提高膨胀机制冷效率的有效措施

王海+纪永红+金鹏

在采用膨胀机制冷循环的轻烃回收装置中。膨胀机是制冷系统的关键设备。膨胀机的形式很多，基本上可分为两大类：输出外功类和输出外热类。输出外功类有活塞式膨胀机，透平式膨胀机。输出外热类有热分离型。目前我站使用的是透平式膨胀机。

透平膨胀机是利用气体膨胀时速度能的变化，然后输出外功的。它由通流部分、制动器及机体三部分组成。在实际生产中气体的质量、流量、入口压力、入口温度、出口压力、气体组成、轴速等方面影响着膨胀机的制冷效率。我们就集输河压站轻烃回收装置中提高膨胀机制冷效率的措施做一浅谈。

一、通过调节压力、流量、转速来提高效率，降低制冷温度。

1、提高流量和提高膨胀机进口压力，都可产生焓变（即绝热焓降）。根据膨胀机流量—效率曲线，流量在80%～120%时，效率最高，即制冷量最大，超过此范围时效率将下降到设计处理量的60%（见图1）。根据我站的实际处理量10 m3/d ，我们将膨胀机流量控制在4100～4200m3/h。此时流量在膨胀机设计流量的103%～106%膨胀机效率最高。

图1 效率与流量关系曲线

2、具有可调喷咀的透平膨胀机，可调喷咀的功能和压力控制阀一样，转动喷咀叶片、改变喷咀叶片开度等措施都可以达到调节产冷量的目的。调节喷咀开度可改变膨胀机的转速及流量，根据效率与流量的关系，转速和流量应相匹配才能将膨胀机的效率提高。在实际生产中我们根据我站的膨胀机设计转速将膨胀机的经济转速规定在85%～90%也就是45000～48000r/min。根據我们的经验，喷嘴属于易损配件，因此在实际生产中一般是通过调节进口阀门的开度来调节膨胀机的参数，而不是调节喷嘴，因为那样极易使喷嘴受伤，影响效率。

3、提高膨胀机进口压力也是提高膨胀机效率的有效措施，膨胀机进口压力越高膨胀机的转速越高，膨胀比大，制冷量越大。

4、同时，在操作膨胀机时，保证膨胀机和压缩机的平衡是非常必要的。因为气量和压力的变化都对膨胀机有较大的影响，也就是说压缩机和膨胀机的功率平衡点随着参数的变化而变化，且压缩机的排出压力必须与排出管道上的管网阻力相平衡。在流量、进口压力、出口压力稳定的情况下，膨胀机的功率、转速和压缩机的制动功率、转速以及管网阻力都处于平衡状态。在实际生产中可以用开旁通阀及降低排气压力的方法保证膨胀机和增压机平衡，开旁通调节因旁路中的流量耗费了功耗，经济性太差，因此不能作为正常的调节方法。所以稳定排气压力的方法是保证膨胀机效率的有效措施。

5、膨胀机的增压端、增压端旁通的开度也会对膨胀机造成较大的影响，在实际生产过程中，可以适当的通过调整开度来控制转速、压力等。

二、天然气的净化及组分对膨胀机效率的影响

1、轻烃回收装置中，天然气中一般含有硫化氢、二氧化碳及水分等杂质。这些杂质的存在很大程度上会影响膨胀机的工作效率。（孤东轻烃站原料气组分分析，见表1）这些杂质必须尽可能的除去。脱除杂质的目的是（1）防止杂质在局部部位冻结，致使设备、管路堵塞，装置不能正常运行；（2）提高原料气的纯度；（3）防止腐蚀设备。其中一个主要目的是防止局部冻堵，防止局部冻堵是保证膨胀机效率重要条件。天然气的净化方法有好几种，目前采用最多的是吸附法，净化天然气的主要设备是干燥塔，干燥塔一般应有三个。一个用于正常的干燥作业，另一个用作干燥剂的再生，第三台作活化后的冷却。可看出来气气质较贫，符合选用膨胀机的条件。其中CO2 含量2.3%、H2S含量低于50ppm。可采用固体吸附工艺干燥气体，在脱水的同时从气体里除去杂质是最经济的。在天然气的深冷装置中，要求天然气脱水至1ppm以下。在固体吸附剂中又以沸石分子筛效果最好（可除去95～99.9%的水分）。河口压气站站就是采用的这种方法。我们知道想要确保天然气的净化度，降低天然气的露点，就要保证吸附剂的效率。吸附剂的效率取决于再生进行得是否彻底。再生气来源一般是采用的是已处理过的纯净气体，所以再生的彻底性就只取决于吸附剂被加热的温度了。在再生期间，如果吸附剂被加热到235℃，吸附剂中的水分会全部被除去。

保持原料气干净，无粉尘、杂质是非常重要的。在实际运行过程中，叶轮和喷嘴都是极易受损的，如进口带液、有杂质、粉尘等都会使高速旋转的叶轮、喷嘴受伤，从而影响制冷效果。严重时，会打碎叶轮，发出异常声响，不能开机。04年11月对膨胀机转子、叶轮进行更换，打开后发现两个叶轮都磨损比较严重，尤其是增压端的叶轮，并且增压腔内积满了硫和分子筛的粉尘，严重影响膨胀机的正常运转，降低了制冷效率。新更换的叶轮是厂家根据进站原料气的组分重新进行了设计，使之能更好的适应实际生产的需要。更换喷嘴、叶轮前后各项参数的对比：

根据以上情况，我们可以看出

1、在提高膨胀机的制冷效率中，流量、压力是关键，但转速、膨胀机和压缩机的平衡操作是不容忽视的，这要求操作人员提高操作水平和分析水平。

2、天然气的净化程度和组分对膨胀机的制冷效率是一个重要的制约条件，吸附和再生时要控制好各循环，特别是吸附操作周期和再生气温度、流量的控制，这要求操作人员严格按照规定的参数调节。

我们通过研究，制定了多方面的措施，更换了膨胀机受损的喷嘴和叶轮、对干燥塔失效的分子筛进行了更换，加大了对再生流量和温度的调节，首先保证了天然气的露点，加强膨胀机的滤网清洗，及时清除杂质、粉尘，使膨胀机的效率大大提高，延长了膨胀机的使用寿命，提高了开机率，使轻烃的产量有了较大的提高。endprint