天然气管网压力能发电制冰技术的开发及应用_陈秋雄
定进展。2008 年 10 月，北美 Enbridge 公司将膨胀 机与燃料电池组合在一起形成 DFC － ERG 系统，并 在加拿大多伦多门站进行了现场试验。英国某公司 提出在伦敦东部的百客顿地区天然气管道上安装微 型膨胀机发电，这些微型膨胀机体积非常小，但发电 功率可达到 1 000 kW / 台。国内也对利用装置进行 研究，李学来等介绍了一种采用热分离机对天然气 进行脱水的装置，可用天然气管网的压力能作为动 力［4］。大连理 工 大 学 气 波 制 冷 研 究 推 广 中 心 开 发 了多套气波制冷天然气脱水净化装置［5］，这些装置 经过运转考核都达到设计要求，在操作压力下天然 气露点最低可达 － 40 ℃ 。
③ 建设及运行情况 求雨岭门站天然气压力能利用工艺最大的优势 在于实现了发电和制冰的联合作用，即将压力能回 收用来发电，同时多余的电力用于制冰，工艺所发电 量完全可供给整个门站使用，实现了独立供电。由 于供气的季节性、电力需求的时段性和制冷需要的
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关键词： 天然气压力能; 发电; 制冰 中图分类号： TU996 文献标识码： B 文章编号： 1000 － 4416（ 2012） 09 － 0A25 － 03
Development and Application of Technologies for Pressure Energy Electricity Generation and Ice Making from Natural Gas Pipeline Network
采用一种方便、实用、高效的工艺技术，投入少 量资金在既有的天然气门站、调压站增添部分设施， 通过回收利用管道天然气自身的压力能［7］，以较低 的运行成本将高压管网的压力能转化成冷能，用冷 媒储存该冷能，用于冷库、冷水空调等项目，提高了 能源利用 效 率［8］。 针 对 西 二 线 在 深 圳 求 雨 岭 门 站 的具体情况，采用压力能发电和制冰联合工艺方案， 充分体现和运用管道天然气产业、制冰行业及物流 运输业的特点和发展状况，同时也考虑到电力行业 发展的局限及紧张用电形势，具有在各种复杂工况 及背景下广泛复制和发展的优势以及较强的工程示 范意义。
表 1 关键设备及其参数
名称
技术参数
数量 功能 型号
透平膨胀 发电机
发电功率 200 kW
1
发电 特型
进口压力： 140 kPa，
压缩机
1 压缩制冷剂 特型
出口压力： 300 kPa
进口压力： 300 kPa，
压缩机
1 压缩制冷剂 特型
出口压力： 900 kPa
制冰机 制冰能力 80 t / d 1
尽管天然气产业在我国飞速发展，但是天然气
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第 32 卷 第 9 期
煤气与热力
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压力能的利用还处于起步阶段，天然气管网压力能 利用技术不成熟、政府出台的政策不配套等因素都 限制了天然气压力能的利用。因此，通过特定的工 艺技术将天然气压力能进行回收利用，可以达到节 能降耗、绿色环保的目的［6］。
参考文献：
［1］ 陈绍凯，李自力，雷思罗，等． 高压天然气压力能的回 收利用 技 术［J］． 煤 气 与 热 力，2008，28 （ 4 ） ： B01 － B05．
Key words： natural gas pressure energy； electricity generation； ice making
1 概述
余热、余压利用工程是我国重点推进的 10 项节 能工程之一，目前高压天然气压力能的回收利用已 逐渐引起政府和企业的重视［1 － 2］。随着我国西气东 输、川气东送、广东 LNG 试点工程的建成供气，以及 沿海其他大型 LNG 站线项目的规划建设，我国将在 2015 年之前建成“两横两纵”的天然气输气管道，天 然气产业将在我国得到快速发展。我国天然气管网 输气压力虽较低，但近年来提高很快，西气东输管道 的输气压力为 10 MPa，已经达到国际先进水平［3］。
3 分析
深圳求雨岭门站天然气总流量为 18 × 104 m3 / h，调压前为 4． 0 MPa，调压后为 1． 6 MPa，如果将这 些压力能全部用于发电和制冰联合工艺，则可达到 小时发电量为 2 400 kW·h，制冰约 1 000 t / d。设 计初期，考虑到本项目为国内首创，为了降低技术研 发风险，且当时国内市场防爆发电机的最大功率为 200 kW，此外，还存在透平膨胀机调试周期长和项 目需要尽快上马等因素，因此本项目设计规模天然 气流量 为 1． 5 × 104 m3 / h，仅 占 该 门 站 总 流 量 的 8． 3% 。根据本项目技术研究取得的相关成果，已经 申报了多项国家技术发明专利。
图 1 求雨岭门站天然气压力能用于发电和 制冰的工艺流程
－ 16 ℃ ，进入制冰机制冰； 另一股经压缩机 2 压缩 至 0． 9 MPa，在换热器 2 内经循环冷却水系统冷却 至 30 ℃ ，经节流阀 2 膨胀至 0． 16 MPa，温度降低至 － 16 ℃ ，进入制冰机制冰。按此工艺小时发电量可 达 200 kW·h，其 中 可 供 办 公 楼 日 常 用 电 为 95 kW·h，可提供 － 16 ℃ 的制冷剂 R134a 约 9 t / h， 制冰 3． 3 t /h。关键设备及其参数见表 1。
求雨岭门站天然气压力能用于发电和制冰项目 于 2011 年初开始建设，至今已完成一期工程，主要 是换热器、膨胀机、压缩机以及天然气管路的安装， 目前基本完成了设备的安装和调试工作。
④ 经济性分析 求雨岭门站天然气压力能利用工艺小时发电 200 kW·h，其中 105 kW·h 用于驱动压缩机制冰。 整个系统用于制冰的冷量共 441 kW·h，其中制冷 剂从低温天然气回收冷量 170 kW·h，制冷剂的温 度为 － 16 ℃ ，其 COP 约为 2，因此，制冷剂从低温天 然气回收冷量相当于节电 85 kW·h。 本项目设备投资 800 × 104 元。每小时共可节 电约 95 kW·h，若每年以 8 600 h 计，则年节电量为 81． 7 × 104 kW·h。电价以 0． 85 元 / （ kW·h） 计，则 本项目每年可节约电费 69． 4 × 104 元 / a。该项目制 冰规模约 80 t / d，按照每年约 359 d（ 8 600 h） 计算产 冰量，则年产冰量约 28 720 t / a，按照市售价格 150 元 / t 计算，则年制冰收益约 430． 8 × 104 元 / a。
CHEN Qiuxiong， XU Wendong， AN Chengming
Abstract： High efficient utilization of pressure energy from natural gas pipeline network is a key link of natural gas industry． Taking the natural gas utilization project at Shenzhen Qiuyuling gate station for example，the design idea，technological process，construction and operational aspect of the project are discussed，and the economic analysis is conducted． The investment of the project is about 800 × 104 yuan，the annual electricity-saving is about 81． 7 × 104 kW·h，the annual ice production is about 28 720 t，and the total annual income is 500． 2 × 104 yuan．
由于天然气降压时温度降低，通常天然气门站 都需要应用复热器进行天然气加热。采用天然气压 力能利用技术，可以有效地回收冷能，回收冷能后的
天然气温度为 2 ℃ 左右，无需利用复热器对天然气 进行加热处理，可以把天然气直接送入城市燃气管 网中，有效地节约能源。
利用压力能进行发电和制冰的技术，不仅可以 实现发电，缓解我国日益紧张的供电形势，同时可以 生产大量的冰来供工业和食品行业使用。该项技术 具有良好的节能效果和经济效益，符合国家节能环 保的相关产业政策，值得全面推广。
2 求雨岭门站天然气压力能的利用
① 设计思路 深圳求雨岭门站天然气压力能利用方案，是将 天然气的压力能通过透平膨胀发电机回收，天然气 在通过喷嘴和工作轮时膨胀，推动工作轮回转输出 外功，同时本身冷却。 冷却后的天然气和冷媒换热，冷媒再与水换热 达到制冰的目的。整个工艺实现对天然气压力能的 最大化利用。 ② 工艺流程 求雨岭门站天然气压力能利用方案将压力能用 于发电和制冰。首先对管网压降的压力能进行计 算，将这部分能量用于发电机发电，一部分电能供给 门站使用，多余的电能用于制冰。天然气流量为1． 5 × 104 m3 / h，膨胀机进口压力为 4 MPa，出口压力为 1． 65 MPa、温度为 － 29 ℃ ，制冰机所用的制冷剂为 R134a。工艺流程见图 1。 来自高压管网的 6 MPa 的天然气经调压阀降压 至 4． 0 MPa 后，进入透平膨胀发电机，膨胀至 1． 65 MPa，温度降至 － 29 ℃ ，在换热器 1 内与来自压缩机 1 的制冷剂换热后，温度升高至 2 ℃ 左右，并入城市 燃气市政管网。制冷剂 R134a（ 0． 14 MPa，9 000 kg / h） 经压缩机 1 压缩至 0． 3 MPa 后，分为两股： 一股 与透平发电机后的低温天然气换热，温度降低至 1 ℃ 左右，再经节流阀 1 膨胀至 0． 16 MPa，温度降至
天然气管网压力能发电制冰技术的开发及应用
进入到制冰机制冰。
图1
在整个过程当中,主要需要使用到以下设备:
透平膨胀发电机:发电功率为200kw。
压缩机:进口压力为140kpa,出口压力为300kpa。
压缩机:进口压力为300kpa,出口压力为900kpa。
制冰机:制冰能力每天
80吨左右。
制冷剂存储罐:容量为20立方米。
换热器:换热面积为900平方米,热负荷为700kW。
水泵:功率为1.6kW,扬程为30米,主要功能为循环冷却水循环。
这个过程当中,作为发电的主要设备:透平膨胀发电机主要的功能就是发电,而压缩机则主要是制冷的功能。
而国外大多都都会将压力能进行发电,本工艺则就实现了发电制冰的联合技术,实现了能量的最大化的利用。
1.3建设及运用情况
深圳求雨岭门站天然气压力能的利用最大的特点。
一种天然气管网压力能高效利用的方法及装置[发明专利]
![一种天然气管网压力能高效利用的方法及装置[发明专利]](https://360docs-1393072327.cos.ap-beijing.myqcloud.com/3ed685fac281e53a5902ff6a.webp)
专利名称：一种天然气管网压力能高效利用的方法及装置专利类型：发明专利
发明人：徐文东,樊栓狮,郑惠平,陈玉娟
申请号：CN201010190814.8
申请日：20100528
公开号：CN101852529A
公开日：
20101006
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种天然气管网压力能高效利用的方法及装置。
本发明方法包括：天然气压力能制冷和冷能利用。
第三冷媒储罐的常温液态冷媒与来自冷库的低温气态冷媒换热，温度降至17～22℃，再经调压阀降压至0.1MPa，温度为-32℃，进入冷库；同时，第二冷媒储罐的冷媒经调压阀降压至0.1MPa，温度为-32℃，进入冷库；与常温液态冷媒换热后的低温气态冷媒温度升至0℃，与循环水换热，循环水温度降低，低温气态冷媒自身温度升至10～15℃，返回第一冷媒储罐，循环备用。
可显著提高管网压力能利用率，本发明具有较大经济效益和广阔发展空间。
申请人：华南理工大学
地址：510640 广东省广州市天河区五山路381号
国籍：CN
代理机构：广州粤高专利商标代理有限公司
代理人：何淑珍
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天然气管网压力能用于废旧橡胶粉碎的制冷装置
天然气管网压力能用于废旧橡胶粉碎的制冷装置
熊永强;华贲;罗东晓;徐文东
【期刊名称】《现代化工》
【年(卷),期】2007(27)1
【摘要】介绍了一种利用回收高压天然气调压过程的压力能为废旧橡胶低温粉碎提供冷源的制冷装置。
在此制冷装置中,高压天然气被分成2股,其中一股通过气波制冷机降压产生低温,用于另一股高压天然气的预冷;预冷的高压天然气依次通过气波制冷机和透平膨胀机降压,能够产生-100℃以下的低温,再利用循环氮气作为冷媒为废旧橡胶粉碎提供冷源。
此方法不仅能够使高压天然气的压力能得到有效的回收利用,而且能够降低废旧橡胶低温粉碎的成本。
【总页数】4页(P49-52)
【关键词】压力能;废旧橡胶;低温粉碎;天然气管网
【作者】熊永强;华贲;罗东晓;徐文东
【作者单位】华南理工大学强化传热与系统节能教育部重点实验室;华南理工大学天然气利用研究中心
【正文语种】中文
【中图分类】F416.22;TH145.41
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多级膨胀天然气压差发电模拟及发电能力分析
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&"两级膨胀工艺设计最佳工况确定
虽然利用 !%"图与 #%$图的热力过程分析证 明多级膨胀工艺的发电功率高于单级膨胀但无法 得知发电增益以及最佳工作工况 本文结合我国城 市门站调压情况 利用 化 工 模 拟 软 件 -./01 23.3. 对天然气两级膨胀与单级膨胀进行模拟探究两级 膨胀发电量增益以及天然气出口温度情况确定两 级膨胀工艺的设计最佳工况
天然气压差发电前沿技术应用
天然气压差发电前沿技术应用摘要：为解决天然气调压站传统调压方式压力能浪费等问题，介绍了一种天然气管网压差发电技术。
该技术利用“两级膨胀发电+热泵分级补热+冷能利用”的工艺路线，对天然气管网压力能进行综合利用。
通过工程实践，成功验证了该工艺路线的可行性，为天然气管网压差发电技术的应用推广提供了安全运行保障和性能保证。
关键字：螺杆膨胀发电；压力能回收1、技术背景及意义2019年我国天然气消费量达到3064亿m3，天然气在一次能源消费中的比重达到8.1%[1]。
可以预见，我国天然气的消费量将越来越大。
天然气输送到用户时必须降压后才能使用，我国城市管网燃气管道设计压力从0.01～4.0MPa可分为7级[2]。
因此，调压站成为天然气管网中必不可少的设施。
根据天然气组分和初始状态不同,由节流膨胀导致的天然气温降约为4.5-6℃/MPa,传统的调压方式不但没能回收管网天然气中的压力能，而且还需要消耗一定的能源对天然气进行预热[3-5]。
2、国内外研究现状采用膨胀机械对管网天然气进行绝热膨胀（即等熵膨胀）减压，既可达到天然气调压的目的，同时由膨胀机带动发电机发电或其他机械回收膨胀功。
利用管网压差进行膨胀发电国内外相关的研究较多。
郑斌[6]等采用透平膨胀机为压差回收装置对天然气压差回收综合利用的理论及应用研究；Farzaneh-Gord[7]等在天然气压差发电技术的应用研究中使用了涡轮膨胀机；王硕[8]等在其天然气管网压差发电技术研究中采用流体马达作为膨胀机。
近几年由于螺杆膨胀机转速较低，具有轴封效果好，寿命长和体积小的特点，且可不通过减速装置直接驱动发电机发电，因而越来越多地被应用于天然气压差发电项目[9,10]。
3、应用情况3.1项目概况浙江省内某典型城市天然气调压门站接收上游省级管网来气并向下游管网供气。
该调压站原设计调压撬调压方式，存在较大的节流损失，造成了天然气管网压差的浪费。
为回收天然气管网节流调压方式损失的压力能，项目综合两级膨胀发电技术、热泵技术和冷能利用技术，采用了“两级膨胀发电+热泵分级补热+冷能利用”的工艺路线[11]，对现有的天然气管网调压方式进行改造，建设了一套天然气压力能发电系统，包括一套螺杆膨胀发电机组、一套热泵制冰系统，及相应的辅机设备和连接管道。
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【作者】大卫·理查德森
【作者单位】
【正文语种】中文
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【总页数】4页(P48-51)
【作者】陈秋雄;徐文东;陈敏
【作者单位】深圳市燃气集团股份有限公司,广东深圳518040;华南理工大学化学与化工学院传热强化与过程节能教育部重点实验室,广东广州510640;华南理工大学化学与化工学院传热强化与过程节能教育部重点实验室,广东广州510640【正文语种】中文
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