天然气管网压力能发电制冰技术的开发及应用

杜雄飞

【摘 要】天然气产业当中有一个十分关键的环节就是对天然气官网压力能的高效利用。本文主要对于深圳求雨岭门站天然气压力能这个项目为例子，着重探讨了其中天然气官网压力能发电制冰技术的应用和分析。以下为主要分析内容。

【关键词】天然气压力能；发电；制冰技术；开发应用

中图分类号： TU996 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）14-0025-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.14.010

0 概述

余热、余压利用工程是我国当前极为重视的十项节能工程之一，并且也受到了当前我国政府部门和相关企业的重视，尤其是在高压天然气压力能的回收这一方面。2015年，我国就已经建立起了两纵两横的天然气输气管道，可以说，这对于天然气行业在我国的发展极为重要。但是尽管我国当前天然气官网输气压力相对较低，但是近年来也已经得到了飞速的提高，尤其是西气东输管道，其中最大的输气压力值也已经达到了10MPa，相对于国际水平而言，也处于一个比较先进的状态了。

对于天然气压力能的应用研究，美国、英国等公司通过将膨胀机技术与其他技术的相互融合，从而达到实现调压过程当中压力能的回收，该项研究当前也取得了一定的进展和成效。早在2008年，美国相关企业就通过将膨胀机和燃料电池组合在一起的技术的方式，从而建立了DFC-ERG系统，并且也进行了现场试验。英国某企业也通过在某地区天然气管道上安装微型膨胀机发电的方式，实现了发电功率可以达到1000KW/台的功效，而这些膨胀机的体积相对而言十分的小。而我国也通过热分离机对天然气脱水的装置，实现了将天然气管道的压力能作为动力，从而实现了压力能的回收。

但是尽管如此，我国的天然气压力能的利用也还处于初步发展的状态，与此同时，还出现了一系列的因素直接导致了我国天然气压力能的应用的停滞不前，比如说天然气管哇哦压力能利用技术依然比较落后、政府部门所出台的相关政策措施相对而言十分落后不匹配等等。那么此时，采取相应的技术就显得极为的重要，并且也能夠实现节能减排、绿色环保的目的。当前，在我国现有的天然气门站、调节站，尽肯能的降低投入成本的前提之下采取一种有效的、方便使用的工艺技术，使得能够首先在最低成本上实现高压管网的压力能转化为冷能，从而对其进行存储，最终用于冷库和冷水空调等相关的项目，这样能够有效地实现能源的循环利用，也有效的提高了能源的利用效率。而本文主要以深圳求雨岭门站的情况入手，通过压力能发电和制冰联合工艺方案，并也将管道天然气产业、制冰产业等相关的产业都进行了综合的考虑和分析，同时也意识到我国电力行业发展中存在的问题以及当前我国电力资源紧张的情况，可以说，这种工艺方案是具有极大的优势以及比较强的工艺示范意义的。以下为本文的主要内容。

1 深圳求雨岭门站天然气压力能的利用

以下主要从设计思路、工艺流程、建设及运用情况以及经济性分析这四个方面对于深圳求雨岭门站天然气压力能的利用展开了详细的分析探究。

1.1 设计思路

深圳求雨岭门站天然气压力能利用设计思路，首先第一步：回收天然气压力能，主要是通过透平膨胀发电机回收的方式；第二步：天然气在工作使膨胀，从而推送工作轮回传输外公，同时本身也逐渐冷却；第三步：冷却之后与冷媒进行换热，而冷媒再与水进行换热，最终实现制冰的目的。可以说，整个过程当中，最大化的实现了对于天然气压力能的利用。

1.2 工艺流程

深圳求雨岭门站天然气压力能的利用，主要是将其用于制冰和发电，其中最主要的还是发电，即将管网压降的压力能进行计算，从而将其中的一部分的能量用于发电机的发电，另一部分电能则用于求雨岭门站使用，多余的电能则应用于制冰。对于深圳求雨岭门站的天然气流量，大概为1.5*104m3/h，进口压力为4MPa，出口压力为1.65MPa，温度为零下二十九摄氏度，制冰机使用的制冷剂主要就是R134a，工艺流程图如下图1：

第一步，经过调压阀的高压天然气压力强度为6MPa，经过调压阀之后压力降低成为了4MPa，随后进入透平膨胀发电机，此时天然气压力强度为1.65MPa，此时的温度也降低到了零下二十九摄氏度。随后，经过了换热器以及通过制冷剂的换热之后，温度上升至零上二摄氏度，之后在进入到市政管网，正常运行。而另外一方面，制冷剂会经过压缩机压力强度降低到了0.3MPa，此后，则会分为两股：第一股，与透平发电机当中的天然气进行换热，温度会一定程度上降低，而经过节流阀，则会膨胀为0.16MPa，温度也会降低到零下十六摄氏度，随后进入到制冰机展开制冰工作。第二股，天然气压力能经过第二个压缩机压力强度会降低到0.9MPa，经过第二个换热器之后温度的冷却到零上三十摄氏度，经过第二个节流阀之后，压力强度会膨胀到0.16MPa，温度降低至零下十六摄氏度，之后在进入到制冰机制冰。

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就是实现了发电和制冰一体化，并且电能足够支撑整个门站的使用，从而实现了独立供电。但是需要注意的一点就是，由于不同的季节对于天然气的使用情况的差异性以及不同季节对于电力的需求不同，不同温度情况下制冷所需要的时间也不同，与此同时，天然气的输气量数值也不总是十分稳定的，为是在一个空间范围内波动，那么在这个过程当中，就需要综合考虑到电量的需求，冰块的需求以及天然气的流量，从而根据这些要素设计好阀门的开度和泵的参数，尽量降低季节因为和环境因素带来的负面的影响，实现天然压力能的最大化的利用。而通过采用透平膨胀发单机设备，不仅能够有效地降低投入的成本，更是能够在最短的时间内取得更大的效果，从而有效的缓解我国当前对于电力需求不足的情况。

深圳求雨岭站天然压力能应用于发电和制冰，起源于2011年，直到今天其实已经投入到实际的运作当中有一段想到能够长的时间了，这个过程当中，各方面设备的运行状况良好。

1.4 经济性分析

通过本工艺的应用，深圳求雨岭门站天然气压力能每小时能够发电200kW，其中105kW用于压缩机制冰，在整个工艺流程当中，用于制冰的总共可以达到441kW，但是其中回收的能量将近可以达到170kW，而制冰剂的温度普遍为零下十六摄氏度，COP为2，由此可计算得出，如果是在一个温度比较低的天气，就能够通过压力能的有效回收，从而实现节约85kW的电量，长期如此，所节约的电能十分可观。

通过笔者综合各个方面的调查，可以得出以下的数据，首先深圳求雨岭站天然压力能利用工艺项目所投入的全部成本大约在800*104人民币，而每小时可节约电量大约为95KW·h，如果每年该工艺能够运作8600个小时，那么一年可节约的电量大约是在81.7*104kW·h，按照每度量0.85元人民币计算，一年可节约人民币69.4*104元，而每年的制冰收益，通过相关的数据计算，大约在430.8*104人民币左右。

2 分析

当前条件之下，深圳求雨岭站天然气的总流量为每小时18*104立方米，而压力强度在调压前是4.0Mpa，调压之后为1.6Mpa，这些压力能如果全部投入到发电和制冰工艺，则能够实现每小时发电2400KW，制冰每天1000吨左右。深圳求雨岭站天然气压力能的利用项目是为国内首创，因此其中的相关设备的需求也需要考虑多样化和功能最大化。而其实该项目所使用的设备尤其是透平膨胀机满足了当前项目对于设备的所有需求。目前，該项项目在技术方面的研究已经颇具成果，并且有也已申报了技术发明和专利。

小结：天然气的使用可以说在我国已经十分普遍了，但是在其使用的过程当中，其实还存在着一定程度上的浪费，尤其是天然气压力能。而本文主要通过深圳求雨岭门站的分析，将天然气压力能的使用转变为电能和制冰，极大的解决了能源浪费的问题。本文内容可供相关人士参考。

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