零热源天然气余压透平测试装置

技术领域

本发明涉及设备技术领域，具体来说涉及一种零热源天然气余压透平测试装置。

背景技术

天然气作为一种常规能源，已经是生活能源的主要组成部分，天然气燃烧后主要产生水和二氧化碳，对环境比较友好。天然气的运输采用的是管道高压运输，通常采用调压阀直接将高压天然气压力降至用户使用压力。利用膨胀机代替调压阀，利用降压前后的压差驱动膨胀机工作并带动齿轮箱和发电机发电，是一种有效的天然气余压利用的方式。

由于膨胀机用于天然气环境，需要对膨胀机的各种工况性能进行测试，现有的测试装置是通过压缩机压缩天然气至膨胀机测试压力，采用闭式循环的方式对膨胀机的性能进行测试。膨胀机膨胀后的天然气的温度会降至零下几十度，为了保护设备及获得真实的膨胀机在天然气运行环境参数，需要对低温天然气进行再热并保证运行参数稳定。而现有技术安装汽化器进行再热，会产生两个方面的问题，一方面不同型号的膨胀机需要配比不同的汽化器，会大大增加测试设备成本；另一方面经过汽化器的低温天然气再热效果会受环境温度的影响，特别是在冬季，再热效果不理想，这种情况会影响经过压缩机压缩后天然气的压力和温度，最终会导致所测试膨胀机的进气压力和温度不稳定，影响膨胀机的性能测试。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺点而提供的一种能测试天然气余压发电膨胀机在不同温度和压力工况下的性能，且能保证测试系统经济性、可靠性和稳定性的零热源天然气余压透平测试装置。

本发明的目的及解决其主要技术问题是采用以下技术方案来实现的：

本发明的零热源天然气余压透平测试装置，包括压缩机1、高压缓冲罐3，膨胀机5、低压缓冲罐7、系统压力调节阀8、气源储气罐9、压缩机出口换热器11、储热罐13、膨胀机出口换热器17，其中：压缩机1的出口与压缩机出口换热器11的进口连接，压缩机出口换热器11的出口与高压缓冲罐3的进口连接，高压缓冲罐3的出口和膨胀机5的进口连接，膨胀机5的出口与膨胀机出口换热器17的进口连接，膨胀机出口换热器17的出口与低压缓冲罐7进口连接，低压缓冲罐7的出口与压缩机1的进口连接；气源储气罐9与膨胀机5出口及膨胀机出口换热器17的进口连接；压缩机出口换热器11的出口与膨胀机出口换热器17的进口连接管路上设有系统压力调节阀8；压缩机出口换热器11的换热出口与储热罐13的进口连接，储热罐13的出口与膨胀机出口换热器17的换热进口连接，膨胀机出口换热器17的换热出口与压缩机出口换热器11的换热进口连接。

所述压缩机1的出口与压缩机出口换热器11的进口连接的管道上安装有压力单向阀2。

所述高压缓冲罐3出口与膨胀机5进口连接的管道上安装有膨胀机进口压力调节阀4。

所述膨胀机5的出口与膨胀机出口换热器17的进口连接的管道上安装有膨胀机出口压力调节阀6。

所述气源储气罐9与膨胀机5出口及膨胀机出口换热器17的进口连接的管道安装有补气调节阀10。

所述压缩机出口换热器11的换热出口与储热罐13连接的管道上安装有换热单向阀12。

所述储热罐13的表面包覆有保温层14。

所述储热罐13的出口与膨胀机出口换热器17的换热进口连接的管道上依次安装有换热循环动力泵15、换热调节阀16。

本发明与现有技术相比，具有明显的有益效果，从以上技术方案可知：正常工作时，补气调节阀根据测试压力需求，提供气源给系统补气。在压缩机、高压缓冲罐、膨胀机、低压缓冲罐组成的压力循环回路中，通过系统压力调节阀可以调节膨胀机的进、出口压力范围；膨胀机进口压力调节阀、膨胀机出口压力调节阀、可以控制膨胀机的实际测试压力值。压缩机出口换热器、储热罐、膨胀机出口换热器组成的换热回路，利用压缩机压缩天然气产生的热能，通过膨胀机出口换热器和换热调节阀控制膨胀机的出口温度恒定。本发明能够满足各种测试温度和压力需求，且压缩机出口换热器和储热罐与膨胀机出口换热器组成的换热回路实现压缩机热量再利用，从而提高测试系统的经济性、可靠性和稳定性。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图中标识：

1、压缩机；2、压力单向阀；3、高压缓冲罐；4、膨胀机进口压力调节阀；5、膨胀机；6、膨胀机出口压力调节阀；7、低压缓冲罐；8、系统压力调节阀；9、气源储气罐；10、补气调节阀；11、压缩机出口换热器；12、换热单向阀；13、储热罐；14、保温层；15、换热循环动力泵；16、换热调节阀；17、膨胀机出口换热器。

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的零热源天然气余压透平测试装置的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

参见图1，本发明的零热源天然气余压透平测试装置，包括压缩机1、高压缓冲罐3，膨胀机5、低压缓冲罐7、系统压力调节阀8、气源储气罐9、压缩机出口换热器11、储热罐13、膨胀机出口换热器17，其中：压缩机1的出口与压缩机出口换热器11的进口通过安装有压力单向阀2的管道连接，压缩机出口换热器11的出口与高压缓冲罐3的进口通过管道连接，高压缓冲罐3的出口和膨胀机5的进口通过安装有膨胀机进口压力调节阀4的管道连接，膨胀机5的出口与膨胀机出口换热器17的进口通过安装有膨胀机出口压力调节阀6的管道连接，膨胀机出口换热器17的出口与低压缓冲罐7进口通过管道连接，低压缓冲罐7的出口与压缩机1的进口通过管道连接；气源储气罐9与膨胀机5的出口及膨胀机出口换热器17的进口通过安装有补气调节阀10的管道连接；压缩机出口换热器11的出口与膨胀机出口换热器17的进口连接管路上设有系统压力调节阀8的旁路；压缩机出口换热器11的换热出口与储热罐13的进口通过安装有换热单向阀12的管道连接，储热罐13的出口与膨胀机出口换热器17的换热进口通过依次安装有换热循环动力泵15、换热调节阀16的管道连接，储热罐13的表面包覆有保温层14，膨胀机出口换热器17的换热出口与压缩机出口换热器11的换热进口连接。

工作原理：本零热源天然气余压透平测试装置开始工作前，膨胀机进口压力调节阀4、膨胀机出口压力调节阀6都处于关闭状态；气源储气罐9中的天然气通过补气调节阀10进入系统中充气，当系统压力达到系统允许启动的压力后，依次开启压缩机1、膨胀机5，调节系统压力调节阀8，使得高压罐缓冲罐3和低压罐缓冲罐7的压力至实验测试所需压力范围，通过膨胀机进口压力调节阀4、膨胀机出口压力调节阀6可以精确控制膨胀机进出口压力。在此过程中，天然气经过压缩机1后，温度升高，换热回路中的换热工质通过压缩机出口换热器11后，将这一部分热量吸收并且存储在储热罐13中，同时储热罐13中的换热工质，在换热循环动力泵15的作用下经过膨胀机出口换热器17给经过膨胀机5膨胀后的低温天然气升温。换热调节阀16可以调节经过膨胀机出口换热器17的流量大小，来满足不同测试温度并保持温度稳定，对不同压力情况下膨胀机工况进行测试时。通过调节系统压力调节阀8、膨胀机进口压力调节阀4、膨胀机出口压力调节阀6的开度调整系统压力至实验测试所需压力，待系统压力稳定后，通过换热调节阀16调节经过膨胀机出口换热器17的流量大小，来满足不同测试温度并保持温度稳定。本零热源天然气余压透平测试装置，实现了系统压缩机1产生的热量的再利用，将压缩机1产生的热量用于加热膨胀机5膨胀后的低温天然气，而不需要额外再热设备，就能够满足不同压力不同温度工况的测试条件。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。