提高膨脹機制冷效率的有效措施

王海+紀(jì)永紅+金鵬

在采用膨脹機制冷循環(huán)的輕烴回收裝置中。膨脹機是制冷系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。膨脹機的形式很多，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，透平式膨脹機。輸出外熱類有熱分離型。目前我站使用的是透平式膨脹機。

透平膨脹機是利用氣體膨脹時速度能的變化，然后輸出外功的。它由通流部分、制動器及機體三部分組成。在實際生產(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進口壓力，都可產(chǎn)生焓變（即絕熱焓降）。根據(jù)膨脹機流量—效率曲線，流量在80%～120%時，效率最高，即制冷量最大，超過此范圍時效率將下降到設(shè)計處理量的60%（見圖1）。根據(jù)我站的實際處理量10 m3/d ，我們將膨脹機流量控制在4100～4200m3/h。此時流量在膨脹機設(shè)計流量的103%～106%膨脹機效率最高。

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，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的效率提高。在實際生產(chǎn)中我們根據(jù)我站的膨脹機設(shè)計轉(zhuǎn)速將膨脹機的經(jīng)濟轉(zhuǎn)速規(guī)定在85%～90%也就是45000～48000r/min。根據(jù)我們的經(jīng)驗，噴嘴屬于易損配件，因此在實際生產(chǎn)中一般是通過調(diào)節(jié)進口閥門的開度來調(diào)節(jié)膨脹機的參數(shù)，而不是調(diào)節(jié)噴嘴，因為那樣極易使噴嘴受傷，影響效率。

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

4、同時，在操作膨脹機時，保證膨脹機和壓縮機的平衡是非常必要的。因為氣量和壓力的變化都對膨脹機有較大的影響，也就是說壓縮機和膨脹機的功率平衡點隨著參數(shù)的變化而變化，且壓縮機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、進口壓力、出口壓力穩(wěn)定的情況下，膨脹機的功率、轉(zhuǎn)速和壓縮機的制動功率、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和增壓機平衡，開旁通調(diào)節(jié)因旁路中的流量耗費了功耗，經(jīng)濟性太差，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效率的有效措施。

5、膨脹機的增壓端、增壓端旁通的開度也會對膨脹機造成較大的影響，在實際生產(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，裝置不能正常運行；（2）提高原料氣的純度；（3）防止腐蝕設(shè)備。其中一個主要目的是防止局部凍堵，防止局部凍堵是保證膨脹機效率重要條件。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。一個用于正常的干燥作業(yè)，另一個用作干燥劑的再生，第三臺作活化后的冷卻。可看出來氣氣質(zhì)較貧，符合選用膨脹機的條件。其中CO2 含量2.3%、H2S含量低于50ppm。可采用固體吸附工藝干燥氣體，在脫水的同時從氣體里除去雜質(zhì)是最經(jīng)濟的。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，就要保證吸附劑的效率。吸附劑的效率取決于再生進行得是否徹底。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。在實際運行過程中，葉輪和噴嘴都是極易受損的，如進口帶液、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，會打碎葉輪，發(fā)出異常聲響，不能開機。04年11月對膨脹機轉(zhuǎn)子、葉輪進行更換，打開后發(fā)現(xiàn)兩個葉輪都磨損比較嚴(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)重影響膨脹機的正常運轉(zhuǎn)，降低了制冷效率。新更換的葉輪是廠家根據(jù)進站原料氣的組分重新進行了設(shè)計，使之能更好的適應(yīng)實際生產(chǎn)的需要。更換噴嘴、葉輪前后各項參數(shù)的對比：

根據(jù)以上情況，我們可以看出

1、在提高膨脹機的制冷效率中，流量、壓力是關(guān)鍵，但轉(zhuǎn)速、膨脹機和壓縮機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的制冷效率是一個重要的制約條件，吸附和再生時要控制好各循環(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，更換了膨脹機受損的噴嘴和葉輪、對干燥塔失效的分子篩進行了更換，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，加強膨脹機的濾網(wǎng)清洗，及時清除雜質(zhì)、粉塵，使膨脹機的效率大大提高，延長了膨脹機的使用壽命，提高了開機率，使輕烴的產(chǎn)量有了較大的提高。endprint