天然氣壓力能綜合利用裝置變工況聯鎖控制系統的製作方法

2023-06-23 10:36:26 2

本實用新型涉及適用於天然氣門站的壓力能綜合利用裝置和節流調壓管路的變工況運行調節，具體為天然氣壓力能綜合利用裝置變工況聯鎖控制系統。

背景技術：

目前，國內對於天然氣壓力能綜合利用的研究較多，主要集中在天然氣壓力能膨脹發電，涉及天然氣壓力能發電利用的專利也較多，主要涉及的壓力能綜合利用裝置為膨脹機。當選用螺杆膨脹機作為天然氣壓力能綜合利用裝置時，由於螺杆膨脹機屬於容積式流體機械，其螺杆轉速確定後，膨脹機的入口天然氣工況體積流量也就確定。當天然氣輸氣量發生變化時，如不對螺杆膨脹機的入口工況體積流量進行調節，膨脹效率將降低，嚴重時發生膨脹後天然氣壓力波動大、輸氣量不足等問題而影響下遊管網的安全運行。天然氣門站運行過程中，天然氣輸氣量隨著下遊城市管網用氣需求的變化是十分常見的現象，以某設計輸氣量為10000 Nm3/h的天然氣門站為例：在不同時段，天然氣輸送量在2500~12000 Nm3/h之間波動。如不實施本實用新型，為確保天然氣出站壓力符合下遊管網要求，螺杆膨脹發電機只能在天然氣流量為10000 Nm3/h左右的較窄範圍內運行，降低了膨脹發電裝置的經濟性。

綜上所述，在天然氣站場應用壓力能綜合利用裝置時，必須解決壓力能綜合利用裝置對天然氣輸氣量變工況特性的適應性並維持下遊供氣壓力穩定。

授權公告號為CN203362233U的專利公開了一種利用天然氣門站壓力能的螺杆膨脹動力機發電系統，該專利採用螺杆膨脹機回收天然氣的膨脹功發電，但是並未考慮膨脹後天然氣出口壓力的穩定控制。授權公告號為CN104088605A、CN101943323A和CN102563958A的實用新型專利，在利用膨脹發裝置回收天然氣壓力能發電時，同樣未涉及膨脹後天然氣壓力的控制方法。

授權公告號為CN203847188U的專利公開了一種天然氣門站餘能膨脹發電系統，該專利採用綜合利用機組回收天然氣中的壓力能，涉及的流量調節閥主要是為了調節天然氣供冷量，並且採用電氣控制同樣會造成天然氣流量的不穩定性，將對下遊天然氣管網造成嚴重影響。

授權公告號為CN203430574U的專利提出採用流量調節閥來調節膨脹發電機組發電功率，並採用壓力溫度平衡器來穩定膨脹後天然氣的壓力和溫度。但是流量調節閥採用電控形式，存在信號延遲性，同時，儘管採用了壓力溫度平衡器來穩定膨脹後的天然氣壓力，但是調節精度較低，無法保證充分利用天然氣壓力能。

技術實現要素：

針對上述問題，本實用新型提供了天然氣壓力能綜合利用裝置變工況聯鎖控制系統和方法，通過綜合利用系統管路與節流調壓管路並聯運行的聯鎖控制，保證天然氣輸送量變動時，綜合利用裝置能夠實現變工況穩定運行並滿足下遊管網安全運行。

本實用新型第一目的在於提供一種天然氣壓力能綜合利用裝置變工況聯鎖控制系統，天然氣壓力能綜合利用裝置變工況聯鎖控制系統，上述系統包括節流調壓管路和壓力能綜合利用系統管路，其特徵在於，上述節流調壓管路包括調壓前匯氣管，其進口與高壓天然氣進口管道相連，其出口分為兩路，一路由依次相連的第一截止閥、第一安全切斷閥、第一調壓器、第二調壓器、第二截止閥、匯氣管，下遊城市管網相連組成；另一路通過第三截止閥與壓力能綜合利用系統管路相連，上述壓力能綜合利用系統管路通過管道匯合進入上述匯氣管中；上述壓力能綜合利用系統管路包括依次相連的第二安全切斷閥、進口緊急關斷閥和電動調節閥、壓力能綜合利用裝置、第四截止閥與節流調壓管路匯合後，進入調壓後匯氣管。

本實用新型進一步設置為，上述第一安全切斷閥、第一調壓器、第二調壓器、第二安全切斷閥、電動調節閥均根據控制系統反饋的天然氣出站壓力值進行調節。中，第一安全切斷閥和第二安全切斷閥為下遊反饋壓力超過設定值時自動進行切斷的安全設備，第一調壓器和第二調壓器可根據下遊反饋壓力自行調整開度以確保下遊天然氣壓力穩定調壓器一般分為自力式和電動式，自力式主要通過下遊天然氣作為驅動力自行工作，電動式主要通過分析反饋信號來控制電機動作以實現自動調壓；根據不同天然氣站場設計要求，調壓器數量可增減。電動調節閥根據壓力能綜合利用裝置出口天然氣壓力調節閥門開度，確保出站天然氣壓力的穩定。

本實用新型的第二目的在於提供一種如上上述系統的聯鎖控制方法，上述系統應用於天然氣城市門站並保證天然氣城市門站的不間斷供氣，上述系統的節流調壓管路與綜合利用系統管路通過聯鎖控制方法控制運行狀態，方法具體包括如下；

（a）通過設定第一調壓器和第二調壓器的工作壓力，保證綜合利用系統管路不運行或者低於最低運行流量時，完全靠節流調壓管路供氣；

（b）下遊城市管網用氣量大於綜合利用裝置最高運行流量時，依靠節流調壓管路對超出部分進行分流；

（c）當下遊城市管網用氣量小於綜合利用裝置允許最大進氣流量時，節流調壓管路自動關閉，綜合利用系統管路依靠電動調節閥預節流以適應用氣量要求，同時滿足綜合利用裝置的進氣量需求。

與現有技術相比，本實用新型所提供的天然氣壓力能綜合利用裝置變工況聯鎖控制系統和方法，具有以下優點：

（1）採用穩定性很高的自力式或電動式調壓器和調節精度較高的電動調節閥，通過壓力自動調節管路通氣量，實現壓力能綜合利用裝置的變工況運行並滿足下遊城市供氣壓力要求。

（2）當下遊城市用氣量滿足膨脹機工況流量區間時，保證壓力能綜合利用裝置穩定運行並滿足下遊城市供氣壓力穩定。

（3）當下遊城市用氣量高於壓力能綜合利用裝置最高運行流量時，實現壓力能綜合利用系統管路和節流調壓管路的並聯協調運行，在保證下遊管網安全年運行的情況下，維持壓力能綜合利用裝置穩定運行。

（4）當下遊城市用氣量低於膨脹機最低運行流量時，實現綜合利用系統管路與原節流系統管路的自動切換，既保護了綜合利用裝置，又能保障下遊供氣壓力的穩定。

（5）通過在壓力能綜合利用裝置進口均設置緊急關斷閥，可進一步保障壓力能綜合利用裝置安全，確保壓力能綜合利用裝置停機或故障時能夠迅速切換回節流調壓管路，保障下遊供氣的連續性和穩定性；同時，必要時可在出口加裝緊急關斷閥作雙重保障。

附圖說明

圖1為本實用新型的原理圖。

具體實施方式

在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本實用新型。但是本實用新型能夠以很多不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本實用新型內涵的情況下做類似推廣，因此本實用新型不受下面公開的具體實施例的限制。

下面結合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式做進一步的說明。

實施例1

在本實施例中，結合附圖，對本實用新型的結構進行詳細描述。

請參見附圖，本實用新型提供了天然氣壓力能綜合利用裝置變工況聯鎖控制系統和方法，通過綜合利用系統管路與原天然氣節流調壓管路並聯運行控制，保證輸氣量波動時，綜合利用裝置能夠穩定地運行並維持下遊城市供氣壓力的穩定，實現壓力能綜合利用系統管路和節流調壓管路協調穩定運行。

上述節流調壓管路包括調壓前匯氣管1，其進口與高壓天然氣進口管道相連，其出口分為兩路，一路通過第一截止閥3與第一安全切斷閥4的進口相連；另一路通過第三截止閥8與第二安全切斷閥9的進口相連；

第一安全切斷閥4的出口與第一調壓器5的進口相連，第一調壓器5的出口與第二調壓器6的進口相連，第二調壓器6的出口通過第二截止閥7與調壓後匯氣管2進口相連，調壓後匯氣管2的出口與下遊城市管網相連。

壓力能綜合利用系統管路包括第二安全切斷閥9，其進口通過第三截止閥8與調壓前匯氣管1出口相連，其出口與進口緊急關斷閥10進口相連，進口緊急關斷閥10的出口與電動調節閥11進口相連，電動調節閥11出口與綜合利用裝置12的進口相連，綜合利用裝置12的出口通過第四截止閥13與節流調壓管路匯合後，進入調壓後匯氣管2。

作為本實施中的優選實施方式，上述第一安全切斷閥4、第一調壓器5、第二調壓器6、第二安全切斷閥9和電動調節閥11均通過天然氣出站壓力作為反饋進行調節，其中，第一安全切斷閥4和第二安全切斷閥9為自動進行切斷的安全設備，當下遊城市管網壓力達到設定切斷壓力時，能夠自動切斷供氣；第一調壓器5、第二調壓器6均為自力式或電動式調壓器（根據不同天然氣站場設計要求，調壓器數量可增減）。電動調節閥11電動根據壓力能綜合利用裝置12出口天然氣壓力調節閥門開度，確保出站天然氣壓力的穩定。

實施例2

在本實施例中，結合附圖，對本實用新型的具體實施方式進行詳細描述。

本技術方案應用於天然氣站場。如圖所示，本實用新型提供天然氣壓力能綜合利用裝置變工況聯鎖控制系統和方法，包括壓力能綜合利用系統管路和節流調壓閥管路。

為了保證天然氣站場的不間斷供氣，正常運行時，節流調壓管路與綜合利用系統管路實行聯鎖控制。通過分別設定第一調壓器5和第二調壓器6的工作壓力，保證綜合利用系統管路不運行或者低於最低運行流量時，完全靠節流調壓管路供氣；綜合利用系統管路工作已經運行在綜合利用裝置12最高運行流量，仍不能滿足下遊管網用氣量要求時，依靠節流調壓管路分流；當下遊用氣量在綜合利用裝置12正常運行流量範圍內時，節流調壓管路關閉，綜合利用系統管路依靠電動調節閥11預節流以適應用氣量要求，同時滿足綜合利用裝置12的進氣量需求。

具體結合以下控制方法展開說明：

以某天然氣城市門站為例，下遊正常供氣壓力在P左右，要求壓力能綜合利用裝置12出口壓力在P+ΔP以上（通過電動調節閥11進行控制），第一調壓器5的工作壓力設定為P+ΔP，第二調壓器6的工作壓力設定為P，第一調壓器5、第二調壓器6和電動調節閥11的工作狀態和管路運行情況隨出站天然氣壓力的變化如下：

（1）當天然氣輸氣量高於綜合利用裝置12的最高運行流量時，出站天然氣壓力逐漸降低，當綜合利用裝置12出口天然氣壓力降低到P+ΔP直至P以下，此時第一調壓器5和第二調壓器6相繼開啟，超出壓力能綜合利用裝置12最高允許進氣量部分的天然氣分流進入節流調壓管路。

（2）當天然氣輸氣量滿足綜合利用裝置12的正常運行流量範圍時，出站天然氣壓力高於第一調壓器5和第二調壓器6的壓力設定值，第一調壓器5和第二調壓器6處於關閉狀態，電動調節閥11處於工作狀態，調節綜合利用裝置入口壓力，維持綜合利用裝置12出口壓力在P+ΔP以上（正常運行始終低於第一安全切斷閥4和第二安全切斷閥9的壓力設定值），進站天然氣全部走壓力能綜合利用系統管路。

本實用新型雖然以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本實用新型，任何本領域技術人員在不脫離本實用新型的精神和範圍內，都可以做出可能的變動和修改，因此本實用新型的保護範圍應當以本實用新型權利要求所界定的範圍為準。