中高压增压透平膨胀机在大型空分设备中的应用

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空分装置增压膨胀机控制联锁保护应用研究

文章编号：１６７１－４０６７（２０２０）０３－００１３－０３空分装置增压膨胀机控制联锁保护应用研究钱芝忠，王深涛（中国石油兰州石化公司电仪事业部，甘肃兰州７３００６０）摘要：增压透平膨胀机是空气分离设备获取冷量所必需的关键设备。

结合兰州石化公司化肥厂４＃６０００空分配套增压透平膨胀机，介绍空分装置膨胀机润滑油泵启动的设备安全保护和工艺安全措施、转速限定保护、轴承保护和启动条件要求，探讨了增压透平膨胀机控制要点。

关键词：控制；保护；安全；润滑油中图分类号：ＴＱ１１６．１１文献标识码：Ａ增压透平膨胀机是空气分离设备获取冷量所必需的关键设备，主要由膨胀机通流部分、增压机部分和机体三部分组成。

透平膨胀机主要运用气体等熵膨胀原理，气体通过膨胀机时，其压力能转变为动能和位能，使其内能减少，温度降低，动能通过叶轮转化为机械能，带动风机或电机输出外功，同时使气体获得冷却。

透平膨胀机在降低温度获得冷量的同时，它的主轴输出的转换能量必须要被消耗掉或者加以利用，以使透平膨胀机有一个可以调节的稳定运行环境，就是所谓的制动器。

增压机制动作为制动方式的一种，同时也回收膨胀机在绝热膨胀时对外所做的功，节约能源，降低损耗，提高膨胀机的做功效率。

膨胀机做的膨胀功与同轴异端的增压机增压功相匹配。

本文以４＃６０００空分装置为例，对空分装置增压透平膨胀机控制联锁保护进行探讨研究。

兰州石化公司化肥厂４＃６０００空分装置承担着向乙烯厂各生产装置供气的任务。

装置采用四川空分设备集团提供的深冷精馏技术，采用带冷冻机预冷＋常温分子筛净化＋空气增压膨胀机制冷的全低压工艺。

生产能力为氮气１８０００Ｎｍ３／ｈ，氧气６０００Ｎｍ３／ｈ。

装置由空气压缩、空气预冷、空气纯化、增压膨胀机及精馏塔和氮气压缩等系统组成，其中精馏塔分上下两部分，上塔采用规整填料塔，下塔为筛板塔。

控制系统收稿日期：２０２０－０５－２２作者简介：钱芝忠（１９７２－），男，甘肃兰州人，高级工程师．为横河ＣＥＮＴＵＭＣＳ３０００ＤＣＳ系统。

空分透平膨胀机开车调试注意事项

空分透平膨胀机开车调试注意事项透平膨胀机的运转是理论与实践间所普遍关注的问题，其涉及到生产方面要项，有必要对其的科学运转加以科学的重视。

在这种背景下，首先对透平膨胀机的实务现状进行了分析，进而探讨了结合空分设备（KDN150/10Y）的操作步骤与相应特性，详细阐述透平膨胀机开车调试及运行的要项，以期为理论与实践界更好的理解与操作透平膨胀机的运行提供必要的借鉴与参考。

标签：透平膨胀机；实务现状；开车调试；要项1 透平膨胀机的实务现状在空分行业的理论与实践界中，有很多的专家学者对透平膨胀机给予了关注，并且对其运行的机理有着不同的认识。

就这一方面而言，本文的理解包括着如下方面：第一，认为透平膨胀机的运行是需要借助于电机。

实际上，透平膨胀机并非由电机所驱动，而是在一些高压力的气体的强烈推动下，其膨胀叶轮将形成转动。

这个叶轮的进气处是在叶轮的圆周面，通过轴转动来将气体推进到扩压管道中，最终从膨胀机中排除。

而对于制动叶轮而言，这一过程却恰恰相反，其是由轴转动面进入气体，而圆周面的主要作用则是排除气体，从而将气体进入到扩压容器当中，进而由蜗壳将气体加以收集，最终得以排出。

也就是说，透平膨胀机完全是借助于高压气体来驱动的。

第二，认为透平膨胀机如果拥有较快的转速，则相应的效率也会很高。

通常而言，仅仅是对透平膨胀机的转速进行讨论没有任何实际价值，必须要将这一转速与膨胀机的叶轮大小相结合，从而最终对相应的速度加以说明。

就特定的膨胀机叶轮大小而言，转速高必然会带来较高的速度。

然而，如果透平膨胀机的叶轮具有不同的大小，则转速与速度的关系就不能够一概而论。

就具有较大直径的膨胀机叶轮而言，其效率之所以会比较高，完全与膨胀所带来较大气量有关，焓降水平也十分合适。

第三，具有压力的气体通过对透平膨胀机叶轮产生冲击力而急速带动叶轮进行转动，并进而通过这种轴转动将膨胀功进行有针对性的输出。

排除由于轴转动所消耗掉的功不谈，膨胀功所结余的部分如果不能够被及时的用掉，则就会导致透平膨胀机发生飞车现象，从而最终形成膨胀机的超速运转。

6000空分设备透平膨胀机中增压机的设计与应用

6000空分设备透平膨胀机中增压机的设计与应用透平膨胀机是目前广泛应用于空气分离领域的一种重要设备，其主要作用是将低压的空气通过透平膨胀机膨胀后，提高其压力，以满足空气分离过程中的需求。

而在透平膨胀机中，增压机则扮演着关键的角色，它能够将低压空气压缩至透平膨胀机能够接受的压力范围内，从而确保透平膨胀机的正常工作。

增压机的设计需要考虑以下几个方面：1.压缩比的确定：增压机的主要任务是将低压空气压缩至透平膨胀机所需的压力范围内。

因此，在设计增压机时需要根据透平膨胀机的工作要求确定所需的压缩比。

一般来说，透平膨胀机的压缩比在2-4之间。

2.空气处理系统的设计：增压机在运行过程中需要处理大量的空气，因此需要设计相应的空气处理系统，以保证空气的净化和冷却。

常见的空气处理系统包括过滤器、冷却器和干燥器等。

3.结构设计：增压机的结构设计需要考虑到其可靠性和稳定性。

一般来说，增压机的结构应该简单紧凑，易于维护和操作，并且能够适应各种工况的需求。

增压机的应用主要体现在以下几个方面：1.空气分离领域：在空气分离过程中，增压机能够将低压的空气压缩至透平膨胀机所需的压力范围内，从而保证透平膨胀机的正常工作。

同时，增压机还能够提高空气分离过程的产能和效率。

2.石油化工行业：在石油化工生产过程中，增压机能够为各种反应器和装置提供所需的压力。

例如，在催化裂化装置中，增压机可以将低压的裂化气体压缩至透平膨胀机所需的压力，从而提高裂化反应的效率。

3.能源行业：在能源行业中，增压机能够为发电机组和涡轮机提供所需的压力。

例如，在燃气轮机发电装置中，增压机可以将低压的燃气压缩至透平膨胀机所需的压力，从而提高燃气轮机的效率。

总之，增压机在透平膨胀机中具有重要的设计和应用价值。

通过合理的设计和应用，可以提高透平膨胀机的工作效率和可靠性，满足各个行业的需求。

空气增压机和增压透平膨胀机的逻辑设计和操作

ｏｅａｉｎｐｉｔｐｒｔｏｏｎｓ
中煤龙化哈尔滨煤化工有限公司（下简称：以
中煤龙化）空分分厂ＫＤ一００／４０ＯＮ３００２Ｏ０型空分设备是２５万ｔａ甲醇项目的配套装置，于２０／０７年
３月开工建设。空分设备由杭氧设计、制造，并由双方共同完成开车调试工作，现已投入正常运行。
ＫＤＮ一００／４０ｏ３００２００型空分设备配套的ＲＫ一Ｉ３５型空气增压机，由西安陕鼓动力股份有限公司设计、制造并安装调试。该压缩机由汽轮机拖动，
压机和增压透平膨胀机的逻辑设计原理及操作注意
事项。
ｌＫＤ．００／４０ＯＮ３００２００型空分设备工艺流程简介
ＫＯＮ一００／４０Ｄ３００２００型空分设备采用液氧内压缩流程，其工艺流程如图１示。压缩空气经分子所筛纯化系统净化后分为两路：一路在低压板翅式换
分子筛纯化系统净化后供给。ＫＤＯＮ一【【／４０３））２００（０）
ＣｏｌＬｏｇａｉｉｆｄ，ｔｏｃｄｓｇｎｐｒｎｃｐｅｏｉｕｐｒｈｒｅｎｕｂｎｘｎｒｉｎｌｚｄａｈｅａｎｈｕｓｂｒｅｅｈｅｌｇｉｅｉｉｉｌｆａｒｓｅｃａｇｒａｄｔｒｉｅｅｐａｄｅｓａａｙｅｎｄｔｋｅｐｅａｉｎｐｏｎｔｏｏｍａｕｎｄｅｐｃａｌｔｓａｔａｅｄｅａｌｄ．ｙｏｒｔｏｉｓｆｒｎｒｌｒｎａｓｅｉｌｙａｔｒｒｔｉｅＫｅｗｏｄｙｒｓ：Ｌａｇ —ｉｅａｒｓｐｒｔｏｐａ；Ａｉｓｐｅｃｒｅ；ＢｏｓｔｂｎｅｘｎｄｒＬｏｉｅｉｒｅｓｚｄｉｅａａｉｎｌｎｔｒｕｒｈａｇｒｏｔｕｒｉｅｐａｅ；ｇｃｄｓｇｎ；Ｋｅｙ

“大型增压透平膨胀机组的设计、优化与制造”项目通过省级鉴定

、
上海交大
、
清华大学
。
西安交大
、
华东
理工
浙工大和浙江省经贸委等单位的十余位领导
、
、
专家出席了鉴定会
、
鉴定委员会由浙江
大学岑可法院士担任主任
,
上海交大长江特聘教授丁汉担任副主任检测报告
、
鉴定委员会专家听取了
杭氧和浙大的研制总结报告
《杭氧科技》
(8 )
4
2 以刀
南
。
2
特种作业人员须经培训
,
、
持有效证件上岗作业
,
环境布置要求
辅以适当的环境布置
(l ) 空间环境布置
、
可以烘托出 6 管理的氛围 s
、、
达到更佳的效果
、
。
可在车间的柱子上分别悬挂整理 (2 )
整顿
清扫
清洁
素养和安全
。
6 块大的牌子
。
车间环境布置
,
在车间里划一些通道线
(3 )
定置定位线或设置一些隔离栏等
。
车间外部环境
、
要保持车间外部整洁去了 6 5 管理的意义
5
。
无杂物
千万不能将车间的废弃物品都堆放在车间外面
,
这就失
结束语
总之
,
一个 6 管理推行非常彻底的工厂 S
:
, 、
科技查新报告
、

透平膨胀机

透平膨胀机1、空分设备配套膨胀机的基本要求及工作原理绝热等熵膨胀是获得低温的重要途径之一，也是对外做功的一个重要热力过程。

而作为用来使气体膨胀输出外功以产生冷量的膨胀机，则是能够实现接近绝热等熵膨胀过程的一种有效机械。

膨胀机可分为活塞式和透平式两大类。

一般来说，活塞式膨胀机多用于中高压、小流量领域。

而低中压、流量相对较大的领域则多用于透平膨胀机。

随着透平技术的进一步发展，中高压、小流量的大膨胀比的透平膨胀机在各领域也有越来越多的应用。

与活塞膨胀机相比照，透平膨胀机具有占地面积小(体积小)，结构简单，气流无脉动，振动小，无机械磨损部件，连续工作周期长，操作维护方便，工质不污染，调节性能好和效率高等特点。

对空分设备来说，低温精馏装置冷量损失的及时补流，产品产量的有效调节等都使得为其提供充足冷量的膨胀机显得尤为重要，可以说它是空分设备的心脏部件之一。

随着科学技术的不断进步，现代空分设备对膨胀机提出了更高的要求，更高的整机效率，更好的稳定剂调节性能，更安全级可靠的保护系统，更长的运行周期及使用寿命等等。

特别是随着内压缩流程空分设备和液体、液化设备等广泛使用，中压甚至更高等级透平膨胀机使用的越来越多。

这类产品膨胀机出口气体常带一部分液体，有的具有很大的膨胀比。

活塞膨胀机是利用工质在可变容积中进行膨胀输出外功，也称为容积型膨胀机。

工质在冷钢内推动活塞输出外功，同时本身内能降低。

透平膨胀机是利用工质在流道中流动时速度的变化来进行能量转换，也称为速度型膨胀机。

工质在透平膨胀机的通流部分中膨胀获得动能，并由工作轮轴端输出外功，因而降低了膨胀机出口工质的内能和温度。

2、透平膨胀机的分类工质在工作轮中膨胀的程度，称为反动度。

具有一定反动度的透平膨胀机就称为反动式透平膨胀机。

如果反动度很小甚至接近于零，工作轮基本上由喷嘴出口的气体推动而转动，并对外做功，这种透平膨胀机被称为冲动式透平膨胀机。

根据工质在工作轮中流动的方向，透平膨胀机可分为径流式，径—轴式和轴流式；如图：如果工作轮叶片两侧有轮盘和轮盖，则称为“闭式工作轮”没有轮盖只有轮盘的则称为半开式工作轮。

国内中压透平膨胀机的现状及对策

近年来，我国的空分技术有了很大的发展，自国内第一套20000m3／h空分(济钢)开车以来，短短几年，30000m3／h空分(宝钢)也成功开车投产。

目前正在没汁的外压缩流程空分已达50000m3／h。

内压缩流程方面，已经开车的最大空分为15000m3／h，氧气压力为3．OMPa(G)。

正在设计的有40000m3／h空分和2800Om3／h空分，氧气压力最高为8．8MPa(G)。

空分技术的快速发展绐透平膨胀机技术提出新的课题，要求膨胀机往两个方向发展，一是研制和开发配大型外压缩空分(三万等级以上)的低压透平膨胀机，二是开发配内压缩空分流程的中压透平膨胀机(压力等级4．0~6．OMPa(G)。

目前国内内压缩流程大型空分装置配套的中压透平膨胀机大多采用进口产品。

供货商主要有At las Copco、GE、Cryostar、ACD等。

中压透平膨胀机是内压缩空分装置、气体液化设备、天然气／石油气液化装置的重要部机，其功能是为成套装置提供必需的冷量；中压透平膨胀机的设计和生产国内也有较长的叫间，积累了一定的经验。

国内已先后开发广大膨胀比中压透平膨胀机、液化设备用高低温双膨胀中压透平膨胀机和天然气／石油气透平膨胀机。

但总的来说，其现状不能满足空分发展的要求目前仍以配套液化设备为主，大多数用户对其配套中分设备仍不放心。

从现场运行情况看，存在以下几方面问题：1 膨胀机性能指标偏低增压透平机膨胀机的性能指标主要是指膨胀机和增压机的等熵效率、机器的功转换率。

前者关键是工作轮、增压轮的叶片型面及流道设计的喷嘴叶型设计。

目前，国产膨胀机设汁主要采用美国NREC软件，也有采用模型级或自行开发的计算软件，NREC软件对设计叶轮非常灵活方便，当然用模型级计算也很好，两者计算结果均比较吻合。

对低温介质的膨胀轮设计计算， NREC软件和现行采用的其它膨胀机设计软件，对低温的因素对真实气体的影响没有详细的考虑，尤其是叶轮的三元流场分析，这样对叶轮的最终定型有—定的影响，限制了膨胀轮性能的进一步的提高。

空分车间岗位说明书

前言新能凤凰（滕州）能源有限企业36万吨/年甲醇项目是一套新建旳运用当地所产烟煤作为原料（包括空分、气化、净化、合成等几种化工工序）年产36万吨甲醇旳生产装置。

目旳: 规范操作, 指导生产, 保证装置安全、稳定、长周期运行。

1.岗位职责及管辖范围1.1岗位任务空分车间KDON45000/1型空分装置是将从大气吸入旳空气压缩至0.526MPa 后送往纯化器, 经增压机一、二段加压至2.75MPa分两部分,一部分送往空分装置旳增压透平膨胀机；其他部分经三段继续加压至7.2MPa后, 送往冷箱。

空气通过压缩、空气预冷、空气纯化、制冷、换热、精馏等系统旳操作, 对空气进行分离, 产生氧气、氮气、氩气。

液氧通过液氧泵加压复热后以8.4MPa旳压力送往气化工段, 氮气以0.45MPa旳压力重要送往低温甲醇洗工段, 低压纯氧气重要送往甲醇车间硫回收工段。

车间内仪表螺杆空压机为全厂提供开车用仪表空气及装置空气。

正常生产时由增压机中抽气减压后提供0.7MPa压缩空气送往气化工段及由分子筛出口引0.5MPa仪表空气、装置空气分别送往全厂管网。

装置还生产部分液氧、液氮和液氩产品。

1.2管辖范围本装置重要由蒸汽汽轮机、空气压缩机、空气增压机、空气预冷系统、纯化系统、膨胀机系统、空气分离冷箱及其附属设备构成（其中仪表空压机也包括在本岗位内）。

管辖范围从蒸汽进入界区第一道法兰到冷凝液送出界区第一道法兰之间旳所有设备、管道、阀门、仪表、电器设施以及所配置旳安全防护器材。

从空气过滤器入口到氧、氮产品出界区第一道法兰及各液体贮罐之间旳所有设备、管道、阀门、仪表、电器设施以及所配置旳安全防护器材。

2.装置概况2.1总述KDON-45000/1型空分装置是由中国开封空分集团有限企业设计制造, 本套空分装置采用分子筛吸附净化、增压透平膨胀机、全填料精馏及液氧内压缩工艺。

整套装置包括: 空气过滤系统、空气压缩系统、空气预冷系统、分子筛纯化系统、氧氮精馏系统、全精馏制氩系统、液体贮存系统、仪控系统、电控系统等。

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的中高压增压透平膨胀机的需求也随之增大。文章介绍杭氧设计、制造的中高压透平膨胀机的主
要技术特点、设计方法，重点阐述了ＣＤ软件应用于中高压增压透平膨胀机组的轴承载荷计算Ｆ及效果。最后介绍在内压缩流程空分设备中应用时，杭氧设计、制造的中压透平膨胀机在运行效率、运行可靠性和稳定性以及高压启动方面取得的成果。关键词：透平膨胀机；中高压；内压缩流程；空分设备中图分类号：Ｔ６３Ｂ５文献标识码：Ｂ
ＣｈｎＫｅｉｇ，ＺｈｎｎｅｐｎｏｇＬｉａ，ＣａｏｈｎｉＧｕｃｅｇ
（ｒｃｎｃｌｅｈｉＤｅａｔｎ，ＨａｇｈｕａｐｒｍｅｔｎｚｏＨａｇａｇｎｙｎＥｘａｄｒｏ，Ｌｄ．３８ｐｎｅＣ．ｉ，８ＤｏｇｉＲｏｄ，ｎｘｎａ
ｔｒｉｅｅｐｎｅｅｉｎｄａｄｍａｆｃｕｅｙＨａｇａｇａｅｂｉｆｄ，ａｄｔｅａｌａｉｎｏｕｂｎｘａｄｒｄｓｇｅｎｎｕａｔｒｄｂｎｙｎｒｒｅｅｎｈｐｐｉｔｏｆＣＦＤｏｔｒｎｃｓｆｗａｅｉｃｌｕａｉｎｏｅｒｎｏｄｏｉｄｅ．ａｇ — ｒｓｕｅｂｏｔｕｂｉｅｅａｅｅｎｔｆｅｔｒａｎｌａｃｌｔｏｆｂａｉｇｌａｆｍｄｌ．ｎｄｈｉｈ－ｅｓｒｏｓｔｒｎｘｐｎｄｒｓｔａｄｉｓｅｆｃｓａｅｍｉｙｐ
ｓａｔｇｏｈｄｌ— ｒｓｕｅｔｒｉｅｅｐｎｅｉｈｉｄｓｎｄａｄｍａｕａｔｒｄｂｎｙｎｎｓｄｉｔｒｉｆｔｅｍｉｄｅｐｅｓｒｕｂｎｘａｄｒｗｈｃｓｅｉｅｎｎｆｃｕｅｙＨａｇａｇａｄｕｅｎｎｇ
ｉｎｒｃｍｐｒｓｉｎｐｒｃｓｉｅａａｉｎｐａｔａｅｉｔｏｕｅｎｅｏｅｓｏｏｅｓａｒｓｐｒｔｏｌｎｒｎｒｄｃｄ．Ｋｅｗｏｄｙｒｓ：Ｔｕｂｎｅｅｐｎｅｒｉｘａｄｒ；Ｍｉｌ—ａｄｈｇｈｐｌｓｕｒＩｎｅｏｐｅｓｏｒｃｓ；Ａｉｅａａｉｎｐａｔｄｄｅｎｉ — ｅｓｅ；ｎｒｃｍｒｓｉｎｐｏｅｓｒｓｐｒｔｏｌｎ
ｄｓｒｂｄ．Ｆｉａｌｅｃｉｅｎｌｙ，ｔｅｅｆｃｅｙ，ｒｌｂｌｙａｔｂｌｙｏｐｒｔｏｎｈｅａｈｉｖｍｅｔｎｈｉ — ｒｓｕｅｈｆｉｉｎｃｅｉｉｉｎｄｓａｉｉｆｏｅａｉｎａｄｔｃｅｅｎｓｉｇｈｐｅｓｒａｔｔ
Ａｐｌａｉｎｏｄｌ－ａｄｈｇ・ｒｓｕｉｈｐｅｓｒｏｓｕｂｎｃｏ
ｅｐａｄｒｉａｇ —ｉｅｉｅａａｉｎｐｌｎｔｘｎｅｎｌｒｅｓｚｄａｒｓｐｒｔｏａ
Ｈａｇｈｕ３００ｎｚｏ１０４，Ｚｅｉｎｈｊａｇ，Ｐ．Ｒ．Ｃｉａ）ｈｎ
Ａｂｔａｔｓｒｃ－Ｗｉｈｄｖｅｏｍｅｔｔｗａｄｏｌｒ —ｉｅｎｃｎｍｉａｉｅａａｉｎｐａ，ｔｅｄｍａｓｏｎｅｔｅｌｐｎｏｒｓｔａｇｅｓｚｄａｄｅｏｏｃｌａｒｓｐｒｔｏｌｎｔｈｅｎｄｎｉｎｒｃｍｐｅｓｏｒｃｓｉｓｐｒｔｏｌｎｎｄｉｓｎｃｓａｙｍｉｄｅｎｉｈ・ｅｓｒｏｔｔｒｉｘａｅｓａｅｏｒｓｉｎｐｏｅｓａｒｅａａｉｎｐａｔａｔｅｅｓｒｄｌ・ｄｈｇ — ｓｕｅｂｏｓｕｂｎｅｅｐｎｄｒｒ－ａｐｒｃａｅｅｓｙｉｒａｅｅｓｌｓｌｎｃｅｓｄ．Ｈｅｅ．ｔｉｔｃｉａｆａｕｅｎｅｉｎｍｅｈｄｏｈｄｌ—ａｄｉ — ｅｓｒｒｈｅｍａｎｅｈｎｃｌｅｔｒｓａｄｄｓｇｔｏｆｔｅｍｉｄｅｎｈｇｈｐｒｓｕｅ
中高压增压透平膨胀机在大型空分设备中的应用
陈克平，钟丽娜，蔡国成
（州杭氧膨胀机有限公司技术部，浙江省杭州市东新路３８号杭８３００）１０４
摘要：随着空分设备大型化、节能化发展，内压缩流程空分设备的需求不断增大，为其配套