高压天然气调压过程的压力能回收研究

【摘要】：2000年,我国开始建设第一条高压力、大输量、长距离天然气管道——西气东输管道一线,“十一五”以来又启动和规划了西气东输二线、三线、四线等天然气管道,预计到2020年,我国天然气管道年输送量将达4200×108Nm3以上。这些天然气管道运行压力都在6MPa以上,在交接给下游用户是需使用调压橇降压分输。调压橇为节流装置,在调压过程中上游增加的压力大部分浪费掉,如果能够回收这部分压力能则可以产生显著的经济效益。本文提出应用单螺杆膨胀机回收长输管道高压天然气的压力能进行发电,并提出冷能利用建议方案,实现能源节约的目的。文章首先提出压力能回收方案,然后从热力学分析角度,应用?分析方法从理论上分析了压力能发电可行性,对回收过程中形成的低温天然气,提出冷能综合利用方案,确保天然气管道不发生冻胀,并实现站场节能优化。针对回收压力能的核心设备,选择系统更加简单、维护量更少的单螺杆膨胀机作为回收压力能的核心设备,并对成套系统、部件和控制系统提出具体技术要求,包括参考的标准和规范、系统配置、报警保护等。根据单螺杆膨胀机的性能测试数据,可知能够满足系统回收压力能的要求。根据建议的压力能回收系统方案设计,采用净现值法进行经济效益分析,在分输流量低至10×104Nm3/d时,开展压力能回收仍然具有显著的经济效益。最后,文章对天然气管道分输调压系统所蕴含的大量压力能和冷能应用进行展望,若能够开展有效的综合利用,将在节约能源、建设运营绿色天然气管道方面具有显著的社会效益。 【关键词】：天然气 压力能 膨胀机 单螺杆 应用
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE832
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 课题的意义及国内外研究现状综述11-13
• 1.1.1 课题的来源11
• 1.1.2 课题研究的意义11-13
• 1.2 压力能回收现状13-19
• 1.2.1 我国天然气管道建设发展情况13
• 1.2.2 输气管道分输调压流程13-14
• 1.2.3 压力能回收主要技术手段14
• 1.2.4 国外天然气调压系统压力能应用现状14-15
• 1.2.5 国内天然气调压系统压力能应用现状15-16
• 1.2.6 压力能回收用途16-18
• 1.2.7 小结18-19
• 1.3 研究内容19-20
• 第二章 高压天然气调压能量回收方案20-25
• 2.1 压力能发电方案20-21
• 2.2 冷能应用方案21-24
• 2.2.1 应用冷能冷却润滑油21
• 2.2.2 冷能用于变频器冷却水冷却21-22
• 2.2.3 冷能用于驱动电机冷却22-23
• 2.2.4 冷能用于压缩机排气冷却23
• 2.2.5 冷能用于分输站空调系统23
• 2.2.6 将冷能出售给其他用户23-24
• 2.3 小结24-25
• 第三章 压力能回收系统综合分析25-48
• 3.1 天然气物性计算25-31
• 3.1.1 西气东输管道天然气组分25
• 3.1.2 西气东输管道主要分输工艺参数25-27
• 3.1.3 应用BWRS方程计算天然气物性参数27-31
• 3.2 应用?分析法计算可回收压力能31-35
• 3.3 压力能回收系统天然气温度恢复35-41
• 3.3.1 膨胀后天然气温度计算35-38
• 3.3.2 应用空气换热器恢复天然气温度38-41
• 3.4 冷能综合利用方案41-47
• 3.4.1 应用管壳式换热器恢复天然气温度41-42
• 3.4.2 冷能应用于变频器冷却水换热42-44
• 3.4.3 冷能应用于驱动电机冷却水换热44-46
• 3.4.4 冷能应用于机组润滑油换热46-47
• 3.5 小结47-48
• 第四章 系统设备技术要求48-60
• 4.1 压力能回收核心设备选取48-52
• 4.1.1 透平膨胀机48-49
• 4.1.2 双螺杆膨胀机49-50
• 4.1.3 单螺杆膨胀机50-51
• 4.1.4 本课题选择的膨胀机51-52
• 4.2 单螺杆膨胀机技术要求52-54
• 4.2.1 标准和规范52
• 4.2.2 单螺杆膨胀机52-53
• 4.2.3 润滑油系统53-54
• 4.3 发电机技术要求54-55
• 4.3.1 设计和制造标准54
• 4.3.2 通用技术条件54
• 4.3.3 励磁性能54-55
• 4.4 换热器技术要求55-56
• 4.4.1 设计和制造标准55
• 4.4.2 技术要求55-56
• 4.5 控制系统技术要求56-59
• 4.5.1 标准及规范56
• 4.5.2 仪表56-57
• 4.5.3 控制系统设备57
• 4.5.4 控制和保护系统57-58
• 4.5.5 控制盘58-59
• 4.6 小结59-60
• 第五章 单螺杆膨胀机性能测试60-64
• 5.1 测试系统说明60-61
• 5.2 膨胀机性能计算61-62
• 5.3 测试结果62-63
• 5.4 小结63-64
• 第六章 经济效益分析64-69
• 6.1 经济性分析基本要求64
• 6.2 分输站压力能回收经济效益分析64-66
• 6.2.1 投资成本64-65
• 6.2.2 年度运行效益分析65-66
• 6.3 分输压气站压力能回收和冷能综合利用经济效益分析66-68
• 6.3.1 投资成本66-67
• 6.3.2 年度运行效益分析67-68
• 6.4 小结68-69
• 第七章 结论与展望69-71
• 7.1 结论69-70
• 7.2 展望70-71
• 参考文献71-73
• 致谢73-74
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文和获得科技奖励74

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