專利名稱：一種氣體減壓加熱設備及氣體減壓加熱方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體減壓加熱設備及氣體減壓加熱方法。
背景技術(shù)：
由于氣體屬于可壓流體，壓縮氣體如壓縮天然氣從高壓到低壓，根據(jù)氣體狀態(tài)方程和熱力學第一、第二定律，天然氣本身的溫度一定會下降。所以進行減壓后流入下游的低壓天然氣的溫度比降壓前的高壓天然氣溫度要低，溫度降低程度與焦耳-湯姆遜節(jié)流效應是一樣的。在天然氣調(diào)壓時，壓力每降0. IMPa，溫度就會降低約0.6°C，目前壓縮天然氣(也叫CNG)調(diào)壓，一般是從20MI^減壓到0. 1-2. 5MPa，減壓后溫度降低劇烈，對下游管道和閥門會產(chǎn)生可怕的影響。管道天然氣一般是從4-12MPa減壓到0. 3-2. 5MPa，這個減壓過程也會造成下游管道和閥門溫度過低。天然氣在輸送過程中，都會有多次的加壓、減壓，在減壓過程中，會造成氣流溫度驟降，可能會造成下游低壓氣體輸出管道閥門凍堵或者凍裂而出現(xiàn)安全事故?，F(xiàn)有的解決技術(shù)主要有兩種一種是在調(diào)壓站建熱水鍋爐，對減壓的燃氣用熱水加熱，一種是用電加熱。無論哪種加熱方式都會耗損巨大的額外的能源。中國專利CN201547495U公開了一種利用渦流管進行減壓加熱的壓縮天然氣供氣裝置，壓縮天然氣經(jīng)過渦流管減壓并分離成兩股氣流一股為渦流冷流，一股為渦流熱流，渦流熱流通過換熱器預熱減壓前的壓縮天然氣，渦流冷流直接排到下游管道。這種方案雖然利用壓縮天然氣自身產(chǎn)生的渦流熱流對壓縮天然氣加熱，解決了壓縮天然氣減壓前預熱的問題，但是沒有解決下游低壓氣體輸出管道和閥門凍堵或者凍裂的問題。如圖1所述，渦流管10的工作原理如下高壓氣體由進氣嘴110流入環(huán)形氣室 120，通過噴嘴130噴入渦流器旋轉(zhuǎn)腔140并在其中做高速旋轉(zhuǎn)運動，通過內(nèi)外氣體能量交換，外部熱氣流經(jīng)熱流輸出管50從熱流出口流出，內(nèi)部冷氣流經(jīng)渦流器旋轉(zhuǎn)腔140從冷流出口流出。通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)熱流閥510可以調(diào)節(jié)冷熱氣流比例和溫度。根據(jù)能量守恒定律，雖然通過渦流管產(chǎn)生了熱能，但同時也產(chǎn)生了冷能，這個過程中進入渦流管的天然氣可以看成一個系統(tǒng)，冷流和熱流都是這個系統(tǒng)內(nèi)部能量轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物，這個系統(tǒng)并沒有從外界獲得能量，只是系統(tǒng)內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)化，因此最終輸出的低壓氣體溫度低于減壓前氣體，上述方案雖然加熱了高壓氣體，但是氣體減壓后的溫度也會驟降，也會造成下游低壓氣體輸出管道和閥門的凍堵或凍裂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種氣體減壓后的溫度不低于減壓前的溫度、不耗費任何額外的能量、節(jié)能減排、安全性高的氣體減壓加熱設備及氣體減壓加熱方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種氣體減壓加熱設備，包括渦流管、將高壓氣體引入到所述渦流管的高壓管道、以及低壓管道，經(jīng)過所述渦流管后高壓氣體降壓變成低壓氣體排入所述低壓管道，所述渦流管連接有冷流輸出管、以及熱流輸出管，所述渦流管上設有與所述高壓管道連通泄壓噴嘴，所述氣體減壓加熱設備還包括取冷設備、以及將所述渦流管產(chǎn)生的渦流熱流部分熱能傳導至所述泄壓噴嘴的傳熱件；所述取冷設備設置在所述冷流輸出管上，所述冷流輸出管的一端與所述渦流管連接，另一端與所述熱流輸出管連通；所述冷流輸出管與所述熱流輸出管的連通處與所述低壓管道連通。其中，所述高壓管道沿氣流方向依次設置有高壓球閥和控制高壓氣體氣流量的控制組件，所述低壓管道上設有檢測低壓管道內(nèi)壓力并將壓力信號傳遞給所述控制組件的壓力傳感器。其中，所述控制組件為切斷閥、或者為切斷閥與調(diào)節(jié)閥的組合。其中，所述取冷設備為散熱器或換熱器。其中，所述熱流輸出管上設有控制熱流流量的調(diào)節(jié)閥。其中，所述低壓管道上設有低壓球閥和安全閥。其中，所述熱流輸出管外設有保溫層。其中，所述傳熱件為熱管、或者為傳輸熱氣的管道。相應地，本發(fā)明還提供了一種氣體減壓加熱方法，利用渦流管將高壓氣體減壓產(chǎn)生渦流熱流和渦流冷流，通過傳熱件將所述渦流熱流的部分熱能傳導至設置在渦流管上的泄壓噴嘴處，所述渦流冷流通過取冷設備升溫后與所述渦流熱流匯合輸出低壓氣體。其中，通過壓力傳感器檢測所述低壓氣體的壓力，并將壓力信號傳遞給控制高壓氣體氣流量的控制組件，所述控制組件設在輸入高壓氣體的高壓管道上。本發(fā)明提供的氣體減壓加熱設備，通過傳熱件來對泄壓噴嘴進行加熱，避免泄壓噴嘴發(fā)生凍堵的現(xiàn)象；渦流冷流通過通過冷流輸出管進入取冷設備，冷量得到充分利用后， 溫度上升，再與渦流熱氣混合，排入下游低壓管道，最終使排出的低壓氣體的溫度不低于減壓前的氣體，比熱水鍋爐和電加熱大幅度節(jié)能，提高了安全性，而且大幅度節(jié)省原材料與投資，節(jié)能的同時又用渦流冷能生產(chǎn)出有價高經(jīng)濟價值的產(chǎn)品，更進一步達到節(jié)能循環(huán)經(jīng)濟的要求。本發(fā)明提供的氣體減壓加熱方法，渦流冷流通過取冷設備升溫，在取冷設備處冷量得到充分利用后，渦流冷流溫度上升，再與渦流熱氣混合，混合后的低壓氣體溫度會不低于減壓前的溫度，達到不耗費任何額外能源就能加熱減壓后的氣體的目的，比熱水鍋爐和電加熱大幅度節(jié)能，提高了安全性，而且大幅度節(jié)省原材料與投資；取冷設備使冷能得到利用，生產(chǎn)出有價高經(jīng)濟價值的產(chǎn)品，更進一步達到節(jié)能循環(huán)經(jīng)濟的要求；渦流熱流的部分熱能引入到渦流管的泄壓噴嘴處，以對泄壓噴嘴進行加熱，避免該部位發(fā)生凍堵的現(xiàn)象。


為了更清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將對實施方式中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是渦流管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實施方式提供的氣體減壓加熱設備的示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施方式中的附圖，對本發(fā)明實施方式中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。請參閱圖2，本發(fā)明實施方式提供的一種氣體減壓加熱設備，包括渦流管1、將高壓氣體引入到渦流管的高壓管道2、以及低壓管道3，經(jīng)過渦流管1后高壓氣體降壓變成的低壓氣體排入低壓管道3。渦流管連接有冷流輸出管4、以及熱流輸出管5，渦流管1上設有與高壓管道2連通的泄壓噴嘴10。氣體減壓加熱設備還包括設置在冷流輸出管4上的取冷設備7以及將所述渦流管1產(chǎn)生的渦流熱流部分熱能傳導至泄壓噴嘴10的傳熱件6，其中，取冷設備7設置在冷流輸出管4上，冷流輸出管4的一端與渦流管1連接，另一端與熱流輸出管5連通；冷流輸出管4與熱流輸出管5的連通處與低壓管道3連通。如圖2所示，高壓氣體進入渦流管1，通過泄壓噴嘴10加速到當?shù)芈曀僮笥业臍饬魉俣?，然后在渦流管1內(nèi)部產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)氣流，得到兩股氣流渦流冷流和渦流熱流，并分別通過冷流輸出管4和熱流輸出管5輸出。渦流熱流的熱能分成兩部分，一小部分通過傳熱件6加熱泄壓噴嘴10，另一部分通過熱流輸出管5排入下游低壓管道3，為了保持渦流熱氣的熱量，在熱氣流流過熱流輸出管5外設有保溫層(圖中未示出)。在本實施例中，優(yōu)選地傳熱件6為熱管，通過熱管將渦流熱流的部分熱能引導至泄壓噴嘴10處來加熱泄壓噴嘴 10。此處作為另外的實施例，傳熱件6也可以為傳輸熱氣的管道，直接把部分渦流熱流的熱氣引導泄壓噴嘴處10處，對其進行加熱。具體實施過程中，傳熱件6可以直接連接在渦流管1的渦流熱流輸出口處，也可以連接在熱流輸出管5上。由于高壓氣體在泄壓噴嘴10處達到很高的流速，所以氣體會降溫，通過傳熱件6來對泄壓噴嘴10進行加熱，避免泄壓噴嘴 10發(fā)生凍堵的現(xiàn)象。渦流冷流通過通過冷流輸出管4經(jīng)過取冷設備7，冷量得到充分利用后，渦流冷流溫度上升，再與渦流熱氣混合，排入下游的低壓管道3。渦流冷流通過取冷設備7，取冷設備7為散熱器或換熱器等設備，冷量可以得到充分的利用，冷量可以利用取冷設備7供給周邊的空調(diào)、冷庫、啤酒廠等冷能用戶，還可以利用冷能生產(chǎn)產(chǎn)品，比如冰、干冰等；冷能也可以通過取冷設備7直接散到大氣中，無論什么方式當冷能取走后，渦流冷流的溫度會上升，與渦流熱流混合后都會不低于減壓前的溫度達到不耗費任何額外能源就能加熱減壓后的氣體的目的，同時冷能得到利用達到節(jié)能減排的效果。在本實施例中，為了便于控制減壓加熱過程，高壓管道2沿氣流方向依次設置有高壓球閥21和控制高壓氣體氣流量的控制組件，低壓管道3上設有檢測低壓管道3內(nèi)壓力并將壓力信號傳遞給控制組件的壓力傳感器32，在本實施例中，控制組件為切斷閥22，同時，控制組件也可為切斷閥22與調(diào)節(jié)閥的組合，或者其他形式的控制組件。低壓管道3上還設有低壓球閥31和安全閥33，以提高整個設備的安全性能。熱流輸出管5上設有控制熱流流量的調(diào)節(jié)閥51，以便于調(diào)節(jié)冷熱氣流比例和溫度。本發(fā)明的氣體減壓加熱設備中渦流冷流利用取冷設備7升溫，再使渦流冷流與渦流熱流匯合，最終使排出的低壓氣體的溫度不低于減壓前的氣體，比熱水鍋爐和電加熱大幅度節(jié)能，提高了安全性，而且大幅度節(jié)省原材料與投資，節(jié)能的同時又用渦流冷流生產(chǎn)出有價高經(jīng)濟價值的產(chǎn)品，更進一步達到節(jié)能循環(huán)經(jīng)濟的要求。下面是一個利用本發(fā)明的氣體減壓加熱設備對高壓氣體進行處理的具體算例高壓天然氣入口壓力為6. 8MPa，溫度為7°C，通過渦流管1減壓到0. 4MPa,同時產(chǎn)生渦流冷流和渦流熱流，渦流冷流和渦流熱流的流量比例為6 4，渦流冷流溫度為-52°C，熱流溫度為20°C，通過取冷設備7對渦流冷流進行取冷，使渦流冷流的溫度升高到5. 6°C，取冷后的冷流與熱流混合排入下游的低壓管道3，混合后的溫度為11°C。另一個具體算例高壓天然氣入口壓力為2. 4MPa，溫度為7°C，通過渦流管1減壓到0.4MPa，同時產(chǎn)生渦流冷流和渦流熱流，渦流冷流和渦流熱流的流量比例為6 4，冷流溫度為-31. 7°C，熱流溫度為40. 6°C，通過取冷設備7對渦流冷流進行取冷，使渦流冷流的溫度升高到5. 6°C，取冷后的冷流與熱流混合排入下游的低壓管道3，混合后的溫度為 19. 6"C。相應地，本發(fā)明還提供了一種氣體減壓加熱方法，采用上述氣體減壓加熱設備，通過高壓管道2、泄壓噴嘴10將高壓氣體引入渦流管1，利用渦流管1將高壓氣體減壓產(chǎn)生渦流熱流和渦流冷流，其中，渦流冷流經(jīng)冷流輸出管4通過取冷設備7升溫，在取冷設備7處冷量得到充分利用后，渦流冷流溫度上升，再與渦流熱氣混合，混合后的低壓氣體溫度會不低于減壓前的溫度，達到不耗費任何額外能源就能加熱減壓后的氣體的目的，比熱水鍋爐和電加熱大幅度節(jié)能，提高了安全性，而且大幅度節(jié)省原材料與投資；取冷設備7使冷能得到利用，生產(chǎn)出有價高經(jīng)濟價值的產(chǎn)品，更進一步達到節(jié)能循環(huán)經(jīng)濟的要求。通過傳熱件6將渦流熱流的一部分熱能傳導到渦流管1的泄壓噴嘴10處，以對泄壓噴嘴10進行加熱，避免該部位發(fā)生凍堵的現(xiàn)象；另一部分熱能伴隨渦流熱流通過熱流輸出管5與升溫后的渦流冷流匯合后，由低壓管道3輸出低壓氣體。同時，對渦流管排出的渦流熱流進行保溫處理，例如在熱氣流流過熱流輸出管5 外設置保溫層，以保持渦流熱氣的熱量。通過設置在低壓管道3上的壓力傳感器32檢測低壓氣體的壓力，并將壓力信號傳遞給控制高壓氣體氣流量的控制組件，控制組件設在輸入高壓氣體的高壓管道2上，以便于控制減壓加熱過程，提高整個設備的安全性能。在本實施例中，控制組件為切斷閥22，同時，控制組件也可為切斷閥22與調(diào)節(jié)閥的組合，或者其他形式的控制組件。以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種氣體減壓加熱設備，包括渦流管、將高壓氣體引入到所述渦流管的高壓管道、以及低壓管道，經(jīng)過所述渦流管后高壓氣體降壓變成低壓氣體排入所述低壓管道，所述渦流管連接有冷流輸出管、以及熱流輸出管，其特征在于，所述渦流管上設有與所述高壓管道連通的泄壓噴嘴，所述氣體減壓加熱設備還包括取冷設備、以及將所述渦流管產(chǎn)生的渦流熱流部分熱能傳導至所述泄壓噴嘴的傳熱件；所述取冷設備設置在所述冷流輸出管上，所述冷流輸出管的一端與所述渦流管連接，另一端與所述熱流輸出管連通；所述冷流輸出管與所述熱流輸出管的連通處與所述低壓管道連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體減壓加熱設備，其特征在于，所述高壓管道沿氣流方向依次設置有高壓球閥和控制高壓氣體氣流量的控制組件，所述低壓管道上設有檢測低壓管道內(nèi)壓力并將壓力信號傳遞給所述控制組件的壓力傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體減壓加熱設備，其特征在于，所述控制組件為切斷閥、或者為切斷閥與調(diào)節(jié)閥的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體減壓加熱設備，其特征在于，所述取冷設備為散熱器或換熱器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體減壓加熱設備，其特征在于，所述熱流輸出管上設有控制熱流流量的調(diào)節(jié)閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體減壓加熱設備，其特征在于，所述低壓管道上設有低壓球閥和安全閥。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體減壓加熱設備，其特征在于，所述熱流輸出管外設有保溫層ο
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體減壓加熱設備，其特征在于，所述傳熱件為熱管、或者為傳輸熱氣的管道。
9.一種氣體減壓加熱方法，利用渦流管將高壓氣體減壓產(chǎn)生渦流熱流和渦流冷流，其特征在于，通過傳熱件將所述渦流熱流的部分熱能傳導至設置在渦流管上的泄壓噴嘴處，所述渦流冷流通過取冷設備升溫后與所述渦流熱流匯合輸出低壓氣體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氣體減壓加熱方法，其特征在于，通過壓力傳感器檢測所述低壓氣體的壓力，并將壓力信號傳遞給控制高壓氣體氣流量的控制組件，所述控制組件設在輸入高壓氣體的高壓管道上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氣體減壓加熱設備及氣體減壓加熱方法。氣體減壓加熱設備包括渦流管、高壓管道、以及低壓管道，渦流管連接有冷流輸出管以及熱流輸出管，渦流管上設有泄壓噴嘴，該設備還包括設置在所述冷流輸出管上的取冷設備、以及傳熱件，冷流輸出管的一端與渦流管連接，另一端與熱流輸出管連通并與低壓管道連通。氣體減壓加熱方法，通過傳熱件將渦流熱流的部分熱能傳導至泄壓噴嘴處，渦流冷流通過取冷設備升溫后與渦流熱流匯合輸出低壓氣體。通過傳熱件對泄壓噴嘴進行加熱，避免發(fā)生凍堵；渦流冷流通過取冷設備升溫，再與渦流熱氣混合，使排出的低壓氣體溫度上升，無需額外能源；同時利用取冷設備生產(chǎn)出其他產(chǎn)品，實現(xiàn)節(jié)能循環(huán)經(jīng)濟。
文檔編號F17D3/01GK102563351SQ20121004415
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月24日
發(fā)明者方思睿, 杜岳, 邢小月 申請人:深圳市力科氣動科技有限公司