前言：

2017 年国家发改委、能源局等13 部委联合印发《关于加快推进天然气利用的意见》，提出逐步将天然气培育成为我国的主体能源之一；到2020 年天然气在一次能源中的占比将提升至10%，2030 年提升至15%。目前我国已建成西气东输管线，陕京系统、涩宁兰、川气东送、哈沈等多条大口径的长输天然气管道，以及用于大区域资源调配的中贵联络线和冀宁联络线两大跨省联络线工程，已基本建成“横跨东西、纵贯南北、联通境外”的全国天然气管网格局。
根据能源发展“十三五”及“十四五”规划，仅天然气管道，我国在2019～2020 年和2021～2025 年分别有2.8 万千米和5.9 万千米的建设计划。随着国家管网公司的成立和运营，将建设更多长输管线，燃气管道在全国范围内的覆盖率越来越密集，所蕴含的管网压力能也将越来越丰富。天然气管网压力能是一种依附于管网、能量密度较低、分布广泛的绿色能源，可充分用于发电和制冷行业。国内外对此已开展诸多研究，随着深燃留仙洞天然气管网压力能利用项目的顺利调试，开启了我国管网压力能利用的新高潮。2010～2017 年间，开展类似研究的单位从20多家增加至60 家，专利申请数量从20 余项增加至325 项，文章发表数量从90 篇增加至350篇，相关技术及示范逐步扩展至发电、制冷甚至冷-电集成利用等领域，未来将会有更多的单位和公司加入这个行列，从而促进天然气产业升级和智能化发展。
笔者以科研项目为基础，结合国内外研究现状，系统严谨地论述了天然气管网压力能利用技术，主要分为工艺设备、相关产业、项目管理和运营三个层面共9 章内容。第1 章主要论述天然气发展现状、管网建设和运营现状、发展趋势以及压力能蕴涵量及特点、应用场站和发展潜力等；第2 章主要介绍气体压力能利用原理、几种膨胀设备的结构特点；第3 章主要介绍相关系统和设备，包括天然气换热系统及设计、发电机、压缩机、仪表控制系统等；第4 章主要讲述天然气管网压力能用于发电、制冷、调峰以及综合利用等多个系统的工艺，包括大型、中型、小型、微型以及管道内置发电等多个规模的利用方式；第5 章主要介绍和分析了其他相关技术对压力能利用技术的影响，包括新型调压技术与发电技术、智能电网和管网、噪声控制技术等；第6 章主要介绍冷库、制冰、空调、干冰、LNG、废旧橡胶深冷粉碎、数据中心等行业发展现状、特点及与压力能利用站点结合的可能性；第7～ 9 章详细介绍大型天然气压力能利用项目的规范、设计、建设施工和管理、运营等。
《天然气管网压力能利用技术》由北京燃气集团高顺利副总裁团队和华南理工大学徐文东老师团队执笔编写，由高顺利副总裁和徐文东老师审核。在编著过程中得到王青教授的大力支持和帮助，在修改过程中樊栓狮教授和高学农教授提供了专业的技术支持和咨询服务，在此深表谢意！为保证知识的系统性也引用了相关文献内容，在此对被引用文献的作者表示感谢。由于编者水平有限，书中不足之处在所难免，还望读者不吝赐教。

编著者
2019年12月  

目录：

第1章 绪论
　　1.1　引言　/ 001
　　1.2　天然气管网建设与发展方向　/ 001
　　　1.2.1　天然气产业发展现状及趋势　/ 001
　　　1.2.2　天然气管网建设特点和预期目标　/ 003
　　1.3　天然气压力能应用特点与发展潜力　/ 005
　　　1.3.1　天然气管网压力能的含量及特征　/ 005
　　　1.3.2　天然气管网压力能的应用背景　/ 006
　　　1.3.3　天然气管网压力能的应用方式和发展潜力　/ 007
　　参考文献　/ 008

第2章 高压气体膨胀技术与设备
　　2.1　引言　/ 009
　　2.2　高压气体膨胀技术　/ 009
　　　2.2.1　气体膨胀过程分析　/ 009
　　　2.2.2　气体膨胀热力学分析　/ 013
　　2.3　高压气体膨胀设备　/ 014
　　　2.3.1　气体膨胀类型　/ 014
　　　2.3.2　活塞式膨胀机　/ 015
　　　2.3.3　螺杆膨胀机　/ 017
　　　2.3.4　涡旋式膨胀机　/ 020
　　　2.3.5　透平膨胀机　/ 021
　　　2.3.6　气波制冷机　/ 022
　　参考文献　/ 025

第3章 天然气管网压力能利用其他相关系统和设备
　　3.1　引言　/ 027
　　3.2　低温天然气复温换热系统　/ 028
　　　3.2.1　空温式换热器　/ 028
　　　3.2.2　管壳式换热器　/ 032
　　3.3　压力能发电系统及设备　/ 042
　　　3.3.1　磁力发电机原理　/ 042
　　　3.3.2　压力能发电设备　/ 045
　　3.4　气体压缩系统及设备　/ 048
　　　3.4.1　离心式压缩机　/ 048
　　　3.4.2　活塞式压缩机　/ 053
　　　3.4.3　螺杆压缩机　/ 055
　　3.5　自动控制系统及常用仪表　/ 057
　　　3.5.1　仪表自控系统功能　/ 057
　　　3.5.2　常用仪表　/ 059
　　参考文献　/ 063

第4章 天然气管网压力能利用系统设计
　　4.1　引言　/ 064
　　4.2　天然气管网压力能发电系统　/ 064
　　　4.2.1　大型天然气压力能发电工艺系统　/ 065
　　　4.2.2　中型天然气压力能发电工艺系统　/ 069
　　　4.2.3　小型天然气压力能发电工艺系统　/ 074
　　　4.2.4　微型天然气压力能发电工艺系统　/ 077
　　　4.2.5　天然气压力能管道内置发电工艺系统　/ 080
　　4.3　天然气管网压力能制冷系统　/ 085
　　　4.3.1　天然气压力能制冷分类　/ 085
　　　4.3.2　压力能用于废旧橡胶低温粉碎　/ 088
　　　4.3.3　压力能用于天然气液化　/ 091
　　　4.3.4　压力能用于冷库　/ 094
　　4.4　天然气管网压力能综合利用系统　/ 097
　　　4.4.1　天然气压力能集成发电-橡胶粉碎-冷库工艺研究　/ 098
　　　4.4.2　压力能集成发电-CNG-冷库-空调工艺研究　/ 101
　　4.5　天然气管网压力能的其他应用　/ 105
　　　4.5.1　天然气压力能用于储气调峰 　/ 105
　　　4.5.2　天然气压力能用于CNG 加压　/ 106
　　参考文献　/ 109

第5章 压力能利用相关支撑技术及发展趋势
　　5.1　引言　/ 111
　　5.2　燃气调压技术　/ 111
　　　5.2.1　调压器原理及分类　/ 112
　　　5.2.2　调压器工作特性及影响因素　/ 114
　　　5.2.3　调压器选型及设备　/ 118
　　　5.2.4　远程智能调压系统　/ 124
　　5.3　智能电网技术　/ 125
　　　5.3.1　智能电网定义　/ 125
　　　5.3.2　智能电网特点　/ 125
　　　5.3.3　智能电网关键技术　/ 126
　　　5.3.4　智能电网发展趋势　/ 127
　　5.4　智能管网技术　/ 131
　　　5.4.1　智能管网概述　/ 131
　　　5.4.2　智能管网关键技术及其特点　/ 133
　　　5.4.3　智能管网建设的制约因素　/ 134
　　　5.4.4　智能管网发展趋势　/ 135
　　5.5　噪声控制技术　/ 138
　　　5.5.1　噪声危害　/ 139
　　　5.5.2　噪声根源分析　/ 139
　　　5.5.3　噪声控制技术　/ 139
　　　5.5.4　噪声控制技术发展趋势　/ 140
　　5.6　新型发电技术　/ 141
　　　5.6.1　波浪能发电技术　/ 141
　　　5.6.2　热电偶发电技术　/ 147
　　　5.6.3　纳米发电机　/ 149
　　参考文献　/ 150

第6章 压力能利用项目与相关产业衔接和发展
　　6.1　引言　/ 152
　　6.2　冷库行业与天然气压力能利用衔接　/ 152
　　　6.2.1　冷库行业发展现状　/ 152
　　　6.2.2　低温天然气冷能用于冷库工艺　/ 153
　　　6.2.3　制约冷库工艺发展的主要矛盾简述　/ 154
　　　6.2.4　冷能回收利用冷库项目市场前景与预测　/ 154
　　6.3　制冰行业与天然气压力能利用衔接　/ 155
　　　6.3.1　制冰行业发展现状　/ 155
　　　6.3.2　国内制冰工艺　/ 155
　　　6.3.3　低温天然气冷能用于制冰工艺　/ 156
　　　6.3.4　制冰工艺对比　/ 157
　　　6.3.5　冷能回收利用制冰项目市场前景与预测　/ 158
　　6.4　空调行业与天然气压力能利用衔接　/ 158
　　　6.4.1　空调蓄冷方式　/ 158
　　　6.4.2　空调蓄冷发展现状　/ 160
　　　6.4.3　低温天然气冷能用于空调制冷工艺　/ 161
　　6.5　干冰行业与天然气压力能利用衔接　/ 163
　　　6.5.1　干冰行业发展现状　/ 163
　　　6.5.2　国内现有干冰制取工艺　/ 165
　　　6.5.3　利用天然气压力能制取干冰工艺　/ 165
　　　6.5.4　制约干冰项目发展的主要矛盾简述　/ 167
　　　6.5.5　冷能回收利用制取干冰项目市场前景与预测　/ 167
　　6.6　废旧橡胶回收利用与天然气压力能利用衔接　/ 168
　　　6.6.1　橡胶回收利用行业现状　/ 168
　　　6.6.2　天然气压力能用于橡胶粉碎工艺　/ 170
　　　6.6.3　制约深冷粉碎项目发展的主要矛盾简述　/ 171
　　　6.6.4　冷能回收利用深冷粉碎项目市场前景与预测　/ 172
　　6.7　小型LNG 液化产业与天然气压力能利用衔接　/ 172
　　　6.7.1　小型LNG 液化产业发展现状　/ 172
　　　6.7.2　天然气压力能制LNG 工艺　/ 174
　　6.8　天然气压力能分布式数据中心　/ 176
　　　6.8.1　数据中心行业发展现状　/ 176
　　　6.8.2　分布式数据中心制冷工艺　/ 177
　　　6.8.3　天然气压力能分布式数据中心前景预测　/ 178
　　参考文献　/ 179

第7章 压力能利用项目设计规范
　7.1　引言　/ 181
　　7.2　石油专业设计规范　/ 181
　　　7.2.1　天然气规范　/ 181
　　　7.2.2　设计类相关规范　/ 183
　　7.3　化工专业设计规范　/ 185
　　　7.3.1　设备设计相关规范　/ 185
　　　7.3.2　维护检修相关规范　/ 186
　　7.4　机械专业设计规范　/ 187
　　　7.4.1　泵相关规范　/ 187
　　　7.4.2　压缩机相关规范　/ 188
　　　7.4.3　制冷设备相关规范　/ 189
　　7.5　城镇建设行业设计规范　/ 192
　　7.6　项目运营管理设计规范　/ 194
　　　7.6.1　天然气压力能利用设计规范案例分析　/ 194
　　　7.6.2　公用工程及辅助设施设计规范　/ 195
　　　7.6.3　劳动保护、安全、消防设计规范　/ 198
　　　7.6.4　环境保护设计规范　/ 201

第8章 大型压力利用工程建设管理
　　8.1　引言　/ 203
　　8.2　现场调研及设计　/ 203
　　　8.2.1　建设条件调研分析　/ 203
　　　8.2.2　项目方案设计　/ 204
　　8.3　工程建设准备　/ 204
　　　8.3.1　施工组织及分工　/ 204
　　　8.3.2　施工准备　/ 204
　　8.4　项目设备验收　/ 205
　　　8.4.1　膨胀机验收　/ 205
　　　8.4.2　换热器验收　/ 206
　　8.5　工程建设说明　/ 208
　　　8.5.1　土方作业　/ 208
　　　8.5.2　撬装设备吊装　/ 208
　　　8.5.3　工艺管道作业　/ 209
　　　8.5.4　冷热水系统安装　/ 211
　　　8.5.5　电缆电线、防静电接地安装　/ 211
　　8.6　工程建设管理　/ 211
　　　8.6.1　工程质量和安全管理　/ 211
　　　8.6.2　工期管理　/ 212
　　　8.6.3　成本管理　/ 212
　　8.7　环境影响评价及防治　/ 212
　　参考文献　/ 213

第9章 大型压力能利用项目维护和运营
　　9.1　引言　/ 215
　　9.2　大型压力能利用项目简介　/ 215
　　9.3　大型压力能利用项目运行维护　/ 216
　　　9.3.1　主要设备介绍　/ 216
　　　9.3.2　设备调试　/ 217
　　　9.3.3　故障现象及排除措施　/ 220
　　　9.3.4　安全事故与应急措施　/ 224
　　　9.3.5　设备维护　/ 227
　　9.4　大型压力能利用项目运营影响因素分析　/ 228
　　　9.4.1　项目的运营瓶颈及制约因素　/ 228
　　　9.4.2　项目利益相关性分析　/ 229
　　　9.4.3　项目运营模式选择　/ 230
　　　9.4.4　已有项目运营方式分析　/ 232
　　9.5　大型压力能利用项目运营案例分析　/ 232
　　　9.5.1　技术方案设计　/ 232
　　　9.5.2　运营关键因素分析　/ 234
　　　9.5.3　运营方案设计　/ 236
　　　9.5.4　技术经济性分析　/ 237
　　参考文献　/ 239