本发明涉及余压发电领域，具体是一种高压力大压比天然气压差发电系统及应用于该系统的透平膨胀机装置。
背景技术：
1、随着国家碳达峰、碳中和的生态文明建设整体布局的实施，构建清洁低碳安全高效的能源体系、控制化石能源总量、着力提高利用能效、推动能源结构转型升级成为电力行业发展趋势，各国将战略目标转移至传统能源的节能提效以及新能源的开发普及。
2、天然气管线输送过程中蕴藏丰富的压力能，如何既能实现管线减压又能高效回收绿色压力能成为当下研究的难点课题。天然气气井出口压力一般为20~26mpa，温度近乎常温，气体成分复杂，气体流量大且下游需求不一，或降压至10~6mpa供工业用气，或降压至2.5mpa~4mpa供城市主干线，或减压至0.1~0.4mpa供区域用户，原有工艺管道利用总输气管道输至下游各厂站。
3、压差透平膨胀机作为一种能量回收装置，可替代传统气体高压输送管道到低压配气管道间的减压阀，使这一部分气体压力能在透平中转化为机械能，可直接驱动发电机发电，或作为原动机驱动各类压缩机；可广泛应用于天然气管输领域、石油化工生产领域等。经透平膨胀机回收后产生的电能，在满足工厂自身用电的同时，盈余电力可上网发电，大大减少生产耗能，增加能量利用率，提高整体经济效益。
4、在实际使用时，使用压差透平膨胀机进行发电时，需要应对高压力、大压比等场景。例如具有高压力、大压比的气井等；在设置压差透平膨胀机时，
5、常规设置需要对原始管路系统进行改造，其往往存在改造大，周期长，导致系统停修时间长的问题；同时，由于压差大还会导致透平膨胀机出口低温易冰堵，无法保证下游供气不间断。
技术实现思路
1、本发明的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种高压力大压比天然气压差发电系统及应用于该系统的透平膨胀机装置。本发明对原始工艺管道系统改造小，周期短，最大程度缩短系统停修时间；适用于天然气采气井口场站等高压力环境；其可替代原有减压阀组，回收压力能实现发电，具备高压力逐级减压手段，单套压差膨胀机设备既可实现多段压力输出，也充分结合工业废热实现上网发电，同时，与旁路协同控制可维持上下游管道气体压力温度、保证下游供气不间断。
2、本发明的技术目的通过下述技术方案实现：
3、一种高压力大压比天然气压差发电系统，包括总输气管道以及与总输气管道连接的支路；所述支路包括多个压力段且压力段之间串联连接；所述压力段包括透平膨胀机、与透平膨胀机进气端连接的透平膨胀机进气管道、与透平膨胀机出气端连接的透平膨胀机出气管道以及与透平膨胀机并联的旁路减压阀；所述压力段包括至少一个换热器；每个压力段的透平膨胀机出气管道包括连接下游用户的用户连接管道和下一压力段的透平膨胀机进气管道连接的进气连接管道；相邻压力段的透平膨胀机进气管道连接上一压力段的透平膨胀机出气管道的进气连接管道，其中，最上一个压力段的透平膨胀机进气管道与总输气管道相连。
4、所述总输气管道上设置有用于处理天然气杂质的过滤单元，且过滤单元设置在透平膨胀机进气管道的入口前。
5、所述换热器为级间换热器或出口换热器。
6、所述级间换热器直接与透平膨胀机连接。
7、所述出口换热器设置在透平膨胀机的出气端。
8、一种应用于高压力大压比天然气压差发电系统的透平膨胀机装置，包括多轴齿轮箱和多个离合器；所述多轴齿轮箱包括与发电机连接的输出轴以及与透平膨胀机连接的输入轴；所述输出轴与输入轴之间通过齿轮传动；所述输入轴的数量对应压力段的数量，输入轴与压力段的透平膨胀机一一对应连接，且输入轴与透平膨胀机之间设有离合器。
9、所述多轴齿轮箱、发电机、离合器以及设有透平膨胀机的各个压力段统一设置于一个底座上/装置撬内。
10、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
11、1. 本发明对原始工艺管道系统改造小，周期短，最大程度缩短系统停修时间；适用于天然气采气井口场站等高压力环境；其可替代原有减压阀组，回收压力能实现发电，具备高压力逐级减压手段，单套压差膨胀机设备既可实现多段压力输出，也充分结合工业废热实现上网发电，同时，与旁路协同控制可维持上下游管道气体压力温度、保证下游供气不间断。
12、2. 本发明的支路包括多个压力段且压力段之间串联连接。在总输气管道上设置支路，逐级、逐段利用透平进行减压。上游供气至下游用气间具备多个压力段，为适应多种压力需求，各压力段均可单独输出。
13、3. 本发明的压力段包括透平膨胀机、与透平膨胀机进气端连接的透平膨胀机进气管道、与透平膨胀机出气端连接的透平膨胀机出气管道以及与透平膨胀机并联的旁路减压阀。旁路减压阀可全流量或协同透平分流调节。
14、4. 本发明的每个压力段的透平膨胀机出气管道包括连接下游用户的用户连接管道和下一压力段的透平膨胀机进气管道连接的进气连接管道。采用该技术措施，可满足不同区域段用户需求；同时避免单个压力段压差过大导致出现出口冰堵现象。
15、5. 本发明的压力段包括至少一个换热器。换热器为级间换热器或出口换热器。通过设置换热器，对从透平膨胀机出口端的天然气进行再热升温，防止透平膨胀机出口天然气温度过低，避免出现露点。本系统利用透平膨胀机代替减压阀实现压力能回收发电，提高管网的运行经济性，又利用工业废热，加热天然气，实现能源互补，进一步提高了能源利用率。
16、6. 本发明的整套透平膨胀机装置主要由各压力段的透平膨胀机、多轴齿轮箱、离合器、发电机等组成。多轴齿轮箱的输入轴连接各压力段的透平膨胀机，每组透平膨胀机与齿轮箱的输入轴之间均配置一套离合器，多轴齿轮箱的输出轴连接发电机。运行时，经过逐级减压的天然气在各段透平膨胀机内做功，通过齿轮箱变转速至3000rpm并带动发电机并网发电。各压力段的透平膨胀机的转速可根据分段参数差异化设计，以最大化的提高发电效率。如果某单组透平膨胀机需要停机，则可以协调相应旁路减压阀全流量运行，此时相应离合器动作，脱开该组透平膨胀机与齿轮箱的输入轴，完成单个设备停机。其它压力段机组可继续运行。单组或几组透平膨胀机可独立脱开齿轮箱停机检修，不影响其他组透平膨胀机正常工作，实用性强；可显著提高场站的压力能利用效率。
17、7.本发明通过将所有透平膨胀机进行集成，将所有压力段统一于一个底座上/装置撬内。达到简洁高效，占地面积小。
1.一种高压力大压比天然气压差发电系统，其特征在于，包括总输气管道以及与总输气管道连接的支路；所述支路包括多个压力段且压力段之间串联连接；
2.根据权利要求1所述的高压力大压比天然气压差发电系统，其特征在于，所述总输气管道上设置有用于处理天然气杂质的过滤单元，且过滤单元设置在透平膨胀机进气管道的入口前。
3.根据权利要求1所述的高压力大压比天然气压差发电系统，其特征在于，所述换热器为级间换热器或出口换热器。
4.根据权利要求3所述的高压力大压比天然气压差发电系统，其特征在于，所述级间换热器直接与透平膨胀机连接。
5.根据权利要求3所述的高压力大压比天然气压差发电系统，其特征在于，所述出口换热器设置在透平膨胀机的出气端。
6.一种应用于权利要求1所述的高压力大压比天然气压差发电系统的透平膨胀机装置，其特征在于，包括多轴齿轮箱和多个离合器；
7.根据权要求6所述的透平膨胀机装置，其特征在于，所述多轴齿轮箱、发电机、离合器以及设有透平膨胀机的各个压力段统一设置于一个底座上/装置撬内。
