广安轻烃站天然气膨胀机培训教材版.ppt

四川简阳瑞特机械设备有限公司天然气透平膨胀机培训资料,中国.广安,目录,透平膨胀机的应用与分类,1,透平膨胀机工作原理简介,2,透平膨胀机内部结构组成,3,透平膨胀机仪控系统简介,5,透平膨胀机操作步骤及注意事项,6,7,透平膨胀机的日常使用与维护说明,透平膨胀机供油系统简介,4,第一章：增压透平膨胀机原理简介,,1.1 透平膨胀机的应用：总所周知，绝热等熵膨胀是获得低温的重要效应之一,也是对外做功的一个重要热力过程,而透平膨胀机则是实现接近绝热等熵膨胀过程的一种有效机械目前,从空调设备、低温环境模拟到空气与多组分气体的液化分离以及极低温氢、氦的液化制冷,都有透平膨胀机的实际应用在能源的综合利用方面,透平膨胀机作为回收能量的机械也得到了广泛的应用例如高炉气透平膨胀机、石油催化裂解再生气透平膨胀机、化工尾气透平膨胀机、烟气透平膨胀机、天燃气透平膨胀机、液化天燃气透平膨胀机、液化天燃气冷热发电透平膨胀机、排热回收利用的郎肯循环透平膨胀机等对于应用天燃气作为燃料的国家,利用液化天燃气的冷量是很重要的,可以利用冷热进行发电按利用的方法有直接膨胀、直接膨胀加郎肯循环以及混合工质等三种不管是那一种方法,都是采用透平膨胀机回收功率。

1.2 透平膨胀机的分类：透平膨胀机是利用工质流动时速度的变化来进行能量转换的，因此也称为速度型膨胀机工质在透平膨胀机的流通部分中膨胀获得动能，并由工作轮输出外功，因而降低了膨胀机出口工质的内能与温度透平膨胀机有多种分类方式，下面简单介绍几种：,第一章：增压透平膨胀机原理简介,,1.2.1 根据反动度（工质在工作轮中膨胀的程度称为反动度）的大小分：反动式透平膨胀机、冲动式透平膨胀机（反动度很小甚至接近于零）；1.2.2 根据工质在工作轮中的流动方向分：径流式透平膨胀机（气体在垂直于旋转轴的平面内沿半径方向流动）、径-轴流式透平膨胀机(气体由径向流入工作轮而由轴向流出)、轴流式透平膨胀机(气体沿着平行于工作轮旋转轴方向流动)；1.2.3 根据级数多少分：单级透平膨胀机、多级透平膨胀机为了简化结构、减少流动损失，一般采用单级或有几台单级组成的多级膨胀；1.2.4 根据透平膨胀机的制动方式分：增压式透平膨胀机、风机制动式透平膨胀机机、电机制动式透平膨胀机等由于广安轻烃站所用的膨胀机为单级增压透平膨胀机，此膨胀机既属于反动式透平膨胀机，又属于径－轴流式透平膨胀机，因此本次主要介绍增压透平膨胀机的工作原理、内部结构与操作步骤和注意事项等。

第二章：增压透平膨胀机原理简介,,2.1 透平膨胀机的工作原理：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部机，是保证整套空分设备及天然气液化设备稳定运行的心脏，其主要原理是利用有一定压力的气体在膨胀机内进行绝热等熵膨胀对外做功而消耗气体本身的内能，从而使气体自身强烈地冷却而达到制冷的目的与此同时膨胀机所输出的能量由同轴压缩机回收或由制动风机、电机等消耗透平膨胀机外观,第二章：增压透平膨胀机原理简介,,膨胀机主要是被用来生产冷量造成低温，其工作的对象主要是气体当气体具有一定的压力和温度时，就具有一定的能量，即由压力而体现的势能与由温度所体现的动能这两种能量总称为内能而膨胀机主要的作用是利用气体通过膨胀机的过程中的内能降低并对外输出功使气体的压力和温度大幅度降低从而达到制冷与降温的目的增压透平膨胀机整体流程系统示意图,第二章：增压透平膨胀机原理简介,,膨胀机主要的工作是在喷嘴及叶轮中完成喷嘴是一种由多个精心设计的叶片所组成的喷射通道（即喷嘴流道）当高压的气体通过喷嘴流道时，由于喷射作用使气体的速度迅速上升并达到或者超过音速，而气体的压力和温度则很快下降，从而达到降温的目的。

叶轮则是接受从喷嘴出来的高速气体，由于喷嘴出来的气体其速度达到或超过音速，而且温度已经大幅度降低，当高速气体冲击叶轮的叶片时，使叶轮高速转动叶轮是一个由多个叶片所组成轮子，气体从半径方向流入，而从与主轴轴线平行方向流出，称为径-轴流叶轮叶轮中每两个叶片围成一个通道，该通道是经过精心的设计，而且是渐渐扩大的当高速、低温的气体通过叶轮通道时，叶轮高速转动，使气体的速度很快下降，同时气体在不断变大的通道中流动时压力也进一步下降，因为压力与速度下降使气体的内能的降低，这样气体温度进一步大幅度降低，从而达到降温与制冷的目的由于膨胀机轮子的飞速转动，带动了与膨胀机轮子在同一轴上另一端的增压机叶轮的转动，压缩了通过增压机叶轮气体可以看出，增压机叶轮不仅压缩了气体，利用了膨胀发出的功率，而且也控制了膨胀机的转速第三章：透平膨胀机内部结构组成,,膨胀机的主要工作部分必须长时间处于高速转动的状态，为了保证它的效率与可靠性，必须特别注重其叶轮、喷嘴、轴承、密封件的设计与制造下图是一台膨胀机主机的剖面图，主机主要由透平蜗壳、机身、增压机蜗壳、转子、可调喷嘴、轴承及密封件等组成增压透平膨胀机主机内部结构示意图,增压透平膨胀机主机剖视图,第三章：透平膨胀机内部结构组成,,3.1 转子： 转子是膨胀机最重要的部件。

它直接关系到膨胀机的制冷效果、运转的稳定性、可靠性及使用寿命转子是由膨胀机叶轮，增压机叶轮、导流锥、螺钉及主轴组成，如下图由于转子是在极高的速度下运转，所以其高速下的稳定性是十分重要的除了要提高其整个转子的抗振动性能外，还应对转子上的叶轮、主轴及转子的整体分别作动平衡试验，以保证其稳定性转子3D模型,转子实体,第三章：透平膨胀机内部结构组成,,3.2 可调喷嘴： 可调喷嘴是由几个可以转动的喷嘴叶片、装有叶片转动轴销的定位盘、滑动盘、盖板等零件组成 由于叶片可以围绕定位盘的轴销转动，因而其由两叶片围成的喷嘴流道面积的大小可以调节的，从而达到改变气量的目的但是由于喷嘴零件都是由不锈钢制成，且喷嘴叶片表面是经过氮化处理的，相对活动过多容易造成磨损、拉毛而咬合，所以喷嘴不适宜经常调节可调喷嘴3D模型,可调喷嘴实体,第三章：透平膨胀机内部结构组成,,3.3 轴承: 膨胀机的转子是由轴承来支承的，好的轴承能使转子长期稳定可靠地运转，是个十分重要的零件膨胀机的轴承多数采用径向推力联合式轴承，其结构及轴承与主轴之间的间隙大小对运转的稳定性及寿命有十分重要的影响，因而不能任意改变径向推力联合式轴承是一种非接触式的液体润滑轴承，它是依靠转子转动时的动压作用，使转子浮动在轴承上面，依靠润滑油所形成的油膜来维持轴与轴承之间的间隙，使轴与轴承不会由于接触而磨损，同时润滑油还起一部分冷却轴承的作用，带走主轴因高速转动时与润滑油的磨擦而产生的热量。

所以向轴承供给一定量的清洁的润滑油也是非常重要的轴承3D模型,轴承实体,第三章：透平膨胀机内部结构组成,,3.4 密封件： 膨胀机是在高速低温的环境下工作的，阻止因低温气体进入轴承使轴承润滑油冻结而造成运行不正常及堵塞是非常重要的，所以膨胀机的密封也是很重要的工作膨胀机的密封通常采用迷宫密封，即在主轴上或转子的轴套上设置锯剌形的密封齿，而在机身上装有相对较软的铅基合金制成的密封件，这些齿在设备运行时与铅基合金密封套紧密贴合以保证其密封要求迷宫密封是一种动密封，它依靠密封齿与密封件间极小的间隙，使气体产生节流效应并造成压力的降低以达到密封的效果迷宫密封一定有少量的气体的泄漏，为了减少气体的泄漏量，除了加强密封外，还应该尽可能降低密封气的入口压力，因此，要求密封气的入口压力仅高于喷嘴后压力约为0.05MPa～0.09MPa即可密封套,主轴上与密封套配合的密封齿,迷宫密封节流效应,第三章：透平膨胀机内部结构组成,,3.5 机身： 机身组成了膨胀机的外壳，并提供轴承、密封件、隔板、隔热板等零件的安装场所，一般均采用铸铁铸造而成机身3D模型,机身实体,第三章：透平膨胀机内部结构组成,,3.6 透平蜗壳：膨胀机透平蜗壳主要作用是提供膨胀机工作气体的进出口通道，并使膨胀气体均匀地分配给喷嘴里的各个流道。

同时当低温气体流出膨胀机叶轮时通过一个扩张的锥管使气体的流速进一步下降，从而使压力有所上升以减小损失蜗壳为不锈钢铸造结构，固定在机身上，通过机身与底座相连，蜗壳内装有可调喷嘴和膨胀机叶轮等部件透平蜗壳实体,第三章：透平膨胀机内部结构组成,,3.7 增压蜗壳：增压机蜗壳主要是增压端工作气体的进出口通道蜗壳在增压机叶轮的出口处设置有无叶扩压器，使增压后的气体减速，从而使增压后气体的压力进一步上升，起到二次增压的作用第三章：透平膨胀机内部结构组成,,增压透平膨胀机主机拆装演示动画,第三章：透平膨胀机内部结构组成,,增压透平膨胀机主机各主要部件的构成材料与加工方式,第四章：透平膨胀机供油系统简介,,4.1供油系统的组成：供油系统由油泵、油箱、油冷却器、蓄能器、油过滤器、油气分离器、溢流阀等组成油泵：目前多数采用三螺杆泵，三螺杆泵主要的优点是运行噪音小，密封好，正常情况下基本上不漏油 油箱：油箱不仅要求贮存膨胀机正常运行所需要的油量，还兼作第一级油器分离器油冷却器：进入膨胀机的润滑油必须经过冷却，以保证润滑油温度低于50℃考虑多方面的因素，冷却方式通常多用水冷却蓄能器：蓄能器是一个封闭的压力容器，其下部设置有进出口。

主要是为保证油泵突然停电或者遇到其它故障而不能继续供油时，依靠油压容器内贮存的压力油，继续供给主机一到二分钟的润滑油，以保证膨胀机的转子不会因在高速运转时断油而损毁第四章：透平膨胀机供油系统简介,,油过滤器：设置油过滤器是为了过滤润滑油中的固体杂质，防止这些杂质进入油泵及主机，以保护油泵及转子的安全运行本系统共设置有三组油过滤器第一组在油箱出口与油泵入口处，由不锈钢丝网滤芯制成，功能是防止较大的固体颗粒进入油泵造成损坏；第二组在油冷却器出口处，是系统的主过滤器主过滤器为双联过滤器，二组可以切换使用，它要求的过滤精度为10μm，主要是保护主机的轴承；第三组在主机的供油口前，主要为防止主过滤器后的管道及油压容器内的残留的少量机械固体颗粒进入主机，一般用单筒过滤器 油气分离器：主机的密封气往往与润滑油一起进入油箱，经过油箱的初步分离进入油气分离器后再进一步分离，使排出的密封气中基本上不含润滑油 溢流阀：为保护油泵及供油系统中容器的安全，在油泵出口处设置有一溢流阀当管道因某种原因而不畅通，使油泵的供油压力超过油泵的最高工作压力时，能自动的打开泄油孔，使油压很快下降，保护油泵及其他设备第四章：透平膨胀机供油系统简介,,4.2供油系统的要求:供油系统主要为膨胀机轴承提供一定数量的清洁的，又有一定温度要求的润滑油。

由于膨胀机轴承的间隙极小，同时轴承对温度又有一定的要求，当温度过高时，润滑油会变稀，使轴承工作环境恶化甚至无法产生有力的油膜造成转子的损坏；而温度过低时，润滑油会变稠，使转子转动阻力增加，轴承的功率损耗增加，不利膨胀机的工作，当温度低于10℃还会因润滑油流动困难而使机器损坏因此要求供油温度保持在40℃左右由于轴承的间隙仅为几十微米，所以要求润滑油内所含的固体粒子直径应当少于10微米为了使轴承能正常工作的同时保证有一定的供油压力及供油量，必须保证供油系统中过滤器与冷却器的正常运行第五章：透平膨胀机仪控系统简介,,仪控系统作为该套设备的重要组成部分，可以有效地监视和控制成套设备中的各主要部机的工艺参数，并对主要阀门进行自动控制或手动遥控，同时通过逻辑控制和联锁保护设施确保整套装置长期、安全、稳定地运行各轻烃站膨胀机仪控系统以PLC集中控制为主，仪表板操作相结合，主要工艺参数通过通讯进入DCS系统，按工艺要求完成全部工艺参数的显示、报警、调节操作等仪控系统所采用的各种仪表的具体型号规格及具体配置情况，请参阅带控制的工艺流程图和仪表明细表5.1系统的说明5.1.1 膨胀机进口紧急切断阀控制膨胀机进口紧急切断阀由控制气缸的二位三通电磁阀、阀体、手轮等组成。

当就地/离线钥匙切换开关位于就地位置，联锁条件消除后紧急切断阀的二位三通电磁阀带电才能进行打开；当转速大于等于联锁设定值，现场PLC柜上或DCS的停车信号，可以使紧急切断阀控制开、关的二位三通电磁阀失电，通过快速关闭膨胀机进口紧急切断阀，使膨胀机停止运行一般情况下膨胀机进口紧急切断阀关闭后，膨胀机通常在5秒内停止运行。