膨胀机操作规程

×型

透平膨胀机

操作规程

上海加力气体有限责任公司二○一二年十一月

目录

1﹑概述 (2)

2﹑主要技术规范 (2)

3﹑结构简介 (2)

透平膨胀机 (2)

气体轴承供气系统 (3)

安全装置 (3)

4﹑操作 (3)

起动前的准备 (3)

起动 (4)

运转 (5)

停车 (6)

5﹑维护装配及故障处理 (6)

维护 (6)

6﹑透平膨胀机常见故障分析与排除 (7)

透平膨胀机转速失控 (7)

透平膨胀机后温度过低 (7)

透平膨胀机起动时超速 (7)

膨胀端进口压力过低 (8)

膨胀端出口压力过高 (8)

透平膨胀机振动过大 (8)

1概述

×型透平膨胀机组系气体分离设备配套单机之一，该机在整套装置中利用富氧空气在膨胀机内绝热膨胀，直接产生气体分离设备中所需的冷量获得低温，同时补偿气体分离设备中的各种冷量损失。膨胀机绝热效率和增压效率的高低直接影响气体分离设备能否正常运行及各项技术经济指标。该机还具有结构简单、绝热效率高﹑节约能源、体积小﹑重量轻﹑操作维护方便等优点。

2主要技术规范

本透平膨胀机组配套机器数量为2台，主要技术参数如下：

膨胀机：

膨胀量2080Nm3/h（0℃，101325Pa）

膨胀前压力

膨胀前温度

膨胀后压力

工作介质富氧空气

转速32900r/min

绝热效率≥80%

增压机：

增压量2050Nm3/h（0℃，101325Pa）

增压前压力

增压前温度

增压后压力

工作介质氮气

转速32900r/min

增压机效率≥68%

3结构简介

透平膨胀机

本机型式为卧式单级径轴流向心反击式，带增压机。两台增压透平膨胀机均采用相同的零部件。透平膨胀机蜗壳为单进气切向流动型式，采用铸铜材料，蜗壳在低温下工作并置于保冷箱内。

膨胀轮和增压轮分别安装于轴的两端，轴是由两气体轴承支承。气体轴承则由机身支承，并采用整体轴向装配结构。在膨胀轮后主轴段设有轴封装置，其中充入常温干燥气体，以减少膨胀冷空气泄漏。在增压轮后主轴段设有轴封装置，其中充入常温干燥氮气，以减少增压氮气泄漏以保证氮气纯度和平衡转子轴向力。

在机身中部左右装有转速电气遥测装置，可在仪表盘上显示运转情况。

气体轴承供气系统

气体轴承设有专门的供气系统。在启动时，由分子筛纯化器后，引出一路纯净空气，经过粗过滤器，精过滤器再次净化，送至气体轴承供气管道。在正常运行情况下，从氮气管路中引出一路纯净氮气，送至气体轴承供气管道。气体轴承耗气约为25m3/h(在供气压力为~表压情况下)。

安全装置

透平膨胀机是高速旋转装置，为保护机器，配置有自动安全系统。

在下列情况下发出报警信号，立即采取措施调整：

a气体轴承气压力下降低于；

b转速超过36190r/min。

在下列情况下，停车：

a气体轴承气压力下降低于，而且无法调整；

b转速超过37835r/min，而且无法调整；

c电源发生故障。

3.3.3 超速控制

通过增压机旁通阀，控制增压机负荷，以调节机器转速。当增压机旁通阀调节无效时，可采用膨胀端机前进口阀调节。

4操作

气体分离装置起动时，为使其迅速冷却，两台透平膨胀机顺序起动运转，每台基本各自构成一独立系统，操作也相同。

起动前的准备

对膨胀机各进出口管路须进行彻底吹除后，安装本机。

4.1.2对气体轴承供气管路和密封气管路须进行彻底吹除，然后安装精过滤器镍片，对于已长期使用而被污染的滤芯需严格进行清洗后方能再次使用。吹除结束后接通轴承供气系统及密封气系统，同时接通仪表﹑转速表供电系统，使之处于完好状态，机身排气孔应去封。

起动

步骤

4.2.1.1调节气体轴承供气压力，保持膨胀端气体轴承供气压力>，增压端气体轴承供气压力>，对于初次开车，为确定轴承供气后转子是否起浮，可在机身排气孔处观察。

增压端出口阀全开，旁通阀全开。

4.2.1.3确认膨胀机进口截止阀处于关闭状态，全开膨胀端出口截止阀。

4.2.1.4打开增压端进口调节阀，再缓慢打开膨胀端进口阀，注意膨胀机转速不许超过36190r/min。

然后不断调整增压端的进口阀、膨胀端的进口阀的开度。当增压端进口压力表读数下降时，要加大增压端进口阀和旁通阀的开度；当膨胀端进口压力表读数上升过快时，则关小膨胀端进口阀的开度。

4.2.1.6调节增压端密封气压力为~，调节膨胀端密封气压力为~。

4.2.1.7按同样步骤起动另一台透平膨胀机。

4.2.1.8当膨胀端进口温度低于-50℃时，在保证转速不超过36190 r/min的情况下，缓慢关闭增压端旁通阀，以达到增压效果。

注意事项

由于起动阶段，偏离设计工况运行，运转参数变化较大，故调节频繁，起动时因整个装置处于热状态，膨胀端进口温度高于正常值，而膨胀端出口压力低于正常值，因透平膨胀机绝热效率高于活塞式膨胀机绝热效率，故起动过程降温极快，膨胀端进口温度急速下降，此时应及时调整膨胀端进口阀门，防止膨胀机超速。

4.2.2.2在起动阶段初期，因膨胀端进口温度偏高，膨胀机进气量达不到满负荷运行，此时空压机末级可部分放空。随着膨胀端进口温度的不断下降，放空阀逐渐关小，调节至要求。

4.2.2.3在起动阶段后期，当进气温度继续下降，而进气压力已不能再持续在设计值时，可使一台膨胀机减量操作，从而保证另一台膨胀机维持额定转速工作，直

至停止一台膨胀机运行。

运转

正常操作条件

膨胀端气体轴承供气压力>

增压端气体轴承供气压力>

增压端密封气体压力~

膨胀端密封气体压力~

膨胀端进口压力

膨胀端出口压力

膨胀端进口温度

转速32900r/min

增压端进口压力

增压端出口压力

增压端进口温度

4.3.2透平膨胀机的平行作业和切换

由于透平膨胀机进气管道公用，故从两台同时运转转入一台单独运转时，应密切注视另一台以防超速，操作过程需缓慢进行。

当从一台单独运转切换到另一台单独运转时，应先停止一台运转，再按起动步骤起动另一台，操作过程需缓慢进行。

当从一台单独运转转入两台同时运转时，切记要先全开未起动的一台膨胀机增压端的旁通阀，以防其在起动时增压端气量不足，而产生喘振现象，烧坏轴承，然后对正常运转的一台膨胀机使其转速下降，使正常运转的一台膨胀机与正在启动运转的另一台膨胀机的转速差始终不大于1000r/min。对于停车的一台膨胀机，轴承气压力应保持~（表压）左右，以防杂质进入。

加温吹除

运转过程中若有冰和干冰附着于喷嘴上则会造成喷嘴堵塞，使透平膨胀机效率降低，需要切换，进行加温解冻吹除，时间取决于实际操作状态。

有下列情况需进行加温吹除：

a喷嘴出口压力降低；

b转速下降；

c流量减少；

d.进出口压力波动很大。

e.整个装置停车时间超过3天，设备未通轴承气、密封气保护的情况下。

方法

加温空气用干燥的热空气，加温到吹除口的出气温度接近加温气进气温度时为止。加温空气由膨胀机加温阀→膨胀机→吹除阀。

注意事项：

a加温时透平膨胀机进出口截止阀要关严，吹除阀要全开。

b加温热气与正常工作气流相反，加温吹除应在轴承供气状态下进行。

c透平膨胀机停车后，为保护设备，必须进行一次加温吹除。

调节

透平膨胀机的调节主要取决于气体分离装置对冷量的需要，一般采用膨胀端进口阀节流的调节方法，机前温度的调节主要为了避免机后温度过低，以免产生液滴

使设备受损。在冷量比较富裕的情况下，若进口温度很低，无法将其调高，则应机前节流使膨胀机低负荷运行，保证出口温度不致产生液滴。

停车

步骤：停车步骤与起动步骤相反进行。

4.4.1.1逐渐打开增压端旁通阀，同时逐渐关闭膨胀端进口阀，再关膨胀端出口阀和增压端进口阀、出口阀。

4.4.1.2当转速表读数降为零时，关闭密封气，并将轴承气压力降至（表压）左右。

4.4.2紧急停车：发生下列情况须紧急停车：

a出现有极不正常现象(转速﹑压力﹑温度﹑流量)

b有异常的振动或噪音。

c气体轴承卡住。

突然停电

除立即同时关闭膨胀机进口阀和纯化器进口阀外，其他应按气体分离装置紧急停车处理。故障排除后，作好各项准备工作，准备下次起动。

5维护装配及故障处理

维护

除发生意外事故外，增压透平膨胀机组可以和气体分离装置一起进行连续运行，一般情况下无需拆检，如确实要拆检时，须按规定要求进行。

透平膨胀机检查要求

轴承允许在不影响尺寸精度和粗糙度的情况下局部修理，但修整后需严格进行清洗去污，并用高压纯净气体吹除干净。

5.1.1.2为了保证转子动平衡性能，不应随便更换零件或改变其位置，在修整或更换零件后须经动平衡校正后方可使用，其重心偏移量不大于μm，转子拆装时应注意原膨胀轮和增压轮及所属零部件的刻度线，膨胀轮螺母和增压轮螺母允许最大刻度线偏移不应超过10°~15°，否则需经再次动平衡校验。

膨胀机在工程配管安装时，建议增压端进出口总管道越粗越好，增压端进口须保持10～15倍管道内径长度的直管段，增压端出口支管与主管成≤30度夹角。

6透平膨胀机常见故障分析与排除

透平膨胀机转速失控

该透平膨胀机使用增压机制动，由于增压端进气过滤器上的过滤网被灰尘和脏污所堵塞，进风量减少，膨胀机转速可能上升而失控，应及时清洗增压端进风过滤器。

透平膨胀机后温度过低

此时容易产生液滴（指膨胀端出口压力，起动时随排气压力下降该温度也相应下降），将膨胀轮打坏。此时应调节膨胀机前温度，调整旁通调节阀，如进口温度很低无法调高时，则可关小膨胀端进口阀，或降低膨胀机进口压力等措施来降低膨胀机的转速，使膨胀机低负荷运行。

透平膨胀机起动时超速

透平膨胀机在起动时超速，主要由两个方面原因造成，一方面打开膨胀机进气截止阀时过猛，气量过大，容易引起超速；另一方面也是容易忽视的就是增压机进出口管路不畅造成超速。因为只有当增压机进出口畅通时，管路阻力最小，此时所需的压力低。根据风机性能曲线风压越低，对应的风量越大，功率消耗也越大。因此增压机在较低转速下所需的功率即能与膨胀机的输出功率相平衡。故

在起动时，一方面要缓慢打开膨胀机进口截止阀；另一方面切记在起动膨胀机之前应将增压端进、出口阀和膨胀端出口阀全开，保持增压机进出口管路畅通，以防超速。

膨胀端进口压力过低

膨胀机前整个通路中任何一部分发生堵塞或阻力过大，均会引起机前压力降低。机前压力过低将使膨胀量减少，单位制冷量减少，造成总制冷量减少，因此必须消除。造成机前压力过低的原因可能是换热器或膨胀气体过滤器堵塞（机械尘埃或干冰），应及时加温吹除，对过滤器进行清洗，或对分子筛纯化器进行净化效果的分析。

膨胀端出口压力过高

透平膨胀机后的富氧空气经过换热器复热后去纯化器再生用，若机后阻力过大，或换热器阻力大，均可造成机后压力过高。此时因膨胀比下降，膨胀制冷量减少，可能导致装置冷量不平衡，必须及时处理。若因换热器，过滤器阻力大，造成膨胀机后压力过高，则必须清洗，吹除，调整到正常值，此时机后压力应自动下降恢复原数值，否则应从机后管道阻力过大或叶轮与内扩压器之间间隙过大等方面找原因，进而排除。

透平膨胀机振动过大

造成透平膨胀机振动过大的原因很多，主要有下列几方面：

6.6.1转子动平衡不良

转子出厂前是作过严格的动平衡试验的，其重心偏移值和不平衡重量均控制在允许的范围内，该机转子动平衡精度为μm，但在装拆运转过程中因不对中，磨损或轮内杂质冻结都将破坏转子的动平衡，由此将引起过大的振动，应停车检查，必要时应对转子再次作动平衡试验，看其是否超过允许范围。

6.6.2膨胀机内出现液体

当膨胀机内出现液体时，由于液体被甩到叶轮外缘，温度升高，又急剧汽化，会使间隙压力大幅度波动，造成膨胀机振动，此时压力表急速跳动，温度指示波动，应立即停车处理。

6.6.3增压机喘振

当增压机进出口管路及过滤器受阻时，增压机的工作点可能进入喘振区，造成增压机工作不稳定而产生振动，这种现象比较容易判断，也容易消除，只要消除管路阻障及清洗进风过滤器即可。

6.6.4气体轴承供气压力过低

对于一定的供气压力Ps，气体轴承增压透平膨胀机运转是十分稳定的，该机在正常操作条件下的膨胀端供气压力规定为>（表压），增压端轴承的供气压力规定为>（表压），供气压力过低，造成不能正常运转。