空分制氧技術(shù)

第二章 制冷技術(shù)為使空氣液化，需要獲得低溫，工業(yè)上常用兩種方法，即空氣通過(guò)節(jié)流閥或膨脹機(jī)的膨脹制冷獲得低溫，甚至液化。這兩種方法是以氣體的膨脹為基礎(chǔ)的。2.1空氣的液化2.1.1流膨脹效應(yīng)通常把高壓流體流經(jīng)管道中的小孔后壓力顯著降低的過(guò)程稱為節(jié)流。節(jié)流孔徑越小，則局部阻力越大，節(jié)流前后的壓力變化也越大；反之，就越小。在實(shí)際工作中，為了調(diào)節(jié)，通常用節(jié)流閥代替節(jié)流孔。氣體在節(jié)流時(shí)，既無(wú)能量輸出，也無(wú)能量輸入，所以氣體節(jié)流前后的能量保持不變，即節(jié)流前后的焓值相等。這是節(jié)流過(guò)程的基本特點(diǎn)，因此節(jié)流過(guò)程可看作是近似的絕熱過(guò)程。實(shí)際氣體的焓值是溫度和壓力的函數(shù)，所以實(shí)際氣體節(jié)流后的溫度是發(fā)生變化的。這種現(xiàn)象叫節(jié)流效應(yīng)（焦耳一湯姆遜效應(yīng)）?？諝饨?jīng)過(guò)節(jié)流，雖然可降低溫度，但對(duì)外沒(méi)有熱量交換，也沒(méi)有做功，因此節(jié)流過(guò)程本身并沒(méi)有產(chǎn)生冷量。節(jié)流特點(diǎn)：節(jié)流效應(yīng)與節(jié)流前的壓力和溫度有關(guān)。節(jié)流前的溫度降低，節(jié)流效應(yīng)增大。節(jié)流前的壓力增高，節(jié)流效應(yīng)變小。等溫節(jié)流制冷時(shí)，氣體需經(jīng)歷等溫壓縮和節(jié)流膨脹兩過(guò)程才具有制冷量。2.1.2膨脹制冷氣體對(duì)外做功的機(jī)器稱為膨脹機(jī)。氣體在膨脹機(jī)中一邊膨脹，其內(nèi)位能增加，又一邊對(duì)外做功，這兩部分能量消耗都需要用內(nèi)動(dòng)能來(lái)補(bǔ)償，所以氣體在膨脹機(jī)中等熵膨脹，焓值下降，溫度必然降低。高壓氣體等熵膨脹時(shí)向外輸出機(jī)械功，這樣消耗了大量的氣體內(nèi)能（焓值減小）。另外，還由于膨脹時(shí)氣體體積增大，分子距離也要增大，但是分子間有吸引力，為了克服分子間的吸引力又要消耗氣體分子的一些動(dòng)能（動(dòng)能減小）。這樣氣體分子的內(nèi)能和動(dòng)能在等熵膨脹時(shí)大量消耗，從而降低了氣體溫度。所以等熵膨脹后，氣體溫度總是下降的。氣體等熵膨脹產(chǎn)生的溫差，不但隨著膨脹前后的壓力比值增大而增加，而在膨脹前后壓力不變的情況下，還隨著膨脹前的溫度的變化而變化。所以為了獲得較大的溫降和單位制冷量，可采用增加膨脹比和提高膨脹前溫度的方法。但不是無(wú)限制的，而是在合理的等熵效應(yīng)范圍內(nèi)進(jìn)行。2.1.3節(jié)流與等熵膨脹的比較在制冷量和溫度效應(yīng)多寡方面，等熵膨脹比節(jié)流膨脹制冷效果顯著。但節(jié)流過(guò)程用節(jié)流閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便，并且可以工作在氣液兩相區(qū)內(nèi)。2.2膨脹機(jī)絕熱等熵膨脹是獲得低溫的重要途徑之一，也是對(duì)外做功的一個(gè)重要熱力過(guò)程。而作為用來(lái)使氣體膨脹輸出外功以產(chǎn)生冷量的膨脹機(jī)，則是能夠?qū)崿F(xiàn)接近絕熱等熵膨脹過(guò)程的一種有效機(jī)械。現(xiàn)代空分設(shè)備對(duì)膨脹機(jī)的要求：更高的整機(jī)效率；更好的穩(wěn)定及調(diào)節(jié)性能；更安全及可靠的保護(hù)系統(tǒng)；更長(zhǎng)的運(yùn)行周期及使用壽命等。對(duì)于空分設(shè)備來(lái)說(shuō)，低溫精餾裝置冷量損失的及時(shí)補(bǔ)充、產(chǎn)品產(chǎn)量的有效調(diào)節(jié)等都使得為其提供充足冷量的膨脹機(jī)顯得尤為重要。透平膨脹機(jī)是利用工質(zhì)在流道中流動(dòng)時(shí)速度的變化來(lái)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，也稱為速度型膨脹機(jī)。工質(zhì)在透平膨脹機(jī)的流通部分中膨脹獲得動(dòng)能，并由工作輪軸端輸出外功，因而降低了膨脹機(jī)出口工質(zhì)的內(nèi)能和溫度。2.2.1作用和分類按結(jié)構(gòu)分有兩種，活塞式膨脹機(jī)和透平式膨脹機(jī)。按工質(zhì)在膨脹過(guò)程所處的狀態(tài)，可分為氣相透平膨脹機(jī)和兩相透平膨脹機(jī)。按透平膨脹機(jī)的制動(dòng)方式，可分為風(fēng)機(jī)制動(dòng)膨脹機(jī)、增壓機(jī)制動(dòng)膨脹機(jī)、電機(jī)制動(dòng)透平膨脹機(jī)、油制動(dòng)透平膨脹機(jī)。根據(jù)透平膨脹機(jī)的軸承不同形式，可分為油軸承透平膨脹機(jī)、氣體軸承透平膨脹機(jī)和磁軸承透平膨脹機(jī)。根據(jù)工質(zhì)在工作輪中流動(dòng)的方向，透平膨脹機(jī)可分為徑流式、徑一軸流式、軸流式。現(xiàn)代空分設(shè)備普遍采用的是向心徑一軸流反動(dòng)式透平膨脹機(jī)，它具有焓降大、允許轉(zhuǎn)速高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和熱效率高的特點(diǎn)。2.2.2工作原理及基本方程1、 工作原理透平膨脹機(jī)是一種高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械，它是利用工質(zhì)流動(dòng)時(shí)速度的變化來(lái)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的，因此稱為速度型膨脹機(jī)。它由膨脹機(jī)通流部分（由蝸殼、噴嘴、工作輪、擴(kuò)壓器組成）、制動(dòng)器及機(jī)體三部分組成。工質(zhì)在透平膨脹機(jī)的通流部分中膨脹獲得動(dòng)能，并由工作輪軸端輸出外功，因而降低了膨脹機(jī)出口工質(zhì)的內(nèi)能和溫度。膨脹工質(zhì)由進(jìn)氣管進(jìn)入蝸殼，被均勻地分配進(jìn)入噴嘴；經(jīng)過(guò)噴嘴膨脹，降低了壓力和溫度后進(jìn)入工作輪，在工作輪中工質(zhì)進(jìn)一步膨脹做功；然后經(jīng)由擴(kuò)壓器排入膨脹機(jī)的出口管道，而膨脹功則由工作輪相連的主軸向外輸出。由膨脹機(jī)主軸輸出的能量可被用來(lái)驅(qū)動(dòng)一臺(tái)壓縮機(jī)或一臺(tái)發(fā)電機(jī)。以使透平膨脹機(jī)有一個(gè)穩(wěn)定的運(yùn)行條件。2、 基本方程⑴狀態(tài)方程相對(duì)來(lái)說(shuō)，在空分設(shè)備用透平膨脹機(jī)的計(jì)算中，利用壓縮性系數(shù)Z來(lái)對(duì)理想狀態(tài)方程進(jìn)行修正是最方便的，精度也能滿足要求。pv=ZRT式中：p一絕對(duì)壓力，Pa；v一氣體比體積，m3/kg；R一氣體常數(shù)，J/（kg-K）；T一氣體溫度，K。壓縮性系數(shù)可由Z-p圖表中查得。⑵連續(xù)性方程在透平膨脹機(jī)流道中，一般流動(dòng)過(guò)程可簡(jiǎn)化為一元穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，如果在流體流經(jīng)的任意兩截面間即沒(méi)有流體加入，也沒(méi)有流體排出，則在該管道內(nèi)的每一個(gè)與流速方向垂直的橫截面上單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)的流體質(zhì)量始終不變。m=Pcf=pcf111 222式中：m—質(zhì)量流量（膨脹氣量），kg/s；p—?dú)怏w密度，kg/m3；C1、C2一氣體在兩個(gè)狀態(tài)下的速度，m/S；

f一垂直c的流道截面積，m2；從上式中可看出，當(dāng)流體體積流量一定時(shí)，流道截面積和氣體速度成反比關(guān)系。⑶動(dòng)量方程nnnn-1ZRT上式適用于有摩擦的不可逆的絕熱流動(dòng)過(guò)程。⑷能量守恒方程根據(jù)能量守恒定律，當(dāng)工質(zhì)在絕熱過(guò)程中，與外界既無(wú)熱量交換，又無(wú)動(dòng)能傳遞，則膨脹過(guò)程從始到終的單位質(zhì)量能量是不變的，即：c2c2式中：才、—工質(zhì)在兩個(gè)狀態(tài)下的動(dòng)能，J/kg2.2.3透平膨脹機(jī)的損失、產(chǎn)冷量及效率透平膨脹機(jī)的損失基本上分為兩大類：內(nèi)部損失和外部損失。內(nèi)部損失影響膨脹機(jī)的等熵效率；外部損失只對(duì)膨脹功的回收和利用率有影響。內(nèi)部損失又可分為流道損失和非流道損失。在氣流流經(jīng)的通道中，因氣流與壁面、氣流與氣流之間的摩擦和沖擊而引起的損失等統(tǒng)稱為流道損失。而工作輪與靜止件之間的氣體摩擦、氣體內(nèi)泄漏等損失稱為非流道損失。綜合起來(lái)，影響透平膨脹機(jī)等熵效率的主要損失有5種。1、 噴嘴損失膨脹氣體流經(jīng)噴嘴時(shí)，會(huì)產(chǎn)生流道表面的阻力、局部渦流和氣流沖擊等損失。它與氣體流動(dòng)速度、噴嘴葉片葉型、葉片高度，葉片表面粗糙度及葉片出口邊緣（尾部）厚度等因素有關(guān)。2、 工作輪損失氣體在葉輪流道中的流動(dòng)損失。當(dāng)氣體流經(jīng)葉輪流道時(shí)，由于葉片型線、表面粗糙度等因素引起的摩擦損失，氣體流動(dòng)時(shí)的渦流和沖擊損失等。3、 余速損失現(xiàn)代透平膨脹機(jī)中，氣體多以較高的氣流速度排出葉輪后進(jìn)入擴(kuò)壓器，經(jīng)擴(kuò)壓器來(lái)進(jìn)一步降低介質(zhì)的速度（壓力和溫度升高），使其達(dá)到允許值。實(shí)際上，氣體在擴(kuò)壓器中的流動(dòng)是一種壓縮過(guò)程，需要消耗部分能量。對(duì)透平膨脹機(jī)來(lái)說(shuō)，同樣減少了有效能量。這兩部分能量的損失稱余速損失。4、 輪背摩擦鼓風(fēng)損失輪背摩擦鼓風(fēng)損失是有葉輪輪背、輪蓋和靜止元件之間間隙中的氣體而產(chǎn)生的。緊靠輪背、輪蓋的那部分氣體附著在葉輪上，以和輪背、輪蓋相同的圓周速度運(yùn)動(dòng)，而緊靠殼體的那部分氣體則和殼體一樣，是靜止不動(dòng)的，在這個(gè)間隙中形成了一個(gè)速度梯度。這一速度梯度是由于氣體的粘性引起的，因而要消耗一定的摩擦功。這部分摩擦功又轉(zhuǎn)換成熱量，通過(guò)葉輪把熱量傳給氣體，提高了工作氣體出工作輪時(shí)的比焓值，因而降低了制冷量。5、 泄漏損失泄漏損失包括內(nèi)漏損失和外漏損失兩種。對(duì)閉式葉輪，在輪蓋處采用迷宮密封，有一小股工作輪前未經(jīng)噴嘴的氣流，經(jīng)密封器與葉輪間的縫隙漏出，它與經(jīng)工作輪噴嘴后的低比焓氣體在葉輪出口處匯合，從而使葉輪出口處氣體的比焓升高，降低了膨脹機(jī)的制冷量，這種損失稱為內(nèi)泄漏損失。在半開(kāi)式工作輪中，由于沒(méi)有輪蓋，無(wú)法設(shè)置密封器，這時(shí)希望盡量減少葉片和固定件的間隙。工作輪的一小股氣流，經(jīng)輪盤外側(cè)與殼體之間的縫隙，沿軸向外界泄漏，這種損失稱為外泄漏損失。它不會(huì)影響膨脹后氣體的比焓，僅僅是減少了有效膨脹氣體量，影響了膨脹機(jī)的總制冷量。透平膨脹機(jī)組2.2.4拆裝說(shuō)明膨脹機(jī)的拆裝必須在十分清潔的條件下進(jìn)行，所有零件特別是軸承、密封、葉輪和噴嘴葉片等必須特別小心地處理。膨脹機(jī)的冷箱、蝸殼、緊急切斷閥、噴嘴調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等，一般是不拆卸的，因?yàn)榭梢詮呐蛎洐C(jī)熱端拆卸內(nèi)部零件。拆卸膨脹機(jī)內(nèi)部零件的步驟如下：先拆卸增壓機(jī)進(jìn)出口管道，再拆去進(jìn)出油管、軸承溫度計(jì)、測(cè)速頭、密封氣管、儀表管等，而后松開(kāi)并取出增壓機(jī)與底架間的緊固螺栓（注意別松動(dòng)支撐增壓機(jī)下部的支撐螺栓），松開(kāi)并取出機(jī)身與前隔板的緊固螺栓，鉤住機(jī)身上的吊環(huán)螺釘，并托住膨脹機(jī)端，最后將機(jī)身徐徐退出（此時(shí)當(dāng)心不要碰壞膨脹葉輪），并將它放在清潔的工作臺(tái)上水平墊穩(wěn)，準(zhǔn)備進(jìn)一步解體。將放在工作臺(tái)上的增壓機(jī)蝸殼及后隔板拆下，再將裝在機(jī)身上的轉(zhuǎn)子兩端的膨脹葉輪和增壓葉輪、密封拆下，托住主軸一端將其另一端的軸承取出。膨脹機(jī)的裝配程序和拆卸程序相反。在進(jìn)行裝拆工作時(shí)，必須注意如下事項(xiàng)：1、 拆卸的各零部件應(yīng)做好對(duì)應(yīng)標(biāo)記，復(fù)裝時(shí)按標(biāo)記進(jìn)行裝配。2、 每次安裝都必須對(duì)軸承間隙進(jìn)行檢查，保證徑向和止推間隙值在規(guī)定范圍之內(nèi)。3、 轉(zhuǎn)子更換零部件或?qū)D(zhuǎn)子動(dòng)平衡有懷疑時(shí)（運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可根據(jù)其聲音的變化及機(jī)器振動(dòng)情況，判斷其平衡性），必須按轉(zhuǎn)子結(jié)合部的要求重新校正動(dòng)平衡。4、 必須按透平膨脹機(jī)總圖要求進(jìn)行調(diào)整，使噴嘴葉片和膨脹葉輪的中心對(duì)齊。5、 注意保護(hù)測(cè)速傳感器探頭表面，避免碰傷；調(diào)整測(cè)量距離在規(guī)定范圍內(nèi)。6、 注意保護(hù)噴嘴葉片兩端面及滑動(dòng)盤的配合面，避免拉毛劃傷。7、 如果必須拆裝可調(diào)噴嘴和噴嘴調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可按透平膨脹機(jī)總圖進(jìn)行。2.2.5透平膨脹機(jī)的調(diào)節(jié)1、 性能曲線將透平膨脹機(jī)中一些主要參數(shù)之間的相互關(guān)系用曲線形式表示出來(lái)，稱為透平膨脹機(jī)的性能曲線。2、 制動(dòng)器形式每臺(tái)膨脹機(jī)都配制動(dòng)器。制動(dòng)器作用是消耗透平膨脹機(jī)的功，控制其轉(zhuǎn)速，維持膨脹機(jī)在最高效率點(diǎn)運(yùn)行，同時(shí)也防止透平膨脹機(jī)“飛車”。⑴風(fēng)機(jī)制動(dòng)即在工作輪同軸上裝有風(fēng)機(jī)輪，風(fēng)機(jī)輪吸入空氣，壓縮后放空。優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，機(jī)組緊湊，造價(jià)低，維護(hù)操作方便。缺點(diǎn)是不能回收功，而且噪聲大。⑵電機(jī)制動(dòng)是在工作輪同軸裝上發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，將膨脹機(jī)的功轉(zhuǎn)換為電能送入電網(wǎng)。優(yōu)點(diǎn)是回收電能，制動(dòng)無(wú)噪音。缺點(diǎn)是設(shè)備成本高。⑶增壓機(jī)制動(dòng)增壓機(jī)的葉輪裝在膨脹機(jī)的同軸的另一側(cè)，氣體對(duì)工作輪做功使之轉(zhuǎn)動(dòng)，增壓器的葉輪也同速轉(zhuǎn)動(dòng)，將氣體增壓后再送入膨脹機(jī)的工作輪。優(yōu)點(diǎn)是增加單位制冷量。3、調(diào)節(jié)方法通常把改變膨脹氣體在進(jìn)出口處狀態(tài)參數(shù)的調(diào)節(jié)，稱為“質(zhì)”的調(diào)節(jié)；改變氣體流量的調(diào)節(jié)稱為“量”的調(diào)節(jié)。在調(diào)節(jié)過(guò)程中，有時(shí)質(zhì)和量同時(shí)發(fā)生改變，不易區(qū)分。⑴進(jìn)口節(jié)流調(diào)節(jié)在膨脹機(jī)的進(jìn)口管道上裝有氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥，通過(guò)改變調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，改變膨脹機(jī)前的氣流壓力，從而膨脹機(jī)的焓降及等熵效率發(fā)生變化，以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)冷量的目的。是質(zhì)和量同時(shí)改變的一種調(diào)節(jié)方法。圖2-11一手動(dòng)截止閥2一氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥3—工作輪4一風(fēng)機(jī)輪 ⑵轉(zhuǎn)動(dòng)噴嘴葉片角的流量調(diào)節(jié)利用轉(zhuǎn)動(dòng)噴嘴葉片，改變流通面積，達(dá)到改變膨脹機(jī)的流量，從而改變制冷量。這種調(diào)節(jié)不改變氣體在膨脹機(jī)進(jìn)出口的狀態(tài)參數(shù)，在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)冷量時(shí)，仍然保持機(jī)器較高的等熵效率。因此是一種先進(jìn)的調(diào)節(jié)方法，這種調(diào)節(jié)的經(jīng)濟(jì)性好，并且可以靈活地掌握改變?nèi)~片角的大小，得到比較精細(xì)的調(diào)節(jié)效果。2.2.6透平膨脹機(jī)組透平膨脹機(jī)組由主體、制動(dòng)器、潤(rùn)滑系統(tǒng)、氣封系統(tǒng)、自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)組成。1、透平膨脹機(jī)本體我單位6000、6500、20000m3/h制氧機(jī)，基本上都是臥置、單級(jí)、向心、徑一軸流反動(dòng)式膨脹機(jī)。透平膨脹機(jī)主要由膨脹機(jī)蝸殼、噴嘴環(huán)、轉(zhuǎn)子、出口擴(kuò)壓器、軸承箱、密封系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)等組成，典型的結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖2-2：

向心式遴平膨雁機(jī)1■:'：?:I圖--2-2:、：＞?? :■-Im三-.Th：“8—止推輜承9一軸體1。一機(jī)身M—捎油圈12-m^ 承轉(zhuǎn)子是透平膨脹機(jī)中轉(zhuǎn)動(dòng)部分的部件總成，主要由主軸、葉輪等組成。主軸的一端裝有膨脹機(jī)工作輪，另一端裝有增壓機(jī)葉輪或風(fēng)機(jī)葉輪等。當(dāng)外界干擾頻率與轉(zhuǎn)子的自振頻率相同時(shí)，產(chǎn)生共振。共振時(shí)的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。當(dāng)正常工作時(shí)工作輪的轉(zhuǎn)速低于一階臨界轉(zhuǎn)速軸稱為剛性軸，當(dāng)工作輪轉(zhuǎn)速高于一階臨界轉(zhuǎn)速而低于二階臨界轉(zhuǎn)速軸稱為柔性軸。典型的結(jié)構(gòu)如下圖2-3：⑵軸承在透平膨脹機(jī)中，一般采用滑動(dòng)軸承。軸承與轉(zhuǎn)軸之間的徑向間隙要適當(dāng)，過(guò)大使軸承旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生震動(dòng)，潤(rùn)滑油膜分布不均勻，間隙過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致軸溫超過(guò)允許值。⑶密封

密封一般分為內(nèi)密封和軸密封。內(nèi)密封為設(shè)在透平膨脹機(jī)內(nèi)部的防止或減少介質(zhì)在流動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生內(nèi)泄漏的密封。在工作輪背面，低溫氣體會(huì)沿軸間向外泄漏，減少了透平膨脹機(jī)的制冷量；另外，由于冷量的泄漏還會(huì)導(dǎo)致軸承潤(rùn)滑油的固化，造成事故，因此需要設(shè)置可靠的軸密封。⑷噴嘴環(huán)噴嘴環(huán)各流道是膨脹機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的主要部件。對(duì)于反動(dòng)式透平膨脹機(jī)，約有50%的比焓降在噴嘴內(nèi)完成。2、潤(rùn)滑系統(tǒng)氣體冷卻器5-43增壓機(jī)制動(dòng)透平膨脹機(jī)組過(guò)濾器增壓機(jī)L-竺」；王王:夕_」 -N X 氣體冷卻器5-43增壓機(jī)制動(dòng)透平膨脹機(jī)組過(guò)濾器增壓機(jī)L-竺」；王王:夕_」 -N X ...1油氣分離器、11B油箱@電加熱器i供油系統(tǒng)透平膨脹機(jī)的軸承采X閘閥Y減壓閥X截止閥X正回閥三通電磁間擾性接頭圖例及說(shuō)明共油（如上圖）。潤(rùn)滑系統(tǒng)包括油箱、齒輪油泵、油過(guò)濾器、油壓容器等。油過(guò)濾器采用微孔紙質(zhì)濾芯。油壓容器的作用是貯存一定壓力的潤(rùn)滑油，一旦發(fā)生油泵停轉(zhuǎn)時(shí)可以供油3?5分鐘，以此保護(hù)膨脹機(jī)。潤(rùn)滑油牌號(hào)一般為TSA-32號(hào)汽輪機(jī)油。潤(rùn)滑油循環(huán)使用，在軸承處除起潤(rùn)滑作用外，還可以冷卻軸承，將高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的熱量帶走，因此潤(rùn)滑油需要冷卻，確保軸溫低于65°C。3、 密封系統(tǒng)膨脹機(jī)密封氣系統(tǒng)采用精密減壓閥，根據(jù)間隙壓力對(duì)密封氣進(jìn)氣壓力進(jìn)行自動(dòng)跟蹤。4、 自動(dòng)（聯(lián)鎖）保護(hù)系統(tǒng)為保證膨脹機(jī)安全運(yùn)轉(zhuǎn)，透平膨脹機(jī)組設(shè)有相應(yīng)的保護(hù)系統(tǒng)。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，如果被監(jiān)測(cè)參數(shù)發(fā)生變化達(dá)到聯(lián)鎖值，在DCS的控制下，相應(yīng)的保護(hù)系統(tǒng)就會(huì)動(dòng)作。⑴防喘振系統(tǒng)本系統(tǒng)主要由流量監(jiān)測(cè)儀表、轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)、繼電器、電磁閥、氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥組成。動(dòng)作過(guò)程：當(dāng)流量過(guò)低或轉(zhuǎn)速過(guò)高達(dá)到聯(lián)鎖值時(shí)，被控制的電磁閥就會(huì)失電，切斷氣源，增壓機(jī)回流閥打開(kāi)，降低膨脹機(jī)前壓力，此時(shí)膨脹機(jī)做功就會(huì)減少，相應(yīng)的膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速也會(huì)降低，從而達(dá)到保護(hù)膨脹機(jī)的目的。⑵油壓保護(hù)系統(tǒng)本系統(tǒng)由油壓監(jiān)測(cè)儀表、齒輪油泵、繼電器、電控部分等組成。正常時(shí)油壓在一定的范圍內(nèi)保持恒定。當(dāng)由于某種原因?qū)е掠蛪航档瓦_(dá)到聯(lián)鎖值時(shí)，輔助油泵就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，保證了膨脹機(jī)供油的穩(wěn)定。軸封防漏系統(tǒng)本系統(tǒng)由密封氣壓力監(jiān)測(cè)儀表、繼電器、接觸器、齒輪油泵等組成。正常情況下，密封氣通過(guò)迷宮密封，保證了增壓機(jī)的潤(rùn)滑油不會(huì)泄漏進(jìn)入氣路，同時(shí)也防止了膨脹端冷量沿軸串漏。如果密封氣壓力下降達(dá)到聯(lián)鎖值時(shí)，油泵立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)，有效的防止了潤(rùn)滑油進(jìn)入氣路。⑷自動(dòng)停車系統(tǒng)當(dāng)監(jiān)測(cè)參數(shù)（油壓、軸溫、轉(zhuǎn)速）發(fā)生變化達(dá)到聯(lián)鎖停車值時(shí)，膨脹機(jī)的入口電磁閥、增壓機(jī)回流電磁閥會(huì)失電，在3秒內(nèi)，所控氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥會(huì)在彈簧的作用下自動(dòng)回到初始位置，即回流閥全開(kāi)，進(jìn)口閥全關(guān)。從而切斷氣路，停止膨脹機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。表2-1一般增壓機(jī)制動(dòng)透平膨脹機(jī)組的控制聯(lián)鎖要求項(xiàng)目報(bào)警連鎖說(shuō)明供油壓力低△設(shè)定啟動(dòng)條件供油壓力過(guò)低△△間隙與出口間差壓高△△軸承溫度高△軸承溫度過(guò)高△△膨脹機(jī)密封氣壓力低△設(shè)定油泵啟動(dòng)條件增壓機(jī)密封氣壓力低設(shè)定油泵啟動(dòng)條件轉(zhuǎn)速高△轉(zhuǎn)速過(guò)高△△增壓機(jī)出口壓力控制自動(dòng)調(diào)節(jié)增壓機(jī)出口壓力高△自動(dòng)全開(kāi)回流閥油箱油溫控制W15°C加溫，325C加溫終設(shè)定啟動(dòng)條件油泵失電△膨脹機(jī)密封氣與間隙差壓自動(dòng)維持回流閥位全開(kāi)為啟動(dòng)條件軸振動(dòng)大△軸振動(dòng)過(guò)大△⑸安全保護(hù)系統(tǒng)在增壓機(jī)出口、膨脹機(jī)出口都設(shè)有安全閥，當(dāng)相應(yīng)的氣路部分出現(xiàn)壓力升高，而且超過(guò)安全閥的整定值時(shí)，安全閥起跳，把壓力降到安全范圍內(nèi)。當(dāng)壓力恢復(fù)到正常范圍時(shí)，安全閥自動(dòng)關(guān)閉。2.2.7操作1、啟動(dòng)前的準(zhǔn)備⑴檢查機(jī)組內(nèi)是否有異物；⑵各氣體管路應(yīng)徹底清洗并吹除干凈；清洗油路；⑷油箱油位達(dá)到正常油面；⑸膨脹機(jī)、增壓機(jī)各進(jìn)口管中的閥門和過(guò)濾器是否安裝正確；⑹濾油器是否清潔；⑺各儀表、電控線路與裝置是否正確連接；⑻各閥門處在正確的位置；⑼檢查執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正確性（拉桿向下移動(dòng)，噴嘴通道開(kāi)大）；?檢查緊急切斷閥工作的正確性（從全開(kāi)到全關(guān)應(yīng)在1?3秒內(nèi)）。2、 啟動(dòng)⑴啟動(dòng)前的檢查油箱油面指示正常；加溫氣體閥門關(guān)閉；噴嘴全關(guān)；緊急切斷閥關(guān)閉；膨脹機(jī)進(jìn)出口閥門關(guān)閉；增壓機(jī)回流閥全開(kāi)；油箱油溫大于25r，低于25r時(shí)要啟動(dòng)加熱器；增壓機(jī)進(jìn)出口閥門全開(kāi)；密封氣壓力達(dá)到規(guī)定值；油壓正常。⑵啟動(dòng)機(jī)組油冷卻器接通冷卻水（如油溫低，可以暫時(shí)不開(kāi)）；全開(kāi)膨脹機(jī)出口閥；全開(kāi)膨脹機(jī)進(jìn)口閥；逐漸打開(kāi)緊急切斷閥，直到全開(kāi)；緩慢開(kāi)噴嘴閥門，透平膨脹機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，直到全開(kāi)，注意觀察轉(zhuǎn)速應(yīng)當(dāng)平穩(wěn)；逐漸關(guān)小增壓機(jī)回流閥，使轉(zhuǎn)速達(dá)到規(guī)定值時(shí)停止關(guān)小回流閥的操作；當(dāng)膨脹機(jī)的進(jìn)氣溫度下降，要適時(shí)通過(guò)關(guān)小增壓機(jī)回流閥來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，直到額定轉(zhuǎn)速；啟動(dòng)期間要隨時(shí)檢查油壓、油溫、軸溫等參數(shù)，檢查機(jī)組運(yùn)行是否正常；啟動(dòng)期間，打開(kāi)機(jī)器的儀表管線吹除閥進(jìn)行短暫吹除，然后關(guān)閉（如果參數(shù)有聯(lián)鎖值，應(yīng)當(dāng)摘除，吹除后，切記要及時(shí)恢復(fù)聯(lián)鎖值）。3、 運(yùn)行中的監(jiān)控⑴每?jī)尚r(shí)監(jiān)視項(xiàng)目膨脹機(jī)進(jìn)出口溫度、壓力及噴嘴出口壓力，工作輪轉(zhuǎn)速、軸溫、油壓、油溫、密封氣壓力，增壓機(jī)進(jìn)出口溫度、壓力及葉輪出口壓力；⑵每天監(jiān)測(cè)：油箱油位、供油系統(tǒng)的跑冒滴漏；⑶每月監(jiān)測(cè)：檢查油的潤(rùn)滑性能，油過(guò)濾器的清潔度；⑷每半年檢查：緊急切斷閥。檢查方法：是在停機(jī)狀態(tài)下，用緊急切斷按鈕切斷電磁閥的電源使電磁閥斷電，如果閥門在1?3秒內(nèi)立即關(guān)閉并自動(dòng)全開(kāi)增壓機(jī)回流閥，表示正常；⑸每1?2年對(duì)膨脹機(jī)進(jìn)行全面的檢修維護(hù)；4、 停車⑴停止運(yùn)行全開(kāi)增壓機(jī)回流閥；關(guān)閉緊急切斷閥；關(guān)閉噴嘴；關(guān)閉膨脹機(jī)進(jìn)口閥、出口閥；關(guān)閉增壓機(jī)進(jìn)口閥、出口閥。⑵停車后的處理臨時(shí)停車，則保持密封氣、潤(rùn)滑油供應(yīng)，保持儀、電控系統(tǒng)為工作狀態(tài)，準(zhǔn)備重新啟動(dòng)。長(zhǎng)期停車，對(duì)膨脹機(jī)要進(jìn)行專門的加溫解凍，操作如下：保持密封氣、潤(rùn)滑油的供應(yīng)，保持儀、電控系統(tǒng)為工作狀態(tài)；開(kāi)緊急切斷閥；打開(kāi)噴嘴葉片；檢查膨脹機(jī)的進(jìn)出口閥門是否關(guān)嚴(yán)；打開(kāi)膨脹機(jī)吹除閥；打開(kāi)加溫閥，溫度不超60r，當(dāng)加溫氣進(jìn)口與出口溫度大致一樣時(shí)加溫結(jié)束。加溫氣體的露點(diǎn)應(yīng)低于-40°C；關(guān)閉吹除閥；停止加溫，關(guān)閉加溫氣體閥；關(guān)閉緊急切斷閥；關(guān)閉噴嘴葉片；。停止?jié)櫥偷墓?yīng)；1215分鐘后切斷密封氣氣源；加溫注意事項(xiàng)：確保密封氣暢通，潤(rùn)滑油壓力正常；先打開(kāi)緊急切斷閥和噴嘴葉片后才可通加溫氣體，以免損壞機(jī)器；膨脹機(jī)加溫完畢后進(jìn)出口閥門必須關(guān)嚴(yán)，使得加溫后的膨脹機(jī)在長(zhǎng)期停車期間避免冷氣體進(jìn)入潤(rùn)滑油腔，使軸承過(guò)冷損壞。2.2.8常見(jiàn)故障處理1、 軸溫高⑴油溫偏高，調(diào)節(jié)油溫；⑵潤(rùn)滑油供應(yīng)不足，提高油壓；⑶油路不清潔（油過(guò)濾器堵塞），切換過(guò)濾器；⑷旋轉(zhuǎn)部件不平衡，停車做平衡檢查；⑸軸承磨損，更換。2、 軸溫低前軸承溫度太低，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起潤(rùn)滑油固化。原因如下：⑴軸密封間隙太大；⑵密封氣壓力偏低；⑶停車時(shí)冷氣體串流。3、 膨脹機(jī)進(jìn)口帶液進(jìn)口帶液，首先造成膨脹機(jī)“液擊”，極易打壞噴嘴葉片和工作輪，同時(shí)由于這時(shí)葉輪起了“泵”的作用，會(huì)使噴嘴出口壓力增高，加重止推軸承的負(fù)荷，可能引起軸承等零件的損壞。4、 膨脹機(jī)進(jìn)氣阻力增大分子篩粉末、霜雪等顆粒不斷積聚，堵塞機(jī)前通道，此時(shí)須停機(jī)加溫、吹除或?qū)ε蛎洐C(jī)解體及機(jī)前過(guò)濾器檢修。5、 膨脹機(jī)振動(dòng)變大⑴轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡被破壞（葉輪損壞、安裝不正確和葉輪上有凝結(jié)物等）；⑵工作轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子本身的固有頻率相近或相等而產(chǎn)生共振；⑶油膜厚度周期性變化引起的油膜共振；⑷增壓機(jī)或風(fēng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)器進(jìn)入喘振區(qū)工作而振動(dòng)。2.2.9維護(hù)說(shuō)明1、 噴嘴：只要通過(guò)的氣體是清潔的，即使噴嘴葉片表面的光澤變暗，也不會(huì)影響效率。如果氣體中含有少量的固體顆粒、二氧化碳及液滴時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生噴嘴葉片的磨蝕，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)凹坑，這樣就會(huì)使效率明顯下降，此時(shí)就必須更換噴嘴葉片，在空分裝置啟動(dòng)期間，最容易產(chǎn)生磨蝕，因此操作時(shí)應(yīng)特別注意。2、 膨脹機(jī)葉輪：由于和噴嘴葉片相同的原因，也可能造成對(duì)葉片進(jìn)口邊的磨蝕，如果磨蝕嚴(yán)重甚至出現(xiàn)凹坑時(shí)，必須更換葉輪。3、 膨脹葉輪和增壓葉輪輪蓋處的密封是易損件，密封齒的磨損將導(dǎo)致效率下降，如果密封齒發(fā)生明顯磨損就必須更換。4、 軸密封。軸密封在運(yùn)行中也會(huì)產(chǎn)生輕微磨損，如果磨損嚴(yán)重應(yīng)更換，否則會(huì)使冷氣損失增加，使膨脹機(jī)軸承溫度降低。5、 增壓葉輪，如果通過(guò)的氣體不干凈，將引起增壓機(jī)葉輪葉片磨損，嚴(yán)重時(shí)也會(huì)產(chǎn)生凹坑，和膨脹機(jī)葉輪一樣會(huì)引起平衡的破壞。必須注意無(wú)論是膨脹機(jī)葉輪或增壓機(jī)葉輪不能使用時(shí)，需要更換整個(gè)轉(zhuǎn)子，不能單獨(dú)更換單個(gè)葉輪。6、 油過(guò)濾器：如果發(fā)現(xiàn)油過(guò)濾器阻力明顯增加，就應(yīng)進(jìn)行清洗或更換濾芯。7、 軸承：軸承是高精度零件，不允許對(duì)其進(jìn)行任何修正。如果發(fā)現(xiàn)由于暫時(shí)超負(fù)荷或潤(rùn)滑不良引起軸承損傷，就應(yīng)更換軸承。8、 油冷卻器：一般每年進(jìn)行一次清洗，如果冷卻水不干凈，清洗次數(shù)還要增加。最后必須指出，維修裝配時(shí)，必須根據(jù)機(jī)型的不同，保證裝配間隙數(shù)值在相應(yīng)的規(guī)定范圍。2.2.10問(wèn)題解答1、 透平膨脹機(jī)為什么采用帶壓力的密封氣？透平膨脹機(jī)要求進(jìn)入膨脹機(jī)的氣體全部能通過(guò)導(dǎo)流器和工作輪膨脹，產(chǎn)生冷量。但是由于工作輪是高速轉(zhuǎn)動(dòng)的部件，機(jī)殼是靜止部件，低溫氣體有可能通過(guò)機(jī)殼間隙外漏。這使膨脹機(jī)總制冷量下降，同時(shí)增加冷損。此外，冷量外漏還可能使軸承潤(rùn)滑油凍結(jié)，造成機(jī)械故障。因此，必須采用可靠的密封。我單位采用迷宮式密封。當(dāng)氣體經(jīng)密封間隙時(shí)，壓力逐漸降低。泄漏量的大小取決于密封間隙的大小和兩密封間的差壓大小。如果密封空間越多，或外側(cè)的壓力越高，對(duì)每個(gè)密封間隙來(lái)說(shuō)，壓差越小，泄漏量也減少。因此將密封裝置分成兩段，在中間通入比周圍壓力稍高的壓力密封氣，壓力可為0.05?0.1Mpa（表壓）。這樣，一方面可減少低溫氣體的泄漏量，減少冷損，同時(shí)也可防止軸承的潤(rùn)滑油滲入密封處，進(jìn)入膨脹機(jī)內(nèi)。2、 透平膨脹機(jī)內(nèi)出現(xiàn)液體時(shí)有什么現(xiàn)象，有什么危害，如何處理？氣體在膨脹機(jī)內(nèi)出現(xiàn)液體時(shí)，溫度顯著降低。在膨脹機(jī)內(nèi)，溫度最低的部位是工作輪的出口處。如果在膨脹機(jī)內(nèi)氣體的溫度低于當(dāng)?shù)貕毫λ鶎?duì)應(yīng)的氣體液化溫度，則將會(huì)有部分氣體液化，在膨脹機(jī)內(nèi)出現(xiàn)液體。由于透平膨脹機(jī)工作輪的轉(zhuǎn)速很高，液滴對(duì)葉片表面的撞擊將加速葉片的磨損。更有甚者，液滴在離心力作用下，又被甩到葉輪外緣與導(dǎo)流器的間隙處。液體溫度升高，產(chǎn)生急劇汽化，體積驟然膨脹。由于膨脹機(jī)內(nèi)部汽化的氣體會(huì)對(duì)導(dǎo)流器出口的葉輪產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成葉片斷裂，因此在膨脹機(jī)內(nèi)是不允許出現(xiàn)液體的。當(dāng)膨脹機(jī)內(nèi)出現(xiàn)液體時(shí)，從機(jī)后壓力表可以看到指針在不斷的抖動(dòng)，間隙壓力大幅度升高，并產(chǎn)生波動(dòng)。為了防止膨脹機(jī)內(nèi)出現(xiàn)液體，只要控制機(jī)后溫度高于機(jī)后壓力所對(duì)應(yīng)的液化溫度。液化溫度與壓力有關(guān)，機(jī)后壓力愈高，對(duì)應(yīng)的液化溫度也愈高。實(shí)際控制的機(jī)后最低溫度比液化溫度高3°C以上。3、 膨脹機(jī)機(jī)后溫度過(guò)低如何處理？發(fā)現(xiàn)機(jī)后溫度過(guò)低時(shí)，首先應(yīng)找出造成機(jī)前溫度過(guò)低的原因，并采取相應(yīng)的措施。其中采用機(jī)前節(jié)流的方法是行之有效的方法。所謂機(jī)前節(jié)流是通過(guò)關(guān)小機(jī)前調(diào)節(jié)閥，以降低進(jìn)膨脹機(jī)前的壓力。經(jīng)節(jié)流后，機(jī)前溫度并沒(méi)有升高，甚至略有降低。但是，經(jīng)節(jié)流后，機(jī)前與機(jī)后的壓力差減少，使膨脹機(jī)對(duì)外做功的能力降低，溫降效果減小。對(duì)于低壓透平膨脹機(jī)，機(jī)前壓力每降低0.1Mpa，機(jī)后溫度可提高5C左右。4、 增壓透平膨脹機(jī)的性能有什么特點(diǎn)？增壓透平膨脹機(jī)是膨脹機(jī)直接帶動(dòng)增壓機(jī)，將輸出的外功轉(zhuǎn)換成氣體的壓力能，而增壓的氣體又供給膨脹機(jī)膨脹。增壓機(jī)與膨脹機(jī)互為依存關(guān)系：它們具有相同的轉(zhuǎn)速，相同的氣量，相同的功率（膨脹機(jī)輸出的功率全部傳遞給增壓機(jī)），增壓機(jī)出口壓力略高與膨脹機(jī)進(jìn)口壓力。因此二者的熱力參數(shù)應(yīng)互相匹配，膨脹機(jī)的單位制冷量（KJ/m3）等于增壓機(jī)的單位功耗。同時(shí)，膨脹機(jī)的制冷量還要滿足整個(gè)裝置的冷量平衡。對(duì)增壓機(jī)來(lái)說(shuō)進(jìn)口壓力p1等于空壓機(jī)的出口壓力；膨脹機(jī)的出口壓力p4接近上塔壓力，因此，膨脹機(jī)的壓比p3/p4要比增壓機(jī)的壓比p2/p1大得多，它能產(chǎn)生較大的單位功。但是，增壓機(jī)的功率效率比膨脹機(jī)的低，，需要消耗較多的單位功;并且，膨脹機(jī)的進(jìn)口溫度低，也使膨脹機(jī)的單位焓降可以減小一些。在允許的最高轉(zhuǎn)速以下，改變轉(zhuǎn)速n，不但使氣量按比例變化，同時(shí)增壓比也與轉(zhuǎn)速的平方關(guān)系變化，在增壓機(jī)所需功率減小的同時(shí)，也使膨脹機(jī)的制冷量減少，以維持輸出、輸入功的平衡。根據(jù)需要，還可對(duì)膨脹機(jī)前的進(jìn)氣進(jìn)行調(diào)節(jié)，以減小輸出功。5、透平膨脹機(jī)對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)有什么要求？透平膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速很高，軸承間隙小，對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)要求非常嚴(yán)格。潤(rùn)滑油一般采用32號(hào)透平油。除了油的牌號(hào)和指標(biāo)必須符合要求外，對(duì)油的清潔度也高。一般需要經(jīng)過(guò)二級(jí)過(guò)濾，過(guò)濾大于5Mm的微粒。為了有足夠的油量從摩擦表面帶走摩擦熱，并能形成穩(wěn)定的油膜，一般需采用壓力油強(qiáng)制連續(xù)循環(huán)潤(rùn)滑。進(jìn)潤(rùn)滑點(diǎn)的油壓應(yīng)符合規(guī)程。油壓過(guò)低應(yīng)自動(dòng)報(bào)警，并啟動(dòng)