一种利用管道自身压力实现低温空气取热的管道天然气调压系统

摘要

一种利用管道自身压力实现低温空气取热的管道天然气调压系统，属于管道天然气调压技术领域。该系统包括来流PNG、喷射器、空温式换热器、涡流管和调压装置。本发明在采用由喷射器、空温式换热器及涡流管构成的压力驱动式加热调压单元，通过天然气在喷射器、空温式换热和涡流管这三者之间的循环流动中向空气持续吸收热量，并在升温的过程中同时实现了高压天然气的压力降低，以达到无需采用电或水浴式等加热的方式就可同时实现PNG加热、调压的目的，极大程度上降低了PNG分输站或城市门站加热PNG所需的能耗。

说明书

技术领域

本发明属于管道天然气调压领域，涉及到一种利用管道自身压力实现低温空气取热的管道天然气调压系统。

背景技术

天然气管道是指将天然气(包括油田生产的伴生气)从井田开采地或处理厂增压输送到城市配气中心或工业企业用户的管道，又称输气管道，在管道内进行长距离输运的天然气称为管道天然气(pipe natural gas，PNG)。在长输天然气管道运输过程当中，由于提高气体压力可以降低输运成本，管道设计输运压力一般在10Mpa左右，甚至更高。

由于从最初的天然气入口输送地输送至最终用户，用户使用时天然气为低压状态，在这个长距离输送和分配的过程，需要经过分输站和城市门站进行调压处理，才能将高压的天然气减压至城市管网允许压力0.1-0.4Mpa的低压状态供用户使用。

但是PNG在调压过程中由于焦汤效应的影响温度也会随之迅速降低，会从周围环境吸收大量的热量，如果不及时补充这些热量将会出现管线结霜甚至阀门冰堵现象，极大的破坏管线及其附属的管件阀门，形成憋压，这不但降低了天然气的输送效率，而且对天然气分输站、城市门站造成巨大的安全隐患，威胁着正常的安全生产。所以PNG进入调压装置之前，需要增加一套加热装置先对高压的PNG进行加热升温，升高到一定温度之后，再进入调压装置调压，使得在调压、降温过程中，天然气不会降温到冰点之下。此加热装置基本为两种，一种是消耗电能，电加热或电伴热系统；一种是消耗燃气，热水锅炉水循环加热系统。这两种加热系统都需要消耗大量的能量给PNG提供热量。

由于在现有PNG调压工艺流程中，高压的天然气在调压装置中被直接降压，这一部分巨大的压力能被白白损耗掉了，并没有得到利用，同时还需要加热装置提供大量的热量用于加热高压天然气。所以本发明提出一种利用管道自身压力实现低温空气取热的管道天然气调压系统同时达到减压、加热的办法来解决现有管道天然气调压工艺上的不足，回收PNG调压工艺流程中压力能，采用一套由涡流管、喷射器和空温式换热器构成的压力驱动式加热减压单元，达到无需耗电或水浴式等加热的办法，就可同时实现PNG加热调压的目的，极大程度上降低了PNG调压工艺中加热所需的能耗。

发明内容

本发明提供一种利用管道自身压力实现低温空气取热的管道天然气减压门站系统。采用涡流管、空温式换热器和喷射器构成的压力驱动式加热调压单元代替现有的加热器，减少调压装置的压差，回收调压装置压力损耗，进而实现无需加热器耗能的目的。

本发明解决技术问题采用的方案如下：

一种利用管道自身压力实现低温空气取热的管道天然气减压门站系统，包括来流PNG、调压装置,还包括压力驱动式加热调压单元；来流PNG的高压天然气通过压力驱动式加热调压单元进行加热减压后，再接入调压装。

所述的压力驱动式加热调压单元由涡流管、空温式换热器和喷射器构成，其中，喷射器的入口连接来流PNG，喷射器的出口连接涡流管的入口；涡流管的冷端与空温式换热器入口相连，空温式换热器出口与喷射器的入口连接；涡流管的热端与调压装置相连；

来流PNG排出的高压天然气与空温式换热器中排出的低压天然气在喷射器中混合，形成一股中压天然气后由喷射器出口进入涡流管；经涡流管的切向喷嘴降压后形成高速涡旋，由于涡流管的能量分离效应，将天然气分离成两股，一股天然气由于涡流管内的加热作用升温，并通过热端控制阀将天然气温度调至管网允许温度后送至调压装置；另一股从涡流管冷端出口排出的天然气通入空温式换热器中，向空气中吸收热量；从空温式换热器出口排出的天然气被喷射器内的高速射流引射进入喷射器；

涡流管热端排出的天然气进入调节装置进行降压，达到输送压力最终通入城市管网。

本发明的有益效果：

本发明通过喷射器压力驱动使得天然气在喷射器，涡流管冷端出口以及空温式加热器中循环流动等方式回收来流PNG压力能。由于涡流管冷端的制冷能力，使得从涡流管入口的一部分天然气温度进一步降低，通入空温式换热器后，低温低压天然气可持续向空气中吸收热量提高温度。而涡流管热端的制热能力可使入口的另一部分天然气被加热温度升高排向分输站下流或者城市管网。同时在天然气升温的过程中实现了降低管道高压天然气的压力，以达到无需消耗电能或者水浴加热的方式就可同时实现高压天然气加热、降压的目的，极大程度上降低了从来流PNG管道中出来的高压天然气加热所需的能耗。

附图说明

图1是现有来流管道天然气调压系统示意图。

图2是本发明的一种利用管道自身压力实现低温空气取热的管道天然气调压系统示意图。

图中：1来流PNG；2加热器；3调压装置；4涡流管；5空温式换热器；6喷射器。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

一种利用管道自身压力实现低温空气取热的管道天然气调压系统，主要由来流PNG1、调压装置3、涡流管4、空温式换热器5和喷射器6组成。

从来流PNG 1输运进天然气分输站或城市门站站的高压天然气进入本发明所述的压力驱动式加热调压、单元加热调压后再接入调压装置3；

该压力驱动式加热调压单元由喷射器6、涡流管4、空温式换热器5构成，三者依次相连，形成闭合回路，其中，涡流管4的冷端与空温式换热器5相连，涡流管4的热端与调压装置3相连；从来流PNG1排出的高压天然气进入喷射器6的天然气成为主工作流体，在喷射器6内的拉法尔喷嘴中膨胀加速，形成超音速射流，引射从空温式换热器5出口排出的低压天然气，二者在喷射器6中的混合室进行动量、能量交换，混合形成一股流体后再由喷射器6内的扩压室升压，在喷射器6出口形成一股中压流体后通入涡流管4；天然气进入涡流管4后，经过涡流管4内的切向喷嘴膨胀、降压后形成高速涡旋，由于涡流管4的能量分离效应，将天然气分离成两股，一股天然气由于涡流管4的加热作用升温，并通过位于热端的控制阀将天然气温度调至管网允许温度以上后送至调压装置3；另一股天然气由于涡流管4内的制冷作用降温，经涡流管4的冷端进入空温式换热器5向空气中吸收热量，升温后的天然气从空温式换热器5出口排出，从喷射器6的引射流体入口回到喷射器6。