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【摘要】随着天然气工业和制冷技术的发展，膨胀机组得到广泛应用，已成为天然气加工核心设备，文章介绍了膨胀压缩机的工作原理、结构、基本操作步骤、故障处理以及维护要点等。膨胀压缩机平稳、安全运行，可促进节能降耗和经济效益大幅提高。本文主要阐述了透平在压缩机在天然气处理站的应用，旨在为天然气处理站的更好运营提供一定的依据与参考。
【关键词】透平；天然气处理站；润滑油系统
中图分类号：TE64 文献标识码：A 文章编号：
引言
透平膨胀机是空气分离设备及天然气(石油气)液化分离设备和低温粉碎设备等获取冷量所必需的关键设备，是保证整套设备稳定运行的心脏。随着天然气工业和制冷技术的发展，膨胀机组的广泛应用，给天然气加工行业带来丰厚利润，反之又促进膨胀机技术迅速提升。更利于节能降耗和绿色生产。目前，以美国和德国的技术、设备较为先进。某厂采用的膨胀／压缩机就是由美国MAFI公司制造的EC3．0型透平膨胀，压缩机，该机组为径向反作用开式叶轮透平膨胀制冷机，并驱动同轴的离心式压缩机。本文主要阐述了透平在压缩机在天然气处理站的应用，旨在为天然气处理站的更好运营提供一定的依据与参考。
1 透平压缩机工作原理
如下图1所示为透平压缩机示意图。透平压缩机工作原理是利用绝热等熵膨胀原理，依靠膨胀机进出口压差，气体通过叶轮周围的可调喷嘴，使进入膨胀机的气相均匀吹动叶轮高速旋转，气流对叶轮做功，气体原有的压力能经过不可逆绝热膨胀变为动能，实现气体能量转换，气体压力和温度降低而强烈地被冷却，达到制冷目的。叶轮获得的动能通过轴转化为机械能，驱动其他装置并实现对外做功。绝热效率越高，越接近于等熵膨胀过程。因透平膨胀机由于有喷嘴损失、叶轮损失、余速损失、轮盘摩擦损失、泄漏损失、窜流损失和外热侵入损失，一般绝热效率为：中压膨胀机65％～75％，低压膨胀机75％一85％。20世纪60年代已制成带液膨胀机，大多用于天然气分离行业。
图1 透平压缩机平面图
2 透平膨胀压缩机基本结构
机组包括膨胀部分(包括进出口法兰)、总成部分(中心段)、压缩部分(包括进出口法兰)，如图2所示：
图2 透平膨胀压缩机基本结构
2.1 总成部分(中心段)
2.1.1 轴
透平膨胀压缩机轴转动处在一次弯曲临界速度和产生扭转共振的速度之下。振动探头附近的轴段，采用火焰喷涂的铝合金涂层，以消除电气对轴的影响。这项技术被广泛用在膨胀压缩机上，并且都获得了成功。轴与叶轮连接的部分为特殊的锥形．带有圆柱形的键和键槽，这种设计能避免压力负荷集中到花键和键槽中。此外，轴与叶轮相连接的锥形尾部中有一根承压拉伸杆，装配时已预先加上了应力。这样，就能保证在所有极端的温度、速度下，轴受到恒定的载荷，轴和叶轮始终保持正确的接触，不至于发生过紧或松脱现象。
2.1.2 轴密封
轴密封采用迷宫型，使密封气泄漏最少，它是把一个可替换不锈钢转动迷宫和一个纤维加同的树脂密封圈连接在一起。密封接触的结果是将树脂磨成预先定好尺寸，可防止其他转动部件的损坏。因为轴的对称性，膨胀机和压缩机的密封是可以互换的。
2.2 膨胀部分
2.2.1 可调人口导向叶片
入口导向叶片可以调节进入透平膨胀机的质量流量，它的设计可以提供高效和较大的调节范围。它使用了一项带有压力驱动的密封环(压力环)技术，能防止侧面泄漏和喷嘴磨损。该装置能在进口压力达到最大时仍能正常工作，而且能调节来气流量，范围可从0到设计流量的125％。一个气动活塞执行器和积分定位器控制导向叶片的开度，气动信号使执行器调节导向叶片打开来调节流程工艺条件的变化。
2.2.2 膨胀机叶轮
膨压机叶轮是由坚固的金属板、条或锻件加工而成，使其达到最大的強度和安全性。设计参数洳压力载荷、钻孔数量等)都是由专业软件严格计算得出的。带有可调导向叶片的放射状的叶轮，可提供高效和较大的操作范围。经过对叶轮刀片角度、周线的仔细调整，优化了压缩机的空气动力学性能。出厂前每个叶轮都做了轮面和刀片的共振测试。MAFI—TRENCH膨胀压缩机在速度从0到正常速度之间的任何时候都不会产生共振。
3 膨胀压缩机操作
3.1 密封气系统启动
启动时，利用密封气系统吹扫透平膨胀压缩机及润滑油箱，给膨压机壳体部分充压，打开膨压机壳体排放阀来吹扫壳体。大概五分钟之后，关上排放阀。同时密切监控膨胀压缩机壳体压力。当膨胀机壳体压力达到设计出口压力或压缩机壳体压力达到设计入口压力时，打开膨胀机出口关断阀和压缩机入口关断阀，调整密封气压力到设定值(备注：壳体充压至和密封气最大供给压力相同时，再打开膨胀机出口关断阀)。
3.2 润滑油系统启动
为了避免污染工艺气体。密封气压力和流量一定要在润滑油系统启动之前建立起来。检查润滑油温度，至少要在20℃以上启动滑油泵，缓慢给系统升压，建立正常润滑油压力，注意油温的变化，有异常应及时查找原因和处理。先投用电加热器，设定好参数；每套装置有2台润滑油泵，操作有手动／关闭／自动三挡，正常操作时，将一台打在手动位置，另一台定在自动位置(如果油压下降，备用泵随时启动)，手动启动后保持足够的循环时间，回油温度至少要达到38℃，并检查透平膨胀压缩机机壳是否进入润滑油。
参考文献：
[1] 郑斌. 天然气压力能透平回收炯分析与联合循环研究[J].节能，2010（6）.
[2] 王松岭，论立勇，谢英柏，等．基于天然气管网压力能回收的联合循环构思[J]．热能动力工程，2005，20(6)：628—631．
[3] 申安云，熊永强．天然气管网压力能利用工艺的炯分析[J]．煤气与热力，2008，28(11)：B01一B05．
[4] 潘宏，彭劲松．高炉炉顶煤气实际能量利用率及其技术应用展望[J]．冶金动力，2000，80(4)：57—59．
[5] 周孝信．黎明，高瑞平．工程热物理与能源利用(学科发展战略研究报告2006—2010)[M]．北京：科学出版社，2006．
[6] 王光蓉，龙升全. K124透平压缩机油系统带水原因及预防措施[J].中氮肥，2012（1）.
作者简介：张世民，出生年月：1973年9月20日，籍贯：山东省五莲县，供职单位：中石化西北石油局工程技术支持中心天然气项目部，目前职称：机械工程师，主要工作：从事天然气增压输配，液化气、轻烃生产，10/35KV电力系统建设。
【关键词】透平；天然气处理站；润滑油系统
中图分类号：TE64 文献标识码：A 文章编号：
引言
透平膨胀机是空气分离设备及天然气(石油气)液化分离设备和低温粉碎设备等获取冷量所必需的关键设备，是保证整套设备稳定运行的心脏。随着天然气工业和制冷技术的发展，膨胀机组的广泛应用，给天然气加工行业带来丰厚利润，反之又促进膨胀机技术迅速提升。更利于节能降耗和绿色生产。目前，以美国和德国的技术、设备较为先进。某厂采用的膨胀／压缩机就是由美国MAFI公司制造的EC3．0型透平膨胀，压缩机，该机组为径向反作用开式叶轮透平膨胀制冷机，并驱动同轴的离心式压缩机。本文主要阐述了透平在压缩机在天然气处理站的应用，旨在为天然气处理站的更好运营提供一定的依据与参考。
1 透平压缩机工作原理
如下图1所示为透平压缩机示意图。透平压缩机工作原理是利用绝热等熵膨胀原理，依靠膨胀机进出口压差，气体通过叶轮周围的可调喷嘴，使进入膨胀机的气相均匀吹动叶轮高速旋转，气流对叶轮做功，气体原有的压力能经过不可逆绝热膨胀变为动能，实现气体能量转换，气体压力和温度降低而强烈地被冷却，达到制冷目的。叶轮获得的动能通过轴转化为机械能，驱动其他装置并实现对外做功。绝热效率越高，越接近于等熵膨胀过程。因透平膨胀机由于有喷嘴损失、叶轮损失、余速损失、轮盘摩擦损失、泄漏损失、窜流损失和外热侵入损失，一般绝热效率为：中压膨胀机65％～75％，低压膨胀机75％一85％。20世纪60年代已制成带液膨胀机，大多用于天然气分离行业。
图1 透平压缩机平面图
2 透平膨胀压缩机基本结构
机组包括膨胀部分(包括进出口法兰)、总成部分(中心段)、压缩部分(包括进出口法兰)，如图2所示：
图2 透平膨胀压缩机基本结构
2.1 总成部分(中心段)
2.1.1 轴
透平膨胀压缩机轴转动处在一次弯曲临界速度和产生扭转共振的速度之下。振动探头附近的轴段，采用火焰喷涂的铝合金涂层，以消除电气对轴的影响。这项技术被广泛用在膨胀压缩机上，并且都获得了成功。轴与叶轮连接的部分为特殊的锥形．带有圆柱形的键和键槽，这种设计能避免压力负荷集中到花键和键槽中。此外，轴与叶轮相连接的锥形尾部中有一根承压拉伸杆，装配时已预先加上了应力。这样，就能保证在所有极端的温度、速度下，轴受到恒定的载荷，轴和叶轮始终保持正确的接触，不至于发生过紧或松脱现象。
2.1.2 轴密封
轴密封采用迷宫型，使密封气泄漏最少，它是把一个可替换不锈钢转动迷宫和一个纤维加同的树脂密封圈连接在一起。密封接触的结果是将树脂磨成预先定好尺寸，可防止其他转动部件的损坏。因为轴的对称性，膨胀机和压缩机的密封是可以互换的。
2.2 膨胀部分
2.2.1 可调人口导向叶片
入口导向叶片可以调节进入透平膨胀机的质量流量，它的设计可以提供高效和较大的调节范围。它使用了一项带有压力驱动的密封环(压力环)技术，能防止侧面泄漏和喷嘴磨损。该装置能在进口压力达到最大时仍能正常工作，而且能调节来气流量，范围可从0到设计流量的125％。一个气动活塞执行器和积分定位器控制导向叶片的开度，气动信号使执行器调节导向叶片打开来调节流程工艺条件的变化。
2.2.2 膨胀机叶轮
膨压机叶轮是由坚固的金属板、条或锻件加工而成，使其达到最大的強度和安全性。设计参数洳压力载荷、钻孔数量等)都是由专业软件严格计算得出的。带有可调导向叶片的放射状的叶轮，可提供高效和较大的操作范围。经过对叶轮刀片角度、周线的仔细调整，优化了压缩机的空气动力学性能。出厂前每个叶轮都做了轮面和刀片的共振测试。MAFI—TRENCH膨胀压缩机在速度从0到正常速度之间的任何时候都不会产生共振。
3 膨胀压缩机操作
3.1 密封气系统启动
启动时，利用密封气系统吹扫透平膨胀压缩机及润滑油箱，给膨压机壳体部分充压，打开膨压机壳体排放阀来吹扫壳体。大概五分钟之后，关上排放阀。同时密切监控膨胀压缩机壳体压力。当膨胀机壳体压力达到设计出口压力或压缩机壳体压力达到设计入口压力时，打开膨胀机出口关断阀和压缩机入口关断阀，调整密封气压力到设定值(备注：壳体充压至和密封气最大供给压力相同时，再打开膨胀机出口关断阀)。
3.2 润滑油系统启动
为了避免污染工艺气体。密封气压力和流量一定要在润滑油系统启动之前建立起来。检查润滑油温度，至少要在20℃以上启动滑油泵，缓慢给系统升压，建立正常润滑油压力，注意油温的变化，有异常应及时查找原因和处理。先投用电加热器，设定好参数；每套装置有2台润滑油泵，操作有手动／关闭／自动三挡，正常操作时，将一台打在手动位置，另一台定在自动位置(如果油压下降，备用泵随时启动)，手动启动后保持足够的循环时间，回油温度至少要达到38℃，并检查透平膨胀压缩机机壳是否进入润滑油。
参考文献：
[1] 郑斌. 天然气压力能透平回收炯分析与联合循环研究[J].节能，2010（6）.
[2] 王松岭，论立勇，谢英柏，等．基于天然气管网压力能回收的联合循环构思[J]．热能动力工程，2005，20(6)：628—631．
[3] 申安云，熊永强．天然气管网压力能利用工艺的炯分析[J]．煤气与热力，2008，28(11)：B01一B05．
[4] 潘宏，彭劲松．高炉炉顶煤气实际能量利用率及其技术应用展望[J]．冶金动力，2000，80(4)：57—59．
[5] 周孝信．黎明，高瑞平．工程热物理与能源利用(学科发展战略研究报告2006—2010)[M]．北京：科学出版社，2006．
[6] 王光蓉，龙升全. K124透平压缩机油系统带水原因及预防措施[J].中氮肥，2012（1）.
作者简介：张世民，出生年月：1973年9月20日，籍贯：山东省五莲县，供职单位：中石化西北石油局工程技术支持中心天然气项目部，目前职称：机械工程师，主要工作：从事天然气增压输配，液化气、轻烃生产，10/35KV电力系统建设。