透平膨脹壓縮機(jī)的操作與維護(hù)

透平膨脹壓縮機(jī)的操作與維護(hù)文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A透平膨脹機(jī)是空氣分離設(shè)備及天然氣（石油氣）液化分離設(shè)備和低溫粉碎設(shè)備等獲取冷量所必需的關(guān)鍵設(shè)備，是保證整套設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的心臟。隨著天然氣工業(yè)和制冷技術(shù)的發(fā)展，膨脹機(jī)組的廣泛應(yīng)用，給天然氣加工行業(yè)帶來豐厚利潤，反之又促進(jìn)膨脹機(jī)技術(shù)迅速提升，更利于節(jié)能降耗和綠色生產(chǎn)。目前，以美國和德國的技術(shù)、設(shè)備較為先進(jìn)。某廠采用的膨脹/壓縮機(jī)就是由美國MAFI公司制造的EC3.0型透平膨脹/壓縮機(jī)，該機(jī)組為徑向反作用開式葉輪透平膨脹制冷機(jī)，并驅(qū)動同軸的離心式壓縮機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速為29000rpm，膨脹機(jī)功率為645KV，壓縮機(jī)功率為649KVy膨脹機(jī)功率為84KVY壓縮機(jī)功率為78KVy膨脹比為2.87,壓縮比為1.44，膨脹機(jī)進(jìn)、出口溫度設(shè)計(jì)值為-40C/-80C。一、工作原理透平膨脹機(jī)工作原理是利用絕熱等熵膨脹原理,依靠膨脹機(jī)進(jìn)出口壓差,氣體通過葉輪周圍的可調(diào)噴嘴,使進(jìn)入膨脹機(jī)的氣相均勻吹動葉輪高速旋轉(zhuǎn),氣流對葉輪做功,氣體原有的壓力能經(jīng)過不可逆絕熱膨脹變?yōu)閯幽?實(shí)現(xiàn)氣體能量轉(zhuǎn)換,氣體壓力和溫度降低而強(qiáng)烈地被冷卻,達(dá)到制冷目的,葉輪獲得的動能通過軸轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,驅(qū)動其他裝置并實(shí)現(xiàn)對外做功。絕熱效率越高,動其他裝置并實(shí)現(xiàn)對外做功。絕熱效率越高,越接近干等熵膨脹過程。因透平膨脹機(jī)由于有噴嘴損失、葉輪損失、余

速損失、輪盤摩擦損失、泄漏損失、竄流損失和外熱侵入損失,一般絕熱75%?85%。20世紀(jì)60年代已制成帶液膨脹機(jī)，大多用于天然氣分離行業(yè)。效率為：中壓膨脹機(jī)65%效率為：中壓膨脹機(jī)65%?75%，低壓膨脹機(jī)二、透平膨脹壓縮機(jī)基本結(jié)構(gòu)機(jī)組包括膨脹部分（包括進(jìn)出口法蘭）、總成部分（中心段）、壓縮部分（包括進(jìn)出口法蘭），如圖1所示（一） 膨脹部分1．可調(diào)入口導(dǎo)向葉片。入口導(dǎo)向葉片可以調(diào)節(jié)進(jìn)入透平膨脹機(jī)的質(zhì)量流量，它的設(shè)計(jì)可以提供高效和較大的調(diào)節(jié)范圍。它使用了一項(xiàng)帶有壓力驅(qū)動的密封環(huán)（壓力環(huán)）技術(shù)，能防止側(cè)面泄漏和噴嘴磨損。該裝置能在進(jìn)口壓力達(dá)到最大時仍能正常工作，而且能調(diào)節(jié)來氣流量，范圍可從0到設(shè)計(jì)流量的125%。一個氣動活塞執(zhí)行器和積分定2．膨脹機(jī)葉輪。膨壓機(jī)葉輪是由堅(jiān)2．膨脹機(jī)葉輪。膨壓機(jī)葉輪是由堅(jiān)的金屬板、條或鍛件加工而位器控制導(dǎo)向葉片的開度，氣動信號使執(zhí)行器調(diào)節(jié)導(dǎo)向葉片打開來調(diào)節(jié)流程工藝條件的變化。成，使其達(dá)到最大的強(qiáng)度和安全性。設(shè)計(jì)參數(shù)（如壓力載荷、鉆孔數(shù)量等）都是由專業(yè)軟件嚴(yán)格計(jì)算得出的。帶有可調(diào)導(dǎo)向葉片的放射狀的葉輪，可提供高效和較大的操作范圍。經(jīng)過對葉輪刀片角度、周線的仔細(xì)調(diào)整，優(yōu)化了壓縮機(jī)的空氣動力學(xué)性能。出廠前每個葉輪都做了輪面和刀片的共振測試。MAFI-TRENCH膨脹壓縮機(jī)在速度從0到正常速度之間的任何時候都不會產(chǎn)生共振。（二） 總成部分（中心段）1．軸。透平膨脹壓縮機(jī)軸轉(zhuǎn)動處在一次彎曲臨界速度和產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)共振的速度之下。振動探頭附近的軸段，采用火焰噴涂的鋁合金涂層，以消除電氣對軸的影響。這項(xiàng)技術(shù)被廣泛用在膨脹壓縮機(jī)上，并且都獲得了成功。軸與葉輪連接的部分為特殊的錐形，帶有柱形的鍵和鍵槽，這種設(shè)計(jì)能避免壓力負(fù)荷集中到花鍵和鍵槽形，帶有柱形的鍵和鍵槽，這種設(shè)計(jì)能避免壓力負(fù)荷集中到花鍵和鍵槽中。此外，軸與葉輪相連接的錐形尾部中有一根承壓拉伸桿，裝配時已預(yù)先加上了應(yīng)力。這樣，就能保證在所有極端的溫度、速度下，軸受到恒定的載荷，軸和葉輪始終保持正確的接觸，不至于發(fā)生過緊或松脫現(xiàn)象。2．軸密封。軸密封采用迷宮型，使密封氣泄漏最少，它是把一個可替換不銹鋼轉(zhuǎn)動迷宮和一個纖維加固的樹脂密封圈連接在一起。密封接觸的結(jié)果是將樹脂磨成預(yù)先定好尺寸，可防止其他轉(zhuǎn)動部件的損壞。因?yàn)檩S的對稱性，膨脹機(jī)和壓縮機(jī)的密封是可以互換的。3?軸承。放射狀軸承采用MAFI-TRENC的標(biāo)準(zhǔn)的五凸葉式設(shè)計(jì)可以滿足高速狀態(tài)下的需要。每個軸承中分別埋有一個雙重電阻式溫度探頭，來探測溫度以及對可能造成的軸承損壞進(jìn)行報(bào)警。在低溫單元，這種溫度探頭可以用作軸承凍結(jié)的報(bào)警和啟動前的一項(xiàng)檢查條件，只有當(dāng)它的溫度達(dá)到要求后，才能啟動。推力軸承需要使轉(zhuǎn)動軸保持在一個相對穩(wěn)定的位置，偏差要在允許的范圍內(nèi)。我們采用的是一個帶軸頸的完整固定錐形軸承。設(shè)計(jì)要求軸向兩邊的推力要平衡。在每個軸承表面有一個壓力感應(yīng)裝置，能檢測軸承推力。這些壓力信號傳送給推力自動平衡系統(tǒng)(ATE)來調(diào)節(jié)推力。4．軸向推力自動平衡系統(tǒng)。在推力自動平衡系統(tǒng)的控制下，軸承推力能夠得到較好的控制。每個軸承的推力壓力信號傳遞給活塞的相反兩側(cè)。閥門通過調(diào)節(jié)壓縮機(jī)葉輪背面的壓力來調(diào)節(jié)軸推力。油壓通過軸承推力表面的小孔傳到推力平衡系統(tǒng)的各自空腔中，用推力平衡活塞控制閘閥來調(diào)節(jié)壓縮機(jī)葉輪背面壓力，平衡推力使其在可接受的程度上。5．殼體密封。機(jī)組殼體密封使用的是特氟龍材料(帶彈簧)，由

壓力驅(qū)動，密封不是靠殼體螺栓的扭矩，非常可靠。其余內(nèi)部零件密圭寸采用合成橡膠0型密圭寸圈。（三）壓縮部分1．壓縮機(jī)葉輪：類似膨脹機(jī)葉輪。2．壓縮機(jī)擴(kuò)壓器：壓縮端入口呈錐形，具有良好的流體動力性能，出口是無葉片式擴(kuò)壓器，能在各設(shè)計(jì)工況下提供絕好的性能。三、膨脹壓縮機(jī)操作透平膨脹壓縮機(jī)屬于高精設(shè)備，運(yùn)行條件比較苛刻。在工程完工后，必須對所有管道徹底吹掃、置換，排除管道中的焊渣、灰塵、油污和后，必須對所有管道徹底吹掃、置換，排除管道中的焊渣、灰塵、油污和濕氣；設(shè)備與管道要可靠連接。常規(guī)檢查包括過濾器、蓄能器壓力、潤滑油、儀表參數(shù)設(shè)置和試驗(yàn)、安全閥、防喘振閥、電加熱器以及工藝閥門的開關(guān)狀態(tài)等。從膨脹機(jī)初次啟動到全廠溫度／壓力正常、相關(guān)設(shè)備穩(wěn)定，通常需要持續(xù)幾周的時間，需要精細(xì)操作。膨脹壓縮機(jī)啟動基本步驟分三步：（一）密封氣系統(tǒng)啟動啟動時，利用密封氣系統(tǒng)吹掃透平膨脹壓縮機(jī)及潤滑油箱，給膨壓機(jī)殼體部分充壓，打開膨壓機(jī)殼體排放閥來吹掃殼體。大概五分鐘之后，關(guān)上排放閥。同時密切監(jiān)控膨脹壓縮機(jī)殼體壓力。當(dāng)膨脹機(jī)殼體壓力達(dá)到設(shè)計(jì)出口壓力或壓縮機(jī)殼體壓力達(dá)到設(shè)計(jì)入口壓力時，打開膨脹機(jī)出口關(guān)斷閥和壓縮機(jī)人口關(guān)斷閥，調(diào)整密封氣壓力到設(shè)定值（備注：殼體充壓至和密封氣最大供給壓力相同時，再打開膨脹機(jī)出口關(guān)斷閥）。二）潤滑油系統(tǒng)啟動二）為了避免污染工藝氣體，密封氣壓力和流量一定要在潤滑油系統(tǒng)啟動之前建立起來。檢查潤滑油溫度，至少要在20C（68°F）以上啟動滑油泵，緩慢給系統(tǒng)升壓，建立正常 潤滑油壓力，注意油溫的變化，有異常應(yīng)及時查找原因和處理。先投用電加熱器，設(shè)定好參數(shù)；每套裝置有2臺潤滑油泵，操作有手動，關(guān)閉／自動三擋，正常操作時。將一臺打在手動位置，另一臺定在自動位置（如果油壓下降，備用泵隨時啟動），手動啟動后保持足夠的循環(huán)時間，回油溫度至少要達(dá)到 38C（100°F），并檢查透平膨脹壓縮機(jī)機(jī)殼是否進(jìn)入潤滑油。（三）膨脹壓縮機(jī)啟動檢查密封氣系統(tǒng)和滑油系統(tǒng)有無報(bào)警。檢查工藝閥門的開關(guān)狀態(tài)，使其處于正常位置。將膨脹機(jī)組加載站三通閥扳至手動位置，卸載空氣調(diào)壓閥。完全關(guān)閉膨脹機(jī)人口導(dǎo)向葉片（如果沒有安裝防喘振控制系統(tǒng)，則完全打開壓縮機(jī)旁通），打開膨脹機(jī)出口閥，緩慢打開膨脹機(jī)入口閥門，機(jī)組將會緩慢進(jìn)氣，通過提高葉片調(diào)節(jié)器的空氣壓力來調(diào)節(jié)機(jī)組轉(zhuǎn)速，其轉(zhuǎn)速加快，流經(jīng)J-T閥門的氣體逐漸減少，當(dāng)塔器壓力調(diào)節(jié)器和葉片調(diào)節(jié)器壓力平衡時，將三通閥扳至自動位置，塔器壓力調(diào)節(jié)器自動控制調(diào)節(jié)膨脹機(jī)葉片調(diào)節(jié)器位置，此時全部氣體通過膨脹機(jī)，J-T閥門關(guān)閉。然后緩慢關(guān)閉壓縮機(jī)端的回流閥門，當(dāng)氣體全部流經(jīng)壓縮機(jī)后，把回流閥設(shè)在自動位置，確保穩(wěn)定運(yùn)行，避免壓縮機(jī)喘振。四、常見故障排除五、透平膨脹壓縮機(jī)維護(hù)要點(diǎn)透平膨脹壓縮機(jī)是我廠的核心設(shè)備，它的正常運(yùn)行與否將直接影響到丙丁烷收率（即對副產(chǎn)品回收效益）。

透平膨脹機(jī)的作用就是利用原料氣的壓力通過等熵膨脹來獲得低溫，以進(jìn)行后續(xù)的深冷分離。其最大特點(diǎn)就是轉(zhuǎn)速高，正因?yàn)檗D(zhuǎn)速高，所以操作要求特別高，稍有出錯，都可能對設(shè)備造成致命損壞。投產(chǎn)運(yùn)行后，我們摸索總結(jié)了下列維護(hù)要點(diǎn)：1．啟動前，膨脹壓縮機(jī)的殼體必須排液，防止液體存在(其來源有原料氣中冷凝的重組分或發(fā)生跑油后的潤滑油)。嚴(yán)禁固體或碎屑存有原料氣中冷凝的重組分或發(fā)生跑油后的潤滑油)。嚴(yán)禁固體或碎屑存在，以及低溫下會凍結(jié)的水分、二氧化碳的存在，因?yàn)榕蛎洐C(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中固體物質(zhì)或冰的存在會對膨脹機(jī)的葉輪和機(jī)殼造成磨損，最終影響其正常運(yùn)行和使用壽命，所以在正常運(yùn)行過程中保證膨脹機(jī)入口管線上安裝的過濾網(wǎng)正常，裝置前面的分子篩脫水效果良好及原料氣中的二氧化碳的含1％量小于1％如果大于1％，需要增加二氧化碳脫除裝置)。一旦設(shè)備帶液，應(yīng)迅速降低膨脹機(jī)組轉(zhuǎn)速或停止運(yùn)行，并及時打開蝸殼吹掃，排清液體，同時設(shè)法提高機(jī)組的進(jìn)口氣體溫度。2．啟車前，先投運(yùn)密封氣，再投用潤滑油系統(tǒng)，停車則相反，不可顛倒，防止跑油現(xiàn)象。3．當(dāng)壓縮機(jī)的負(fù)載在設(shè)計(jì)值的75％以下時，可能發(fā)生喘振現(xiàn)象，平時要注意防喘振閥門的開度及防喘振控制器的工作情況，啟動時也要特別注意此閥門應(yīng)在全開的位置。一旦發(fā)生喘振超過注意此閥門應(yīng)在全開的位置。一旦發(fā)生喘振超過10?15分鐘，就會毀壞膨脹壓縮機(jī)的軸承。4．定期檢查軸承的潤滑油黏度：由于膨脹壓縮機(jī)運(yùn)行至今，潤滑部位間隙加大，造成單臺潤滑油無法形成正常的供油壓差，因此可采用2臺潤滑油機(jī)泵同時運(yùn)行的模式。另外，密封氣選用的是濕氣，其中的重組分可能冷凝，與潤滑油互溶，造成黏度下降，壓差降低。因此當(dāng)潤滑油壓差下降就要及時化驗(yàn)潤滑油的黏度，以決定是否更換潤滑油。5．定期檢查緩沖罐的氣囊壓力。起穩(wěn)壓和提供潤滑油的作用。6．J-T運(yùn)行模式與膨脹壓縮機(jī)模式切換一定要平穩(wěn)，減少設(shè)備內(nèi)部各個系統(tǒng)的波動，減少磨損及飛車事故的發(fā)生。7．膨脹壓縮機(jī)對軸推力平衡要求嚴(yán)格，必須嚴(yán)格控制在適當(dāng)范圍內(nèi)，平時注意膨脹側(cè)推力盤壓力表與壓縮側(cè)推力盤壓力的差值，以確