微型燃氣壓差發電裝置在城市中低壓燃氣調壓站中的應用

0 前言

今天，城市燃氣管網的精益化和智能化已成為行業發展的共識，并納入許多城市燃氣管網發展規劃中

。我國的城鎮燃氣輸配管網共分為高壓A、高壓B、次高壓A、次高壓B、中壓A、中壓B和低壓等7個壓力等級，各壓力等級間依靠各種燃氣調壓站實現降壓。由此可見，燃氣調壓站是城鎮燃氣輸配系統的樞紐，是燃氣管網的核心設備。因此，調壓站的智能化是實現城鎮燃氣輸配管網智能化的基礎。

燃氣調壓站承擔著燃氣管網輸配和調度的功能，實現其智能化必須要有供電保障。高中壓調壓站在設計和建設之初都要求有供電保障。但對于數量巨大的中低壓調壓站，由于其規模和流量較小，在設計和建設初期沒有供電規劃，其供電保障問題必須得到解決。若通過接入電網進行供電，其電費成本過高，并且無人值守會帶來一定的安全隱患。若采用蓄電池進行供電，一次性投入成本高，蓄電池也需要定期充電和更換，不適合大規模應用。如果能充分利用燃氣管道中流動氣體的壓力能（或動能）轉化為電能，借助于壓差發電技術為中低壓調壓站設備的運行提供能源，具有投入成本低、運行成本低、穩定性高、自給自足以及安全可靠等優勢。

因此，美國在1906年成立了專門的食品和藥品監督管理局，同時制定了第一部食品法案《純凈食品與藥物法案》。該食品法案為美國食品安全提供了法律依據，也為美國以后的食品法案立法、食品藥品管理政策制定提供了基本法律依據。

1 國內外城市燃氣管網中壓差發電的應用現狀和發展趨勢

城市燃氣管網分成7個壓力等級。高壓燃氣管道：A（2.5＜P≤4.0）B（1.6＜P≤2.5），次高壓燃氣管道：A（0.8＜P≤1.6）B（0.4＜P≤0.8），中壓燃氣管道：A（0.2＜P≤0.4）B（0.01＜P≤0.2），低壓燃氣管道：P＜0.01。而中低壓燃氣調壓站是把中壓變成低壓的燃氣調壓站，其最大壓差小于0.4 MPa。

盡管高中壓調壓站基本上都有供電保障，但仍有研究和應用案例利用燃氣壓差發電，比如利用螺桿膨脹機發電機組進行壓差發電

。但是，螺桿膨脹機屬于容積式膨脹機，在我國尚屬于起步階段。同時，國內也有通過在燃氣管路上安裝發電裝置實現壓差發電的研究

，裝置包括機械能轉換機構和發電機，機械能轉換機構分別與管路和發電機連接，用于將機械能轉換為電能存儲于發電機內。到目前為止，國內外對中低壓燃氣調壓站，還未形成可大規模工業化應用和有效支持燃氣調壓站實現智能化的壓差發電裝置產品。

2 微型燃氣壓差發電裝置的技術特征

目前，由上海某知名燃氣設備公司聯合多家科研機構成功開發出了可在中低壓燃氣調壓站中廣泛應用的微型燃氣壓差發電系統，其技術特點如下。

2.1 壓差發電系統的組成

該壓差發電供電系統更加看重儲能電池長循環、高功率、高安全、寬工作溫度范圍的特點，而且要求生產工藝要做相應的更新，新工藝需要投資必要的設備與更高要求的濕度控制。

壓差發電裝置可輸出3種電壓，24 V、12 V和5 V供天然氣調壓站各種智能控制器使用，實現自供電和天然氣壓差能源的有效利用，節約了能源、降低了建站成本。

2.2 壓差發電系統工作原理

天然氣壓差發電系統中管路部分為主管路，主要是由調壓閥控制，正常保證調壓站對用戶供氣。另外一部分為壓差發電管路，包括手動閥、壓力檢修閥，用于控制系統的運行、維護維修，并保證在發電系統故障時不影響用戶供氣。壓差發電機前后氣壓的穩定及運行時間由時間控制閥、限壓閥、調壓閥以及壓力開關閥進行調節，保證壓差發電機前后天然氣壓力、流量基本穩定及穩定發電。

壓差發電機采用“氣體沖壓膨脹低壓啟動技術”進行葉輪及驅動裝置的設計，并利用空氣動力學理論、CFD系統仿真技術、3D打印技術進行優化分析，提高了壓差發電機驅動裝置的高適應性、高效率和高可靠性。電源控制器采用整流、濾波、穩壓技術，適應發電機的電壓變化，保證充電、供電和通信的穩定。監控器由232或485通信電路、信號處理電路、智能運算電路、無線通信電路等組成，實現對系統運行狀況的全面監控，保證運行安全。

2.3 壓差發電系統的技術特點

1）壓差發電機低壓啟動。目前，國內外相關產品技術發電機工作壓力均為不低于4 kg/cm

，而天然氣調壓站的進氣壓力部分是2 kg/cm

左右，本系統壓差發電機啟動氣壓控制在2 kg/cm

以下，滿足調壓站的實際需求。

這些問題的存在，讓資源“南來北往”不能就近利用，一定程度上形成了“資源錯配”的困境，增加了整個系統能耗，降低了調度效率，不利于“兩頭”放開競爭，與國家對天然氣的定位和產業市場化要求不相適應，因此急需改革，以實現天然氣管網等基礎設施向第三方公平開放。

3）壓差發電系統驅動裝置與發電機采用無接觸連接，保證天然氣在密封的環境下運行，確保壓差發電系統的安全性。

本系統中選擇了一種鈦酸鋰電池，其系統能量要求不小于100 Wh，輸入電壓要求為8～20 V，負載輸出電壓為12 V，因此設計電池包最低電壓為12 V，可以通過單向逆變實現輸入和輸出的轉化和控制，鈦酸鋰單體最低電壓為1.5 V，因此設計8串，在輸入時進行升壓，輸出時進行降壓，滿足使用要求的同時技術成熟度較高。

2.4 壓差發電系統的儲能電池特點

壓差發電系統主要由管路部分、發電儲能控制、監控及通信三部分組成，其中管路部分包括手動閥門、時間控制電動球閥、前限壓閥、發電儲能控制、減壓閥（小調壓器）、壓差開關閥、主控限壓閥（工作調壓器）、壓力開關及控制閥等，用于保證管路的穩定，并定時為發電機供氣，為設備的安裝、維護以及維修提供方便和安全可靠的環境。發電儲能控制由壓差發電機、電源控制器、可充電電池組成，作用是發電、儲能、供電。監控及通信部分由監控器和報警裝置組成，具有對系統參數監控和控制功能、故障報警功能，為遠程監控、控制提供方便。

4）壓差發電機和控制系統采用模塊化設計技術進行組合，保證了安裝、維修的安全、方便。

鈦酸鋰產品有5 Ah、10 Ah、20 Ah等不同容量規格，為滿足100 Wh產品要求，采用目前標準的10 Ah產品，并且可保證一定的冗余，后續開發過程中可根據實際產品運行狀態和需求進一步優化系統容量，實現性能和成本的最優化。其技術指標如表1所示。

3 微型燃氣壓差發電裝置的現場應用

3.1 中低壓燃氣調壓站電能需求分析

中低壓燃氣調壓站的主要供電是為了監測控制調壓站的運行狀態和安全狀態，其監控信息主要包括調壓站的進出口壓力、溫度、閥位以及門禁、泄漏、差壓、切斷等運行狀態和安全狀態等，并通過專用的監控系統來完成。

就智能調壓站而言，其主要能耗包括控制器、泄漏報警、遠程通信、控制驅動等，表2給出了一種智能化調壓站用電設備的主要能耗分析。

如果僅對調壓站的運行狀態進行監測，而不進行遠程調節，那么其能耗會更低，其實測能耗可小于75 W/d。

3.2 壓差發電系統的技術指標

為滿足中低壓燃氣調壓站在實現智能化過程中的供電需求，壓差發電系統必須按照現場的實際需求進行供電配置，其技術指標如下：

1)進出口尺寸DN25；

第三，社會環境的影響。當前，社會文化與經濟環境紛繁復雜，大學生在“拜金主義”“就業困難”“讀書無用”“知識比不上經驗”等不良的社會價值觀的影響下，逐漸失去了學習的信心。另外，隨著網絡信息的快速傳遞，如果學生無法用正確的思想與觀念來看待網絡信息，容易受到網絡信息的誤導，對社會產生極端式的理解與認識，無端產生重大的壓力。[4]

基于對醫院藥品費用的定義及以往的評價，參考“醫院合理用藥指標評價體系”中的部分指標，請無錫市某三甲綜合醫院專家（省級重點臨床科室科主任7名，藥學部主任1名，醫保辦主任1名，醫務科科長1名，副院長1名）進行論證，遵循完整性、科學性、可測性、靈活性和簡捷性的篩選原則，將影響醫院藥品費用的因素按照不同方面自上而下分解成若干層次，建立條理化、層次遞進的指標評級體系。

6)防爆等級Exd IIB T4；

3)額定流量50 Nm

/h；

4)系統輸出功率30 W；

綜上所述，增強MRI聯合CT掃描可提高良惡性骨腫瘤診斷準確性，敏感性和特異性，有利于骨腫瘤的診斷治療。

5)系統輸出電壓5 V、12 V、24 V；

2）采用“氣體沖壓膨脹低壓啟動技術”的無摩擦葉輪，能保證運行過程中對氣源的適應性。

2)溫度范圍-20~60℃；

8)發電系統額定功率30 W；

7)防護等級IP65；

越秀上街賣雞蛋，老遠，就有人朝她吐口水：“你看，那就是賣國賊的老婆，她還有臉出來，要是我，早投河了。”

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中國債券市場營銷由于自身債券市場的發展時間較短，需要更加專業的機構和人才對其業務加以宣傳和拓展，以更好的完成相關產品的研發及相關項目的開展和進行。然而在我國目前的中國債券市場能夠全面了解并從事與中國債券市場營銷業務的專業機構嚴重不足。中國也是一個間接融資的國家，因此持有債券的銀行比例自然相對較高，這與目前的融資結構是一致的。同時由于中國債券市場營銷不僅涉及到金融方面的知識，還涉及到營銷、法律甚至外語等等多個方面的知識，因此對于相關從業人員的要求也較高，我國的中國債券市場目前也嚴重缺乏能夠從事中國債券市場營銷的業務人員。這在很大程度上促成了中國債券市場營銷在中國中國債券市場的緩慢發展。

9)最小啟動壓差0.1 MPa；

在沒有被任何車轍侵入的一片草原中，我和梅賽德斯-AMG G 63 先型特別版開始了一次又一次雪地中漂移的經歷。沒有具體的方向，一切都靠著我的四肢來感知，只要不陷入積雪中，只要輪胎能夠揚出漂亮的雪霧，那就是勝利，畢竟攝影師能夠拍出完美的照片才是最為重要的。585馬力、850牛米的最大動力輸出再次發揮了它們的價值，而全時四驅系統全力以赴的狀態也讓我逐漸開始掌握了控制轉向、車身的技巧。雖然中控臺上的差速器鎖按鈕基本只處于中差鎖死的狀態，但這就足夠我享受雪地駕駛的樂趣了。

10)發電壓差范圍0.1~0.4 MPa；

11)系統儲電容量>100 Wh。

3.3 壓差發電系統的使用方式

壓差發電系統實際現場使用中采用旁路運行方式。為避免在調壓站低谷運行期間對下游的供氣影響，本文所述的微型壓差發電系統通常采用調壓站的三個高峰即早、中、晚啟動運行方式，由于每個高峰有近2 h的持續時間，這樣每天就有近6 h的發電時間，可產生滿足目標中低壓調壓站的電能需求。同時針對本文的技術指標，也給出與之相應的調壓站運行工況，如表3所示。

4 結語

在城市燃氣管網中，中低壓調壓站數量眾多，比如在一線城市北京、上海、深圳，每個城市的中低壓調壓站平均都在6 000臺以上。而二線城市和省會城市，每個城市的中低壓調壓站平均都在3 500臺以上。中低壓調壓站具有經濟性高和實用性強的特點，能夠較好地支持其智能化所需的高質量、高可靠性的用電需求。

面對燃氣管網智能化的發展趨勢，微型燃氣壓差發電裝置系統作為智能化技術手段，將在優化管網壓力機制、優化管網流量分配、平衡供氣、節能減排等方面發揮越來越重要的作用。

[1]段長貴.燃氣輸配[M].3版.北京:中國建筑工業出版社，2001.

[2]D.M.Shen，F.Fernandes and J.R.Sim?es-Moreira.Using gas pipeline pressure to liquefy natural gas or generate electricity[J].Hydrocarbon Processing，2006，85（1）：47-50.

[3]王堯，楊海紅，何力，等.天然氣壓差發電技術在調壓門站的應用[J].石油石化節能，2018，8(5):3.