天然氣管網(wǎng)壓力能發(fā)電制冰技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用

杜雄飛

【摘 要】天然氣產(chǎn)業(yè)當(dāng)中有一個(gè)十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是對(duì)天然氣官網(wǎng)壓力能的高效利用。本文主要對(duì)于深圳求雨嶺門站天然氣壓力能這個(gè)項(xiàng)目為例子，著重探討了其中天然氣官網(wǎng)壓力能發(fā)電制冰技術(shù)的應(yīng)用和分析。以下為主要分析內(nèi)容。

【關(guān)鍵詞】天然氣壓力能；發(fā)電；制冰技術(shù)；開發(fā)應(yīng)用

中圖分類號(hào)： TU996 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）14-0025-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.14.010

0 概述

余熱、余壓利用工程是我國當(dāng)前極為重視的十項(xiàng)節(jié)能工程之一，并且也受到了當(dāng)前我國政府部門和相關(guān)企業(yè)的重視，尤其是在高壓天然氣壓力能的回收這一方面。2015年，我國就已經(jīng)建立起了兩縱兩橫的天然氣輸氣管道，可以說，這對(duì)于天然氣行業(yè)在我國的發(fā)展極為重要。但是盡管我國當(dāng)前天然氣官網(wǎng)輸氣壓力相對(duì)較低，但是近年來也已經(jīng)得到了飛速的提高，尤其是西氣東輸管道，其中最大的輸氣壓力值也已經(jīng)達(dá)到了10MPa，相對(duì)于國際水平而言，也處于一個(gè)比較先進(jìn)的狀態(tài)了。

對(duì)于天然氣壓力能的應(yīng)用研究，美國、英國等公司通過將膨脹機(jī)技術(shù)與其他技術(shù)的相互融合，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)調(diào)壓過程當(dāng)中壓力能的回收，該項(xiàng)研究當(dāng)前也取得了一定的進(jìn)展和成效。早在2008年，美國相關(guān)企業(yè)就通過將膨脹機(jī)和燃料電池組合在一起的技術(shù)的方式，從而建立了DFC-ERG系統(tǒng)，并且也進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。英國某企業(yè)也通過在某地區(qū)天然氣管道上安裝微型膨脹機(jī)發(fā)電的方式，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電功率可以達(dá)到1000KW/臺(tái)的功效，而這些膨脹機(jī)的體積相對(duì)而言十分的小。而我國也通過熱分離機(jī)對(duì)天然氣脫水的裝置，實(shí)現(xiàn)了將天然氣管道的壓力能作為動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)了壓力能的回收。

但是盡管如此，我國的天然氣壓力能的利用也還處于初步發(fā)展的狀態(tài)，與此同時(shí)，還出現(xiàn)了一系列的因素直接導(dǎo)致了我國天然氣壓力能的應(yīng)用的停滯不前，比如說天然氣管哇哦壓力能利用技術(shù)依然比較落后、政府部門所出臺(tái)的相關(guān)政策措施相對(duì)而言十分落后不匹配等等。那么此時(shí)，采取相應(yīng)的技術(shù)就顯得極為的重要，并且也能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排、綠色環(huán)保的目的。當(dāng)前，在我國現(xiàn)有的天然氣門站、調(diào)節(jié)站，盡肯能的降低投入成本的前提之下采取一種有效的、方便使用的工藝技術(shù)，使得能夠首先在最低成本上實(shí)現(xiàn)高壓管網(wǎng)的壓力能轉(zhuǎn)化為冷能，從而對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)，最終用于冷庫和冷水空調(diào)等相關(guān)的項(xiàng)目，這樣能夠有效地實(shí)現(xiàn)能源的循環(huán)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嶺門站的情況入手，通過壓力能發(fā)電和制冰聯(lián)合工藝方案，并也將管道天然氣產(chǎn)業(yè)、制冰產(chǎn)業(yè)等相關(guān)的產(chǎn)業(yè)都進(jìn)行了綜合的考慮和分析，同時(shí)也意識(shí)到我國電力行業(yè)發(fā)展中存在的問題以及當(dāng)前我國電力資源緊張的情況，可以說，這種工藝方案是具有極大的優(yōu)勢(shì)以及比較強(qiáng)的工藝示范意義的。以下為本文的主要內(nèi)容。

1 深圳求雨嶺門站天然氣壓力能的利用

以下主要從設(shè)計(jì)思路、工藝流程、建設(shè)及運(yùn)用情況以及經(jīng)濟(jì)性分析這四個(gè)方面對(duì)于深圳求雨嶺門站天然氣壓力能的利用展開了詳細(xì)的分析探究。

1.1 設(shè)計(jì)思路

深圳求雨嶺門站天然氣壓力能利用設(shè)計(jì)思路，首先第一步：回收天然氣壓力能，主要是通過透平膨脹發(fā)電機(jī)回收的方式；第二步：天然氣在工作使膨脹，從而推送工作輪回傳輸外公，同時(shí)本身也逐漸冷卻；第三步：冷卻之后與冷媒進(jìn)行換熱，而冷媒再與水進(jìn)行換熱，最終實(shí)現(xiàn)制冰的目的?？梢哉f，整個(gè)過程當(dāng)中，最大化的實(shí)現(xiàn)了對(duì)于天然氣壓力能的利用。

1.2 工藝流程

深圳求雨嶺門站天然氣壓力能的利用，主要是將其用于制冰和發(fā)電，其中最主要的還是發(fā)電，即將管網(wǎng)壓降的壓力能進(jìn)行計(jì)算，從而將其中的一部分的能量用于發(fā)電機(jī)的發(fā)電，另一部分電能則用于求雨嶺門站使用，多余的電能則應(yīng)用于制冰。對(duì)于深圳求雨嶺門站的天然氣流量，大概為1.5*104m3/h，進(jìn)口壓力為4MPa，出口壓力為1.65MPa，溫度為零下二十九攝氏度，制冰機(jī)使用的制冷劑主要就是R134a，工藝流程圖如下圖1：

第一步，經(jīng)過調(diào)壓閥的高壓天然氣壓力強(qiáng)度為6MPa，經(jīng)過調(diào)壓閥之后壓力降低成為了4MPa，隨后進(jìn)入透平膨脹發(fā)電機(jī)，此時(shí)天然氣壓力強(qiáng)度為1.65MPa，此時(shí)的溫度也降低到了零下二十九攝氏度。隨后，經(jīng)過了換熱器以及通過制冷劑的換熱之后，溫度上升至零上二攝氏度，之后在進(jìn)入到市政管網(wǎng)，正常運(yùn)行。而另外一方面，制冷劑會(huì)經(jīng)過壓縮機(jī)壓力強(qiáng)度降低到了0.3MPa，此后，則會(huì)分為兩股：第一股，與透平發(fā)電機(jī)當(dāng)中的天然氣進(jìn)行換熱，溫度會(huì)一定程度上降低，而經(jīng)過節(jié)流閥，則會(huì)膨脹為0.16MPa，溫度也會(huì)降低到零下十六攝氏度，隨后進(jìn)入到制冰機(jī)展開制冰工作。第二股，天然氣壓力能經(jīng)過第二個(gè)壓縮機(jī)壓力強(qiáng)度會(huì)降低到0.9MPa，經(jīng)過第二個(gè)換熱器之后溫度的冷卻到零上三十?dāng)z氏度，經(jīng)過第二個(gè)節(jié)流閥之后，壓力強(qiáng)度會(huì)膨脹到0.16MPa，溫度降低至零下十六攝氏度，之后在進(jìn)入到制冰機(jī)制冰。

在整個(gè)過程當(dāng)中，主要需要使用到以下設(shè)備：

透平膨脹發(fā)電機(jī)：發(fā)電功率為200kw。壓縮機(jī)：進(jìn)口壓力為140kpa，出口壓力為300kpa。壓縮機(jī)：進(jìn)口壓力為300kpa，出口壓力為900kpa。制冰機(jī)：制冰能力每天80噸左右。制冷劑存儲(chǔ)罐：容量為20立方米。換熱器：換熱面積為900平方米，熱負(fù)荷為700kW。水泵：功率為1.6kW，揚(yáng)程為30米，主要功能為循環(huán)冷卻水循環(huán)。這個(gè)過程當(dāng)中，作為發(fā)電的主要設(shè)備：透平膨脹發(fā)電機(jī)主要的功能就是發(fā)電，而壓縮機(jī)則主要是制冷的功能。而國外大多都都會(huì)將壓力能進(jìn)行發(fā)電，本工藝則就實(shí)現(xiàn)了發(fā)電制冰的聯(lián)合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了能量的最大化的利用。

1.3 建設(shè)及運(yùn)用情況

深圳求雨嶺門站天然氣壓力能的利用最大的特點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)了發(fā)電和制冰一體化，并且電能足夠支撐整個(gè)門站的使用，從而實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立供電。但是需要注意的一點(diǎn)就是，由于不同的季節(jié)對(duì)于天然氣的使用情況的差異性以及不同季節(jié)對(duì)于電力的需求不同，不同溫度情況下制冷所需要的時(shí)間也不同，與此同時(shí)，天然氣的輸氣量數(shù)值也不總是十分穩(wěn)定的，為是在一個(gè)空間范圍內(nèi)波動(dòng)，那么在這個(gè)過程當(dāng)中，就需要綜合考慮到電量的需求，冰塊的需求以及天然氣的流量，從而根據(jù)這些要素設(shè)計(jì)好閥門的開度和泵的參數(shù)，盡量降低季節(jié)因?yàn)楹铜h(huán)境因素帶來的負(fù)面的影響，實(shí)現(xiàn)天然壓力能的最大化的利用。而通過采用透平膨脹發(fā)單機(jī)設(shè)備，不僅能夠有效地降低投入的成本，更是能夠在最短的時(shí)間內(nèi)取得更大的效果，從而有效的緩解我國當(dāng)前對(duì)于電力需求不足的情況。

深圳求雨嶺站天然壓力能應(yīng)用于發(fā)電和制冰，起源于2011年，直到今天其實(shí)已經(jīng)投入到實(shí)際的運(yùn)作當(dāng)中有一段想到能夠長的時(shí)間了，這個(gè)過程當(dāng)中，各方面設(shè)備的運(yùn)行狀況良好。

1.4 經(jīng)濟(jì)性分析

通過本工藝的應(yīng)用，深圳求雨嶺門站天然氣壓力能每小時(shí)能夠發(fā)電200kW，其中105kW用于壓縮機(jī)制冰，在整個(gè)工藝流程當(dāng)中，用于制冰的總共可以達(dá)到441kW，但是其中回收的能量將近可以達(dá)到170kW，而制冰劑的溫度普遍為零下十六攝氏度，COP為2，由此可計(jì)算得出，如果是在一個(gè)溫度比較低的天氣，就能夠通過壓力能的有效回收，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約85kW的電量，長期如此，所節(jié)約的電能十分可觀。

通過筆者綜合各個(gè)方面的調(diào)查，可以得出以下的數(shù)據(jù)，首先深圳求雨嶺站天然壓力能利用工藝項(xiàng)目所投入的全部成本大約在800*104人民幣，而每小時(shí)可節(jié)約電量大約為95KW·h，如果每年該工藝能夠運(yùn)作8600個(gè)小時(shí)，那么一年可節(jié)約的電量大約是在81.7*104kW·h，按照每度量0.85元人民幣計(jì)算，一年可節(jié)約人民幣69.4*104元，而每年的制冰收益，通過相關(guān)的數(shù)據(jù)計(jì)算，大約在430.8*104人民幣左右。

2 分析

當(dāng)前條件之下，深圳求雨嶺站天然氣的總流量為每小時(shí)18*104立方米，而壓力強(qiáng)度在調(diào)壓前是4.0Mpa，調(diào)壓之后為1.6Mpa，這些壓力能如果全部投入到發(fā)電和制冰工藝，則能夠?qū)崿F(xiàn)每小時(shí)發(fā)電2400KW，制冰每天1000噸左右。深圳求雨嶺站天然氣壓力能的利用項(xiàng)目是為國內(nèi)首創(chuàng)，因此其中的相關(guān)設(shè)備的需求也需要考慮多樣化和功能最大化。而其實(shí)該項(xiàng)目所使用的設(shè)備尤其是透平膨脹機(jī)滿足了當(dāng)前項(xiàng)目對(duì)于設(shè)備的所有需求。目前，該項(xiàng)項(xiàng)目在技術(shù)方面的研究已經(jīng)頗具成果，并且有也已申報(bào)了技術(shù)發(fā)明和專利。

小結(jié)：天然氣的使用可以說在我國已經(jīng)十分普遍了，但是在其使用的過程當(dāng)中，其實(shí)還存在著一定程度上的浪費(fèi)，尤其是天然氣壓力能。而本文主要通過深圳求雨嶺門站的分析，將天然氣壓力能的使用轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芎椭票?，極大的解決了能源浪費(fèi)的問題。本文內(nèi)容可供相關(guān)人士參考。

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