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【摘 要】我国在天然气高压输送方面取得了长足的發展，在天然气管道的高压输送的过程中，长输管线在调整压力时必然会损失大量的压力能，利用天然气官网压力能也自然而然的引起了人们广泛关注，天然气管网压力能对于LNG技术的生产有着重要意义。因此，论文从利用天然气管网压力能生产LNG技术研究的意义出发，对天然气管网压力能进行分析，最后阐述了基于联立模块法压差液化工艺选择，希望对利用天然气管网压力能生产LNG技术方面工作有所帮助。
【Abstract】China has made great progress in the high-pressure transmission of natural gas. During the high-pressure transportation of natural gas pipeline， the long-distance pipeline will inevitably lose a lot of pressure energy when adjusting the pressure， and using the pressure of natural gas will also cause people’s attention. The pressure of natural gas pipeline network can be of great significance to the production of LNG technology. Therefore， this paper analyzes the pressure energy of natural gas pipeline network from the view of using energy of natural gas pipeline network to produce LNG. Finally， it expatiates on the choice of differential pressure liquefaction process based on simultaneous module method， hoping to provide reference to this technology.
【关键词】天然气管网；压力能；LNG
【Keywords】natural gas pipeline network； pressure energy； LNG
【中图分类号】TE83 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）07-0191-02
1 引言
随着我国天然气输送技术的不断发展，我国天然气资源短缺与市场分布不均等问题得到了有效解决，同时还增强了我国天然气高压输送管道的建设。在此背景下，天然气管道输送的安全性与环保性显得十分重要，而在管线调压过程中将会损耗大量压力能，生产LNG技术可以实现对高压天然气管网压力能的回收和利用。因此，利用天然气管网压力能生产LNG技术研究是一项十分重要的课题。
2 利用天然气管网压力能生产LNG技术研究的意义
随着我国社会各地的快速发展，天然气的需求量也急剧增加，为了服务于全国各地的建设发展，天然气输送建设朝着长距离运输、高压运输方向发展。而在天然气运输中难免会造成损失，面对着天然气在分输站调压过程中损失大量的压力能现象，有必要对利用天然气管网压力能生产LNG技术做出相关研究[1]。第一，天然气在高压运输过程中，经过分输站进行调压时将会出现较大降压现象，从而损失大量压力能。而生产LNG技术在天然气分输站对压力能的回收有着重要作用，此外，还可以消减在高压天然气降压时产生的冰冻效果使其管道受到损伤的效果。对天然气压力能的回收可以有效地提高天然气资源的利用率，避免天然气能源的浪费，从而实现了天然气管网的高效运作。第二，LNG是一种环保高效的能源，现阶段已经广泛应用于社会生活当中。同时由于LNG的特性，还可以将天然气输送到偏远地区。而目前国际LNG的市场价格不断增长，这也使得我国不得不立足于国内资源高效利用，全面发展天然气液化技术。因此，将天然气管网压力能用于LNG的生产具有广阔的前景。第三，目前我国对利用天然气管网压力能生产LNG技术还不够重视，其技术的使用还不够成熟，从而导致天然气压力能回收效果不好，天然气液化率较低等问题存在。因此，对于天然气压力能的高效利用与回收具有重要的科研意义。
3 天然气管网压力能分析
3.1 天然气管网压力能的热力学分析
在能量转换过程中，需要有评价能量价值的参数，从而使其能量传递与转换清晰的反映出来。而有效能就是其评价能量价值的参数，是指能量转换系统无论环境怎样变化，都保持着平衡状态，而随意转换为其他形式的能量就是有效能[2]。有效能分析法将第一定律与第二定律进行有效结合，其目的是能够清晰地反映出能量的传递与转换情况。此外，将天然气管网看作一个开口系统，还可形成高压天然气压力计算模型。
3.2 回收压力能制冷设备的热力学分析
我国现阶段天然气运输还在采用节流降压的传统方法，这种方法会导致有效能损耗较高，降低了压力能的利用率。利用高压天然气压力能制冷可以生产LNG，从而达到回收分输站压力能液化天然气的目的。我国通常采用节流阀与透平膨胀机两种制冷设备，进行天然气压力能的回收工作。节流阀通过改变天然气、通过管道的面积，导致改变天然气流动的速度从而降低天然气流动时所产生的压力。当天然气经过节流阀时，天然气由于部分受到阻力其导致压力降低。当天然气在节流过程中，其压力降低，其自身发生膨胀，当节流效应系数大于零时，其节流之后导致温度降低[3]。透平膨胀机可以导致绝热膨胀制冷，是一种高效率的设备，而绝热膨胀制冷又是降低温度的主要方式。因此，透平膨胀机在回收压力能制冷上有着举足轻重的作用。具体方法是天然气进入透平膨胀机中，经过膨胀并产生足够的动能，再将动能传送到工作轮输出功率，以此降低天然气的温度，从而完成天然气压力能的回收工作。透平膨胀机工作原理是天然气流动的速度变化从而发生能量之间的转换。 4 基于联立模块法压差液化工艺选择
4.1 分输站压差液化天然气工艺流程
高压天然气经过分输站还要进行去除杂质过程，分离杂质后分流为两种，其中一种为膨胀后的天然气，作为制冷原料；另外一种为液化后的天然气，是作为LNG的原料。在分输站回收压力能的过程中，为了节约成本，仅对液化部分的天然气进行净化处理[4]。而对于脱水处理来说，两种状态天然气都要进行，这是为了防止天然气在低温状态下造成设备冰堵。经过净化的液化天然气，首先会进入到膨胀机的增压端，达到一定压力时进入换热器进行预冷处理，随后流入到膨胀端进行膨胀处理，使其温度降低，经过液化的天然气成为LNG，进行冷藏处理。而没有经过净化的天然气经过预冷处理后进入到膨胀机内，并经过降温加压处理后成为液化天然气，这种天然气可以为生产LHG提供制冷量。在完成提供制冷量工作后又经过压缩端进行加压处理并使其通向天然气管网中[5]。膨胀前预冷压差液化天然气流程分为三个部分，第一，冷剂经过膨胀机压缩端产生一定压力后，由水冷器与换热器依次进行冷却处理，在天然气彻底完成降温降压后重新回到换热器中，并为待处理的天然气提供制冷量，最后返回冷剂压缩机，以此完成预冷冷剂循环。第二，少量天然气经过处理后成为膨胀天然气并经过第一步进行预冷处理，随后进入透平膨胀机的膨胀端进行降压降温，在天然气完成降温降压后进入到另一换热器中，并为待处理的液化天然气提供制冷量，最后进入另一压缩端进行加压从而向外输送到天然气管网中，这是天然气膨胀制冷支路流程。第三，分输站的另外部分经过净化以及脱水的高压天然气，作为液化天然气经过加压以及进行预冷处理后，通过膨胀机的膨胀端进行降温，将气态与液态天然气相分离[6]。液态天然气进行回收处理，而气态天然气进入另一换热器进行液化并使用节流阀进行降压处理，此为天然气液化支路流程。
4.2 分输站压差液化流程模型
分输站压差液化流程分为部件模型与数学模型两种。其中分输站压差液化流程部件模型主要分为六种，即分流器模型、换热器模型、节流阀模型、气液分离器模型、膨胀机模型以及压缩机模型。各个部件模型之间的物质、能量的传递是通过接口来实现的，每个部件之间都有其相对应的方程，这些方程能够有效地保持各部件之间的压力平衡，也能促使进出能量保持平衡[7]。分输站压差液化流程系统数学模型是以单位模型作为基础的，并根据已经完成的分输站压差液化流程部件单元模型形成的。这种数学模型可以直观地计算出输出变量以及促使分输站压差液化流程稳定模型的优化性。
5 结论
现阶段，我国天然气高压运输过程中，存在着天然气能源损失等问题，而将损失的压力能进行回收与利用是十分必要的。利用天然气在分输站调整压力过程中所损失的压力能，将天然气进行液化处理，形成LNG，对于我国天然气资源的需求有着重要作用。而在这一过程中所产生的压力能也得到了回收，从而最大限度地避免了能源的浪費。
【参考文献】
【1】袁丹，徐文东，阮宝荣，.天然气管网及工业气体压力能利用技术开发[J].煤气与热力，2015（09）：30-33.
【2】龚晓科.城镇燃气管网压力能综合利用装置[J].科技与企业，2016（02）：250+252.
【3】崔国彪，王伟鹏，李东，等.压差式调峰型天然气液化流程[J].石化技术，2016（06）：251-252.
【4】张辉，李夏喜，徐文东，等.天然气高压管网余压冷电联供系统研究[J].煤气与热力，2015（07）：35-37.
【5】高俊.利用天然气管网压力能生产LNG技术研究[D].成都：西南石油大学，2015.
【6】高顺利，颜丹平，张海梁，等.天然气管网压力能回收利用技术研究进展[J].煤气与热力，2014（10）：1-5.
【7】安成名.天然气门站管网压力能回收利用技术研发与应用[J].城市燃气，2012（09）：25-28.
【Abstract】China has made great progress in the high-pressure transmission of natural gas. During the high-pressure transportation of natural gas pipeline， the long-distance pipeline will inevitably lose a lot of pressure energy when adjusting the pressure， and using the pressure of natural gas will also cause people’s attention. The pressure of natural gas pipeline network can be of great significance to the production of LNG technology. Therefore， this paper analyzes the pressure energy of natural gas pipeline network from the view of using energy of natural gas pipeline network to produce LNG. Finally， it expatiates on the choice of differential pressure liquefaction process based on simultaneous module method， hoping to provide reference to this technology.
【关键词】天然气管网；压力能；LNG
【Keywords】natural gas pipeline network； pressure energy； LNG
【中图分类号】TE83 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）07-0191-02
1 引言
随着我国天然气输送技术的不断发展，我国天然气资源短缺与市场分布不均等问题得到了有效解决，同时还增强了我国天然气高压输送管道的建设。在此背景下，天然气管道输送的安全性与环保性显得十分重要，而在管线调压过程中将会损耗大量压力能，生产LNG技术可以实现对高压天然气管网压力能的回收和利用。因此，利用天然气管网压力能生产LNG技术研究是一项十分重要的课题。
2 利用天然气管网压力能生产LNG技术研究的意义
随着我国社会各地的快速发展，天然气的需求量也急剧增加，为了服务于全国各地的建设发展，天然气输送建设朝着长距离运输、高压运输方向发展。而在天然气运输中难免会造成损失，面对着天然气在分输站调压过程中损失大量的压力能现象，有必要对利用天然气管网压力能生产LNG技术做出相关研究[1]。第一，天然气在高压运输过程中，经过分输站进行调压时将会出现较大降压现象，从而损失大量压力能。而生产LNG技术在天然气分输站对压力能的回收有着重要作用，此外，还可以消减在高压天然气降压时产生的冰冻效果使其管道受到损伤的效果。对天然气压力能的回收可以有效地提高天然气资源的利用率，避免天然气能源的浪费，从而实现了天然气管网的高效运作。第二，LNG是一种环保高效的能源，现阶段已经广泛应用于社会生活当中。同时由于LNG的特性，还可以将天然气输送到偏远地区。而目前国际LNG的市场价格不断增长，这也使得我国不得不立足于国内资源高效利用，全面发展天然气液化技术。因此，将天然气管网压力能用于LNG的生产具有广阔的前景。第三，目前我国对利用天然气管网压力能生产LNG技术还不够重视，其技术的使用还不够成熟，从而导致天然气压力能回收效果不好，天然气液化率较低等问题存在。因此，对于天然气压力能的高效利用与回收具有重要的科研意义。
3 天然气管网压力能分析
3.1 天然气管网压力能的热力学分析
在能量转换过程中，需要有评价能量价值的参数，从而使其能量传递与转换清晰的反映出来。而有效能就是其评价能量价值的参数，是指能量转换系统无论环境怎样变化，都保持着平衡状态，而随意转换为其他形式的能量就是有效能[2]。有效能分析法将第一定律与第二定律进行有效结合，其目的是能够清晰地反映出能量的传递与转换情况。此外，将天然气管网看作一个开口系统，还可形成高压天然气压力计算模型。
3.2 回收压力能制冷设备的热力学分析
我国现阶段天然气运输还在采用节流降压的传统方法，这种方法会导致有效能损耗较高，降低了压力能的利用率。利用高压天然气压力能制冷可以生产LNG，从而达到回收分输站压力能液化天然气的目的。我国通常采用节流阀与透平膨胀机两种制冷设备，进行天然气压力能的回收工作。节流阀通过改变天然气、通过管道的面积，导致改变天然气流动的速度从而降低天然气流动时所产生的压力。当天然气经过节流阀时，天然气由于部分受到阻力其导致压力降低。当天然气在节流过程中，其压力降低，其自身发生膨胀，当节流效应系数大于零时，其节流之后导致温度降低[3]。透平膨胀机可以导致绝热膨胀制冷，是一种高效率的设备，而绝热膨胀制冷又是降低温度的主要方式。因此，透平膨胀机在回收压力能制冷上有着举足轻重的作用。具体方法是天然气进入透平膨胀机中，经过膨胀并产生足够的动能，再将动能传送到工作轮输出功率，以此降低天然气的温度，从而完成天然气压力能的回收工作。透平膨胀机工作原理是天然气流动的速度变化从而发生能量之间的转换。 4 基于联立模块法压差液化工艺选择
4.1 分输站压差液化天然气工艺流程
高压天然气经过分输站还要进行去除杂质过程，分离杂质后分流为两种，其中一种为膨胀后的天然气，作为制冷原料；另外一种为液化后的天然气，是作为LNG的原料。在分输站回收压力能的过程中，为了节约成本，仅对液化部分的天然气进行净化处理[4]。而对于脱水处理来说，两种状态天然气都要进行，这是为了防止天然气在低温状态下造成设备冰堵。经过净化的液化天然气，首先会进入到膨胀机的增压端，达到一定压力时进入换热器进行预冷处理，随后流入到膨胀端进行膨胀处理，使其温度降低，经过液化的天然气成为LNG，进行冷藏处理。而没有经过净化的天然气经过预冷处理后进入到膨胀机内，并经过降温加压处理后成为液化天然气，这种天然气可以为生产LHG提供制冷量。在完成提供制冷量工作后又经过压缩端进行加压处理并使其通向天然气管网中[5]。膨胀前预冷压差液化天然气流程分为三个部分，第一，冷剂经过膨胀机压缩端产生一定压力后，由水冷器与换热器依次进行冷却处理，在天然气彻底完成降温降压后重新回到换热器中，并为待处理的天然气提供制冷量，最后返回冷剂压缩机，以此完成预冷冷剂循环。第二，少量天然气经过处理后成为膨胀天然气并经过第一步进行预冷处理，随后进入透平膨胀机的膨胀端进行降压降温，在天然气完成降温降压后进入到另一换热器中，并为待处理的液化天然气提供制冷量，最后进入另一压缩端进行加压从而向外输送到天然气管网中，这是天然气膨胀制冷支路流程。第三，分输站的另外部分经过净化以及脱水的高压天然气，作为液化天然气经过加压以及进行预冷处理后，通过膨胀机的膨胀端进行降温，将气态与液态天然气相分离[6]。液态天然气进行回收处理，而气态天然气进入另一换热器进行液化并使用节流阀进行降压处理，此为天然气液化支路流程。
4.2 分输站压差液化流程模型
分输站压差液化流程分为部件模型与数学模型两种。其中分输站压差液化流程部件模型主要分为六种，即分流器模型、换热器模型、节流阀模型、气液分离器模型、膨胀机模型以及压缩机模型。各个部件模型之间的物质、能量的传递是通过接口来实现的，每个部件之间都有其相对应的方程，这些方程能够有效地保持各部件之间的压力平衡，也能促使进出能量保持平衡[7]。分输站压差液化流程系统数学模型是以单位模型作为基础的，并根据已经完成的分输站压差液化流程部件单元模型形成的。这种数学模型可以直观地计算出输出变量以及促使分输站压差液化流程稳定模型的优化性。
5 结论
现阶段，我国天然气高压运输过程中，存在着天然气能源损失等问题，而将损失的压力能进行回收与利用是十分必要的。利用天然气在分输站调整压力过程中所损失的压力能，将天然气进行液化处理，形成LNG，对于我国天然气资源的需求有着重要作用。而在这一过程中所产生的压力能也得到了回收，从而最大限度地避免了能源的浪費。
【参考文献】
【1】袁丹，徐文东，阮宝荣，.天然气管网及工业气体压力能利用技术开发[J].煤气与热力，2015（09）：30-33.
【2】龚晓科.城镇燃气管网压力能综合利用装置[J].科技与企业，2016（02）：250+252.
【3】崔国彪，王伟鹏，李东，等.压差式调峰型天然气液化流程[J].石化技术，2016（06）：251-252.
【4】张辉，李夏喜，徐文东，等.天然气高压管网余压冷电联供系统研究[J].煤气与热力，2015（07）：35-37.
【5】高俊.利用天然气管网压力能生产LNG技术研究[D].成都：西南石油大学，2015.
【6】高顺利，颜丹平，张海梁，等.天然气管网压力能回收利用技术研究进展[J].煤气与热力，2014（10）：1-5.
【7】安成名.天然气门站管网压力能回收利用技术研发与应用[J].城市燃气，2012（09）：25-28.