CN106224780A - 天然气压力能综合利用装置变工况联锁控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了天然气压力能综合利用装置变工况联锁控制系统和方法，系统包括节流调压管路和压力能综合利用系统管路，节流调压管路包括调压前汇气管、截止阀、安全切断阀、第一调压器、第二调压器和调压后汇气管等，压力能综合利用系统管路包括截止阀、安全切断阀、进口紧急关断阀、电动调节阀和压力能综合利用装置等。本发明所提供的一种天然气压力能综合利用装置变工况运行的控制方法及系统，提出了压力能综合利用系统管路与天然气节流调压管路并联运行的联锁控制方法，在天然气输气量波动较大时，综合利用装置能够实现变工况稳定运行，并保证出站天然气压力满足调压要求，满足下游城市管网安全运行。

Description

天然气压力能综合利用装置变工况联锁控制系统和方法

技术领域

本发明涉及适用于天然气门站的压力能综合利用装置和节流调压管路的变工况运行调节，具体为天然气压力能综合利用装置变工况联锁控制系统和方法。

背景技术

目前，国内对于天然气压力能综合利用的研究较多，主要集中在天然气压力能膨胀发电，涉及天然气压力能发电利用的专利也较多，主要涉及的压力能综合利用装置为膨胀机。当选用螺杆膨胀机作为天然气压力能综合利用装置时，由于螺杆膨胀机属于容积式流体机械，其螺杆转速确定后，膨胀机的入口天然气工况体积流量也就确定。当天然气输气量发生变化时，如不对螺杆膨胀机的入口工况体积流量进行调节，膨胀效率将降低，严重时发生膨胀后天然气压力波动大、输气量不足等问题而影响下游管网的安全运行。天然气门站运行过程中，天然气输气量随着下游城市管网用气需求的变化是十分常见的现象，以某设计输气量为10000 Nm³/h的天然气门站为例：在不同时段，天然气输送量在2500~12000Nm³/h之间波动。如不实施本发明，为确保天然气出站压力符合下游管网要求，螺杆膨胀发电机只能在天然气流量为10000 Nm³/h左右的较窄范围内运行，降低了膨胀发电装置的经济性。

综上所述，在天然气站场应用压力能综合利用装置时，必须解决压力能综合利用装置对天然气输气量变工况特性的适应性并维持下游供气压力稳定。

授权公告号为CN203362233U的专利公开了一种利用天然气门站压力能的螺杆膨胀动力机发电系统，该专利采用螺杆膨胀机回收天然气的膨胀功发电，但是并未考虑膨胀后天然气出口压力的稳定控制。授权公告号为CN104088605A、CN101943323A和CN102563958A的发明专利，在利用膨胀发装置回收天然气压力能发电时，同样未涉及膨胀后天然气压力的控制方法。

授权公告号为CN203847188U的专利公开了一种天然气门站余能膨胀发电系统，该专利采用综合利用机组回收天然气中的压力能，涉及的流量调节阀主要是为了调节天然气供冷量，并且采用电气控制同样会造成天然气流量的不稳定性，将对下游天然气管网造成严重影响。

授权公告号为CN203430574U的专利提出采用流量调节阀来调节膨胀发电机组发电功率，并采用压力温度平衡器来稳定膨胀后天然气的压力和温度。但是流量调节阀采用电控形式，存在信号延迟性，同时，尽管采用了压力温度平衡器来稳定膨胀后的天然气压力，但是调节精度较低，无法保证充分利用天然气压力能。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了天然气压力能综合利用装置变工况联锁控制系统和方法，通过综合利用系统管路与节流调压管路并联运行的联锁控制，保证天然气输送量变动时，综合利用装置能够实现变工况稳定运行并满足下游管网安全运行。

本发明第一目的在于提供一种天然气压力能综合利用装置变工况联锁控制系统，天然气压力能综合利用装置变工况联锁控制系统，上述系统包括节流调压管路和压力能综合利用系统管路，其特征在于，上述节流调压管路包括调压前汇气管，其进口与高压天然气进口管道相连，其出口分为两路，一路由依次相连的第一截止阀、第一安全切断阀、第一调压器、第二调压器、第二截止阀、汇气管，下游城市管网相连组成；另一路通过第三截止阀与压力能综合利用系统管路相连，上述压力能综合利用系统管路通过管道汇合进入上述汇气管中；上述压力能综合利用系统管路包括依次相连的第二安全切断阀、进口紧急关断阀和电动调节阀、压力能综合利用装置、第四截止阀与节流调压管路汇合后，进入调压后汇气管。

本发明进一步设置为，上述第一安全切断阀、第一调压器、第二调压器、第二安全切断阀、电动调节阀均根据控制系统反馈的天然气出站压力值进行调节。其中，第一安全切断阀和第二安全切断阀为下游反馈压力超过设定值时自动进行切断的安全设备，第一调压器和第二调压器可根据下游反馈压力自行调整开度以确保下游天然气压力稳定调压器一般分为自力式和电动式，自力式主要通过下游天然气作为驱动力自行工作，电动式主要通过分析反馈信号来控制电机动作以实现自动调压；根据不同天然气站场设计要求，调压器数量可增减。电动调节阀根据压力能综合利用装置出口天然气压力调节阀门开度，确保出站天然气压力的稳定。

本发明的第二目的在于提供一种如上所述系统的联锁控制方法，上述系统应用于天然气城市门站并保证天然气城市门站的不间断供气，上述系统的节流调压管路与综合利用系统管路通过联锁控制方法控制运行状态，方法具体包括如下；

（a）通过设定第一调压器和第二调压器的工作压力，保证综合利用系统管路不运行或者低于最低运行流量时，完全靠节流调压管路供气；

（b）下游城市管网用气量大于综合利用装置最高运行流量时，依靠节流调压管路对超出部分进行分流；

（c）当下游城市管网用气量小于综合利用装置允许最大进气流量时，节流调压管路自动关闭，综合利用系统管路依靠电动调节阀预节流以适应用气量要求，同时满足综合利用装置的进气量需求。

与现有技术相比，本发明所提供的天然气压力能综合利用装置变工况联锁控制系统和方法，具有以下优点：

（1）采用稳定性很高的自力式或电动式调压器和调节精度较高的电动调节阀，通过压力自动调节管路通气量，实现压力能综合利用装置的变工况运行并满足下游城市供气压力要求。

（2）当下游城市用气量满足膨胀机工况流量区间时，保证压力能综合利用装置稳定运行并满足下游城市供气压力稳定。

（3）当下游城市用气量高于压力能综合利用装置最高运行流量时，实现压力能综合利用系统管路和节流调压管路的并联协调运行，在保证下游管网安全年运行的情况下，维持压力能综合利用装置稳定运行。

（4）当下游城市用气量低于膨胀机最低运行流量时，实现综合利用系统管路与原节流系统管路的自动切换，既保护了综合利用装置，又能保障下游供气压力的稳定。

（5）通过在压力能综合利用装置进口均设置紧急关断阀，可进一步保障压力能综合利用装置安全，确保压力能综合利用装置停机或故障时能够迅速切换回节流调压管路，保障下游供气的连续性和稳定性；同时，必要时可在出口加装紧急关断阀作双重保障。

附图说明

图1为本发明的原理图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

实施例1

在本实施例中，结合附图，对本发明的结构进行详细描述。

请参见附图，本发明提供了天然气压力能综合利用装置变工况联锁控制系统和方法，通过综合利用系统管路与原天然气节流调压管路并联运行控制，保证输气量波动时，综合利用装置能够稳定地运行并维持下游城市供气压力的稳定，实现压力能综合利用系统管路和节流调压管路协调稳定运行。

上述节流调压管路包括调压前汇气管1，其进口与高压天然气进口管道相连，其出口分为两路，一路通过第一截止阀3与第一安全切断阀4的进口相连；另一路通过第三截止阀8与第二安全切断阀9的进口相连；

第一安全切断阀4的出口与第一调压器5的进口相连，第一调压器5的出口与第二调压器6的进口相连，第二调压器6的出口通过第二截止阀7与调压后汇气管2进口相连，调压后汇气管2的出口与下游城市管网相连。

压力能综合利用系统管路包括第二安全切断阀9，其进口通过第三截止阀8与调压前汇气管1出口相连，其出口与进口紧急关断阀10进口相连，进口紧急关断阀10的出口与电动调节阀11进口相连，电动调节阀11出口与综合利用装置12的进口相连，综合利用装置12的出口通过第四截止阀13与节流调压管路汇合后，进入调压后汇气管2。

作为本实施中的优选实施方式，上述第一安全切断阀4、第一调压器5、第二调压器6、第二安全切断阀9和电动调节阀11均通过天然气出站压力作为反馈进行调节，其中，第一安全切断阀4和第二安全切断阀9为自动进行切断的安全设备，当下游城市管网压力达到设定切断压力时，能够自动切断供气；第一调压器5、第二调压器6均为自力式或电动式调压器（根据不同天然气站场设计要求，调压器数量可增减）。电动调节阀11电动根据压力能综合利用装置12出口天然气压力调节阀门开度，确保出站天然气压力的稳定。

实施例2

在本实施例中，结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述。

本技术方案应用于天然气站场。如图所示，本发明提供天然气压力能综合利用装置变工况联锁控制系统和方法，包括压力能综合利用系统管路和节流调压阀管路。

为了保证天然气站场的不间断供气，正常运行时，节流调压管路与综合利用系统管路实行联锁控制。通过分别设定第一调压器5和第二调压器6的工作压力，保证综合利用系统管路不运行或者低于最低运行流量时，完全靠节流调压管路供气；综合利用系统管路工作已经运行在综合利用装置12最高运行流量，仍不能满足下游管网用气量要求时，依靠节流调压管路分流；当下游用气量在综合利用装置12正常运行流量范围内时，节流调压管路关闭，综合利用系统管路依靠电动调节阀11预节流以适应用气量要求，同时满足综合利用装置12的进气量需求。

具体结合以下控制方法展开说明：

以某天然气城市门站为例，下游正常供气压力在P左右，要求压力能综合利用装置12出口压力在P+ΔP以上（通过电动调节阀11进行控制），第一调压器5的工作压力设定为P+ΔP，第二调压器6的工作压力设定为P，第一调压器5、第二调压器6和电动调节阀11的工作状态和管路运行情况随出站天然气压力的变化如下：

（1）当天然气输气量高于综合利用装置12的最高运行流量时，出站天然气压力逐渐降低，当综合利用装置12出口天然气压力降低到P+ΔP直至P以下，此时第一调压器5和第二调压器6相继开启，超出压力能综合利用装置12最高允许进气量部分的天然气分流进入节流调压管路。

（2）当天然气输气量满足综合利用装置12的正常运行流量范围时，出站天然气压力高于第一调压器5和第二调压器6的压力设定值，第一调压器5和第二调压器6处于关闭状态，电动调节阀11处于工作状态，调节综合利用装置入口压力，维持综合利用装置12出口压力在P+ΔP以上（正常运行始终低于第一安全切断阀4和第二安全切断阀9的压力设定值），进站天然气全部走压力能综合利用系统管路。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (3)

1.天然气压力能综合利用装置变工况联锁控制系统，所述系统包括节流调压管路和压力能综合利用系统管路，其特征在于，所述节流调压管路包括调压前汇气管（1），其进口与高压天然气进口管道相连，其出口分为两路，一路由依次相连的第一截止阀（3）、第一安全切断阀（4）、第一调压器（5）、第二调压器（6）、第二截止阀（7）、汇气管（2），下游城市管网相连组成；另一路通过第三截止阀（8）与压力能综合利用系统管路相连，所述压力能综合利用系统管路通过管道汇合进入所述汇气管（2）中；所述压力能综合利用系统管路包括依次相连的第二安全切断阀（9）、进口紧急关断阀（10）和电动调节阀（11）、压力能综合利用装置（12）、第四截止阀（13）与节流调压管路汇合后，进入调压后汇气管（2）。

2.如权利要求2所述的天然气压力能综合利用装置变工况联锁控制系统，其特征在于，所述第一安全切断阀（4）、第一调压器（5）、第二调压器（6）、第二安全切断阀（9）、电动调节阀（11）均根据控制系统反馈的天然气出站压力值进行调节。

3.一种如权利要求1-2任一项所述系统的联锁控制方法，其特征在于：所述系统应用于天然气城市门站并保证天然气城市门站的不间断供气，所述系统的节流调压管路与综合利用系统管路通过联锁控制方法控制运行状态，方法具体包括如下；

通过设定第一调压器（5）和第二调压器（6）的工作压力，保证综合利用系统管路不运行或者低于最低运行流量时，完全靠节流调压管路供气；

下游城市管网用气量大于综合利用装置（12）最高运行流量时，依靠节流调压管路对超出部分进行分流；

当下游城市管网用气量小于综合利用装置（12）允许最大进气流量时，节流调压管路自动关闭，综合利用系统管路依靠电动调节阀（11）预节流以适应用气量要求，同时满足综合利用装置（12）的进气量需求。