高压天然气管道压力能的回收与利用
高压天然气管道压力能的回收与利用
高压天然气管道压力能的回收与利用摘要：本文通过利用数学模型对天然气的压力能的回收与利用进行了能量研究分析。
对于高压天然气管道的压力能的回收和利用进行了可行性的方法，并介绍了压力能用于净化、制冷、发电等方面的经济作用，有效地提高的天然气管道的能源利用率。
关键词：高压天然气；管道压力能；回收与利用随着我国西气东输工作的快速发展，对于天然气的需求也是节节攀高，必然加速了我国天然气管道行业的迅猛发展。
当前我国天然气多数利用高压管道进行输送，在输送的过程中会造成大量的压力能源无形损失，假如科学合理的采取相应的措施对这些压力能进行回收利用，可以大大降低资源的浪费，使能源利用率得到提高，为天然气管道运营创造经济效益。
一、利用数学模型对高压天然气进行压力用分析目前我国所使用的天然气主要由甲烷、乙烷、丙烷等成分构成，其中甲烷是主要的气体成份，高压天然气通过节气阀时会体积膨胀致使压力及温度降低，如果通过科学的方法将这个过程中的压力能的变化做出准确的分析，可以为合理利用高压天然气压力能做出科学的指导。
天然气在经过节流地膨胀中产生的能量用是在某种压力下因为热不平衡从而造成的温度用与某种温度条件下力无法平衡所造成的压力用的和，即：天然气从正常温度降低到温度T的整个过程，温度用是：通过以上公式分析得知天然气是多种气体的混合物，在膨胀中的压利用和组分及压力有着密不可分的必然联系，因而需要利用真实气体的实际状态方程式（3）来做计算。
二、高压天然气管道压力能的回收与利用的能量分析假设甲烷是天然气的全部组成气体，正常温度是25摄氏度，简化公式（3）进行计算。
输出压力设为p2=0.1MPa,在输气压力p1不同时，我们可以在图1看到天然气的比压力用。
输气压力P1在分别是8、5、4M Pa时，天然气通过管道进入用户的比压力用如图2所示。
输气压力由5M帕下降到2.5M帕，天然气的比压力用是110.2千焦每千克。
由此可见他的压力能非常之大。
燃气电厂天然气管道压力能的利用
燃气电厂天然气管道压力能的利用摘要：为了解决天然气可能产生的远距离的传输问题，大部分的时候，都是采用天然气的高压传输。
但是，在中国，仍然存在使用节流和减压方法来连接高压管网和用户管网的情况，并且，在压力调节的过程中会有其产生的很大一部分的压力能量损失。
对于燃气发电厂的压力能源发电设备的建设，可以直接消耗发电厂中其设备所产生的电力，而没有并网问题，但是燃气轮机可以消耗稳定的气体并且将其产生的余热进行合理的利用，或者在发电厂的周边对膨胀后的低温天然气进行加热利用。
采用前加热方式时，膨胀发电效率可以达到惊人的百分之六十二到六十九，并且可以把废热等劣质热量用于进一步的发电，所以说，建设天然气压力能源发电是国内许多燃气电厂的最佳选择，特别是大型的燃气发电厂。
关键词：天然气管道；压力能；燃气电厂；透平膨胀引言所谓的天然气，具有高效、优质、清洁的特点。
自从上个世纪七十年代以后，在全世界范围，整个天然气工业的发展极其迅猛，天然气工业的发展速度与传统高利润的石油工业相比较，前者远远高与后者。
天然气在能源生产结构中的比重迅速提高。
因此，我国天然气管网的发展也非常迅速。
西气东输二线、西气东输二线和西气东输三线已建成并集中在同一区域。
建设分布在东南沿海的大型液化天然气接收站，大量引进国外液化天然气资源。
天然气管网干线建设同步，天然气供应趋于多样化。
为解决天然气长距离输送问题，一般情况下，都是采用天然气的高压输送。
对于上游用户来说，网络压力远大于实际用户。
所以高压天然气在进入用户管网前，通过调压站，达到中压标准。
目前，我国高压管网与用户管网仍采用节流减压的方式连接，造成了调压过程中大量的压力能损失。
随着高压大口径天然气管道的发展，管网压力越来越大。
1管网压力能利用存在的问题在此之前，国家的一部分院校以及一部分科研院所对于天然气管网压力能的回收进行了探讨和研究，并且探究出其能够利用的概念，并且，在火用方面对压力能的利用进行了深层次的研究以及分析。
回收高压管输气压力能用于冷库的技术
焓下 降 ，达 到对 外做 功和 制冷 的 目的 。透平 膨胀 机
用 于 天 然 气 压 力 能 制 冷 时 的效 率 较 高 ，可 以达 到 ７％ ８％ ０ ～ ０ 。但 不足 之 处是 结构特 别 是润滑 系 统复 杂 ， 制造 成本 高 ；操作 维修 难度 大 ；变 工况适 应 性差 ， 当进 口气 体流量 变 化超 过士 ０ 时 ，将会 显著 影 响膨 ２％ 胀机 的制 冷效 率 。该 技术 只适 合用 于天 然气 负荷 比
优 势 。但制 冷效 率 比较低 ，且 受进 口气 体压 力 、流
由于体 积 增 加而 产 生 的机 械 能和 气 体 膨胀 后温 度
量 的影 响 比较大 ， 只能用 十 一些特 定 的场合 。
上海煤气 ２１ 年第５ （ ００ 期 （静
ｈ ｉ ｅｓ ｓ
１３ 气波 制冷机 回 收压力 能制冷技 术 －
冷机 或热 分离 机 。它在制 冷工 艺 中的作用 与透平 膨
胀机 、节流 阀一 样 ，热 力过程 则与膨 胀机 相似 ，靠 气体 的等熵 膨胀 过程 获得低温 。与膨 胀机不 同之 处 在 于 ，它是 以气 波（ 激波 、膨 胀波 ） 为主要 工作 元件 的机 器 。其 主要特 点 如下 ： （） １制冷 效率 高达 ７ ％ ５ ，不 需外部动 力驱动 ，节 能效 果 明显 。 （） ２设备投 资低 ；
与用 气 设施 匹配 。国 内外 的现 实 情况 是 ，调压过 程 中天 然气 内蕴 含 的 巨大 压 力能 不仅 被 白白浪 费掉 ， 而 且 还 因 为 急 剧 降温 对 调 压 及 管 道 设 备 运 行 安 全
高压 天 然 气 在 透 平 膨 胀 机 的静 喷 嘴环 流道 内 降压提 速 ，射入 动 叶栅流 道 再流 出 ，出入 口动量 矩 的 改变使 气流 对 叶栅做 功 ，气流 的动 能 降低 ，滞 止
高压天然气管道压力能的回收与利用技术_陈绍凯
第28卷第2期 油 气 储 运高压天然气管道压力能的回收与利用技术 陈绍凯3 李自力 高 卓 张彩君(中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院) (洛阳瑞泽石化工程有限公司)陈绍凯 李自力等:高压天然气管道压力能的回收与利用技术,油气储运,2009,28(2)51～54。
摘 要 在研究高压天然气压力火用数学模型的基础上,进行了压力能回收利用的能量分析。
以天然气调压站为例,对压力能的回收与利用的经济性进行了分析。
介绍了管道压力能在天然气液化调峰、净化、发电以及城市冷库的冷源等几方面的用途。
主题词 天然气管道 压力能 回收 利用 经济分析 随着天然气需求量的不断增大,西气东输、川气东送、西气东输二线等管道的相继建设,我国天然气长输管道事业得到了迅速的发展。
目前,我国长输天然气大多采用高压管输方式,输送的高压天然气经调压站降至中压标准进入城市燃气管网,再借助于调压箱或调压柜将压力降至低压后再供用户使用。
天然气在调压过程中将损失大量的压力能,如果能采取适当的措施回收利用压力能,将提高能源的利用率,减少资源浪费,对提高天然气管网运行的经济性具有重大意义。
一、高压天然气的压力火用1、 压力火用数学模型天然气是以甲烷为主,包括乙烷、丙烷等组分的气体混合物。
高压天然气经过节流阀或作等熵膨胀后,压力和温度均会降低。
若能准确分析此过程中天然气压力能的变化情况,将为合理回收利用天然气压力能提供科学依据。
火用是某种能量在理论上能够可逆地转换为功的最大数量,称为该能量中具有的可用能。
天然气节流或作等熵膨胀过程中的火用可表示为某压力条件下热不平衡引起的温度火用与某温度条件下力不平衡引起的压力火用之和,即: e x=e x,T+e x,p(1)式中 e x———天然气的比火用,J/kg; e x,T———天然气的比温度火用,J/kg; e x,p———天然气的比压力火用,J/kg;天然气在从环境温度降低到温度T的过程中,其温度火用为:图1 过剩空气系数、烟气温度与排烟热损失的关系 此外,过剩空气系数过大,除降低加热炉内的燃烧温度,提高烟气露点温度,而且还会促使氮氧化物NO X增加,加剧炉管氧化。
天然气门站管网压力能回收利用技术研发与应用
天然气门站管网压力能回收利用技术研发与应用安成名（深圳市燃气集团股份有限公司，广东深圳518040）摘要：高压天然气在调压的过程中会产生很大的压力降，释放大量的能量。
如果能采用适当的方式回收利用这部分压力能，将在很大程度上提高能源利用率和天然气管网运行的经济性。
本文介绍了西气东输Ⅱ线某门站高压天然气压力能回收利用情况，分析了本项目所解决的关键技术难题，指出了该项目的示范意义，并对其应用前景进行了展望。
关键词：天然气门站压力能发电Abstract: The high-pressure natural gas will produce a large pressure drop and release large amounts of energy in the process of its regulator. If using the appropriate ways to recycle the pressure energy, it will greatly improve the energy efficiency and economics of the natural gas pipeline network. This paper describes the high-pressure natural gas pressure energy recycling of certain natural gas gate station in West-East gas transmission line Ⅱ, analyses the key technical problems addressed in this project, points out the demonstration significance of the project, and prospects on its application prospects.Key words: natural gas gate stations pressure energy power generation引言随着天然气管网的建设，当前世界的输气管道发展的总趋势是：长运距、大口径、高压力和网络化。
天然气输送过程压力能回收利用技术
天然气输送过程压力能回收利用技术【摘要】高压天然气输配管网蕴含了大量的压力能可供回收利用。
本文阐述了高压管输天然气压力能回收利用理论基础及回收方式，总结了高压天然气压力能回收利用的应用，包括利用高压管网天然气压力能发电，高压管网天然气压力能制冷用于燃气调峰，高压管网天然气压力能制冷用于直接空冷技术，以及利用高压管网天然气压力能制冷用于冷库和工业水冷。
【关键词】天然气压力能发电制冷当前世界上天然气的长输管道均采用高压输送，我国天然气的长输管道也采用高压输气。
上游天然气通过高压管网送至各城市或大型用户，通过各地天然气调压站降压至中压或低压送至用户使用，管网在降压过程中产生大量压力能，压力能的回收利用是天然气输配过程中重要的环节。
以西气东输工程为例，高压天然气需由10MPa降至2MPa～4MPa甚至更低，而直接用户使用的压力约为0.4MPa，据推算，天然气压力由4MPa降至0.4MPa可回收的最大压力能约为322kJ/kg，如此大的潜在能量若白白浪费势必造成巨大的经济损失。
1 高压管输天然气压力能回收利用理论基础当系统由一任意状态可逆地变化到与给定环境相平衡的状态时，理论上可以无限转换为任何其他能量形式的那部分能量，称之为火用。
目前火用分析的方法来评价天然气管网可利用压力能是比较科学的。
从热力学的角度出发，可将天然气管网看作一种开口系统。
单位质量的稳定物流的焓火用为：2 高压天然气压力能回收的应用压力能回收利用主要从两方面入手，温度火用和压力火用。
压力火用的利用可以阐述为高压流体通过压力转化装置转化为可利用的机械能，利用机械能进行发电，但是城市天然气调压站往往远离市区且布局分散，不利于建设大型电力回收系统；另外，发电时要求天然气压力和流量相对稳定，但是天然气的使用存在着严重的不均匀性。
所以工程应用中考虑到操作难度，较难实现。
温度火用产生的能量可以阐述为高压流体通过膨胀机产生冷量加以利用从而达到制冷的目的。
高压天然气压力能的回收利用技术_陈绍凯
由此可见 ,天然气管道蕴含的压力能相当大 ,如 果能采取适当措施进行回收 ,那么将在很大程度上 提高能源利用率和天然气管网运行的经济性 ,为发 展我国能源工业和构建资源节约型社会作出重要贡 献。
3 高压天然气管道压力能回收与利用工艺
在天然气门站 、调压站和大型工业用户用气起 点处 ,利用各种压力能回收装置来回收利用天然气 的压力能 。
后 ,压力和温度均会降低 。如果能准确分析此过程 中天然气压力能变化情况 ,那么这将为我们合理回 收和利用天然气压力能提供科学依据 。下面利用
火用分析法建立火用数学模型对其进行分析 。
从热力学角度看 ,天然气管道可以看成一种开
Байду номын сангаас
口系统 。利用焓火用分析法对此系统进行分析可得 :
ex, h = h - h0 - T0 ( s - s0 ) =
规范 》( GB 50028—2006 )规定 ,城镇燃气管道按燃 气设计压力分为高压 A、高压 B、次高压 A、次高压 B、中压 A、中压 B 和低压共 7个级别 。
2 天然气管道压力火用数学模型
天然气是以甲烷为主 ,包括乙烷 、丙烷 、丁烷 、戊 烷和氮气等组分的气体混合物 ,在高压输送过程中 , 蕴含巨大的压力能 。它经过节流阀或作等熵膨胀
10. 0 120. 0 ×108
长输管道输送的天然气必须经各地的调压站降
压后才能供给普通用户使用 ,在各地天然气门站都 设有调压装置 。经过调压装置 ,超高压或高压的天 然气逐步被降至中压 。中压天然气通过城市燃气管
基于管输天然气压力能回收的液化调峰方案
基于管输天然气压力能回收的液化调峰方案摘要：我国目前的高压天然气输送管道建设规模在不断的扩大。
为了能够实现对天然气输送管网压力能够有效回收，并充分满足当前城市天然气调峰的实际需求，本文通过分析提出了有效回收天然气输送管网压力能来实现城市天然气液化调峰的一种方案。
通过在天然气管网调压站内部配备相应的膨胀剂或者是涡流管等装置，这样就能够在城市天然气处在低谷的时间段，充分利用天然气输送管网之前所产生的压差通过膨胀剂或者涡流管实际产生的冷能量将天然气进行液化储存，在此基础上就能够针对用气高峰时段来实现调峰效果。
关键词：天然气；管道输送；压力能；回收利用；液化调峰引言近几年来我国天然气输送管道的建设规模在不断的扩大，而且管道输送压力也在不断提升，目前在西气东输过程中一些区段的输送压力已经达到了10MPa，这也使得输送管道内部所蕴含的压力能非常庞大。
导致输送管道在实际的运输过程中各个分输站以及不同的城市门站之间在进行降压处理时会产生巨大的能量损失。
在这种情况下要想实现城市燃气调峰就必须要相应的建设高压储罐以及高压管道等相关设施，而这种方式不仅需要投入大量的成本，而且还会占用较大面积的城市用地，如果能够实现对气源于城市供气区间之间的压差，通过调压过程实现天然气的液化处理，这样就能够针对用气高峰时段来实现有效的调峰，在此情况下不仅实现了对天然气输送管道压力能的有效回收，与此同时也让城市燃气调峰成本得到有效控制。
1 回收天然气输送管网压力能液化循环1.1带膨胀剂的液化流程为了能够实现对天然气输送管网之间压力差的有效回收利用，可以通过应用膨胀机来实现液化流程[1]。
在整个液化流程过程中主要的制冷工质就是天然气，充分利用膨胀剂作为制冷设备，在气源以及供气管网压差的作用下来实现膨胀制冷效果，在整个过程中对天然气本身的压力能进行了充分利用，让整个过程中不需要再应用压缩机等耗能设备。
与此同时还可以通过膨胀剂来为其他设备的运行提供动力。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
高压天然气管道压力能的回收与利用
摘要：本文通过利用数学模型对天然气的压力能的回收与利用进行了能量研究分析。
对于高压天然气管道的压力能的回收和利用进行了可行性的方法，并介绍了压力能用于净化、制冷、发电等方面的经济作用，有效地提高的天然气管道的能源利用率。
关键词：高压天然气；管道压力能；回收与利用
随着我国西气东输工作的快速发展，对于天然气的需求也是节节攀高，必然加速了我国天然气管道行业的迅猛发展。
当前我国天然气多数利用高压管道进行输送，在输送的过程中会造成大量的压力能源无形损失，假如科学合理的采取相应的措施对这些压力能进行回收利用，可以大大降低资源的浪费，使能源利用率得到提高，为天然气管道运营创造经济效益。
一、利用数学模型对高压天然气进行压力用分析
目前我国所使用的天然气主要由甲烷、乙烷、丙烷等成分构成，其中甲烷是主要的气体成份，高压天然气通过节气阀时会体积膨胀致使压力及温度降低，如果通过科学的方法将这个过程中的压力能的变化做出准确的分析，可以为合理利用高压天然气压力能做出科学的指导。
天然气在经过节流地膨胀中产生的能量用是在某种压力下因为热不平衡从而造成的温度用与某种温度条件下力无法平衡所造成的压力用的和，即：
天然气从正常温度降低到温度T的整个过程，温度用是：
通过以上公式分析得知天然气是多种气体的混合物，在膨胀中的压利用和组分及压力有着密不可分的必然联系，因而需要利用真实气体的实际状态方程式（3）来做计算。
二、高压天然气管道压力能的回收与利用的能量分析
假设甲烷是天然气的全部组成气体，正常温度是25摄氏度，简化公式（3）进行计算。
输出压力设为p2=0.1MPa,在输气压力p1不同时，我们可以在图1看到天然气的比压力用。
输气压力P1在分别是8、5、4M Pa时，天然气通过管道进入用户的比压力
用如图2所示。
输气压力由5M帕下降到2.5M帕，天然气的比压力用是110.2千焦每千克。
由此可见他的压力能非常之大。
如果我们将其回收，每年可以回收的压力能可以为发电站提供一年的发电压力能。
三、高压天然气管道压力能的回收与利用的方法
我国目前天然气管道运输系统中的(净化厂、压气站)压力调试站有城市门站和区域门站等系列。
因此我们可以在这些压力调节门站，采取相应的压力能回收装置来对天然气的压力能进行回收。
回收天然气压力能的方法有以下三种，第一种是采用膨胀机装置把压力能转变成机械功，第二种是利用管道压力能生产出液化的天然气，第三种是用压力能深度净化天然气，从而达到某些特殊要求的用户。
四、高压天然气管道压力能的回收与利用的经济作用
（一）通过压力能可以通过天然气的净化得到回收
目前我国所使用的天然气在进行输送前首先要经过脱水、脱硫和脱氢的净化过程进行处理。
再者，在利用天燃气管道压力能生产LNG和CNG时，也要在前期对天然气进行脱水、脱氢的深度净化处理。
研究人员通过大量的实践结合生产对处理装置给予科学的改良，对压力能进行回收用来使天然气得到净化。
（二）通过压力能可以通过天然气液化制冷进行回收
我国目前通过利用天然气压力能对天然气进行液化制冷主要有两种方法，第一种方法是利用天然气直接进行膨胀制冷，第二种方法是利用膨胀机和气波制冷机进行低温制冷。
俄罗斯新研制了一套适用于调压站液化天然气的设备。
这种设
备不会消耗其他的能量，可以使管道内的压力能得到充分利用，在涡流管内吧压力能转化成冷能量对天然气进行液化。
这套设备是由波罗的海的造船厂生产制造后，用于维保的天然气调压站，通过2002年的生产检测。
下面简单介绍一下整个天然气被液化的过程，如图3所示，天然气在进入换热器1以后，会被逆流向的低温天然气加以冷却，大概会到零下50摄氏度。
与此同时，重氢成分会在容器的下层富聚，进行气体液体的分离，会有95%的重氢组分离出来。
紧跟着是天然气流过换热器2，这时会被逆流向的低温天然气冷却到零下80摄氏度~90摄氏度。
与此同时，会有少量的重氢成分在底部冷却凝固，再次进行气液的分离，进入到了下方的收集槽中。
通过换热器2输送出的天然气会通过调节阀分成两大部分，一部分会流入气液分离器，通过液化后存入储罐。
那么，另一部分会和通过气液分离器所分出的气体一同流回换热器2，对即将会液化的天然气继续降温。
刚才进入涡流管1的天然气，有20摄氏度和零下60摄氏度的两股流体，其中热流体进入了调压站的出口管道，冷流体流入换热器1，进行预冷。
涡流管2所制作的热流可用于对系统温度进行调节。
我国的科学研究人员研发了通过管道压力能制造液化天然气的设备。
我们可以将以上的两种设备进行一定的改良，令其工作压力和管道压力可以得到有效匹配，天然气管道压力能就可以得到有效回收了。
图3 调压站用液化装置图
（三）通过压力天然气发电回收
可以利用天然气的压力差发电对天然气管道的压力能进行回收，目前日本对这个领域有了较为成熟的研究，我国现在的研究人员也在根据天然气发电的蒸汽及燃气的循环周期，研究出一套有关天然气管道压力能回收的循环系统，从而大大提高了我国目前的发电效率，有效的改善了能源的利用率。
通过利用压利用分析法对天然气管道压力能的分析显示，可回收利用的压力能能量很大。
在天然气的输送管道的调压站，可以利用特殊装置对天然气的压力能进行回收，可以提供液化天然气的深度脱水净化。
总结：
随着国内外天燃气管道压力能的回收研究以及我国天然气管道输送业的快速发展，在我国全国范围内天然气管道大致形成，天然气可以通过管道网输送到千家万户。
通过借鉴国外的先进设备和技术方法，结合自身的工艺流程，创造出属于我们自己的天然气压力能回收装置。
利用这些装置对管道压力能进行回收利用，从而提高能源的利用率，避免能源的浪费，为构建节约能源贡献一份力量。
参考文献：
[1] 论立勇；谢英柏；杨先亮.基于管输天然气压力能回收的液化调峰方案[J].天然气工业,2008(7).
[2] 熊永强；华贲；罗东晓.用于燃气调峰和轻烃回收的管道天然气液化流程[J].天然气工业,2009(6)
[3] 朱彻；刘润杰.气波制冷技术在天然气脱水净化工程中的应用[J].制冷,2009，(1).。