提高膨脹機(jī)制冷效率的有效措施

王海+紀(jì)永紅+金鵬

在采用膨脹機(jī)制冷循環(huán)的輕烴回收裝置中。膨脹機(jī)是制冷系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。膨脹機(jī)的形式很多，基本上可分為兩大類：輸出外功類和輸出外熱類。輸出外功類有活塞式膨脹機(jī)，透平式膨脹機(jī)。輸出外熱類有熱分離型。目前我站使用的是透平式膨脹機(jī)。

透平膨脹機(jī)是利用氣體膨脹時(shí)速度能的變化，然后輸出外功的。它由通流部分、制動器及機(jī)體三部分組成。在實(shí)際生產(chǎn)中氣體的質(zhì)量、流量、入口壓力、入口溫度、出口壓力、氣體組成、軸速等方面影響著膨脹機(jī)的制冷效率。我們就集輸河壓站輕烴回收裝置中提高膨脹機(jī)制冷效率的措施做一淺談。

一、通過調(diào)節(jié)壓力、流量、轉(zhuǎn)速來提高效率，降低制冷溫度。

1、提高流量和提高膨脹機(jī)進(jìn)口壓力，都可產(chǎn)生焓變（即絕熱焓降）。根據(jù)膨脹機(jī)流量—效率曲線，流量在80%～120%時(shí)，效率最高，即制冷量最大，超過此范圍時(shí)效率將下降到設(shè)計(jì)處理量的60%（見圖1）。根據(jù)我站的實(shí)際處理量10 m3/d ，我們將膨脹機(jī)流量控制在4100～4200m3/h。此時(shí)流量在膨脹機(jī)設(shè)計(jì)流量的103%～106%膨脹機(jī)效率最高。

圖1 效率與流量關(guān)系曲線

2、具有可調(diào)噴咀的透平膨脹機(jī)，可調(diào)噴咀的功能和壓力控制閥一樣，轉(zhuǎn)動噴咀葉片、改變噴咀葉片開度等措施都可以達(dá)到調(diào)節(jié)產(chǎn)冷量的目的。調(diào)節(jié)噴咀開度可改變膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速及流量，根據(jù)效率與流量的關(guān)系，轉(zhuǎn)速和流量應(yīng)相匹配才能將膨脹機(jī)的效率提高。在實(shí)際生產(chǎn)中我們根據(jù)我站的膨脹機(jī)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速將膨脹機(jī)的經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速規(guī)定在85%～90%也就是45000～48000r/min。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，噴嘴屬于易損配件，因此在實(shí)際生產(chǎn)中一般是通過調(diào)節(jié)進(jìn)口閥門的開度來調(diào)節(jié)膨脹機(jī)的參數(shù)，而不是調(diào)節(jié)噴嘴，因?yàn)槟菢訕O易使噴嘴受傷，影響效率。

3、提高膨脹機(jī)進(jìn)口壓力也是提高膨脹機(jī)效率的有效措施，膨脹機(jī)進(jìn)口壓力越高膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速越高，膨脹比大，制冷量越大。

4、同時(shí)，在操作膨脹機(jī)時(shí)，保證膨脹機(jī)和壓縮機(jī)的平衡是非常必要的。因?yàn)闅饬亢蛪毫Φ淖兓紝ε蛎洐C(jī)有較大的影響，也就是說壓縮機(jī)和膨脹機(jī)的功率平衡點(diǎn)隨著參數(shù)的變化而變化，且壓縮機(jī)的排出壓力必須與排出管道上的管網(wǎng)阻力相平衡。在流量、進(jìn)口壓力、出口壓力穩(wěn)定的情況下，膨脹機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速和壓縮機(jī)的制動功率、轉(zhuǎn)速以及管網(wǎng)阻力都處于平衡狀態(tài)。在實(shí)際生產(chǎn)中可以用開旁通閥及降低排氣壓力的方法保證膨脹機(jī)和增壓機(jī)平衡，開旁通調(diào)節(jié)因旁路中的流量耗費(fèi)了功耗，經(jīng)濟(jì)性太差，因此不能作為正常的調(diào)節(jié)方法。所以穩(wěn)定排氣壓力的方法是保證膨脹機(jī)效率的有效措施。

5、膨脹機(jī)的增壓端、增壓端旁通的開度也會對膨脹機(jī)造成較大的影響，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，可以適當(dāng)?shù)耐ㄟ^調(diào)整開度來控制轉(zhuǎn)速、壓力等。

二、天然氣的凈化及組分對膨脹機(jī)效率的影響

1、輕烴回收裝置中，天然氣中一般含有硫化氫、二氧化碳及水分等雜質(zhì)。這些雜質(zhì)的存在很大程度上會影響膨脹機(jī)的工作效率。（孤東輕烴站原料氣組分分析，見表1）這些雜質(zhì)必須盡可能的除去。脫除雜質(zhì)的目的是（1）防止雜質(zhì)在局部部位凍結(jié)，致使設(shè)備、管路堵塞，裝置不能正常運(yùn)行；（2）提高原料氣的純度；（3）防止腐蝕設(shè)備。其中一個(gè)主要目的是防止局部凍堵，防止局部凍堵是保證膨脹機(jī)效率重要條件。天然氣的凈化方法有好幾種，目前采用最多的是吸附法，凈化天然氣的主要設(shè)備是干燥塔，干燥塔一般應(yīng)有三個(gè)。一個(gè)用于正常的干燥作業(yè)，另一個(gè)用作干燥劑的再生，第三臺作活化后的冷卻。可看出來氣氣質(zhì)較貧，符合選用膨脹機(jī)的條件。其中CO2 含量2.3%、H2S含量低于50ppm?？刹捎霉腆w吸附工藝干燥氣體，在脫水的同時(shí)從氣體里除去雜質(zhì)是最經(jīng)濟(jì)的。在天然氣的深冷裝置中，要求天然氣脫水至1ppm以下。在固體吸附劑中又以沸石分子篩效果最好（可除去95～99.9%的水分）。河口壓氣站站就是采用的這種方法。我們知道想要確保天然氣的凈化度，降低天然氣的露點(diǎn)，就要保證吸附劑的效率。吸附劑的效率取決于再生進(jìn)行得是否徹底。再生氣來源一般是采用的是已處理過的純凈氣體，所以再生的徹底性就只取決于吸附劑被加熱的溫度了。在再生期間，如果吸附劑被加熱到235℃，吸附劑中的水分會全部被除去。

保持原料氣干凈，無粉塵、雜質(zhì)是非常重要的。在實(shí)際運(yùn)行過程中，葉輪和噴嘴都是極易受損的，如進(jìn)口帶液、有雜質(zhì)、粉塵等都會使高速旋轉(zhuǎn)的葉輪、噴嘴受傷，從而影響制冷效果。嚴(yán)重時(shí)，會打碎葉輪，發(fā)出異常聲響，不能開機(jī)。04年11月對膨脹機(jī)轉(zhuǎn)子、葉輪進(jìn)行更換，打開后發(fā)現(xiàn)兩個(gè)葉輪都磨損比較嚴(yán)重，尤其是增壓端的葉輪，并且增壓腔內(nèi)積滿了硫和分子篩的粉塵，嚴(yán)重影響膨脹機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，降低了制冷效率。新更換的葉輪是廠家根據(jù)進(jìn)站原料氣的組分重新進(jìn)行了設(shè)計(jì)，使之能更好的適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)的需要。更換噴嘴、葉輪前后各項(xiàng)參數(shù)的對比：

根據(jù)以上情況，我們可以看出

1、在提高膨脹機(jī)的制冷效率中，流量、壓力是關(guān)鍵，但轉(zhuǎn)速、膨脹機(jī)和壓縮機(jī)的平衡操作是不容忽視的，這要求操作人員提高操作水平和分析水平。

2、天然氣的凈化程度和組分對膨脹機(jī)的制冷效率是一個(gè)重要的制約條件，吸附和再生時(shí)要控制好各循環(huán)，特別是吸附操作周期和再生氣溫度、流量的控制，這要求操作人員嚴(yán)格按照規(guī)定的參數(shù)調(diào)節(jié)。

我們通過研究，制定了多方面的措施，更換了膨脹機(jī)受損的噴嘴和葉輪、對干燥塔失效的分子篩進(jìn)行了更換，加大了對再生流量和溫度的調(diào)節(jié)，首先保證了天然氣的露點(diǎn)，加強(qiáng)膨脹機(jī)的濾網(wǎng)清洗，及時(shí)清除雜質(zhì)、粉塵，使膨脹機(jī)的效率大大提高，延長了膨脹機(jī)的使用壽命，提高了開機(jī)率，使輕烴的產(chǎn)量有了較大的提高。endprint