（上海电力安装第一工程有限公司 200090）
摘要：当前，在我国，天然气压力能利用仍处于起步阶段,仅局部地区建立了试点工程,而大部分天然气压力能仍未充分利用。天然气差压发电系统其主要流程是高压天然气从进气管进入透平膨胀机,带动连接其发电系统运作后,从排气管排出进入低压管网,其主要问题是膨胀降压过程伴随着数十度甚至上百度的温降,需利用加热系统进行换热。推动天然气差压发电有着重大意义。本文主要是针对差压发电技术，分析了其具体的应用，提出了具体的方案研究，旨在为相关研究提供参考，促进天然气的广泛应用。
关键词：天然气；差压发电；技术
我国能源网处于快速发展中，天然气也已经成为普遍的生活能源。然而在天然气管道运输中,一些调压站由于地理位置较为偏僻,还存在供电问题。以一般城市燃气为例,地区供气量不断增大,调压站也随之建设范围较广,部分偏远调压站用电比较困难,基本的生活用电如照明,生产用电如风机、伴热带等得不到满足,而采用市电拉网程序复杂,价格昂贵。目前大多采用较为妥协的处理办法,从周围农户搭接临时用电,不是长久之计,急需从根本上解决这一难题。另外,太阳能发电及风力发电由于发电功率较小,受到环境天气影响较大,工作状态不稳定,经常会出现供电不足的情况,对于场站内部照明,摄像监控,仪表远传等用电,都存在一定的问题。同时,随着天然气管网不断增长,压力不断增高,蕴含的大量压力能没有充分利用。目前国内外的天然气管网压力能利用技术理论研究较多,主要包括将电能及冷能用于发电、调峰、制冷等。近些年,我国的天然气管网压力能利用工程发展较快,但均处在示范研究阶段,至应用普及仍有一定差距。
一、技术方案介绍
（一）工艺方案
本套装置通过支路与原调压装置并联的形式,将一部分天然气进行膨胀发电。利用天然气调压过程中的压力能,通过小型膨胀机将这一能量加以转化,在膨胀机转动的同时,连轴发电机进行发电。发出的电力经过电力系统处理后,供给场站各处设备、照明、办公等用电。
本套装置关键设备为调压阀,电磁阀,膨胀机,发电机以及电力方面的电控柜,充电装置,以及相应的用电设备。原则流程图如下:
.png)
图1 原则流程图
Fig.1 Flowchartofprinciple
根据天然气压力、流量、流速等参数,膨胀机入口选用DN50管径,出口选用DN125管径。正常工作时,1200Nm3/h,0.8MPa天然气经过膨胀机向外做功,带动发电机转动,发电机在电磁场中进行切割磁感线运动,继而达到发电的目的。
2.5MPa天然气通过调压阀,其压力降低至0.8MPa进入膨胀机,0.8MPa的天然气在膨胀机内做功,压力降低至0.1MPa。同时,膨胀机主轴带动发电机进行发电。
0.1MPa天然气通过止回阀进入下游管网,止回阀作用是当下游出现压力过高时防止出现气流回冲的现象,保障膨胀机的使用安全。止回阀配合放散球阀一同使用,在出现压力过高时可以中断发电,利用放散阀将天然气进行安全的放散,从而保障下游压力在允许范围之内以确保燃气输送安全。
（二）电力自控系统
电力方面通过PLC控制柜连接电磁阀,各个压力变送器、温度变送器等设备。采用一键启动的运行方式。
整套装置在PLC的控制下,一方面保证用电平稳,另一方面保障系统稳定运行。系统在PLC控制下,可以根据压力变送器和温度变送器的数据进行实时反馈调节。一旦下游出现压力过高,高于系统设定值,系统会自动切断电磁阀,执行紧急停机操作,天然气将全部通过原有调压装置进入下游管网,从而保障后端管道安全用气。该PLC控制系统设定为自动开机自动调节模式,简单易操作,在一定程度上,节约了人员的培训经费。
在运行过程中,由于天然压力、流量的波动,会造成发电机输出电力出现电压和频率的轻微波动现象。因此,本系统配备了电力保护装置,连接发电机输出端,来保证系统输出电力品质的稳定,以免出现电压过高和过低的情况。另外,一旦出现短路等情况,该设备会自动过电流保护,自动切断供电,以确保下游用电设备安全。
发电机在膨胀机的带动下,对外输出电力,一部分通过变压器调节成220V/380V交流电对场站日常用电设备进行供电。另一部分可通过逆变器等设备,向蓄电池充直流电。
在压力能发电系统不工作时,蓄电池存储的电力可以为,天然气调压场站的仪表和为一部分场站用电设备提供电力,确保场站长时间的电力保障,实现不间断供电。
.png)
图2 原则工艺方案图
Fig.2 Principleprocessplan
二、应用可行性分析
由于天然气调压站地方较为偏僻, 部分场站仍存在缺电少电的情况, 门站原有的太阳能发电存在一些供电不及时等问题, 而从市电架设工业专线的价格昂贵, 因此对于类似背景的天然气场站来说, 利用天然气压力能发电, 用于供给场站各处用电是一个相对更优的选择。一方面节约了大量的电网建设成本, 省去了各种繁琐的供电手续, 另一方面, 供给的电能可以满足场站日常用电, 节约了用电成本。
根据各个无电场站的位置不同, 一般工业电专用线路架设总费用约为100~200万元;而天然气压差发电项目的开发为场站满足自供电提供了解决方案, 且不产生天然气的浪费和损失, 基本无需增加后期的运营管理成本;而由于该装置是全自动化控制, 系统可自动进行调节, 因此场站无需为此配备额外的工作人员, 只需定时进行巡检、定期对设备进行维护操作等。每年的设备维护主要包括系统润滑油的添加, 螺栓的固定等操作, 运维成本较低。
特别在无人值守站点, 该技术的应用将有效降低管理成本, 采用监控仪表报警不间断传送信号, 并且能够远程操作阀门, 不仅能够实现集成管理平台的操作方式, 而且将在很大程度上做到故障预警, 信息分析及有效防止后续事故的发生。结语
节能环保是降低生产成本,实现可持续发展的重要举措,以上主要从换热方面对差压发电的工艺参数进行了计算,由于接触差压发电的时间有限,本文只是简要对其实施进行了探讨。
三、结束语
综上所述，天然气压差发电技术的应用有着十分广阔的空间，并且压差发电技术的应用,利用了天然气压力能发电装置及配套电力控制系统,可实现清洁能源的有效利用,符合国家节能减排的政策,该项目值得进行大力推广。
参考文献
[1]林魁.延长石油井口天然气压差发电伴热技术研究[A].福建省制冷学会.第十八届福建省科协年会分会场——福建省制冷学会2018年学术年会论文集[C].福建省制冷学会:福建省制冷学会,2018:9.
[2]王尧,杨海红,何力,杜德飞,赵靓.天然气压差发电技术在调压门站的应用[J].石油石化节能,2018,8(05):9-11+8.
[3]孙金栋,周晶晶,魏晨晨,王平,杜静.次高压、中压燃气压差发电实验研究[J].科学技术与工程,2017,17(09):159-163.