級膨脹后的氣體分別與各級壓縮后的氣體在附加的換熱器中換熱，實現各級膨脹后的氣體的復熱及各級壓縮后氣體的降溫。[0020]在另一實施方式中，本發明提供了一種利用管網壓力能為天然氣增壓的裝置，其特征在于:該裝置包括:增壓透平膨脹機和兩臺換熱器，即第一臺換熱器和第二臺換熱器；所述第一臺換熱器包括高溫天然氣入口通道、高溫天然氣出口通道、低溫天然氣入口通道和低溫天然氣出口通道；所述第二臺換熱器包括高溫天然氣入口通道、高溫天然氣出口通道、低溫天然氣入口通道和低溫天然氣出口通道；
[0021]所述增壓透平膨脹機包括膨脹端和壓縮端；所述增壓透平膨脹機膨脹端為二級膨脹，包括第一級膨脹入口管路、第一級膨脹出口管路、第二級膨脹入口管路、第二級膨脹出口管路；
[0022]所述增壓透平膨脹機壓縮端為二級壓縮，包括第一級壓縮入口管路、第一級壓縮出口管路、第二級壓縮入口管路、第二級壓縮出口管路；
[0023]所述增壓透平膨脹機壓縮端的第一級壓縮入口管路連接液化天然氣工廠的原料天然氣管道，第一級壓縮出口管路連接至第一臺換熱器的高溫天然氣入口通道，第二級壓縮入口管路連接至第一臺換熱器的高溫天然氣出口通道，第二級壓縮出口管路連接至第二臺換熱器的高溫天然氣入口通道；
[0024]所述增壓透平膨脹機膨脹端的第一級膨脹入口管路連接高壓天然氣管線，第一級膨脹出口管路連接至第一臺換熱器的低溫天然氣入口通道，第二級膨脹入口管路連接至第一臺換熱器的低溫天然氣出口通道，第二級膨脹出口管路連接至第二臺換熱器的低溫天然氣入口通道；
[0025]所述第二臺換熱器的高溫天然氣出口通道連接至下游天然氣凈化和液化系統，所述第二臺換熱器的低溫天然氣出口通道連接至下游低壓管網。
[0026]本發明的優點:
[0027]1、本發明提供的利用壓力能為天然氣增壓的方法和裝置，將高壓管網天然氣的壓力能轉化為冷能，其冷能得以回收；
[0028]2、膨脹機的壓縮端靠膨脹端驅動，無需額外的壓縮功耗；
[0029]3、由于提高了天然氣的壓力，下游天然氣液化系統的能耗可以顯著降低；
[0030]4、流程簡單，裝置變負荷操作靈活。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1是增壓透平膨脹機為一級壓縮、膨脹的工藝流程圖，其中I為原料天然氣，2為增壓后天然氣，3為待凈化及液化的天然氣，4為高壓管網天然氣，5為膨脹降壓后的天然氣，6為去下游管網的天然氣，TECl為增壓透平膨脹機，Xl為膨脹機膨脹端，Cl為膨脹機壓縮端，El為換熱器。
[0032]圖2是增壓透平膨脹機為二級壓縮、膨脹的工藝流程圖。其中7為原料天然氣，8為一級增壓后的天然氣，9為去二級增壓的天然氣，10為二級增壓后天然氣，11為待凈化及液化的天然氣，12為高壓管網天然氣，13為一級膨脹降壓后的天然氣，14為去二級膨脹的天然氣，15為二級膨脹后的天然氣，16為去下游管網的天然氣，TEC2為增壓透平膨脹機，X2為膨脹機膨脹端，C2為膨脹機壓縮端，E2為第一臺換熱器，E3為第二臺換熱器。
【具體實施方式】[0033]本發明的目的在于提出一種利用管網壓力能為天然氣增壓的方法和裝置，充分利用高壓天然氣與下游低壓管網之間的壓力差，借助來自現有的天然氣門站的高壓天然氣降壓時產生的壓力能為液化天然氣工廠的原料天然氣增壓，無需額外的壓縮功耗，同時回收高壓天然氣降壓產生的冷量；由于提高了天然氣的壓力，液化工廠的能耗顯著降低，另一方面也降低了門站的負荷。
[0034]如圖1所示，作為所述利用管網壓力能為天然氣增壓的方法的一種實施方式，該方法包括:
[0035]液化天然氣工廠的原料天然氣I (壓力為2.0?6.0MPaG)進入增壓透平膨脹機TECl的壓縮端Cl增壓(增壓至4.5?8.5MPaG,優選5?8MPaG，更優選5.5?7.5MPaG)，增壓后的天然氣2進入第一換熱器El冷卻至35?45°C，之后作為待凈化和液化的天然氣3進入下游的天然氣凈化及液化系統；來自門站的高壓管網天然氣4(壓力為2.0?6.0MPaG)進入增壓透平膨脹機TECl的膨脹端Xl —級膨脹降壓(降壓至0.3?1.6MPaG，優選0.5?
1.5MPaG，更優選0.7?1.2MPaG)，膨脹降壓后的天然氣(降壓后的低溫天然氣)5進入第一換熱器El回收冷量，溫度升至10?40°C后，作為去下游管網的天然氣6進入門站調壓后的管網。
[0036]如圖2所示為所述利用管網壓力能為天然氣增壓的方法的另一種實施方式，該方法包括:
[0037]液化天然氣工廠的原料天然氣7 (壓力為2.0?6.0MPaG)進入增壓透平膨脹機TEC2的壓縮端Cl 二級增壓，第一級增壓后的天然氣8 (例如增壓至3.0?7.2MPaG，優選3.5?7.0MPaG，更優選4.0?6.5MPaG)進入第一臺換熱器E2冷卻至35?45°C，而后作為去二級增壓的天然氣9進入壓縮端C2的第二級增壓，第二級增壓(例如增壓至4.5?8.5MPaG，優選5?8MPaG，更優選5.5?7.5MPaG)后的天然氣10進入第二臺換熱器E3冷卻至35?45°C，之后作為待凈化及液化的天然氣11進入下游的天然氣凈化及液化系統；來自門站的高壓管網天然氣12 (壓力為2.0?6.0MPaG)進入增壓透平膨脹機TEC2的膨脹端X2進行二級膨脹降壓，第一級膨脹后的天然氣13 (例如降壓至0.8?3.0MPaG，優選
1.0?2.5MPaG，更優選1.5?2.0MPaG)進入第一臺換熱器E2復熱至10?40°C后，作為去二級膨脹的天然氣14進入膨脹端X2第二級膨脹降壓(例如降壓至0.3?1.6MPaG，優選0.5?1.5MPaG，更優選0.7?1.2MPaG)，第二級膨脹降壓后的天然氣(低溫天然氣)15進入第二臺換熱器E3回收冷量，溫度升至10?40°C后，作為去下游管網的天然氣16進入門站調壓后的管網。
[0038]另外，本發明所述的增壓透平膨脹機的壓縮端也可采用三級增壓，膨脹端也可采用三級膨脹，各級膨脹后的氣體分別與各級壓縮后的氣體在換熱器中換熱，實現各級膨脹后的氣體的復熱及各級壓縮后氣體的降溫。
【權利要求】
1.一種利用天然氣管網壓力能為原料天然氣增壓的方法，其特征在于:來自液化天然氣工廠的原料天然氣進入增壓透平膨脹機的壓縮端增壓，增壓后的天然氣經換熱器冷卻后進入下游的天然氣凈化及液化系統；來自門站的高壓天然氣進入增壓透平膨脹機的膨脹端膨脹降壓，降壓后的天然氣經所述換熱器回收冷量，然后進入門站調壓后的低壓天然氣管網。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:所述增壓透平膨脹機的壓縮端采用一級或二級或三級增壓，膨脹端相應采用一級或二級或三級膨脹，各級膨脹后的氣體分別與各級壓縮后的氣體在換熱器中換熱，實現各級膨脹后的氣體的復熱及各級壓縮后氣體的降溫。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于: 來自液化天然氣工廠的原料天然氣進入增壓透平膨脹機的壓縮端進行二級壓縮增壓，第一級增壓后的天然氣經第一臺換熱器冷卻至35~45°C，而后進入壓縮端第二級增壓，第二級增壓后的天然氣經第二臺換熱器冷卻至35~45°C，之后進入下游的天然氣凈化及液化系統； 來自門站的高壓天然氣進入增壓透平膨脹機的膨脹端進行二級膨脹降壓，第一級膨脹后的天然氣經第一臺換熱器復熱至10~40°C后進入膨脹端第二級膨脹降壓，第二級降壓后的天然氣經第二臺換熱器回收冷量，溫度升至10~40°C后進入門站調壓后的低壓天然氣管網。
4.一種利用管網壓 力能為天然氣增壓的裝置，其特征在于:該裝置包括:增壓透平膨脹機和換熱器； 所述換熱器包括高溫天然氣入口通道、高溫天然氣出口通道、低溫天然氣入口通道和低溫天然氣出口通道； 所述增壓透平膨脹機包括膨脹端和壓縮端；膨脹端包括入口管路和出口管路；壓縮端包括入口管路和出口管路；所述膨脹端的入口管路連接高壓天然氣管道；膨脹端的出口管路連接至換熱器的低溫天然氣入口通道；所述壓縮端的入口管路連接液化天然氣工廠的原料天然氣管道；壓縮端的出口管路連接至換熱器的高溫天然氣入口通道； 所述換熱器的低溫天然氣出口通道連接至下游低壓管網；所述換熱器的高溫天然氣出口通道連接至下游天然氣凈化和液化系統。
5.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于:所述增壓透平膨脹機的壓縮端采用二級或三級增壓裝置，膨脹端采用二級或三級膨脹裝置，各級膨脹后的氣體分別與各級壓縮后的氣體在附加的換熱器中換熱。
6.一種利用管網壓力能為天然氣增壓的裝置，其特征在于:該裝置包括:增壓透平膨脹機和兩臺換熱器，即第一臺換熱器和第二臺換熱器；所述第一臺換熱器包括高溫天然氣入口通道、高溫天然氣出口通道、低溫天然氣入口通道和低溫天然氣出口通道；所述第二臺換熱器包括高溫天然氣入口通道、高溫天然氣出口通道、低溫天然氣入口通道和低溫天然氣出口通道； 所述增壓透平膨脹機膨脹端為二級膨脹，包括第一級膨脹入口管路、第一級膨脹出口管路、第二級膨脹入口管路、第二級膨脹出口管路； 所述增壓透平膨脹機壓縮端為二級壓縮，包括第一級壓縮入口管路、第一級壓縮出口管路、第二級壓縮入口管路、第二級壓縮出口管路； 所述增壓透平膨脹機壓縮端的第一級壓縮入口管路連接液化天然氣工廠的原料天然氣管道，第一級壓縮出口管路連接至第一臺換熱器的高溫天然氣入口通道，第二級壓縮入口管路連接至第一臺換熱器的高溫天然氣出口通道，第二級壓縮出口管路連接至第二臺換熱器的高溫天然氣入口通道； 所述增壓透平膨脹機膨脹端的第一級膨脹入口管路連接高壓天然氣管線，第一級膨脹出口管路連接至第一臺換熱器的低溫天然氣入口通道，第二級膨脹入口管路連接至第一臺換熱器的低溫天然氣出口通道，第二級膨脹出口管路連接至第二臺換熱器的低溫天然氣入口通道； 所述第二臺換熱器的高溫天然氣出口通道連接至下游天然氣凈化和液化系統，所述第二臺換熱器的低溫天然氣出口通道連接至下游低壓管網。`
【文檔編號】F17D1/20GK103712062SQ201310727280
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月26日 優先權日:2013年12月26日
【發明者】何振勇, 煜龍, 張生, 傅建青, 韓金潮 申請人:新地能源工程技術有限公司