天然气压力能回收利用研究进展及分析.pdf

第 4 3卷第 1 2期 2 0 1 4 年 1 2 月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e mi c a l I n d u s t r y V o 1 ．4 3 ，N o ． i 2 D e c e mb e r ，2 0 1 4 天然气压力能回收利用研究进展及分析 李秉繁 ，刘培胜 ，潘振 ， 孙 超 I ． 辽宁石油化工大学 ， 辽宁 抚顺 1 1 3 0 0 1 ； 2 ．中国石油天然气管道工程有限公司，河北 廊坊 0 6 5 0 0 0 摘 要随着我国长输管道 高压 的发展 ，管道内的高压天然气的压力能所具有的经济价值是不容忽视 的，天然气压力能利用包括直接利用和问接利用，介绍了高压天然气 C N G 直接膨胀发电、天然气压力能用 于制冷技术和一种改进的将天然气压力能用于冷热电三联供的方法与装置存在的问题及分析。 关键词压力能；经济价值； 压力能利用 中图分类号T E 8 3 2 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 41 2 2 5 9 1 0 3 Re s e a r c h a nd Ana l y s i s o f Re c y c l i ng Pr e s s ur e Ene r g y Fr o m Na t u r e Ga s Pi pe l i ne s L I B i n g - f a n ，L I UP e i s h e n g ，P E NZ h e n ，S U NC h a o 1 ． L i a o n i n g S h i h u a Un i v e r s i t y , Li a o n i n g F u s h u n 1 1 3 0 01 ， C h i n a ； 2 ． Ch i n a P e t r o l e u m P i p e l i n e E n g i n e e r i n g Co r p o r a t i o n，He i b e i La n g f a n g 0 6 5 0 0 0，Ch i n a ； Ab s t r a c t Wi t h t h e d e v e l o p me n t o f C h i n a ’ S l o n g d i s t a n c e p i p e l i n e s h i g h p r e s s u r e ， e c o n o mi c v a l u e o f t h e p r e s s u r e e n e r g y o f h i g h p r e s s u r e n a t u r a l g a s i n t h e p i p e l i n e s s h o u l d n o t b e i g n o r e d ， a p p l i c a t i o n o f t h e p r e s s u r e e n e r g y i n c l u d e s d i r e c t u t i l i z a t i o n a n d i n d i r e c t u t i l i z a t i o n ． I n t h i s p a p e r , t h e h i g h p r e s s u r e n a t m a l g a s C NG d i r e c t e x p a n s i o n p o w e r g e n e r a t i o n t e c h n o l o g y , n a t u r a l g a s p r e s s u r e e n e r gy r e fri g e r a t i o n t e c h n o l o g y a n d CC HP t e c hn o l o gy we r e i n t r o d u c e d ； e x i s t i n g p r o b l e ms i n t h e s e u ni t s we r e a n a l y z e d ． Ke y wo r d s P r e s s ur e e n e r g y ； E c o n o mi c v a l u e ； P r e s s u r e e n e r g y u s e 如表 1 所示 国内部分天然气管道基本参数 n ， 输送管道的发展在距离上 、 压力上不断的刷新历史 ， 为了经济的可持续发展和节约资源 ，管道压力能所 蕴含 的巨大经济价值得到了人们广泛 的关注。 表 1 国内部分天然气管道基本参数 Ta bl e 1 The bas i c par a m e t e r s o f t h e do m e s t i c par t i al na t ur a l ga s pi pe l i n e s 以西气东输二线管道 压力可达到 1 2 MP a 的 设计运行 ，标志着我国长输管道技术达到国际先进 水平 。 1 天然气压力能用于发电技术 1 ． 1 用于直接膨胀发电 如图 1 所示天然气压力能用于直接膨胀发电装 置，高压天然气经过加热器加热后进入透平膨胀机 膨胀驱动发 电机发电 ，再经过加热器后以低压天然 气的形式输 出。其中 ，加热器的作用是防止天然气 膨胀后温度降低到 0℃以下使天然气中的水分凝 结阻塞管路口 。 加热器 图 1 天然气 压力能用于直接膨胀发 电装置 F i g ． 1 Ga s p r e s s u r e e n e r g y d i r e c t e x pa n s i o n p o we r ge ne r a t i on pl ant 1 ． 2 膨胀后的低温天然气用于降低燃气轮机的吸 气温度 由布雷顿循环知 ，在定压加热过程中温度达到 临界值时，若降低燃气轮机的吸气温度，则循环作 功和其效率将得到显著提高。膨胀后的低温天然气 用于冷却燃气轮机入 口 进入的空气 ，提高进入燃气 轮机的空气质量 以提高其循环作功和效率 。 现存的天然气压力能用于直接膨胀和降低燃 气轮机的吸气温度相结合的一种新型天然气压力能 发电技术，不仅减少了管网压力能的浪费也提高了 发 电量综合利用 了资源 。 收稿 日期2 0 1 4 - 0 4 1 2 作者简介 李秉繁 1 9 0 1 一 ， 男， 辽宁抚顺入， 研究生在读， 辽宁石油化工大学油气储运专业， 研究方向 油气管道输送技术。 E - m a i l 6 7 0 2 6 4 5 2 2 q q ． c o m 。 化 工 1 ． 3 天然气压力能用于发电技术存在的问题 1 高压天然气的爆炸极限较低， 高压天然气 进入透平膨胀机之前必须经过预热 ，防止天然气膨 胀后温度降低使天然气 中的水蒸气凝结 ，天然气局 部温度能以控制问题。 2 建设大型天然气压力能回收发电工厂 ， 需 要大量地高压天然气而天然气管网化 、城市接收门 站和调压站的分散布局 ，建厂的困难 问题。 3 天然气的使用由于用户、时间 、温度 、节 气的不 同，天然气的使用量不断变化而利用高压天 然气压力能发电必须满足天然气供应的压力和流量 稳定问题 。 2 天然气压力能用于燃气调峰 天然气高压管道调峰主要是指利用邻近城市的 压气站到城市接收门站这一管段 ，将天然气 以压缩 天然气 的形式储存在这一管段 中。城市燃气使用量 随着时间、温度 、气候等息息相关 ，用气量波动巨 大，每天都要面临着 “ 调峰” ，当用气量多时， 天然 气管网的高压天然气膨胀输送给用户，当用气量少 时，天然气以高压天然气的是形式储存在管网中嘲 。 3 天然气压力能用于制冷技术 3 ． 1 天然气压力能制冷用于粉碎橡胶 我 国橡胶消费量每年 以 7 ． 2 ％的速度增长 ， 2 0 1 3 年增至 3 ． 71 0 t 。 。废 旧橡胶的回收利用 已成 当务之急 。将天然气压力能制冷用于废旧橡胶冷却 至玻璃化温度 一 1 0 0 ℃左右 后在进行粉碎的方 式与传统 的粉碎方式不仅节省了粉碎机的能耗 、减 少了噪音也合理利用了能源。 以处理 1 4 0 0 0 m ／ h天 然气的调压站为例， 压力从 5 M P a 降至 0 ．5 M P a 的 高压天然气能够处理约 1 0 0 0 0 t 的废旧橡胶 。 3 ． 2 天然气压力能制冷用于不 同品味的冷能用户 0 ℃ 一 l 5 ℃ 机 图 2 天然气压力能制冷用于不同品位的冷能用户流程图 F i g ． 2 Na t u r a l g a s pr e s s u r e e n e r g y r e f r i g e r a tio n f l o wc h a r t f o r d i f f e r e n t g r a d e u s e r s 如图 2所示 ，天然气压力能制冷用于不同品位 的冷能用户， 高压天然气经过气波制冷机换热器 1 、 2 、 3 后以低压常温天然气的形式输出， 将一 3 0℃用 于低温冷库 ，将一 1 5 c IC 用于较低温冷库 ，0℃用于 空调系统 。将天然气压力能用于制冷不仅较少 了压 缩机制冷的成本，低温天然气的冷量梯级利用也提 高了压力能的利用效率 。 3 。 3 天然气压力能制冷用于液化燃气调峰 如图 3 所示天然气压力能制冷用于液化天然气 调峰流程 图，高压天然气经过膨胀机 1 膨胀作功后 变为中压低温天然气 ，膨胀机驱动压缩机 5压缩常 温常压的冷媒 ，从膨胀机 出来 的高压冷媒经过水冷 却再经过节流阀 3 进入换热器 2用于制取 L N G；从 膨胀机 1出来的中压低温天然气一部分经过换热器 6 预热后供给中压天然气管网，一部分经过换热器 2 、 节流 阀7以常压 L N G的形式储存在 L N G储罐 中； 当用气高峰时 ， L N G经过压缩机 9供给中压天然气 管 网，实现 了天然气 的调峰作用 ⋯ 。 中压天然气 图 3 天然气压力能制冷用于不同品位的冷能用户流程图 Fi g． 3 Na t ur a l ga s pr e s s ur e e ne r g y r e f r i g e r ation flowc ha r t f o r d i f f e r e n t g r a d e u s e r s 1 ．透平膨胀机； 2 、4 、6 ．换热器； 3 、7 ． 节流阀； 5 、9 ． 压缩机； 8 ． L N G储罐 3 ． 4 天然气压力能用于制冷技术存在的问题 1 高压天然气在膨胀作功之前必须经过预热 防止混合在天然气中的水分凝结 ，高压天然气产生 的冷量效益与预热效益收支问题 ； 2 气波制冷机 的制冷效率低问题 ； 3天然气压力 、流量不稳定问题。 用于低温冷库 ，将一 1 5 ℃用于较低温冷库 ，0℃用 于空调系统 。将天然气压力能用于制冷不仅较少 了 压缩机制冷的成本 ，低温天然气 的冷量梯级利用也 提高了压力能的利用效率。 4 一种改进的将天然气压力能用于冷 热电三联供的方法与装置 如图 4所示一种改进的将天然气压力能用于冷 热电三联供的装置 ，高压天然气经过预热后进入透 平膨胀机膨胀作功驱动压气机汽轮机同轴转动 ，经 过透平膨胀机后的低温常压天然气进入换热器用于 第 4 3卷第 1 2期 李秉繁，等天然气压力能回收利用研究进展及分析 2 5 9 3 预冷燃气轮机进口的空气，换热器还可以提供空调 制冷系统所需的冷量 。一种改进的将天然气压力能 用于冷热 电三联供的方法与装置 ，其优点在于 1 天然气压力能用于膨胀作功驱动压气机、汽轮机提 高了传统冷热电三联供的发电量减少了天然气压力 能的浪费；2 将从膨胀机出来的低温常压天然气用 于冷却燃气轮机的吸气温度，提高了燃气轮机的工 作效率； 3 低温常温天然气还可以为空调系统提 供冷量 ，合理利用天然气所蕴含的冷能n ” 。 供 图 4 一种改进的将天然气压力能用于冷热电三联供装置 Fi g ． 4 An i m pr o ve d nat ur a l ga s pr e s s ur e e ne r g y CCHP s y s t e m 1 一 预热器； 2 - 透平膨胀机； 3 - 压气机； 4 - 燃烧室； 5 - 汽轮机； 6 - 发电机； 7 一 换热器； 8 - 冷凝器； 9 - 节流阀； 1 0 一 蒸发器； 1 1 - 膨胀机； 1 2 一 余热锅炉 5 结束语 根据天然气压力能用于发电技术存在的问题提 出的以下解决办法 1 净化天然中的水分； 2 建 设小型压力能发电厂，与冷热电三联供相结合将天 然气压力能用于直接膨胀发电，低温天然气用于冷 却燃气轮机进 口吸气温度 ； 3 建设调峰装置 ，以便 电厂的安全稳定运行 。 根据提 出的以下解决办法 1 采用多能级梯度 利用天然气压力能产生的冷量 ；2 为稳定天然气压 力、流量建设必要的调峰罐，提高膨胀机的稳定作 功 。 天然气压力能的利用不仅减少 了压力能资源的 浪费 ，也减少了发电过程 、制冷过程汽轮机和压缩 机能耗，压力能的利用符合我国节能标准㈣。 参考文献 [ 1 ]樊栓狮 徐东来 解东来． 天然气利用新技术[ M1 ．北京 化学工业出 版社 ，2 0 1 2 ，9 5 7 ． [ 2]王松岭，论立勇， 谢英柏． 基于天然气管网压力能回收的联合循环构 思【J J ．热能动力工程， 2 0 0 5 ， 0 6 6 2 8 6 3 1 ． [ 3 ] M F a r z a n e h G o r d ，M J a v a d Ma g h r e b i ． E x e r g y o f n a t u r a l g a s fl o w i n I r a n s n a t u r a l g a s f i e l d s [J ] ． I n t ．J ． E x e r g y 2 0 0 9 5 6 5 7 ． [ 4]刘 宗斌 ； 徐文东 ； 边海军； 陈敏． 天然气 管网压力能利用研究进展 【 J J ． 城市燃气， 2 0 1 2 0 1 1 4 1 8 ． 1 5 j M． F a r z a n e h - G o r d ，M． S a d i ． E n h a n c i n g e n e r g y o u t p u t i n i r a n ’ s n a t u r a l g a s p r e s s u r e d r o p s t a t i o n s b y c o g e n e r a t i o n [ J ] ．J o u r a l o f t h e E n e r g y I n s t i t u t e ， 2 0 0 8 7 8 8 0 ． [ 6 ]郑志， 王树立， 陈思伟， 宋琦， 谢磊． 天然气管网压力能用于 N G H储气 调峰的设想[ J ] ． 油气储运， 2 0 0 9 1 0 8 4 9 2 ． [ 7 ]中商情报 J h t t p ／ ／ w w w ． a s k c i ．t o m 中国天然橡胶消费量 [O L ] ．2 0 1 3 0 3 - 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