余壓發(fā)電液力透平機(jī)組設(shè)計和應(yīng)用

馬志龍

摘 要：成品油管道輸送過程中因地勢或其他因素往往采用增壓后減壓的方式輸送，存在壓力能浪費和額外增設(shè)減壓裝置的現(xiàn)象，針對這一問題，本文針對某一成品油樞紐站余壓回收發(fā)電節(jié)能的需求情況，采用兩級BB2型式反轉(zhuǎn)離心泵作液力透平的設(shè)計思路，設(shè)計了一套液力透平能量回收裝置;裝置安裝在現(xiàn)場并進(jìn)行了實際應(yīng)用，應(yīng)用效果和測試數(shù)據(jù)表明，設(shè)備運行參數(shù)符合設(shè)計預(yù)期，平均每小時回收功率為130kW，已經(jīng)連續(xù)穩(wěn)定運行超過半年，可有效回收管道余壓，提高輸送站的運營經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：液力透平;成品油輸送;應(yīng)用

0 引言

在成品油輸送過程中，最佳的輸送模式為管道輸送;對環(huán)境的污染更少，運輸過程更加安全可靠;大幅降低可能導(dǎo)致油品質(zhì)量變差因素[1]。為保證油品的可靠輸送，管道內(nèi)油壓往往較高，到各輸送站的進(jìn)站后通常需要額外的減壓裝置減壓后才能卸載，存在壓力能浪費的現(xiàn)象，同時，減壓設(shè)備往往造成振動、發(fā)熱和噪聲等，對輸送站的安全存在一定的隱患。

液力透平是可以把管道內(nèi)液體的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或電能的裝置，用液力透平代替減壓閥，可有效的回收管道中的液體余壓[2]。本文針對某一成品油樞紐站余壓回收發(fā)電的需求情況，設(shè)計了一套高效、安全可靠的雙級液力透平能量回收裝置。

1 液力透平設(shè)計

1.1 樞紐站運行參數(shù)

樞紐站中用于安裝液力透平余壓發(fā)電裝置的管路參數(shù)如下：

輸送介質(zhì)：成品常溫柴油，壓力范圍：2.5-3.5MPa，最大6MPa，減壓到0.3MPa。

流量范圍：250-350m3/h，最大為500m3/h。

1.2 液力透平設(shè)計

液力透平可分為液力渦輪、反轉(zhuǎn)泵和專用液力透平。反轉(zhuǎn)泵由于經(jīng)濟(jì)且運行工況符合工業(yè)流程要求，一般應(yīng)用較多。液力透平與泵最大的區(qū)別是只有當(dāng)流量達(dá)到一定的數(shù)值后才有功率輸出，因此液力透平存在最小入口壓力點，在該點之前是沒有功率輸出。本文中的液力透平采用反轉(zhuǎn)離心泵進(jìn)行設(shè)計選型。

1.2.1 液力透平水力設(shè)計

離心泵作為液力透平使用時，其高效點工況基本相同，偏差基本在±2%以內(nèi)，能吸收的壓頭要大于作為泵所產(chǎn)生的壓頭，輸出的軸功率也比作為泵時所消耗的軸功率大。因此，液力透平水力設(shè)計先根據(jù)公式（1）和公式（2）將流量和壓頭適當(dāng)放大后按泵進(jìn)行選型，再由式（3）計算出液力透平的效率。

其中，Q-流量（m3/h）;H-揚程（m）;η-效率;公式（1）-（3）中的下表p和t分別表示作為泵使用和作為液力透平使用時的參數(shù);CQ、CH、Cη-轉(zhuǎn)換系數(shù)。當(dāng)比轉(zhuǎn)速Ns為10-55，CQ和CH的取值范圍為2.2-1.1。Cη取值范圍為0.92-0.99。高比轉(zhuǎn)速時CQ和CH取小值，Cη取大值，比轉(zhuǎn)速Ns按公式（4）計算[3]。

式中，n-轉(zhuǎn)速，r/min;Q-流量（m3/s）。

根據(jù)樞紐站成品油管道參數(shù)，液力透平進(jìn)口流量按照350m3/h，進(jìn)口壓力按照3.5MPa，出口壓力按照0.3MPa進(jìn)行計算。

1.2.2 液力透平選型

一般認(rèn)為液力透平單級泵功率在22kW以上，多級泵在75kW以上是經(jīng)濟(jì)合理的[4]。根據(jù)水力計算結(jié)果和樞紐站現(xiàn)場運行條件，選取兩級BB2泵的結(jié)構(gòu)形式反轉(zhuǎn)作為液力透平。

1.3 發(fā)電機(jī)-液力透平機(jī)組設(shè)計

發(fā)電機(jī)組選取額定容量200kW，額定電壓400V。整個系統(tǒng)集發(fā)電機(jī)保護(hù)、并網(wǎng)、綜合保護(hù)、測量顯示的功能于一體，確保系統(tǒng)性能穩(wěn)定、可靠，功能齊備，結(jié)構(gòu)緊湊。系統(tǒng)原理圖如下圖1所示：

發(fā)電機(jī)--液力透平機(jī)組采用單邊布置方案，發(fā)電機(jī)、透平工作轉(zhuǎn)速相同。當(dāng)液力透平進(jìn)口有流量進(jìn)入時，液力透平轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動并帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)計轉(zhuǎn)速時，為機(jī)組的臨界狀態(tài)，介質(zhì)多余的能量則用來發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，通過后續(xù)處理，發(fā)電機(jī)發(fā)電并入電網(wǎng)。

2 液力透平機(jī)組應(yīng)用

2.1 現(xiàn)場管路布局

考慮到安全可靠性，把發(fā)電機(jī)--液力透平機(jī)組與現(xiàn)場的原有減壓閥并聯(lián)，在原減壓閥前的管路上增加一個旁路，正常工作時所輸送的成品油經(jīng)過旁路流入到液力透平回路，經(jīng)過液力透平減壓后再匯合到原減壓閥的后段管路上。具體流程如下：原減壓閥前段管線--自動切換閥（緊急故障時自動切換到減壓閥支路）--進(jìn)口截止閥--液力透平--出口單向閥--出口截止閥--原減壓閥后段管線。

2.2 運行參數(shù)分析

現(xiàn)場安裝試車成功后，裝置進(jìn)入穩(wěn)定運行階段，取裝置穩(wěn)定運行第二天的數(shù)據(jù)，每隔2個小時取一組運行數(shù)據(jù)，連續(xù)取5組數(shù)據(jù)，如下表1所示：

從表1中現(xiàn)場運行參數(shù)可以看出，設(shè)備入口平均壓力為2.74MPa，小于液力透平設(shè)計時所選取的入口壓力3.5MPa，出口平均壓力為0.32MPa，與設(shè)計時所選取的出口壓力0.3MPa基本相同，平均壓差為2.4MPa，小于與設(shè)計所選取的平均壓力3MPa。這主要是考慮到在初始運行階段為確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性，原減壓閥管路并沒有完全的關(guān)閉，有一部分成品油通過減壓閥支路減壓后流出的原因。

3 結(jié)語

液力透平機(jī)組在成品油管道中的應(yīng)用，可以有效提高管道余壓的回收再利用，節(jié)約能源，同時提高輸送站管路的可靠性，本文針對某一成品油樞紐站余壓回收發(fā)電的需求情況，采用反轉(zhuǎn)泵做液力透平的設(shè)計思路，設(shè)計了一套液力透平能量回收裝置;通過現(xiàn)場應(yīng)用情況和數(shù)據(jù)表明，所設(shè)計的液力透平能量回收裝置現(xiàn)場運行情況符合設(shè)計預(yù)期，設(shè)備運行穩(wěn)定，可有效回收管道余壓，提高輸送站的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]李春光.我國成品油管道運輸?shù)默F(xiàn)狀及發(fā)展思路[J].當(dāng)代石油石化，2004，12（8）：16-18.

[2]楊軍虎，張雪寧，王曉暉等.能量回收液力透平的研究進(jìn)展[J].化工機(jī)械，2011，38（6）：655-659.

[3]鄭學(xué)鵬.煉油裝置液力透平的設(shè)計探析[J].石油化工設(shè)計， 2012，29（2）：1-4.

[4]徐秀生.液力透平在石化行業(yè)中的應(yīng)用[J].通用機(jī)械，2013 （03）：23-27.