[发明专利]一种基于CO2冷媒的天然气压力能利用装置

权利要求书

1.一种基于CO2冷媒的天然气压力能利用装置，其特征在于，包括通过管路依次连接在高压管网和中低压管网之间的膨胀机(5)、换热器(16)、加热器(9)，所述膨胀机(5)的输出轴依次连接变速器(4)及双轴发电机(3)的一轴，所述双轴发电机(3)的电力输出端通过变压同步器向外供电，所述膨胀后的天然气在换热器(16)中与CO2冷媒换热；

所述CO2冷媒制冷系统包括依靠管路依次连接形成冷媒循环回路的CO2储罐(11)、压缩机(14)、第一水冷器(15)、换热器(16)、分流器(17)、第二水冷器(18)、节流阀(19)、管壳式换热器(20)与制冷系统，所述压缩机(14)与双轴发电机(3)的另一轴驱动连接，所述压缩后的高温CO2冷媒先后在第一水冷器(15)和换热器(16)与水和膨胀后的天然气换热，得到液态的CO2；所述液态CO2通过分流器(17)分流成两股物流为不同下游工艺提供冷量；

电仪控制系统包括：依次设置在高压管网与膨胀机(5)进气口之间管路上的第一电控阀(2)、压力变速器、温度变送器；依次设置在所述膨胀机(5)与换热器(16)之间管路上的压力变送器、温度变送器、第一流量计(6)、第一流量调节阀(7)；设置在换热器(5)与加热器(9)之间的气动调节阀(8)；依次设置在加热器(9)与中低压管网之间管路上的压力变送器、温度变送器和第二电控阀(10)；依次设置在CO2储罐(11)与压缩机(14)之间管路上的第二流量计(12)和第二流量调节阀(13)；依次设置在压缩机(14)和第一水冷器(15)之间管路上压力变送器和温度变送器；设置在第一水冷器(15)和换热器(16)之间的温度变送器；依次设置在换热器(16)和分流器(17)之间的温度变送器和压力变送器；依次设置在分流器(17)和管壳式换热器(20)之间的节流阀(19)、温度变送器和压力变送器；依次设置在管壳式换热器(20)和CO2储罐(11)上的温度变送器、压力变送器和截止阀(21)。

2.根据权利要求1所述的基于CO2冷媒的天然气压力能利用装置，其特征在于：利用天然气压力能同时实现发电和制冷工艺，并利用循环水代替了原来的电复热器给低温天然气回热。

3.根据权利要求1所述的基于CO2冷媒的天然气压力能利用装置，其特征在于：所述膨胀机型号的选择根据当地门站的流量情况和压力调节机制，合理选用具有实践生产经验的透平膨胀机、螺杆膨胀机或流体马达，达到膨胀机效率与天然气流量合理匹配的目的。

4.根据权利要求1所述的基于CO2冷媒的天然气压力能利用装置，其特征在于：膨胀与发电、压缩过程通过联轴耦合，膨胀机启动驱动发电机和压缩机工作，发电机发电量等于压缩机功率加上发电上网量。

5.根据权利要求1所述的基于CO2冷媒的天然气压力能利用装置，其特征在于：分流器根据下游工艺需求设定分流比例，一部分用于提供冷水空调的冷源，利用了CO2冷媒的气-液潜热；另一部分通过节流阀提供多温位的低温冷量，利用了CO2冷媒的气-固潜热，满足不同制冷工艺的需求。

6.根据权利要求1所述的基于CO2冷媒的天然气压力能利用装置，其特征在于：节流阀为滑套式节流阀，具有耐高压，流量调节精度高，使用寿命长等特点，根据后续工艺需要精确调节节流阀开度，从而控制CO2冷媒膨胀后的温度。

7.根据权利要求1所述的基于CO2冷媒的天然气压力能利用装置，其特征在于：膨胀后的CO2冷媒由中心的螺旋扁管进入与周边的二级冷媒换热，螺旋扁管的使用在提高两种冷媒传热效果的同时也降低CO2冷凝固冻堵的风险；管壳式换热器后螺旋扁管的导程、截面长短轴长度、壳体长度、厚度和保温层厚度根据具体工艺而定。

8.根据权利要求1所述的基于CO2冷媒的天然气压力能利用装置，其特征在于：所述制冷系统可以为制冰机、制干冰机或者橡胶低温粉碎机提供冷源。

9.根据权利要求1所述的基于CO2冷媒的天然气压力能利用装置，其特征在于：所述电仪控制系统由PLC控制。