一種調壓站內天然氣熱值自平衡方法及其裝置的製作方法

2023-06-05 14:29:11 1

專利名稱：：一種調壓站內天然氣熱值自平衡方法及其裝置的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種調壓站內天然氣熱值自平衡的方法及其裝置。技術背景出於提高天然氣氣源供應穩定性、可靠性和拓展氣源釆購範圍、降低採購成本等方面的諸多考慮，城市燃氣企業通常採取多氣源(管輸天然氣、液化天然氣)對同一管網供氣，構成多氣源供應格局。由於天然氣產地及生產工藝的原因，各氣源間，比如管輸天然氣與液化天然氣(LNG)間，組分與燃燒特性參數存在較大差異。管輸氣熱值一般較低，而LNG熱值較高,通常熱值相差8%以上,最高達到12%(1000kcal/Nm3以上)。作為統一的城市天然氣管網，所供應的用戶是多種多樣的，情況複雜。既有對天然氣組分、熱值要求不太嚴格的鍋爐等工業用戶，也有對組分、熱值相當敏感的一些特殊用戶，比如電視機顯像管及玻璃薄殼管的加工企業，對溫度控制要求精度很高，要求燃氣組分和熱值相對平穩，天然氣熱值波動範圍不超過土iookcal/Nm3。此外，還有眾多的擁有各種不同品牌燃氣用具的居民用戶，夭然氣汽車用戶、燃氣輪機用戶等，它們對天然氣氣質的要求各有不同。現實的情況是，國家標準中對天然氣氣質標準未進行嚴格的統一和限制，導致組分、熱值差異較大的天然氣可以同時進入管網，因而有可能造成管網內的用戶各自使用不同氣質的天然氣，甚至出現部分用戶使用的天然氣燃燒特性頻繁變化的現象。由此帶來的具體問題如下〔1)同一管網內，居民用戶選用的燃具類別相同，但因使用的氣源不同而造成燃具熱負荷不同；(2)因供應管網的各氣源間"分界面"是處於動態變化之中的，因此導致部分用戶(兩路氣源交匯點)使用的氣源種類會反覆變化；(3)管網內用戶氣源單價只能相同，但消費者使用的天然氣熱值不一定相同，導致結算不公平，損害部分消費者利益。(4)部分對燃氣組分、熱值要求嚴格的特殊用戶，在使用熱值不穩定的氣源時，會影響產品質量。目前國內部分地區使用的管輸天然氣與液化天然氣組分與燃燒特性參數如下表1。表l:國內各地天然氣組分與燃燒特性參數一覽表tableseeoriginaldocumentpage3tableseeoriginaldocumentpage4注表內參數參比條件均為標準狀態下(0°C、101.325kpa)。典型的城市燃氣管網天然氣供應流程如下圖1。一般來說，一個較大型城市的天然氣供應管網，均有幾路天然氣氣源，其中有各類從氣源產地通過長輸管道輸送的管輸天然氣，也可能有通過海運的進口液化天然氣。比如北京市目前就有5路氣源，陝京一線氣、陝京二線氣、華北油田氣、西氣東輸氣(通過冀寧聯絡線輸送的新疆塔裡木天然氣)、天津大港油田大張坨地下儲氣庫氣，未來將有曹妃甸LNG接收站供應的進口液化天然氣；上海也將有4路氣源，即西氣東輸氣(新疆塔裡木天然氣)、東海平湖天然氣、未來由上海洋山LNG接收站輸送的進口液化天然氣和川氣東送管輸氣(四川達州普光氣田產天然氣)；廣州市也是這樣，未來將有4路天然氣氣源分別是由深圳LNG接收站、珠海LNG接收站供應的進口液化天然氣、川氣東送管輸氣(四川達州普光氣田產天然氣)、西氣東輸二線供應的土庫曼斯坦進口管輸天然氣。N種天然氣氣源(含管輸天然氣與液化天然氣)，從不同的方位進入城市天然氣接收門站，經過過濾、計量、調節、加臭等環節後進入天然氣高壓輸配管網，此時天然氣的壓力一般在5.0MPa左右。來自高壓管網的高壓天然氣除部分直接供應高壓用戶外，大部分則需要通過設在城市不同方位的調壓站調壓，比如減至中壓A級制(0.2-0.4MPa)供應給統一的城市中壓輸配管網，然後在供給中壓用戶或通過低壓調壓裝置減壓後供應居民用戶和公建、公商、公福用戶。從目前情況看，國內城市天然氣輸配管網絕大部分採用這種調壓模式。高壓天然氣在調壓站降壓過程中，其自身蘊含的大量壓力能沒能被有效利用，巨大的壓力能白白浪費掉不說，相反，降壓過程中還產生大量的噪音，而且由於急劇降溫，對調壓及管道設備運行造成威脅甚至損害。前述分析可知，多氣源供應同一城市燃氣管網，所引發的一系列問題都是因為不同氣源間熱值差異大的原因引起，為了確保城市天然氣管網內所有ffl戶用氣正常，在天然氣進入城市中壓管網之前，如何採取經濟、合理的措施，對其熱值進行平衡，同時對其壓力進行恆定，實現進入城市管網的所有天然氣熱值與燃燒特性參數(華白指數、燃燒勢)的統一，是解決上述問題的關鍵。一般來說，常見的熱值平衡方案有四大類增熱(值)方案；降熱(值)方案；管網隔離方案以及多氣源調配方案。各類方案特點如下(1)增熱方案1)高壓增熱為了避免在每個調壓站都必須建設增熱設施的弊端，選取在高壓系統，比如接收門站用LPG等高熱值氣體對熱值相對較低的管輸氣增熱，使整個高壓系統(包括中、低壓系統)熱值完全統一。優勢高、中、低壓所有用戶同網同氣質；用戶燃氣具熱負荷穩定；增熱點相對較少。缺點高壓增熱存在一定實施難度。採用LPG高壓氣化摻混方式，存在LPG難氣化、容易凝結等問題;而採用LPG高壓液相噴射摻混方式，則需解決摻混處吸熱、重組分凝結、摻混均勻、熱值儀檢測點選擇等多個問題；增加一路高熱值摻混設施，無疑多增加了一路危險源。且許多儲存、汽化設備均為壓力設備，增加安全管理難度；摻混設施佔地面積大，徵地困難；設備投資人，操作人員多，運行成本高。在不考慮LPG原料成本增加因素，預測增加混合氣(天然氣+LPG)運行成本為0.02元/m3。2)中壓增熱在管輸氣對應的調壓站中壓側用LPG等高熱值氣體對其增熱，使整個中壓系統熱值統一。其特點是技術上實現容易；運行成本相對低一些。缺點站點多而分散；投資較大；安全管理難度大，操作人員多；同時徵地也較困難；不考慮LPG原料成本增加因素，預測混合氣(天然氣+LPG)運行成本增加0.012元/m3左右。3)增熱方案可能存在的問題分析無論是高壓增熱還是中壓增熱，都是在天然氣中摻混高熱值氣體，即混入熱值較高的重質組分。需要特別關注的是此類重質組分凝結問題，特別是壓縮天然氣用戶(CNG汽車、CNG瓶組供應)，高壓(或低溫)條件下，C/組分是否會再液化(凝結)，必須有所考慮。(2)降熱方案1)高壓混空氣在供應較高熱值氣源的高壓系統接收門站摻混空氣，以降低其熱值，達到整個管網熱值一致之目的。優勢摻混點少，便於統一管理。流程相對簡單，設備不是太大；佔地面積較少，徵地問題相對容易解決一些；不受原料(LPG)價格和市場供應影響。缺點因空氣摻混系統壓力較高，耗能大，因而運行成本較高。預測混合氣(天然氣+AIR)運行成本增加0.035元/n)3左右；空氣摻混系統壓力等級較高，對設備安全性能要求嚴格。2)中壓混空在與供應高熱值氣源相對應的各中壓調壓站建設混空氣設施，實現對高熱值氣源降熱，以求中壓管網輸配系統熱值統一。一般來說，摻混系統中的熱值儀在線檢測和含氧量在線檢測儀是關鍵設備。通過熱值儀(直接檢測熱值)和氧含量分析儀(間接檢測熱值)雙重手段，達到出站混合燃氣(天然氣+AIR)熱值符合要求及確保安全的目的。優勢設備佔地面積相對小一些；設備投資較小，操作人員少，運行成本較低，預測混合氣(天然氣+八110增加運行成本為0.01元/!!13以下；因壓力等級低一些，相比增熱方案，安全性能較高；不受原料(LPG)價格和市場供應影響。缺點摻混點較多，需要在多個調壓站建設空氣摻混設施；一般調壓站地理位置偏遠，外部大容量電力供應存在困難。因此，只能選購燃氣空壓機，購置成本較高。此外，還增加部分運行成本。3)氣相LNG輕烴分離利用調壓站內高壓氣相LNG降壓過程中的壓力能，通過透平膨脹機、渦流管或氣波制冷機等技術，將天然氣壓力能轉換為冷能，從而使天然氣中重質組分(C2、C3)分離出來，到降低LNG熱值的目的，同時起"削峰填谷"作用。不過，此方法更適合用在LNG接收站。優勢設備佔地面積小，投資也不大；不需外加能源，運行成本也較低，預測增加運行成本為0.01元/V以下。缺點需要配套考慮LNG儲存、運輸、利用環節銜接，且低溫設備購置費用高，因而系統投資較大；國內使用先例不太多，缺乏足夠的運行經驗。設備的可靠性也有待檢驗；工藝較複雜，操作難度大一些。(3)管網隔離方案鑑於各種方案都存在一定的實施難度，特別是對於已經建成投產的門站、調壓站，要增加處理設施，一般都存在徵地困難問題，而且都會相應增加運行成本。因此，可以考慮通過隔離閥門將管輸天然氣與LNG供應系統分別獨立成網。正常情況下，兩網獨立運行，各自實行對應的銷售價格，應急情況下，兩網聯通運行。此方案的優勢在於可以兼顧原有供氣系統，無需增加處理設施，氣源成本沒有增加。缺陷是管網系統各自獨立，降低了氣源供應的靈活性和安全可靠性，聯網運行時的用戶費用結算也存在一定難度。(4)多氣源調配方案將管輸天然氣與氣相LNG，甚至其他氣體進行合理調配後供應城市燃氣管網，也是多氣源供應格局下，管網供氣的一種解決方案。實施該方案的前提是管輸氣與LNG的流量需相對恆定，而且接收點應處於同一地方，否則，會導致管網熱值波動。此外，嚴格控制熱值穩定存在相當的難度。因此，研發一種新技術和裝置，能夠低成本、操作簡便的回收利用該部分壓力能，且同時調配天然氣相關參數，使進入城市燃氣管網的各路天然氣熱值統一、燃燒特性相符合、壓力恆定，這不僅可以產生顯著的經濟、社會效益，同時還可消除降壓過程中的噪音和設備損傷隱患，節能又環保，是一道極有意義的課題。
發明內容為解決上述問題，本發明的目的是提供一種調壓站內天然氣熱值自平衡方法，具備節能、環保、投資省、運行成本低、安全可靠性高等特點。本發明的另一個目的是提供一種實現上述調壓站內天然氣熱值自平衡方法的裝置。本發明的目的是這樣實現的一種調壓站內天然氣熱值自平衡方法，其特徵在於包括以下步驟對調壓站內高壓天然氣降壓並使其恆定，將降壓過程的壓力能轉化成驅動能；驅動能用於生產壓縮空氣並摻混到前述已降壓的天然氣內，降低調壓站出站天然氣熱值與目標值一致。一種調壓站內天然氣熱值自平衡裝置，其特徵在於包括-透平膨脹機，用於對調壓站內高壓天然氣降壓，高壓大然氣降壓膨脹做功，帶動透平膨脹機的渦輪旋轉；-壓氣機，與透平膨脹機連接並與其渦輪聯動，用於生產壓縮空氣並摻混到經透平膨脹機降壓的天然氣內，降低調壓站出站天然氣熱值與目標值一致。還包括有發電機和/或由外部電力驅動的電動機，其中的發電機與透平膨脹機的渦輪聯動，電動機與透平膨脹機共同驅動壓氣機運作。本發明採用的是在調壓站內中壓側摻混空氣方式的降熱(值)方案，一般情況下不需要外部動力驅動壓氣機生產壓縮空氣，而是回收利用調壓站內高壓天然氣降壓過程中的壓力能，驅動壓氣機生產壓縮空氣，用於對高熱值天然氣進行摻混，以降低調壓站出站天然氣熱值與目標值一致，同時保證出站天然氣壓力符合要求。最大的特點是節能，同時可以省卻常規調壓設備的投資，消除運行過程中產生的噪音及其相關管道、設備由於急冷而存在的安全隱患，具有投資省、運行成本低、安全可靠性高、操作方便靈活等特點。圖1是典型的城市燃氣管網天然氣供應流程圖；圖2是常規調壓站流程圖圖3是本發明的裝置安裝位置示意圖；圖4是本發明的基本工藝流程示意圖；圖5是本發明的裝置結構示意圖。具體實施方式本發明充分利用高壓天然氣壓力能驅動壓氣機生產壓縮空氣與高熱值的天然氣(比如液化天然氣，即LNG)摻混，生產符合各項質量指標要求的"LNG+AIR"混合氣，是一種能夠實現天然氣熱值自平衡的方法和節能裝置。"國標"《城鎮燃氣分類和基本特性》(GB/T13611—2006)依據燃燒特性參數(華白指數和燃燒勢)，將天然氣劃分為五個類別，各類別的天然氣相應的技術參數指標如下表2。表2:各類天然氣燃具對應的特性指標(15'C、101.325kpa，幹)tableseeoriginaldocumentpage6常規調壓站流程如圖2所示，本發明裝置的安裝位置如圖3所示，圖4所示為本發明的基本工藝流程示意圖。本發明的天然氣熱值自平衡方法，至少包括以下步驟對調壓站內高壓天然氣降壓並使其恆定，將降壓過程的壓力能轉化成驅動能；驅動能用於生產壓縮空氣並摻混到前述已降壓的天然氣內，降低調壓站出站天然氣熱值與目標值一致。如圖5所示，本發明的天然氣熱值自平衡裝置，至少包括有透平膨脹機T，用於對調壓站內高壓天然氣降壓，高壓天然氣降壓膨脹做功，帶動透平膨脹機T的渦輪旋轉；壓氣機C，與透平膨脹機T連接並與其渦輪聯動，用於生產壓縮空氣並摻混到經透平膨脹機T降壓的天然氣內，降低調壓站出站天然氣熱值與目標值一致。來自a處的高壓、高熱值、常溫天然氣，經過流量計H後，由調節閥A調節流量後進入透平膨脹機T，膨脹做功，帶動透平膨脹機T的渦輪旋轉。膨脹做功後b處的天然氣，壓力、溫度均下降，通過調節閥B調壓(有時還可通過某些裝置升溫(比如加熱器、壓氣機冷卻水回水等)後，在d處再與溫度、壓力較高的壓縮空氣摻混，形成c處的熱值、壓力、溫度及燃燒特性均符合要求的"LNG+AIR"混合氣(產品氣)。透平膨脹機T同軸驅動壓氣機C轉動，從大氣f處吸取空氣並壓縮至一定壓力，成為e處的壓縮空氣，經過緊急切斷閥L、止回閥E、流量計G後，由調節閥N調節流量、壓力後在摻混點d處與LNG混合。經壓縮後的高溫空氣與降壓膨脹做功後的低溫LNG混合後正好相互交換熱量，使得c處的本發明裝置輸出的混合氣(LNG+AIR)熱值降低，壓力及燃燒特性符合城市中壓管網要求。系統中還可包括發電機G，與透平膨脹機T的渦輪聯動；由外部電力驅動的電動機M，驅動同軸的壓氣機C運轉。a處的高壓LNG驅動透平膨脹機T所產生的有效功(淨輸出功)WT與由外部電力驅動的電動機M輸出的有效功Wx之和，等於驅動壓氣機C壓縮相應流量空氣所需要的功Wc、發電機G發電做的功We及其它損耗所需要的功Wf，即WT+WM=WC+Wfi+Wf。當透平膨脹機T淨輸出功WT大於壓氣機壓縮所需空氣的功Wc:與損耗功之和時，電動機M空載或停運，多餘的能量驅動發電機G旋轉做功，發出的電力供調壓站作為站用電自用。當透平膨脹機T淨輸出功WT小於壓氣機C壓縮所需空氣的功Wc與損耗功之和時，發電機G停運，電動機M通過外部電力補充其所需要的能量，電動機M充當"補能"角色，在用足LNG壓力能的前提下，起補充能量之作用。此時，電動機M與透平膨脹機T一道，共同驅動壓氣機C運轉。考慮到主體裝置檢修等因素，本發明還設置有外部空氣供應系統，包括安裝在調壓站非防爆區域的電動空壓機K、外部壓縮空氣控制閥I、外部壓縮空氣供應流量計J，通過管道將壓縮空氣送至d處與LNG摻混，同樣可在c處形成符合要求的"LNG+AIR"混合氣(產品氣)。外部空氣補充迴路可彌補壓氣機C自產空氣量不足，此時停運電動機M。該空氣補充迴路還可用於本發明主體裝置故障時，與圖2中的備用調壓設備一道，實現對LNG調配熱值和燃燒特性之目的。本發明裝置還可設置有冷卻水能量回收裝置，該冷卻水能量回收裝置包括通過管道形成迴路的壓氣機水冷系統和透平膨脹機外殼的水冷夾層。壓氣機C採用水冷系統，經過壓氣機C後的高溫冷卻水由管道被送入透平膨脹機T外殼的水冷夾層，直接與低溫的渦輪膨脹機外殼換熱降溫後，再循環返回進入壓氣機C水冷系統，用於對壓氣機軸承等溫升部位降溫，同時可起到適當提高b處膨脹做功後LNG溫度的作用。為了確保c處混合氣的壓力恆定，本發明設置有壓力自動調節系統。一般情況下(在進入透平膨脹機T的LNG處於某一下限流量和壓力，且調節閥B全開時)，透平膨脹機出口b處的LNG壓力略高於燃氣管網要求的壓力值，即c處混合氣的壓力。自控系統通過分別調整調節閥A、B的開度，實現對LNG流量的調整，達到穩定混合氣壓力之目的。出於安全和經濟的考慮，任何情況下，壓氣機出口e處壓縮空氣的壓力要高於透平膨脹機出口b處的LNG壓力，保持一定的壓力差，差值以O.100.15MPa為宜。差值過大，系統經濟性變差；差值過小，則存在安全隱患，且混合難度加大。本發明設置有產品氣(LNG+AIR)熱值(燃燒特性)自動控制系統，包括C處的檢測裝置，對混合氣熱值(燃燒特性)參數進行實時監控，同時可以檢測產品氣壓力、組分、熱值、氧氣含量等參數；中央處理器，接收檢測數據並運算出壓縮空氣摻混流量，再輸出指令控制空氣摻混量；壓氣機進氣控制葉片D、放散閥門F，按中央處理器的輸出指令動作達到適合的開度，對壓縮空氣進氣流量或放散流量進行調節，確保摻混點d處與LNG摻混的空氣量符合要求，進而確保c處混合氣熱值恆定。本發明設置有安全連鎖控制系統，當監測到c處混合氣熱值低於某一設定值、同時氧氣含量高於某一設定值時，表明空氣摻混量過大，控制系統失靈，為安全起見，安全連鎖控制系統動作，驅動緊急切斷閥L關閉，切斷空氣供應。其它系統進行相應安全處理。其他部分重要設備，例如止回閥E,可確保LNG不會竄入壓氣機空氣系統；流量計H檢測進入本發明裝置的LNG流量；流量計G檢測用於摻混的空氣流量。正常情況下，對於組分一定的LNG，本發明能夠使空氣摻混流量與LNG流量的比值保持為一固定值，從而確保c處混合氣熱值恆定。調節閥N用於空氣減壓摻混。透平膨脹機T轉速依據工況變化可變。壓氣機C在低負荷工作狀態有可能出現喘振現象，因此，本發明在空氣壓縮機C出口側設置了空氣放散閥F，LNG流量低時能夠確保壓氣機C仍然在高於某一負荷狀態下運行，避免喘振現象發生，多餘的空氣量通過放散閥F放空。同樣，發電機G故障時，也通過此放散閥F平衡系統負荷。由上可知，本發明利用自身壓力能實現天然氣熱值(燃燒特性)自平衡；自產壓縮空氣與高熱值液化天然氣(LNG)實施摻混，達到調配熱值之目的；壓氣機出口高溫壓縮空氣無需冷卻直接與低溫氣相LNG摻混，各取所需，達到能量高效利用之目的；另外，利用壓氣機冷卻水與透平膨脹機外殼(低溫)實施熱交換，實現冷卻水系統無需外加能源即能循環應用；空氣摻混量始終跟蹤LNG熱值，確保產品氣熱值恆定；可以實現產品氣(混合氣)熱值、壓力，壓氣機產量、壓縮空氣壓力、發電或外用電多者關係達到有機平衡，即實施最優化生產運行方式；自動報警及聯鎖系統能確保發明裝置安全可靠運行，應急情況下，緊急切斷閥可自切斷空氣供應；設備結構方面新穎、系統匹配達到最優化；透平膨脹機出口壓力設置自動控制系統；壓氣機出口設置有單向止回閥門，避免LNG竄入空氣系統引發危險；設置"補能"電動機，實現LNG壓力能回收利用最大化；設置外部壓縮空氣供給迴路，用-丁本發明裝置檢修或應急備用；壓氣機出口設置空氣放散迴路，以適應發電機故障或供電迴路不匹配工況及避免壓氣機出現喘振現象。實施例l本實施例中，透平膨脹機T淨輸出功WT大於壓氣機壓縮所需空氣的功Wc與損耗功之和，透平膨脹機T同時帶動空氣壓縮機C和發電機G運行。以廣州市為例。一路氣源為引進澳大利亞LNG,其以氣相輸送至廣州市的天然氣調壓站，調壓站接收壓力為3.65.2MPa以上，然後通過調壓裝置減壓至0.2MPa進入廣州市統一的中壓管網。LNG氣源組分與燃燒特性參數如下表3。表3:澳大利亞天然氣組分與燃燒特性tableseeoriginaldocumentpage8此氣源之外，進入廣州市中壓管網的天然氣還有熱值相對低一些的管輸天然氣，即西氣東輸二線供應的土庫曼斯坦管輸天然氣和川氣東送管線輸送的國產普光氣田管輸天然氣，還有通過LNG接收站接收的其他國家的進口LNG。城市燃氣管網呈現多元化供應格局。由前所述，氣相的液化天然氣(LNG)較管輸天然氣熱值高出12%,出於經濟性、可操作性及"國標"要求等方面的綜合考慮，廣州市燃氣管網選取管輸天然氣作為統一的基準，選取12T燃氣具。為了使整個中壓燃氣管網熱值統一，對於熱值相對較高的氣相LNG，必須釆取降熱值措施。具體到本發明，在調壓站中壓端採用本發明的工藝技術及裝置，依靠高壓天然氣降壓過程中的壓力能生產壓縮空氣用於摻混，以降低熱值、調配燃燒特性與管輸大然氣一致。實施地點為廣州市的太和天然氣調壓站。進入調壓站的天然氣為澳大利亞進口LNG，高熱值、常溫的氣相LNG的最大流量為5.0萬m3/h，因為用戶的不均勻性，流量存在一定的不穩定性，但不是頻繁波動，而是有規律可循，且波動速率較為平緩。調壓站天然氣進口壓力為3.65.2MPa,要求出站產品氣熱值為36.0MJ/Nra3(8500kcal/Nm3)、壓力為0.20MPa,且基本恆定，送入城市統一中壓燃氣管網供用戶使用。傳統的調壓方式如圖2，三個迴路的調壓裝置(兩開一備)對高壓、高熱值氣相LNG降壓，使其符合中壓管網壓力要求，不能調配天然氣熱值與燃燒特性。本發明只保留原有1路傳統調壓裝置作為本發明裝置事故備用設備，將原有兩路調壓設備取消，改由本發明裝置替換(如圖3)。常溫、高壓、高熱值LNG在透平膨脹機T內降壓膨脹做功，帶動壓氣機C對吸入的空氣加壓，然後與膨脹做功後的LNG摻混，達到同時降低LNG熱值和壓力之目的。透平膨脹機T帶動壓氣機C後多餘的能量用於發電機G發電。本發明裝置流程圖如下圖5。①.參數計算經過計算機軟體模擬計算，相關參數如下(1)LNG處於上限流量和上限壓力時LNG流量為5.0萬m3/h、壓力為5.2MPaa)5.0萬mVh天然氣在透平膨脹機內由5.2MPa壓力降壓至0.2MPa時，在考慮能量轉換效率的條件下，自身攜帶的壓力能將6818m3/h空氣(LNG降低熱值至目標值所需要摻混的壓縮空氣量)加壓至0.35MPa後，富餘能量帶動發電機發電的功率為899.52kw。b)5.0萬mVh、l(TC高壓氣相LNG膨脹做功後，透平膨脹機出口b處的LNG溫度降為-60.5'C,壓力為0.26MPa。而此時，壓氣機出口e處的壓縮空氣流量為6818m3/h左右，溫度為152'C,壓氣機C風量進口控制葉片D處於基本全開狀態。c)5.0萬m'Vh、-60.5°C、壓力為0.26MPa的LNG，經過調節閥B降壓後，與流量為6818m3/h的壓縮空氣在摻混點d處混合，兩者摻混後，產品氣熱值為36.0MJ/Nm3(8500kcal/Nin3);壓力為0.20MPa。經過升溫措施後產品氣符合各項要求。(2)LNG處於下限流量和下限壓力時LNG流量為0.8萬ms/h、壓力為3.6MPaa)0.8萬m3/h天然氣在透平膨脹機內由3.6MPa降壓至0.2MPa時,在考慮能量轉換效率的條件下，自身攜帶的壓力能將1090m3/h空氣(LNG降低熱值至目標值所需要摻混的壓縮空氣量)加壓至0.35MPa後，富餘能量帶動發電機發電的功率為74.42kw。b)0.8萬m7h、lCrC高壓氣相LNG膨脹做功後，透平膨脹機T出口b處的LNG溫度降為-46.5'C,壓力為0.21MPa。而此時，壓氣機C出口e處的壓縮空氣流量為1090mVh，溫度為148°C,壓氣機C風量進口控制葉片D處於部分關閉狀態。c)0.8萬m7h、-46.5°C、壓力為0.21MPa的LNG,經過調節閥B降壓後，與流量為1090mVh的壓縮空氣在摻混點d處混合，兩者摻混後，產品氣熱值為36.0MJ/Nm3(8500kcal/Nm3);壓力為0.20MPa。經過升溫措施後產品氣符合各項要求。(3)LNG處於上、下限流量和上、下限壓力之間本發明裝置出口c處產品氣的熱值為36.0MJ/Nm3(8500kcal/Nm3);壓力為0.20MPa;經過升溫措施後產品氣符合各項要求。②.天然氣(V組分凝結問題分析依據計算機軟體模擬結果，LNG在透平膨脹機內膨脹做功後的壓力、溫度均下降。以典型組分計算，LNG膨脹做功後的溫度遠高於其重質組分的凝結溫度(露點溫度)，符合"國標"要求，不具備凝結條件。況且，從降壓膨脹做功到與後續摻混點d處與壓縮空氣混合，其間的過程極短，即便具備條件，凝結也難以實現。可見，不存在天然氣中重質組分在透平膨脹機內或管道內液化問題。待到天然氣與空氣混合，天然氣與空氣的混合氣體露點溫度即刻大幅度降低，更不存在重質組分凝結問題。③.產品氣熱值調控自動控制系統通過調節壓氣機風量進口控制葉片D和放散閥門H的開度，進而調整在摻混點d處的空氣摻混量，確保c處的產品氣熱值符合要求。.產品氣壓力調控自動控制系統通過控制調節閥A、B的開度，調整進入摻混點d處的LNG流量，進而確保c處的產品氣壓力符合要求。.混合氣體安全性分析依據可燃氣體爆炸極限計算公式，降壓膨脹做功後的天然氣，其爆炸極限為4.49%14.50%。按照"國家標準"《城鎮燃氣設計規範》(GB50028-2006)要求，可燃氣體允許混入的空氣量，必須確保可燃氣體高於爆炸極限2倍以上。即可燃氣體含量必須高於29%，空氣含量必須低於(12X14.50%)=61%,而本發明中最大空氣含量為12%,可見，安全性有保障。況且，混合後氣體溫度一般低於常溫，壓力也不高，安全性能是有所提高的。實施例2本實施例中，透平膨脹機T淨輸出功WT小於壓氣機壓縮所需空氣的功Wc與損耗功之和，透平膨脹機T與電動機M聯合帶動壓氣機C運行。本實施例的實施地點為廣州市吉山天然氣調壓站。進入調壓站的天然氣仍然為澳大利亞進口LNG，高熱值、常溫的氣相LNG，最大流量為3.0萬mVh，因為用戶的不均勻性，流量存在一定的不穩定性，但不是頻繁波動，而是有規律可循，且波動速率較為平緩。調壓站LNG進口壓力為1.6MPa左右，耍求出站產品氣熱值為36.0MJ/Nm3(8500kcal/Nm3)、壓力為0.20MPa,且基本恆定，送入城市統一中壓燃氣管網供用戶使用。傳統的調壓方式如圖2，三個迴路的調壓裝置(兩開一備)對高壓、高熱值氣相LNG降壓，使其符合中壓管網壓力要求，不能調配天然氣熱值與燃燒特性。本發明只保留原有1路兩級傳統調壓裝置作為本發明裝置事故備用設備，將原有兩路調壓設備取消，改由本發明裝置替換(如圖3)。常溫、次高壓、高熱值氣相LNG在透平膨脹機T內膨脹做功，帶動壓氣機C對吸入的空氣加壓，然後與膨脹做功後的LNG摻混，達到同時降低LNG熱值和壓力之目的。由於LNG在透平膨脹機膨脹所做的功不足以驅動壓氣機生產所需要摻混的壓縮空氣量，因此，不足的能量部分需要由電動機M補充。裝置流程圖如下圖5。①.參數計算調壓站LNG流量為3.0萬mVh、壓力為1.6MPa。經過計算機軟體模擬計算，相關參數如下a)3.0萬mVh天然氣在透平膨脹機內由1.6MPa壓力降壓至0.2MPa時，在考慮能量轉換效率的條件下，自身攜帶的壓力能不足以將4091m7h空氣(LNG降低熱值至目標值所需要摻混的壓縮空氣量)加壓至0.35MPa，LNG自身壓力能只能生產的壓縮空氣量為3510m7h。不足部分需由電動機"補能"生產。b)3.0萬m7h、l(TC次高壓氣相LNG膨脹做功後，透平膨脹機T出口b處的LNG溫度降為-5.0'C，壓力為0.26MPa。而此時，通過電動機M補能，壓氣機C出口e處的壓縮空氣流量為4091m3/h，溫度為150。C左右，壓氣機C風量進口控制葉片D處於基本全開狀態。c)3.0萬mVh、-5°C、壓力為0.26MPa的LNG，經過調節閥B降壓後，與流量為4091m3/h、溫度為150'C的空氣在摻混點d處混合，兩者摻混後，產品氣熱值為36.0MJ/Nm3(8500kcal/Nni3);壓力為0.20MPa。經過升溫措施後產品氣符合各項要求。②.天然氣C/組分凝結問題分析依據計算機軟體模擬結果，LNG在透平膨脹機內膨脹做功後的壓力、溫度均下降。以典型組分計算，LNG膨脹做功後的溫度遠高於其重質組分的凝結溫度(露點溫度)，符合"國標"要求，不具備凝結條件。況且，從降壓膨脹做功到與後續摻混點d處與壓縮空氣混合，其間的過程極短，即便具備條件，凝結也難以實現。可見，不存在天然氣中重質組分在透平膨脹機內或管道內液化問題。待到犬然氣與空氣混合，天然氣與空氣的混合氣體露點溫度即刻大幅度降低，更不存在重質組分凝結問題。③.產品氣熱值調控自動控制系統通過調節壓氣機風量進口控制葉片D和放散閥門H的開度，進而調整在摻混點d處的空氣摻混量，確保c處的產品氣熱值符合要求。.產品氣壓力調控自動控制系統通過控制調節閥A、B的開度，調整進入摻混點d處的LNG流量，進而確保c處的產品氣壓力符合要求。⑦.混合氣體安全性分析依據可燃氣體爆炸極限計算公式，降壓膨脹做功後的天然氣，其爆炸極限為4.49%14.50%。按照"國家標準"《城鎮燃氣設計規範》(GB50028-2006)要求，可燃氣體允許混入的空氣量，必須確保可燃氣體高於爆炸極限2倍以上。即可燃氣體含量必須高於29%,空氣含量必須低於(12X14.50%)=61%，而本發明中最大空氣含量為12%,可見，安全性有保障。況且，混合後氣體溫度一般低於常溫，壓力也不高，安全性能是有所提高的。權利要求1.一種調壓站內天然氣熱值自平衡方法，其特徵在於包括以下步驟對調壓站內高壓天然氣降壓並使其恆定，將降壓過程的壓力能轉化成驅動能；驅動能用於生產壓縮空氣並摻混到前述已降壓的天然氣內，降低調壓站出站天然氣熱值與目標值一致。2.根據權利要求1所述的調壓站內天然氣熱值自平衡方法，其特徵在於所述驅動能大於壓縮空氣所需能量與損耗功之和時，剩餘能量用於發電。3.根據權利要求1所述的調壓站內天然氣熱值自平衡裝置，其特徵在於所述驅動能小於壓縮空氣所需能量與損耗功之和時，不足的能量通過由外部電力驅動的電動機補足。4.一種調壓站內天然氣熱值自平衡裝置，其特徵在於至少包括-透平膨脹機，用於對調壓站內高壓天然氣降壓，高壓天然氣降壓膨脹做功，帶動透平膨脹機的渦輪旋轉；-壓氣機，與透平膨脹機連接並與其渦輪聯動，用於生產壓縮空氣；-摻混點，將經透平膨脹機降壓的天然氣與經壓氣機供給的空氣進行摻混，降低調壓站出站天然氣熱值與目標值一致。5.根據權利要求4所述的調壓站內天然氣熱值自平衡裝置，其特徵在於還包括有發電機和/或由外部電力驅動的電動機，其中的發電機與透平膨脹機的渦輪聯動，電動機與透平膨脹機共同驅動壓氣機運作。6.根據權利要求4所述的調壓站內天然氣熱值自平衡裝置，其特徵在於還包括與摻混點連接的備用的外部空氣供應系統，該系統包括安裝在調壓站非防爆區域的電動空壓機、外部壓縮空氣控制閥、外部壓縮空氣供應流量計。7.根據權利要求4所述的調壓站內天然氣熱值自平衡裝置，其特徵在於所述壓氣機出口處壓縮空氣的壓力高於透平膨脹機出口處天然氣的壓力。8.根據權利要求4所述的調壓站內天然氣熱值白平衡裝置，其特徵在於還包括有混合氣熱值與燃燒特性參數自動控制系統，包括-檢測裝置，對混合氣進行實時監控；-中央處理器，接收檢測數據並運算出壓縮空氣摻混流量，再輸出指令控制空氣摻混量；-壓氣機進氣控制葉片、放散閥門，按中央處理器的輸出指令動作達到適合的開度。9.根據權利要求4所述的調壓站內天然氣熱值自平衡裝置，其特徵在於還包括冷卻水能量回收裝置，該冷卻水能量回收裝置包括通過管道形成迴路的壓氣機水冷系統和透平膨脹機外殼的水冷夾層。10.根據權利要求4所述的調壓站內天然氣熱值自平衡裝置，其特徵在於還包括安全連鎖控制系統。全文摘要本發明涉及一種調壓站內天然氣熱值自平衡的方法及其裝置。本發明利用透平膨脹機對調壓站內高壓天然氣降壓並使其恆定，並將降壓過程的壓力能轉化成驅動能；輸出的驅動能驅動壓氣機運轉用於生產壓縮空氣並摻混到前述已降壓的天然氣內，從而降低調壓站出站天然氣熱值與目標值一致。本發明採用的是在調壓站內中壓側摻混空氣方式的降熱(值)方案，一般情況下不需要外部動力驅動壓氣機，最大的特點是節能，且工藝簡單，設備緊湊。同時可以省卻常規調壓設備的投資，消除運行過程中產生的噪音及其相關管道、設備由於急冷而存在的安全隱患，具有投資省、裝置運行成本低、安全可靠性高、操作方便靈活等特點。文檔編號F17D1/00GK101255946SQ200810026809公開日2008年9月3日申請日期2008年3月14日優先權日2008年3月14日發明者羅東曉申請人:羅東曉