本發(fā)明總地涉及天然氣管網(wǎng)余壓回收發(fā)電領(lǐng)域，更具體地涉及一種基于無油雙螺桿膨脹機(jī)的天然氣管網(wǎng)余壓綜合發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

天然氣作為一種清潔、高效的化石能源，其開發(fā)利用越來越受到世界各國的重視。目前，天然氣的長途運輸主要是通過管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行的，當(dāng)前世界上長途管道的運輸均采用高壓輸氣，輸送壓力一般在10MPa以上，上游天然氣通過高壓管網(wǎng)送至各城市或大型用戶，通過各地天然氣調(diào)壓站降壓至0.4MPa左右送至用戶使用，在這過程中大部分的壓力能被浪費掉。

隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展，逐漸出現(xiàn)了一些對天然氣管網(wǎng)中余壓的回收利用技術(shù)，主要分為制冷利用和發(fā)電利用。其中，制冷利用主要是制冰與生活制冷等；壓力能發(fā)電工藝要求天然氣的流量和壓力相對穩(wěn)定，但是天然氣的使用存在嚴(yán)重的不均勻性，所以無法滿足發(fā)電設(shè)備的穩(wěn)定運行，并且天然氣調(diào)壓站的布局較為分散，而小型電力系統(tǒng)不具備上網(wǎng)的條件，不利于建設(shè)大型電力回收系統(tǒng)，只能在門站內(nèi)自用，多余的電量不能儲存造成浪費。

授權(quán)公告號為CN105201558A的發(fā)明專利公開了一種基于單螺桿膨脹機(jī)的天然氣輸送管線余壓發(fā)電系統(tǒng)，該發(fā)明主要是利用單螺桿膨脹機(jī)將天然氣輸送管線的壓力能進(jìn)行發(fā)電，膨脹后的低壓天然氣進(jìn)入油氣分離器將天然氣和潤滑油分離，分離后的天然氣經(jīng)空氣加熱器進(jìn)入原有天然氣輸送管線送至下游用戶，分離后潤滑油通過潤滑油泵將潤滑油加壓后再次泵入單螺桿膨脹機(jī)需要潤滑的位置，同時通過空氣加熱器將低溫天然氣回升至下游用戶需要的溫度。該發(fā)明提出的工藝僅僅是利用了部分的天然氣余壓，還有大量的冷能被浪費掉，發(fā)電效率較低，而且潤滑油與天然氣相接觸，造成了天然氣的污染。

授權(quán)公告號為CN103334891A的發(fā)明專利公開了一種天然氣調(diào)壓式發(fā)電裝置，該發(fā)明采用渦輪裝置回收天然氣壓力能發(fā)電。該發(fā)明提出的工藝，既沒有考慮冷能的回收利用，也沒有解決天然氣直接膨脹后釋放大量冷能引起的設(shè)備堵塞和腐蝕等問題。

另外，授權(quán)公告號為CN203430574U的實用新型專利公開了一種利用小型天然氣管網(wǎng)壓力能發(fā)電的裝置，該實用新型提出采用小型氣體膨脹機(jī)回收天然氣壓力能發(fā)電，實現(xiàn)小功率發(fā)電自用功能。膨脹后的天然氣通過壓力溫度平衡器穩(wěn)定天然氣壓力和對天然氣回溫。該實用新型盡管合理利用了天然氣壓力能實現(xiàn)發(fā)電自用，但由于發(fā)電功率較小，僅在1～5kW，不適合流量較大的天然氣調(diào)壓場所。同時，該實用新型同樣存在天然氣冷能無法回收的問題，且膨脹后的天然氣通過壓力溫度平衡器調(diào)節(jié)后，天然氣回溫幅度有限，膨脹釋放的冷能仍舊會引起設(shè)備堵塞和腐蝕問題。

同樣地，授權(quán)公告號為CN104088605A的發(fā)明專利公開了一種基于壓力能發(fā)電和熱泵加熱的天然氣井口加熱節(jié)流系統(tǒng)，該發(fā)明采用膨脹機(jī)發(fā)電機(jī)組替代傳統(tǒng)的節(jié)流調(diào)壓裝置，利用膨脹發(fā)電機(jī)把氣井采出的天然氣中的壓力能轉(zhuǎn)換為電能，膨脹后的低溫天然氣加熱首先通過空氣預(yù)熱器利用環(huán)境熱量使天然氣溫度部分恢復(fù)，再通過膨脹發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)的電能驅(qū)動熱泵系統(tǒng)，通過再熱器將熱泵的熱量用來加熱經(jīng)空氣預(yù)熱器后的天然氣，使得膨脹降壓后的天然氣加熱到外送集輸管道所需的溫度。該發(fā)明提出的工藝盡管節(jié)省了天然氣加熱的能源，并通過熱泵裝置實現(xiàn)膨脹后天然氣的補(bǔ)熱回溫，但是仍舊沒有考慮冷能的回收利用。

授權(quán)公告號為CN105041395A的發(fā)明專利公開了一種通過載冷劑子系統(tǒng)把壓力能發(fā)電子系統(tǒng)和制冷補(bǔ)熱子系統(tǒng)整合在一起，以實現(xiàn)壓力能回收綜合利用，利用分級補(bǔ)熱方式，提高天然氣膨脹發(fā)電量的同時，回收天然氣冷能用于生產(chǎn)商品冰或者提供冷需求。該發(fā)明提出的工藝，雖然考慮了膨脹后釋放大量冷能引起的設(shè)備堵塞和腐蝕問題，但是采用分級補(bǔ)熱的方式進(jìn)行的，增加了工藝的復(fù)雜性，而且浪費了部分的冷能。

為了綜合利用天然氣壓力能，授權(quán)公告號為CN203847188U的實用新型專利公開了一種天然氣調(diào)壓站余能綜合利用系統(tǒng)，該實用新型采用膨脹發(fā)電機(jī)組回收天然氣中的壓力能，并通過低溫發(fā)電機(jī)組利用低溫天然氣冷能發(fā)電并回收部分冷能。同時，通過換熱器進(jìn)一步回收低溫發(fā)電機(jī)組利用后的冷能，回收的冷量供冷用戶或者直接向環(huán)境排放。與上述發(fā)明專利相比，有效利用了天然氣的冷能，但由于天然氣未經(jīng)預(yù)處理，在常溫下采用膨脹發(fā)電機(jī)組直接膨脹將導(dǎo)致設(shè)備堵塞、腐蝕和磨蝕現(xiàn)象的發(fā)生，并且低溫發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率基本在10％左右，投資成本大，冷能利用率低。

以上這些專利的技術(shù)內(nèi)容，均不夠完善，存在以下技術(shù)問題：

1)潤滑油與天然氣相接觸，容易造成天然氣的污染；

2)常溫的天然氣經(jīng)過膨脹，會析出少量的冰塊，對于透平膨脹機(jī)等，會嚴(yán)重影響其安全運行；

3)在利用天然氣管網(wǎng)中余壓時，經(jīng)膨脹機(jī)膨脹后的天然氣含有大量的冷能，但是絕大部分都直接與空氣進(jìn)行換熱，這部分冷能被浪費掉；

4)對于大部分的天然氣管道，流量不均勻，容易造成膨脹機(jī)進(jìn)氣管道壓力的不穩(wěn)定，導(dǎo)致發(fā)電的壓力和頻率不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響并網(wǎng)；

5)大部分的發(fā)電裝置都需要人工進(jìn)行操作以及安裝施工等，增加了運行的風(fēng)險。

因此，需要一種天然氣管網(wǎng)余壓綜合發(fā)電系統(tǒng)，以至少部分地解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為至少部分地解決上述問題，本發(fā)明提供一種天然氣管網(wǎng)余壓綜合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述天然氣管網(wǎng)余壓綜合發(fā)電系統(tǒng)連接至天然氣管道，并與原有天然氣調(diào)壓裝置大體并聯(lián)布置，包括：

天然氣余壓發(fā)電子系統(tǒng)，所述天然氣余壓發(fā)電子系統(tǒng)利用高壓天然氣降壓所產(chǎn)生的壓力能進(jìn)行發(fā)電；

天然氣余冷發(fā)電子系統(tǒng)，所述天然氣余冷發(fā)電子系統(tǒng)以經(jīng)過所述天然氣余壓發(fā)電子系統(tǒng)降壓之后的低溫天然氣為冷源，以常溫空氣為熱源進(jìn)行發(fā)電；

潤滑油子系統(tǒng)，所述潤滑油子系統(tǒng)與所述天然氣余壓發(fā)電子系統(tǒng)和所述天然氣余冷發(fā)電子系統(tǒng)分別連接以提供潤滑作用；以及

監(jiān)測調(diào)控子系統(tǒng)，所述監(jiān)測調(diào)控子系統(tǒng)對所述天然氣管網(wǎng)余壓綜合發(fā)電系統(tǒng)的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測調(diào)整。

可選地，所述天然氣余壓發(fā)電子系統(tǒng)和所述天然氣余冷發(fā)電子系統(tǒng)的原動機(jī)為無油雙螺桿膨脹機(jī)。

可選地，所述天然氣余壓發(fā)電子系統(tǒng)包括：

天然氣預(yù)處理裝置，所述天然氣預(yù)處理裝置的入口連接至高壓天然氣管道，所述天然氣預(yù)處理裝置的出口通過天然氣原管線調(diào)節(jié)閥連接至所述原有天然氣調(diào)壓裝置；

第一無油雙螺桿膨脹機(jī)，所述第一無油雙螺桿膨脹機(jī)的進(jìn)氣口連接至所述天然氣預(yù)處理裝置的出口，所述第一無油雙螺桿膨脹機(jī)的出氣口連接至所述原有天然氣調(diào)壓裝置下游的低壓天然氣管道；

動減速機(jī)，所述動減速機(jī)與所述第一無油雙螺桿膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)子連接；以及

發(fā)電機(jī)，所述發(fā)電機(jī)與所述動減速機(jī)連接。

可選地，所述天然氣余冷發(fā)電子系統(tǒng)包括：

第二無油雙螺桿膨脹機(jī)，所述第二無油雙螺桿膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)子連接至所述發(fā)電機(jī)；

冷凝器，所述冷凝器的工質(zhì)側(cè)的入口與所述第二無油雙螺桿膨脹機(jī)的出氣口連接，所述冷凝器的冷源側(cè)的進(jìn)出口分別連接至所述第一無油雙螺桿膨脹機(jī)的出氣口與所述低壓天然氣管道之間的管道；

工質(zhì)泵，所述工質(zhì)泵的入口與所述冷凝器的工質(zhì)側(cè)的出口連接；

蒸發(fā)器，所述蒸發(fā)器的工質(zhì)側(cè)的入口與所述工質(zhì)泵的出口連接，所述蒸發(fā)器的工質(zhì)側(cè)的出口與所述第二無油雙螺桿膨脹機(jī)的進(jìn)氣口連接，所述蒸發(fā)器以空氣作為熱源。

可選地，所述潤滑油子系統(tǒng)包括：

潤滑油箱，所述潤滑油箱用以收集來自所述天然氣余壓發(fā)電子系統(tǒng)和所述天然氣余冷發(fā)電子系統(tǒng)的高溫潤滑油；

油泵，所述油泵的入口與所述潤滑油箱的出口連接；

油過濾器，所述油過濾器的入口與所述油泵的出口連接；

換熱器，所述換熱器的潤滑油側(cè)的入口與所述油過濾器的出口連接；

油分配器，所述油分配器的入口與所述換熱器的潤滑油側(cè)的出口連接，所述油分配器用以將低溫的潤滑油分配至所述天然氣余壓發(fā)電子系統(tǒng)和所述天然氣余冷發(fā)電子系統(tǒng)的需要潤滑的部位。

可選地，所述監(jiān)測調(diào)控子系統(tǒng)包括PLC控制柜以及與所述PLC控制柜通過信號線連接的監(jiān)測裝置和流量調(diào)節(jié)裝置?？蛇x地，所述PLC控制柜起數(shù)據(jù)檢測與調(diào)控的作用。

可選地，所述天然氣余冷發(fā)電子系統(tǒng)所采用的工質(zhì)為低沸點工質(zhì)，諸如R22、R134a、CO₂、氨氣等。

可選地，所述冷凝器和所述換熱器為板式換熱器，所述蒸發(fā)器為一種高效肋片散熱器。

可選地，所述換熱器冷卻側(cè)的進(jìn)口與出口分別連接至所述第一無油雙螺桿膨脹機(jī)出氣口與低壓天然氣管道之間的管道上，所述換熱器的冷源為經(jīng)過所述天然氣余壓發(fā)電子系統(tǒng)降壓之后的一部分低溫天然氣。

可選地，根據(jù)所需潤滑油的壓力，在所述油分配器的出口布置限流孔板。

可選地，在所述天然氣預(yù)處理裝置的出口與所述第一無油雙螺桿膨脹機(jī)的進(jìn)氣口之間的管道上設(shè)置第一流量調(diào)節(jié)閥、流量計和第一壓力變送器，所述監(jiān)測調(diào)控子系統(tǒng)根據(jù)所述第一壓力變送器的壓力信號的變化通過所述第一流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)高壓天然氣的進(jìn)氣量。

可選地，在所述換熱器的冷源側(cè)的入口與所述第一無油雙螺桿膨脹機(jī)的出氣口之間的管道上設(shè)置有第二流量調(diào)節(jié)閥，在所述油分配器上設(shè)置有第二壓力變送器和溫度變送器，所述監(jiān)測調(diào)控子系統(tǒng)根據(jù)所述第二壓力變送器和所述溫度變送器的信號變化通過所述第二流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進(jìn)入所述換熱器的低溫天然氣的進(jìn)氣量。

可選地，在所述第一無油雙螺桿膨脹機(jī)和所述第二無油雙螺桿膨脹機(jī)的軸和機(jī)殼上分別布置振動傳感器，由所述監(jiān)測調(diào)控子系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測控制，當(dāng)機(jī)殼振動值大于預(yù)定值時，立即聯(lián)鎖停機(jī)。

可選地，所述天然氣管網(wǎng)余壓綜合發(fā)電系統(tǒng)做成整體撬裝式。

可選地，在所述撬裝內(nèi)布置天然氣檢測傳感器，由所述監(jiān)測調(diào)控子系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測控制，當(dāng)天然氣濃度大于預(yù)定值時，立即聯(lián)鎖停機(jī)。

根據(jù)本發(fā)明的天然氣管網(wǎng)余壓綜合發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)所采用的原動機(jī)為無油雙螺桿膨脹機(jī)，在運行過程中，潤滑油與天然氣不接觸，從而避免了天然氣被潤滑油污染的問題，并且由于無油雙螺桿膨脹機(jī)本身的性質(zhì)，可以忽略天然氣經(jīng)過膨脹析出的冰塊對運行的影響。利用一部分膨脹降壓之后的低溫天然氣對潤滑油進(jìn)行冷卻，有效的提高了潤滑油的品質(zhì)，增強(qiáng)了潤滑效果，也對這部分冷能進(jìn)行了有效地利用。增加了余冷發(fā)電子系統(tǒng)，對天然氣經(jīng)膨脹降壓產(chǎn)生的大量冷能進(jìn)行了更充分地利用。通過采用PLC結(jié)合電磁閥、壓力變送器、泄漏探測器和密封機(jī)撬，能夠自動化實時監(jiān)控發(fā)電裝置的運行狀態(tài)，在壓力超標(biāo)、燃?xì)庑孤┑葼顩r發(fā)生時能夠自行預(yù)警和聯(lián)鎖停機(jī)，具備了優(yōu)越的安全性和穩(wěn)定性。通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化將整個裝置組裝成機(jī)撬，能夠方便運輸和安裝，安裝時直接將本裝置進(jìn)出口并聯(lián)于原調(diào)壓管網(wǎng)即可運行，具有易于推廣應(yīng)用的優(yōu)點，還可以避免現(xiàn)場施工可能帶來的安全風(fēng)險。

附圖說明

下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中：

圖1為本發(fā)明所示的天然氣管網(wǎng)余壓綜合發(fā)電系統(tǒng)的原理示意圖。

具體實施方式

在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細(xì)節(jié)而得以實施。在其它的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。

針對上述的一系列問題，本發(fā)明提供了一種天然氣管網(wǎng)余壓綜合發(fā)電系統(tǒng)，其包括天然氣余壓發(fā)電子系統(tǒng)、天然氣余冷發(fā)電子系統(tǒng)、潤滑油子系統(tǒng)和監(jiān)測控制子系統(tǒng)。

本發(fā)明所示的天然氣管網(wǎng)余壓綜合發(fā)電系統(tǒng)利用無油雙螺桿膨脹機(jī)作為原動機(jī)，作為工質(zhì)的天然氣不和機(jī)組的潤滑油接觸，可以有效的減少潤滑油對天然氣的污染。另外，在天然氣常溫膨脹時，由于溫度下降容易導(dǎo)致冰塊析出，冰塊的存在會嚴(yán)重影響應(yīng)用透平膨脹機(jī)的系統(tǒng)的運行，但對于無油雙螺桿膨脹機(jī)的運行，沒有太大的影響。天然氣余壓發(fā)電子系統(tǒng)利用高壓天然氣的壓力能膨脹做功進(jìn)行發(fā)電。膨脹做功降壓以后的天然氣溫度降低，蘊(yùn)含有大量的冷能，這些冷能的一小部分用來對潤滑油進(jìn)行降溫，大部分作為天然氣余冷發(fā)電子系統(tǒng)的冷源。本發(fā)明創(chuàng)新性地將天然氣管網(wǎng)中壓力能的膨脹發(fā)電與膨脹后的冷能利用結(jié)合起來，進(jìn)一步地提高了能量利用效率。嵌入監(jiān)測控制子系統(tǒng)，自動監(jiān)控整個天然氣管網(wǎng)余壓綜合發(fā)電系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并根據(jù)運行狀態(tài)參數(shù)自動調(diào)節(jié)各個氣動閥的動作，達(dá)到最佳發(fā)電效果。當(dāng)運行參數(shù)超過設(shè)定的聯(lián)鎖值時，監(jiān)測控制子系統(tǒng)還可起到聯(lián)鎖保護(hù)功能，大大的提高了設(shè)備的安全可靠運行。同時，整個天然氣管網(wǎng)余壓綜合發(fā)電系統(tǒng)可以做成一個整體的撬裝式結(jié)構(gòu)，僅需要在撬裝結(jié)構(gòu)外布置進(jìn)氣管道和排氣管道以及天然氣泄漏報警裝置等即可，極大的減小了安裝和施工的難度，適用于各種天然氣余壓利用場合。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明所示的天然氣管網(wǎng)余壓綜合發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

如圖1所示，原有天然氣調(diào)壓裝置90安裝在天然氣主管道上，調(diào)節(jié)閥91和92分別位于原有天然氣調(diào)壓裝置90兩側(cè)的高、低壓天然氣管道上，整個天然氣管網(wǎng)余壓綜合發(fā)電系統(tǒng)與原有天然氣調(diào)壓裝置90大體呈并聯(lián)布置。天然氣管網(wǎng)余壓綜合發(fā)電系統(tǒng)由天然氣余壓發(fā)電子系統(tǒng)、天然氣余冷發(fā)電子系統(tǒng)、潤滑油子系統(tǒng)和監(jiān)測控制子系統(tǒng)四部分組成。

具體地，天然氣余壓發(fā)電子系統(tǒng)包括天然氣預(yù)處理裝置10、第一無油雙螺桿膨脹機(jī)11、動減速機(jī)12和發(fā)電機(jī)13。其中，天然氣預(yù)處理裝置10布置在天然氣主管道上，其進(jìn)口與高壓天然氣管道相連接，其出口分別與天然氣原管線的調(diào)節(jié)閥91和第一無油雙螺桿膨脹機(jī)11的進(jìn)氣口相連接。第一無油雙螺桿膨脹機(jī)11的出氣口連接至天然氣原管線的調(diào)節(jié)閥92的下游的低壓天然氣主管道上。第一無油雙螺桿膨脹機(jī)11的轉(zhuǎn)子與動減速機(jī)12連接，動減速機(jī)12連接至發(fā)電機(jī)13，從而實現(xiàn)第一無油雙螺桿膨脹機(jī)11在高壓天然氣的作用下帶動發(fā)電機(jī)13運轉(zhuǎn)發(fā)電。

天然氣余冷發(fā)電子系統(tǒng)包括第二無油雙螺桿膨脹機(jī)20、冷凝器21、工質(zhì)泵22和蒸發(fā)器23。其中，第二無油雙螺桿膨脹機(jī)20的轉(zhuǎn)子軸連接至發(fā)電機(jī)13，為發(fā)電機(jī)13提供動力。冷凝器21的冷源進(jìn)出口連接至第一無油雙螺桿膨脹機(jī)11的出氣口與低壓天然氣主管道之間的天然氣管道上，以經(jīng)過膨脹做功之后的低溫天然氣作為冷凝器21的冷源，蒸發(fā)器23的熱源為常溫空氣，這樣實現(xiàn)了冷能的回收利用，進(jìn)一步提高了能量利用效率，同時，也可以對低溫天然氣進(jìn)行加熱回溫，節(jié)省了專門的天然氣加熱的能源。天然氣余冷發(fā)電子系統(tǒng)所采用的工質(zhì)為低沸點工質(zhì)，如R22、R134a、CO₂、氨氣等。

潤滑油子系統(tǒng)包括潤滑油箱30，油泵31，油過濾器32，換熱器33和油分配器34。其中，潤滑油箱30用以收集來自天然氣余壓發(fā)電子系統(tǒng)和所述天然氣余冷發(fā)電子系統(tǒng)的高溫的潤滑油。高溫潤滑油由油泵31加壓輸送，經(jīng)過油過濾器32的過濾，進(jìn)入換熱器33進(jìn)行降溫。換熱器33的所采用的冷源為經(jīng)過天然氣余壓發(fā)電子系統(tǒng)膨脹做功以后的一部分低溫天然氣，這樣在對潤滑油進(jìn)行降溫以提供良好的潤滑效果，對部分冷能回收的同時還能對經(jīng)過換熱器33的低溫天然氣進(jìn)行一定程度的加熱回溫，起到節(jié)能的效果。經(jīng)過換熱器33降溫的潤滑油進(jìn)入油分配器34，將低溫的潤滑油分配至天然氣余壓發(fā)電子系統(tǒng)和天然氣余冷發(fā)電子系統(tǒng)的需要潤滑的部位，比如第一無油雙螺桿膨脹機(jī)11和第二無油雙螺桿膨脹機(jī)20的軸承和同步齒輪、動減速機(jī)12的軸承和齒輪以及發(fā)電機(jī)13的軸承。根據(jù)各部位所需潤滑油的壓力的不同，在油分配器34的各個出口分別布置有大小不一的限流孔板(未示出)以對潤滑油進(jìn)行節(jié)流控制。

監(jiān)測控制子系統(tǒng)包括PLC控制柜和一系列的監(jiān)測裝置和流量調(diào)節(jié)裝置，PLC控制柜通過信號線連接至檢測裝置和流量調(diào)節(jié)裝置。在天然氣預(yù)處理裝置10的出口與第一無油雙螺桿膨脹機(jī)11的進(jìn)氣口之間的管道上，布置有第一流量調(diào)節(jié)閥41、流量計42、第一壓力變送器43和截止閥44，在系統(tǒng)運行過程中，PLC控制柜40通過流量計42和第一壓力變送器43的信號來監(jiān)測系統(tǒng)的運行狀態(tài)，當(dāng)流量和壓力出現(xiàn)波動的時候，PLC控制柜調(diào)節(jié)第一流量調(diào)節(jié)閥41的開度大小對天然氣的流量和壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，控制截止閥44切斷天然氣，保證系統(tǒng)的安全。在油分配器34上布置有溫度變送器45和第二壓力變送器46，對降溫后的潤滑油的溫度和壓力進(jìn)行檢測，同時在第一無油雙螺桿膨脹機(jī)11的出氣口和換熱器33之間的天然氣管道上設(shè)置有第二流量調(diào)節(jié)閥47，在第一無油雙螺桿膨脹機(jī)11的出氣口和冷凝器21之間的天然氣管道上設(shè)置有第三流量調(diào)節(jié)閥48。當(dāng)監(jiān)測到油分配器34內(nèi)的潤滑油的溫度過低或過高時，PLC控制柜40通過控制第二流量調(diào)節(jié)閥47和第三流量調(diào)節(jié)閥48的開度以減小或增加經(jīng)過換熱器33的低溫天然氣的流量，從而使?jié)櫥偷臏囟忍幱谧罴褷顟B(tài)以提供最佳的潤滑效果。從安全角度考慮，在第一無油雙螺桿膨脹機(jī)11和第二無油雙螺桿膨脹機(jī)20的軸和機(jī)殼上分別布置振動傳感器(未示出)，在撬裝內(nèi)布置天然氣檢測傳感器(未示出)，由PLC控制柜40進(jìn)行自監(jiān)測控制，當(dāng)監(jiān)測到機(jī)殼振動值大于某個預(yù)定的值，比如11.2mm/s時或者監(jiān)測到天然氣濃度大于某個預(yù)定的值，比如25％時，PLC控制柜40立即控制天然氣管網(wǎng)余壓綜合發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)鎖停機(jī)，防止安全事故發(fā)生。此外，在冷凝器21的出口和低壓天然氣主管道之間的管道上布置有第四流量調(diào)節(jié)閥49和第三壓力變送器50，通過信號線連接至PLC控制柜40，以增加系統(tǒng)控制的冗余度。

本發(fā)明所示的天然氣管網(wǎng)余壓綜合發(fā)電系統(tǒng)的工作原理如下：

高壓天然氣主管道內(nèi)的高壓天然氣經(jīng)過天然氣預(yù)處理裝置10預(yù)處理之后，經(jīng)過第一流量調(diào)節(jié)閥41、流量計42和截止閥44進(jìn)入第一無油雙螺桿膨脹機(jī)11，同時PLC控制柜40監(jiān)測高壓天然氣的壓力信號。高壓天然氣在第一無油雙螺桿膨脹機(jī)11內(nèi)膨脹做功推動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，同時天然氣降壓降溫。第一無油雙螺桿膨脹機(jī)11的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動通過動減速機(jī)12傳遞給發(fā)電機(jī)13進(jìn)行發(fā)電，從而使高壓天然氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。PLC控制柜40通過接收到的壓力信號調(diào)節(jié)第一流量調(diào)節(jié)閥41的開度，也即調(diào)節(jié)第一無油雙螺桿膨脹機(jī)11的進(jìn)氣量，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

經(jīng)過天然氣余壓發(fā)電子系統(tǒng)做功并降溫降壓的天然氣的一小部分進(jìn)入潤滑油子系統(tǒng)的換熱器33內(nèi)，與高溫潤滑油進(jìn)行換熱，在給潤滑油降溫以提高潤滑效果的同時，也給這一部分天然氣進(jìn)行回溫加熱。此時，PLC控制柜40根據(jù)安裝在油分配器34上的溫度變送器45和第二壓力變送器46所傳遞的低溫潤滑油的溫度和壓力信號來控制第二流量調(diào)節(jié)閥47和第三流量調(diào)節(jié)閥48的開度，也即調(diào)節(jié)換熱器33的進(jìn)氣量，使?jié)櫥徒禍刂竽軌蜻_(dá)到最佳潤滑效果所要求的溫度。

小部分與潤滑油換熱的低溫天然氣排出換熱器33后與其余的低溫天然氣混合，進(jìn)入冷凝器21內(nèi)，作為冷源，對天然氣余冷發(fā)電子系統(tǒng)的工質(zhì)進(jìn)行冷凝，實現(xiàn)冷能的利用，同時也對低溫天然氣進(jìn)行回溫加熱。工質(zhì)在冷凝器21內(nèi)被低溫天然氣冷凝為液態(tài)，由工質(zhì)泵22輸送至蒸發(fā)器23，以常溫空氣作為熱源進(jìn)行蒸發(fā)變?yōu)闅鈶B(tài)，氣態(tài)工質(zhì)進(jìn)入第二無油雙螺桿膨脹機(jī)20內(nèi)做功推動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動再傳遞給發(fā)電機(jī)13進(jìn)行發(fā)電。做功之后的氣態(tài)工質(zhì)重新進(jìn)入冷凝器21被低溫天然氣冷凝，形成循環(huán)。與天然氣余冷發(fā)電子系統(tǒng)的工質(zhì)換熱之后的低溫天然氣溫度得到一定程度的回升，從冷凝器21排出后，經(jīng)過第三壓力變送器50和第四流量調(diào)節(jié)閥49進(jìn)入低壓天然氣主管道，從而完成整個天然氣余壓綜合利用發(fā)電的過程。

下面結(jié)合具體實例對本發(fā)明所示的天然氣管網(wǎng)余壓綜合發(fā)電系統(tǒng)的工作過程做進(jìn)一步描述。

經(jīng)過第一無油雙螺桿膨脹機(jī)11之后的氣體狀態(tài)以及發(fā)電量如表1所示：

表1經(jīng)過第一無油雙螺桿膨脹機(jī)11后的天然氣狀態(tài)及發(fā)電量

經(jīng)潤滑油子系統(tǒng)之后的氣體冷能利用量：

假設(shè)采用的潤滑油為32號潤滑油，第一無油雙螺桿膨脹機(jī)11和第二無油雙螺桿膨脹機(jī)20的軸承和同步齒輪、動減速機(jī)12的軸承和齒輪以及發(fā)電機(jī)13的軸承等產(chǎn)生的熱能全部被潤滑油帶走，按照機(jī)械損耗為10％計算，不同狀態(tài)下的機(jī)械損耗熱量如表2所示：

表2機(jī)械損耗熱量

假設(shè)潤滑油的進(jìn)油溫度為40℃，出換熱器33時，潤滑油的溫度為常溫20℃，忽略換熱器33對周圍環(huán)境的換熱損失，根據(jù)能量平衡，潤滑油的散熱量等于低溫天然氣所吸收的熱量，即：

Q＝m_cc_p,c(T_c,i-T_c,o)＝m_hc_p,h(T_h,i-T_h,o)

其中：m_c，m_h——分別表示天然氣、潤滑油的流量，kg/s

c_p，c，c_p，h——分別表示天然氣、潤滑油的定壓比熱，J/(kg·℃)

T_c，i,T_c,o——表示天然氣的進(jìn)出口溫度，℃

T_h，i,T_h,o——表示潤滑油的進(jìn)出口溫度，℃

根據(jù)以上公式，按照潤滑油的質(zhì)量流量為2.88kg/s計算(潤滑油量的大小要按實際工況具體核算)，潤滑油的定壓比熱為1871J/(kg·℃)，天然氣與潤滑油子系統(tǒng)的換熱量如表3所示：

表3低溫天然氣與潤滑油子系統(tǒng)換熱量

進(jìn)一步的，按照天然氣的排氣溫度核算利用天然氣余冷的發(fā)電量，按照環(huán)境溫度為20℃計算。在天然氣余冷發(fā)電子系統(tǒng)中，工質(zhì)可以選擇R134a、R22、CO₂或氨氣等，本實例中采用的制冷劑為R134a，按發(fā)電效率為20％計算，所得發(fā)電量如表4所示：

表4天然氣余冷發(fā)電子系統(tǒng)發(fā)電量

因此，總的發(fā)電量即如表5所示：

表5天然氣管網(wǎng)余壓綜合發(fā)電系統(tǒng)總發(fā)電量

本發(fā)明已經(jīng)通過上述實施例進(jìn)行了說明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實施例范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。