透平膨胀机及发展动态

文章编号:100929425(2001)0520001209

收稿日期:2001204219

作者简介:江楚标(19412　

),男,1965年春毕业于武汉机械学院制冷与深冷专业,本科,原任中国空分设备公司总工程师(退休留用),教授级高级工程师。

透平膨胀机及发展动态

江　楚　标

(中国空分设备公司,

杭州市东新路152号　310004)

摘要　比较了国内外常规透平膨胀机的主要技术参数;重点介绍了国外带液透平膨胀机、全

液体透平膨胀机、能量回收用透平膨胀机和磁悬浮轴承透平膨胀机的发展动态。

关键词:透平膨胀机;出口带液量;能量回收;磁悬浮轴承;动态中图分类号:T B653 文献标识码:A

Turboexpanders and recent developments

Jiang Chu -biao

(China National Air Separation Plant Corporation ,152Dong Xin Road ,Hangzhou 310004,Zhejiang Province )

Abstract :The paper makes a com paris on between the major technical parameters of the conventional

turboexpanders at home and abroad.It hightlights the recent developments in the w orld concerning turboexpanders with condensing liquid ,and those with full condensing liquid turbine expansion and energy recovery and those using active magnetic bearings.

K eyw ords :Turboexpander ;Am ount of condensing liquid at outlet ;Energy recovery ;Active Magnetic bearing ;Development

1　前言

透平膨胀机是低温法空分装置及气体分离和液化装置中的重要部机之一。空分装置流程的变革、发展和进步是建立在吸附器、换热器、膨胀机、精馏塔等主要部机的变革、发展和进步的基础上的,因此,透平膨胀机的变革、发展和进步必然会促使低温法空分装置、气体分离和液化装置等成套装置的变革、发展和进步。

向心径流式透平膨胀机这门技术可以追溯到1930年。透平膨胀机首先应用于空气分离工业,而后在1960年又被用于天然气工业。现在,透平膨胀机已不仅用于空气分离、天然气液化、乙烯冷箱、氢氦液化等低温装置中制取各种温度级的低温冷量,在国外还已广泛应用于余压、废热的能量回

收。近几年,笔者就膨胀机的有关问题与AT LAS 、CRY OST AR 及LOT OF LOW 等公司的专家进行过技术交流,对几种类型的透平膨胀机进行过询价,还得到了几篇这些公司赠阅的有关论文和介绍资料。笔者越来越感到我国透平膨胀机的设计技术水平、研究开发能力及应用领域与国外相比,存在着很大的差距。因此,尽管笔者只是从空分流程和液化设备的角度对透平膨胀机有所了解,而对透平膨胀机本身的设计制造技术知之甚少,但为了促进我国透平膨胀机的发展和进步,笔者还是想把我对国外透平膨胀机目前了解的一些情况介绍给读者,希望能对读者,尤其是对从事透平膨胀机研究开发和设计的同仁有所启发和帮助。由于笔者不是这方面的专家,信息不完整和错误恐所难免,望读者见谅。

专题综述

2　国内外常规透平膨胀机的比较

这里把外压缩空分流程中出口为过热状态的增压透平膨胀机,以及某些内压缩空分流程中出口带一定比例液体的增压透平膨胀机,归入常规膨胀机之列。

外压缩空分流程中出口为过热状态的增压透平膨胀机,在我国已相当成熟,运行也很可靠、安全。与国外同类产品相比,其差距主要在以下两个方面:

第一个差距,膨胀机、增压机的效率与国外相近,主要是轴承损失比国外高。所产生的影响是在完全相同的产品要求的条件下,国产膨胀机的膨胀量要稍大于进口膨胀机的膨胀量。也就是说,采用进口膨胀机的空分装置的产液量或者氩提取率,比采用国产膨胀机的空分装置稍稍高一些,但差距不大。见表1。

表1　国内外常规透平膨胀机主要指标的比较

比较项目国产膨胀机进口膨胀机膨胀机效率,%84～8887～91

轴承损失,kW(注2)12～367～15

增压机增压比(注1)115～11651160～1175

注1:这里的增压比是指增压量与膨胀量相等时的增压比。如增压量与膨胀量不相等,则不可比。

注2:膨胀机的轴承损失是指膨胀量≥5000m3/h(标态,下同)的膨胀机。

第二个差距,是大膨胀量和增压量的膨胀机还缺乏业绩。这主要受30000m3/h等级空分装置迟迟不能实现由国内设计成套而拖累的。根据国内三个主要厂家的设计技术水平和装备条件来看,实现30000m3/h等级外压缩流程空分装置中增压透平膨胀机的国产化应该是没有问题的,膨胀机可以可靠安全地长期连续运转。当然,第一个差距会仍然存在。

表2是笔者为某厂做30000m3/h(氧)外压缩空分流程的设计方案时,对其中的增压透平膨胀机所做询价结果的比较。

出口带一定比例液体的增压透平膨胀机,即带液透平膨胀机,四川空分设备集团公司有较多的业绩,积累了较多的设计制造和开车运转的经验。该公司从80年代初开发油田气丙丁烷(LPG)回收装置时,就研制开发出带液量≤8%的带液透平膨胀机,前几年又将带液量提高到14%左右(容积比)。表3是该公司1999年提供给新疆吐哈油田的P LPT-562/6914-30型增压透平膨胀机的参数。

表2　配30000m3/h空分装置透平膨胀机的比较比较项目

国内某厂国外某厂

膨胀机增压机膨胀机增压机气量,m3/h203003203003

进口压力,bar33(A)91265193915045193

进口温度,K1653290316532903

出口压力,bar(A)1143391561143391804出口温度,K103163431021055345157增压比116211662效率,%8882888115转速,r/min1640020015

轴功率,kW4203834231641112

注:3询价时规定值。331bar=105Pa。

表3　四川空分设备集团公司的带液透平膨胀机

项目膨胀机增压机介质油田气

进口压力,MPa(A)71042199

进口温度,℃-42101910

出口压力,MPa(A)311031609

出口温度,℃-7517636121

流量,kg/h2712226666

出口带液量(容积比)011397

效率,%≥80≥74

转速,r/min2744027440该膨胀机从1999年11月2日起在吐哈油田试车运行,于2000年1月6日由用户验收投产(其中经72小时满负荷运行验收合格)。机器运转稳定,振动小,仪控系统操作简单可靠,完全满足工艺流程和现场生产的要求。

对某些内压缩流程空分装置和外循环氧、氮液化装置来说,带液透平膨胀机可以提高成套装置的效率,从而可降低单位产品的能耗。这类膨胀机,我国与国外同类产品相比,差距要更大一些。除了上面提到的两个差距外,还有一个更大的差距是出口带液量的差距。2001年3月笔者到美国LOT OF LOW公司考察和交流,该公司带液透平膨胀机对出口带液量的比例已没有任何限制。即当膨胀机进口为气体状态时,出口对液体量没有限制;当膨胀机进口为液体状态时,出口对气体量也没有限制。这一点,国内现在还做不到。这类透平膨胀机的规模也比国内要大得多。在车间我们看到了一台

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