[实用新型]一种基于光伏水循环的天然气埋地管道防冻胀的系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及天然气管道输运领域，尤其是涉及一种基于光伏水循环的天然气埋地管道防冻胀的系统。

背景技术

天然气在高压管网输运的过程中，天然气压力相对较高(例如，西气东输二线一般在8～12MPa)，当天然气到达分输站后，为满足下游用户的压力(一般在1.5～4MPa)需求，则需要在分输站进行调压。高压天然气经调压阀调压后，压力降低的同时，由于焦耳-汤姆逊效应会使温度骤降至冰点以下。尤其在冬季，会导致调压后天然气埋地管道周围土壤冻结，发生“冻胀”现象。

管道冻胀会造成部分地面、墙体出现裂痕，部分管道在冻胀载荷作用下会发生变形，甚至出现天然气管道阀体离开阀座，造成天然气泄露，对分输站的安全运行造成极大地影响。因此，必须采取有效的措施解决来冻胀问题，以确保分输站的安全运行。

目前已有的解决天然气冻胀问题的方法中，最常见的是换土、防水或排水的方法，这些方法都是通过减少土壤中的水分来降低发生冻胀的可能性，但这些方法不能彻底解决冻胀问题。还有管沟方法，此方法是将天然气管道周围砌成防水水泥管道。但这种方法没有对天然气管道进行换热，冷量未被带走，因此在分输站外与土壤接触的天然气管道依然会吸收土壤的热量，依然会造成土壤冻胀；同时，目前最常用的方法是在天然气管道的调压阀前设置电加热器的方法，由于加热过程中最小量不确定，采用固定式加热方式造成能源浪费；此外，也有采用热管组件，将地下恒温层热量传输到冻胀位置的方法，该方法不消耗高品位电能且对天然气管道附近土壤加热相对均匀，但该方法实施过程中，地下热量与低温管道的换热相对较慢，可能由于天然气管道没有得到及时地热补偿而依然造成管道冻胀。

综上所述，可以发现高压天然气在调压过程中产生大量的冷能，并且由于天然气管道的冷量未被及时带走会产生管道冻胀现象，而太阳能作为一种无污染的可再生能源，如何提供一种系统，基于充分利用太阳能原则，通过合理的工艺流程设计不仅能够解决天然气埋地管线的冻胀问题，而且可以实现节能，减少高品位电能的使用，是节能减排的形势下需要迫切解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种防冻胀、效果好、光伏利用率高、实用性高的基于光伏水循环的天然气埋地管道防冻胀的系统。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于光伏水循环的天然气埋地管道防冻胀的系统，该系统包括相互连接的光伏水循环回路和光伏发电装置，所述的光伏水循环回路包括管道换热器、水箱、循环水泵和光伏热水组件，所述的管道换热器与天然气埋地管道接触换热，所述的水箱分别通过水管与管道换热器、循环水泵和光伏热水组件连接，所述的光伏发电装置与光伏热水组件连接。

所述的光伏热水组件包括蛇形水管由外向内依次设置的玻璃层和保温层，所述的玻璃层和保温层之间填充空气，所述的蛇形水管设置在保温层中，并且与水箱连通。

所述的光伏发电装置包括光伏电池、蓄电池、控制器以及设置在水箱内的加热器和温度传感器，所述的光伏电池设置在保温层的表面，所述的光伏电池、蓄电池和加热器依次连接，所述的控制器分别与加热器和温度传感器连接。

所述的管道换热器内部设有多条蛇形换热管，所述的蛇形换热管依次沿天然气埋地管道外缘排布，并且与光伏水循环回路中的水管连通。

所述的管道换热器出口、循环水泵入口以及光伏热水组件的进水口和出水口处均设有流量调节阀，所述的流量调节阀与控制器连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

一、防冻胀、效果好：本系统在热循环中，充分利用太阳能加热循环水，然后循环水对低温管道进行充分换热，有效解决了天然气埋地管线的冻胀问题。

二、光伏利用率高：光伏热水模块在加热循环水的同时，其中的光伏电池在太阳辐照下产生电能，并储存在蓄电及光伏控制设备中，在夜晚或光照不足时，存储的电能为水箱中的电加热器提供电能从而加热冷水，保证了天然气埋地管道能够得到稳定持续的热补偿。

三、实用性高：基于充分利用太阳能原则，通过合理的工艺流程设计实现节能，减少高品位电能的使用，全程降低了能耗。对于防止调压后天然气埋地管道的冻胀问题，本实用新型具有很好的节能空间与更加广阔的实用价值。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为光伏热水组件的结构示意图。