高压天然气管道压力能的回收与利用

高压天然气管道压力能的回收与利用

摘要：本文通过利用数学模型对天然气的压力能的回收与利用进行了能量研究分析。对于高压天然气管道的压力能的回收和利用进行了可行性的方法，并介绍了压力能用于净化、制冷、发电等方面的经济作用，有效地提高的天然气管道的能源利用率。

关键词：高压天然气；管道压力能；回收与利用

随着我国西气东输工作的快速发展，对于天然气的需求也是节节攀高，必然加速了我国天然气管道行业的迅猛发展。当前我国天然气多数利用高压管道进行输送，在输送的过程中会造成大量的压力能源无形损失，假如科学合理的采取相应的措施对这些压力能进行回收利用，可以大大降低资源的浪费，使能源利用率得到提高，为天然气管道运营创造经济效益。

一、利用数学模型对高压天然气进行压力用分析

目前我国所使用的天然气主要由甲烷、乙烷、丙烷等成分构成，其中甲烷是主要的气体成份，高压天然气通过节气阀时会体积膨胀致使压力及温度降低，如果通过科学的方法将这个过程中的压力能的变化做出准确的分析，可以为合理利用高压天然气压力能做出科学的指导。

天然气在经过节流地膨胀中产生的能量用是在某种压力下因为热不平衡从而造成的温度用与某种温度条件下力无法平衡所造成的压力用的和，即：

天然气从正常温度降低到温度T的整个过程，温度用是：

通过以上公式分析得知天然气是多种气体的混合物，在膨胀中的压利用和组分及压力有着密不可分的必然联系，因而需要利用真实气体的实际状态方程式（3）来做计算。

二、高压天然气管道压力能的回收与利用的能量分析

假设甲烷是天然气的全部组成气体，正常温度是25摄氏度，简化公式（3）进行计算。输出压力设为p2=0.1MPa,在输气压力p1不同时，我们可以在图1看到天然气的比压力用。

输气压力P1在分别是8、5、4M Pa时，天然气通过管道进入用户的比压力

用如图2所示。输气压力由5M帕下降到2.5M帕，天然气的比压力用是110.2千焦每千克。由此可见他的压力能非常之大。如果我们将其回收，每年可以回收的压力能可以为发电站提供一年的发电压力能。

三、高压天然气管道压力能的回收与利用的方法

我国目前天然气管道运输系统中的(净化厂、压气站)压力调试站有城市门站和区域门站等系列。因此我们可以在这些压力调节门站，采取相应的压力能回收装置来对天然气的压力能进行回收。

回收天然气压力能的方法有以下三种，第一种是采用膨胀机装置把压力能转变成机械功，第二种是利用管道压力能生产出液化的天然气，第三种是用压力能深度净化天然气，从而达到某些特殊要求的用户。

四、高压天然气管道压力能的回收与利用的经济作用

（一）通过压力能可以通过天然气的净化得到回收

目前我国所使用的天然气在进行输送前首先要经过脱水、脱硫和脱氢的净化过程进行处理。再者，在利用天燃气管道压力能生产LNG和CNG时，也要在前期对天然气进行脱水、脱氢的深度净化处理。研究人员通过大量的实践结合生产对处理装置给予科学的改良，对压力能进行回收用来使天然气得到净化。（二）通过压力能可以通过天然气液化制冷进行回收

我国目前通过利用天然气压力能对天然气进行液化制冷主要有两种方法，第一种方法是利用天然气直接进行膨胀制冷，第二种方法是利用膨胀机和气波制冷机进行低温制冷。俄罗斯新研制了一套适用于调压站液化天然气的设备。这种设

备不会消耗其他的能量，可以使管道内的压力能得到充分利用，在涡流管内吧压力能转化成冷能量对天然气进行液化。这套设备是由波罗的海的造船厂生产制造后，用于维保的天然气调压站，通过2002年的生产检测。

下面简单介绍一下整个天然气被液化的过程，如图3所示，天然气在进入换热器1以后，会被逆流向的低温天然气加以冷却，大概会到零下50摄氏度。与此同时，重氢成分会在容器的下层富聚，进行气体液体的分离，会有95%的重氢组分离出来。紧跟着是天然气流过换热器2，这时会被逆流向的低温天然气冷却到零下80摄氏度~90摄氏度。与此同时，会有少量的重氢成分在底部冷却凝固，再次进行气液的分离，进入到了下方的收集槽中。通过换热器2输送出的天然气会通过调节阀分成两大部分，一部分会流入气液分离器，通过液化后存入储罐。那么，另一部分会和通过气液分离器所分出的气体一同流回换热器2，对即将会液化的天然气继续降温。刚才进入涡流管1的天然气，有20摄氏度和零下60摄氏度的两股流体，其中热流体进入了调压站的出口管道，冷流体流入换热器1，进行预冷。涡流管2所制作的热流可用于对系统温度进行调节。我国的科学研究人员研发了通过管道压力能制造液化天然气的设备。我们可以将以上的两种设备进行一定的改良，令其工作压力和管道压力可以得到有效匹配，天然气管道压力能就可以得到有效回收了。

图3 调压站用液化装置图

（三）通过压力天然气发电回收

可以利用天然气的压力差发电对天然气管道的压力能进行回收，目前日本对这个领域有了较为成熟的研究，我国现在的研究人员也在根据天然气发电的蒸汽及燃气的循环周期，研究出一套有关天然气管道压力能回收的循环系统，从而大大提高了我国目前的发电效率，有效的改善了能源的利用率。

通过利用压利用分析法对天然气管道压力能的分析显示，可回收利用的压力能能量很大。在天然气的输送管道的调压站，可以利用特殊装置对天然气的压力能进行回收，可以提供液化天然气的深度脱水净化。

总结：

随着国内外天燃气管道压力能的回收研究以及我国天然气管道输送业的快速发展，在我国全国范围内天然气管道大致形成，天然气可以通过管道网输送到千家万户。通过借鉴国外的先进设备和技术方法，结合自身的工艺流程，创造出属于我们自己的天然气压力能回收装置。利用这些装置对管道压力能进行回收利用，从而提高能源的利用率，避免能源的浪费，为构建节约能源贡献一份力量。参考文献：

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