透平膨胀机及发展动态_江楚标

专题综述

文章编号:1009-9425(2001)05-0001-09

透平膨胀机及发展动态

江 楚

(中国空分设备公司,

标

310004)

杭州市东新路152号

摘要 比较了国内外常规透平膨胀机的主要技术参数;重点介绍了国外带液透平膨胀机、全液体透平膨胀机、能量回收用透平膨胀机和磁悬浮轴承透平膨胀机的发展动态。

关键词:透平膨胀机;出口带液量;能量回收;磁悬浮轴承;动态中图分类号:TB653 文献标识码:A

Turboexpandersandrecentdevelopments

JiangChu-biao

(ChinaNationalAirSeparationPlantCorporation,152DongXinRoad,Hangzhou310004,ZhejiangProvince) Abstract:Thepapermakesacomparisonbetweenthemajortechnicalparametersoftheconventionalturboexpandersathomeandabroad.Ithightlightstherecentdevelopmentsintheworldconcerningturboexpanderswithcondensingliquid,andthosewithfullcondensingliquidturbineexpansionandenergyrecoveryandthoseusingactivemagneticbearings.

Keywords:Turboexpander;Amountofcondensingliquidatoutlet;Energyrecovery;ActiveMagneticbearing;Development

1 前言

透平膨胀机是低温法空分装置及气体分离和液化装置中的重要部机之一。空分装置流程的变革、发展和进步是建立在吸附器、换热器、膨胀机、精馏塔等主要部机的变革、发展和进步的基础上的,因此,透平膨胀机的变革、发展和进步必然会促使低温法空分装置、气体分离和液化装置等成套装置的变革、发展和进步。

向心径流式透平膨胀机这门技术可以追溯到1930年。透平膨胀机首先应用于空气分离工业,而后在1960年又被用于天然气工业。现在,透平膨胀机已不仅用于空气分离、天然气液化、乙烯冷箱、氢氦液化等低温装置中制取各种温度级的低温冷量,在国外还已广泛应用于余压、废热的能量回

收稿日期:2001-04-19

收。近几年,笔者就膨胀机的有关问题与ATLAS、

CRYOSTAR及LOTOFLOW等公司的专家进行过技术交流,对几种类型的透平膨胀机进行过询价,还得到了几篇这些公司赠阅的有关论文和介绍资料。笔者越来越感到我国透平膨胀机的设计技术水平、研究开发能力及应用领域与国外相比,存在着很大的差距。因此,尽管笔者只是从空分流程和液化设备的角度对透平膨胀机有所了解,而对透平膨胀机本身的设计制造技术知之甚少,但为了促进我国透平膨胀机的发展和进步,笔者还是想把我对国外透平膨胀机目前了解的一些情况介绍给读者,希望能对读者,尤其是对从事透平膨胀机研究开发和设计的同仁有所启发和帮助。由于笔者不是这方面的专家,信息不完整和错误恐所难免,望读者见谅。

作者简介:江楚标(1941- ),男,1965年春毕业于武汉机械学院制冷与深冷专业,本科,原任中国空分设备公司总工程师(退休留用),教授级高级工程师。

专题综述

2 国内外常规透平膨胀机的比较

这里把外压缩空分流程中出口为过热状态的增压透平膨胀机,以及某些内压缩空分流程中出口带一定比例液体的增压透平膨胀机,归入常规膨胀机之列。

外压缩空分流程中出口为过热状态的增压透平膨胀机,在我国已相当成熟,运行也很可靠、安全。与国外同类产品相比,其差距主要在以下两个方面:

第一个差距,膨胀机、增压机的效率与国外相近,主要是轴承损失比国外高。所产生的影响是在完全相同的产品要求的条件下,国产膨胀机的膨胀量要稍大于进口膨胀机的膨胀量。也就是说,采用进口膨胀机的空分装置的产液量或者氩提取率,比采用国产膨胀机的空分装置稍稍高一些,但差距不大。见表1。

表1 国内外常规透平膨胀机主要指标的比较

比较项目

膨胀机效率,%轴承损失,kW(注2)增压机增压比(注1)

国产膨胀机84~8812~36115~1165

进口膨胀机87~917~151160~1175

江楚标:透平膨胀机及发展动态

胀机,前几年又将带液量提高到14%左右(容积比)。表3是该公司1999年提供给新疆吐哈油田的

PLPT-562/6914-30型增压透平膨胀机的参数。

表2 配30000m3/h空分装置透平膨胀机的比较

国内某厂

比较项目

膨胀机

气量,m3/h进口压力,bar*进口温度,K出口温度,K增压比效率,%转速,r/min轴功率,kW

4208816400

383

*

国外某厂膨胀机

增压机

增压机

(A)

20300*9126519*165*1143*10316

290*9156343116282

20300*

91504519*165*1143*10210558842316

290*9180434515711662811520015

41112

出口压力,bar(A)

注:*询价时规定值。**1bar=105Pa。

表3 四川空分设备集团公司的带液透平膨胀机

项

介质

进口压力,MPa(A)进口温度,e出口压力,MPa(A)出口温度,e流量,kg/h

出口带液量(容积比)效率,%转速,r/min

7104-42103110-7517627122011397\8027440

\7427440

目

膨胀机

油田气

21991910316093612126666增压机

注1:这里的增压比是指增压量与膨胀量相等时的增

压比。如增压量与膨胀量不相等,则不可比。注2:膨胀机的轴承损失是指膨胀量\5000m3/h(标

态,下同)的膨胀机。

该膨胀机从1999年11月2日起在吐哈油田试车运行,于2000年1月6日由用户验收投产(其中经72小时满负荷运行验收合格)。机器运转稳定,振动小,仪控系统操作简单可靠,完全满足工

艺流程和现场生产的要求。

对某些内压缩流程空分装置和外循环氧、氮液化装置来说,带液透平膨胀机可以提高成套装置的效率,从而可降低单位产品的能耗。这类膨胀机,我国与国外同类产品相比,差距要更大一些。除了上面提到的两个差距外,还有一个更大的差距是出口带液量的差距。2001年3月笔者到美国LOTOFLOW公司考察和交流,该公司带液透平膨胀机对出口带液量的比例已没有任何限制。即当膨胀机进口为气体状态时,出口对液体量没有限制;当膨胀机进口为液体状态时,出口对气体量也没有限制。这一点,国内现在还做不到。这类透平膨胀机的规模也比国内要大得多。在车间我们看到了一台

第二个差距,是大膨胀量和增压量的膨胀机还缺乏业绩。这主要受30000m/h等级空分装置迟迟不能实现由国内设计成套而拖累的。根据国内三个主要厂家的设计技术水平和装备条件来看,实现30000m/h等级外压缩流程空分装置中增压透平膨胀机的国产化应该是没有问题的,膨胀机可以可靠安全地长期连续运转。当然,第一个差距会仍然存在。

表2是笔者为某厂做30000m/h(氧)外压缩空分流程的设计方案时,对其中的增压透平膨胀机所做询价结果的比较。

出口带一定比例液体的增压透平膨胀机,即带液透平膨胀机,四川空分设备集团公司有较多的业绩,积累了较多的设计制造和开车运转的经验。该公司从80年代初开发油田气丙丁烷(LPG)回收装置时,就研制开发出带液量[8%的带液透平膨3

3

3

l

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行费用可以节省更多,从投入产出比这个角度分析是非常合理的。以报价二为例,每度电以015元计,仅发电机回收功率年收入就达215@8500@015=91万元人民币,两年左右就可以回收全液体膨胀机的投资。而使用全液体膨胀机的收益主要体现在单位产品能耗的降低上,回收功率的收益只占其一小部分。

表5 国外公司对全液体透平膨胀机的报价参数

报价项目

液空量,m3/h

进口压力,bar(A)进口温度,K出口压力,bar(A)出口温度,K出口液体量,%

国外某厂

增压机

发电机回收功率,kW效率,%转速,r/min

从进口状态节流到出口压力时出口液体量,%

报价一31000601210117517995185100(轴功率)6515¹

752460094129

报价二86110

751881071861910015994142215º802100089157

正在装配的用于石油平台上乙烷回收装置用的高压透平膨胀机,功率约7000kW。据介绍,GE油气动

力系统公司(GEPowerSystemsoil&gas)一次就与该公司签订了300台各种规格此类膨胀机的合同。我们看到的还只是其中的第2台。这也许是LOTOFLOW公司2000年从ATLAS公司被卖到GE公司的一个原因,因为现在的母公司就是一个大客户。世界市场上60%天然气液化装置中配套的透平膨胀机,据说都是由LOTOFLOW公司提供的。表4是笔者为一套大型内压缩空分流程所做的设计方案中,对其中配套的增压透平膨胀机(介质为干空气)所做询价结果的比较。

表4 大型内压缩流程空分装置中配套

带液透平膨胀机之比较

国内某厂

比较项目

膨胀机

气量,m3/h

进口压力,bar(A)进口温度,K出口压力,bar(A)出口温度,K出口带液量,%效率,%转速,r/min轴功率,kW流量调节范围,%

60~110

*

增压机膨胀机

45000*\371882916*15118*

45000*

401752916*

313*

41105351153802300063919

6221760~110*

313*15118*

\381486142*6142*

~10114~34610113971680~82

\75

91486

注:¹用油制动,不带发电机。

º也可用油制动,此时价格可降低约314万美元。

全液体膨胀机可用于不同的液化循环中,如某些大型内压缩流程空分装置,大型氧氮液化装置、天然气液化装置和烃加工装置中,它可以改善液化流程。全液体膨胀机与焦耳)汤姆逊阀并联安装,在正常运行时取代焦耳)汤姆逊阀。据介绍,L.

Air、BOC、Linde、APCI等公司都已经在自己的低温装置上试验使用了全液体透平膨胀机。林德供宝钢的60000m/h内压缩流程空分装置原来也计划用全液体膨胀机代替焦耳)汤姆逊阀,后因种种原因,从原方案中被取消了。

全液体透平膨胀机和常规透平膨胀机一样,运行也是非常稳定可靠和安全的。因此,笔者认为在某些内压缩流程空分装置中以及在大型液化装置中,使用全液体膨胀机应该是一个方向。

3

注:*询价时规定值。

国外某厂的报价还给出了流量在60%和110%时的各参数值:流量在60%时,出口带液量为715%;流量在110%时,出口带液量为1013%。应该指出:国内厂家的报价参数也完全能满足本人的流程设计所规定的配套要求。因为在做流程设计时已考虑到国内外透平膨胀机在技术性能指标上的差距。当然,如果采用进口的带液透平膨胀机,单位产品的能耗指标会有所下降。

3 全液体透平膨胀机

在文献[1]中,我们对全液体透平膨胀机已作了一些介绍和分析。因此,这儿只给出笔者所做的两个大型内压缩流程空分装置中配套的全液体空气透平膨胀机国外两个公司的报价参数,见表5。

用全液体膨胀机代替节流阀,节省了相当一个比例的低温冷量,因此可以提高成套空分装置的效率。一次投资虽然增加了10多万美元,但长期运

4 能量回收用透平膨胀机

膨胀机不仅用于制冷,它还有另外一个很大的应用领域)))余压、废热的能量回收。国外的透平膨胀机专业制造厂,没有一个不把这后一个应用领域作为一个方向加以研究、开发和推广应用。

1970年前,透平膨胀机一直只用于低温法空气分离装置和气体装置。但就是从这个时候开始,

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LOTOFLOW等公司就将透平膨胀机引入了另一种应用领域,即能量回收。1972年,LOTOFLOW公司将透平膨胀机用于纸浆厂的热废气膨胀以产生电能;1974年,LOTOFLOW公司又将透平膨胀机用于朗肯循环;1975年,LOTOFLOW公司又推出了透平膨胀机的另一种用途,就是在降压站回收功率。

国外的能量回收用透平膨胀机,主要用于以下三个领域:余压回收;废热发电;地热发电。411 余压回收

天然气输气管线的压力,国外一般为5MPa到7MPa。城市配气站要把这个压力降低到1~115MPa后送入配气管网,到每个工业用户,这个压力还要进一步降低。降低压力的常规方法是,借助于压力调节装置和压力控制阀。在这种降压方法中,包含在高压气体里的潜在能量作为摩擦被消耗掉了。当差压很高时,焦耳)汤姆逊效应还会生成一些液体烃,为此还必须进行预热。

用透平膨胀机来降低压力,气体中的潜在能量就可以得到回收。但在一些应用中,也需要有较多的预热能耗。当达到足够的规模时,总的能量平衡是正的,可用于发电。图1是一个使用透平膨胀机

的常规降压站以及大致的能量平衡关系。

[2]

3

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百万m/h(20e、101325Pa)

。

图2 降压站回收的功率

降压站所产生的冷量在低温装置中可以被利用,例如可作为压缩机中间冷却器和末级冷却器的冷媒。

前已提到,天然气输气管线上余压回收透平膨胀机的出口温度要求高于0e,以防止冰的出现使膨胀机损坏。为此,要求膨胀机进口要有一定的温度。在进口温度达不到要求时,要先对天然气进行加热,加热要消耗一部分能量。表6是两种这样的实例数据。

表7是在技术交流时外国专家提供的天然气降压站能量回收的几个实例。

表6 天然气余热回收站的能量平衡

项 目

流量,m3/hP1,bar(A)P2,bar(A)最大回收功率,kW加热费用,美元/年产生的电能收入,美元/年投资回收期,年

站14500055171300124000528000315

站2180000551062005850002681000115

[3]

V)节流阀 H)加热炉 E)膨胀机 G)发电机

图1 余压回收用透平膨胀机及大致的能量平衡关系

表7 天然气降压站能量回收实例

用 户天然气分子量膨胀机进口压力,P1

膨胀机进口温度,T1膨胀机出口压力,P2膨胀机出口温度,T2流量发电量,kW 注:

土耳其1715840psia150u400psia67u150000磅/时1600¹

丹麦1865bar(A)80e27bar(A)17e60000kg/h1750º

台湾高雄

1860kg/cm2(A)

120e20kg/cm2(A)

55e120000kg/h4500

设置加热炉的目的是使透平膨胀机出口气体的温度高于0e,避免固体冰析出,以保护膨胀机。在一些不含水但含CO2的带压原料气的余压回收装置中,则在确定膨胀机的设计参数时要使得膨胀机出口CO2不会变成干冰析出,以保护膨胀机。我国已引进过这后一类型的能量回收装置,因操作不慎,曾发生过叶轮被打坏的事故。

图2给出了典型情况下输出的能量与天然气流量之间的关系。图中P1、T1为天然气的入口压力和入口温度,P2为出口压力,气体流量MM是[2]

¹用于30MW发电站的能量回收,能量回收率为

5%。

º共分三级膨胀回收电能,压力为65y27y11y

5bar(A),总发电量为5000kW。表值为一级回收站参数。

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的能量可以用来驱动使反应器加压的空气压缩机,还可以回收排出气体中有价值的化工产品,并减少环境污染。在某些情况下,这种有价值的化工产品的回收比回收能量更有价值

[2]

412 废热回收

废热回收有两种方法,即直接回收法和间接回收法。当废热气体同时有余压时,可直接用来膨胀;当废气有余压无温度时,可先加热后膨胀,这也是直接回收法。当废气只有废热而无余压时,要使用间接回收法。

间接回收法废热回收所使用的循环实质上是制冷循环的反循环,见图3

。

。

关于废热回收,笔者在1999年曾经将从玻璃设计院得到的一组废热气体的数据请LOTOFLOW公司算一下可以回收的能量,这组数据是:

进回收装置的废气量:43000m/h进回收装置的废气温度:360e要求出回收装置的废气温度:\150e废气比热:T=200e时 CV=01327kcal/m#e

T=350e时 CV=01333kcal/m#eT=400e时 CV=01334kcal/m#e

LOTOFLOW公司返回给笔者的膨胀机参数见表8。

333

3

E)膨胀机 G)发电机 C)冷凝器P)加压泵 H)废热气体加热器

表8 废热回收透平膨胀机参数

项

目

方案一32204143118139140400003900051585565

方案二32320

3118265400004600051585800

图3 废热回收循环

工质进口压力,bar(A)

间接回收法废热回收循环是一种有机朗肯循环(ORC循环)。这种循环要使用一种低压可冷凝的有机流体,这种流体(工质)在状态点2可被冷却水冷凝成液体。然后,用泵加压到压力P3,这个压力应使工质在废热气体加热器中能被要回收能量的废热气体加热到略呈过热状态的气体(状态点4)。然后,将该过热气体送入能量回收透平膨胀机中,膨胀到可以被冷却水冷凝成饱和或略呈过冷液体的压力(状态点2)。如此不断循环,在发电机中产生电能外输。

这种有机流体的选择取决于循环的温度,它应该有最佳的回收率并始终保持稳定。这种工作流体还必须是没有腐蚀性的和无毒的。这种流体的热交换效率会影响到换热设备的尺寸和投资,而它的等熵焓降会影响到膨胀机的尺寸和投资。

废热回收系统的应用领域有:液化天然气脱甲烷塔底部的热量,压缩机排出气体所产生的热量,在非低温装置如烟道气排出的能量,玻璃厂、炼铁厂的排出气体,以及乙醇装置、中央空调、木材干燥、太阳能和地热发电站等等。

一般来说,从化工装置放热反应器排出的混有化工蒸汽的热气体中都含有大量的能量,应用透平膨胀机来回收这种废弃的能量是可能的。被回收来

工质进口温度,e

工质出口压力,bar(A)工质出口温度,e工质流量,磅/时膨胀机转速,r/min膨胀机叶轮直径,英寸效率,%回收功率,马力

LOTOFLOW在确定上述透平膨胀机参数时,已初步考虑了膨胀机工作流体加热器的尺寸和造价,即已考虑到了成套装置的性能价格比。413 地热发电

[4]

利用透平膨胀机回收地热能量始于1970年。从那时起,一些工程公司已经对回收地热能量的工艺流程设计作了很多的改进。透平膨胀机制造厂也发展了他们的技术,使这种膨胀机有了几个专门的特色以满足地热能量回收的需要。

地热能量是一种能源,它的可靠性和在环境方面的优点要高于其它的常规能源。地热能是一个国家自己的能源,因此它与国际间的竞争和冲突没有关系,它既可以供应能源,又可以减少对外部能源的需求。在我国,只有极少一部分的地热能源得到了利用(如西藏羊八井)。

地热能是少数几种可再生热能中的一种,它来

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自地壳深处并有以下几种存在形态:热液体、地能、热干岩、岩浆和地压等。热液体和地能在某种程度上已得到了利用。其它几种形式的地热能量尽管有巨大的潜在资源,但到目前为止还不能经济的加以开发利用。

热液体能量用于发电有两种流程。一种是二元循环,另一种是闪蒸蒸汽流程。二元循环发电装置利用热盐水加热工作流体,然后由工作流体驱动与发电机连在一起的膨胀透平,见图4。冷却后的盐

水再泵回地下。

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闪蒸蒸汽发电装置则直接利用热盐水。热盐水开采出来后,闪蒸成蒸汽和盐水。蒸汽去驱动与发电机联在一起的蒸汽透平,盐水和冷凝后的蒸汽则被泵回地下。这个循环不需要使用透平膨胀机。

表9是1997年统计的世界各地用热液体这种能源来发电的情况。

国外用于地热回收的透平膨胀机的最大功率已达到20000马力。

除了上述几种能量回收的途径外,美国还建立了一个海洋热能回收的模型机做试验研究,利用海平面与海洋深部海水的温差,通过有机朗肯循环来发电。

表10是美国一地热回收装置的数据。

表10 美国某地热回收装置数据

膨胀机进口压力,P1膨胀机进口温度,T1膨胀机出口压力,P2膨胀机出口温度,T2流量发电量

515psia300u40psia145u1100000磅/时11000kW

5 图4 朗肯循环地热发电装置表9 各国热液体发电能力统计表

单位:兆瓦

国家阿尔及利亚澳大利亚中国哥斯达黎加萨尔瓦多法国希腊*冰岛印度尼西亚意大利日本肯尼亚墨西哥新西兰尼加拉瓜菲律宾葡萄牙俄罗斯中国台湾土耳其美国

1990年0167019120954120441644175545214164570028312358913110132016277416

1995年0167

01172817855105412049143091756311741317457532863511915110132016281617

2000年

早在1980年,CRYOSTAR公司就与一家磁轴承制造商结成伙伴关系,开发了采用磁悬浮轴承的增压透平膨胀机。随后进行了广泛的试验和运转,于1988年推出了工业用生产装置。现在,磁悬浮轴承透平膨胀机在国外已有长足的发展。1999年12月笔者与CRYOSTAR公司进行技术交流时,

81170165

[5]

该公司的专家告诉笔者,他们厂已生产磁悬浮轴承透平膨胀机75台,最小功率300kW,最大功率4MW。膨胀机效率实测92%,增压机效率为86%。采用闭式整体叶轮,用五轴加工中心制造,材质为高强度铝合金,最大圆周速度可达400m/s。

2001年3月笔者到LOTOFLOW公司访问考察,接待我们的REZAAGAHI博士告诉我,LOTOFLOW公司的磁悬浮轴承透平膨胀机最大功率已达到13000马力,转速达7000r/min,用于石油平台上的乙烷回收装置。最小的磁悬浮轴承透平膨胀机功率为100kW。在车间,我们看到了正在装配的磁悬浮轴承透平膨胀机和它的控制箱。AGAHI博士很明确地告诉笔者,磁悬浮轴承透平膨胀机是今后透平膨胀机的发展方向。

108085660096044019451101253395

注:*希腊已关闭一台2兆瓦的试验性装置。

l

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某个电磁铁的供电电源增大或者减小。

如上所述,磁悬浮轴承透平膨胀机设置了两道保护:当供电电源突然停电时,由UPS不间断电源供给电力;当UPS也不能供应足够的电力时,则在辅助抗摩擦轴承的帮助下实现安全停车(见图5)。

磁悬浮轴承透平膨胀机与常规的油轴承透平膨胀机相比,有以下优点:

(1)磁悬浮轴承透平膨胀机不需要润滑,没有油泵、油过滤器、油冷却器等组成的供油装置,对过程气体没有任何污染,因而对后续设备(如换热器等)无任何威胁。

(2)磁悬浮轴承透平膨胀机对转子的动平衡要求,低于常规油轴承透平膨胀机对转子动平衡的要求。即使转子在工作中有一定程度的局部损坏而影响了转子的动平衡,也可以通过控制系统改变某个位置的磁力使其保持正常运行。

(3)磁悬浮轴承透平膨胀机与油轴承透平膨胀机相比,由于磁轴承降低了功率损失,不需要供油装置,再加上不损失工艺气体,因此可改善循环的

[5]

效率,见表11。

表11 两种轴承透平膨胀机气体动力学效率之比较

轴承型式

转速,r/min产生的冷量,kW轴承损失,kW用于压缩的功率,kW

油轴承2800082326797

辅助设备之比较

冷却水功率,kW油加热器功率,kW油泵功率,kW总的辅助功率,kW

141520

总 功 率

用于压缩的功率,kW循环效率的改进

777

占地面积和重量

重量,kg

占地面积长@宽@高,m

6500

1500816511%0000磁悬浮轴承280008237816

[5]

据介绍,LOTOFLOW公司已经完成了30000马力能量回收用磁悬浮轴承透平膨胀机的技术储备。

图5

是磁悬浮轴承透平膨胀机的示意图。

图5 磁悬浮轴承透平膨胀机

透平膨胀机的一端是膨胀机叶轮,另一端是增压机叶轮。由两个叶轮和轴组成的转子,由每一段的径向磁悬浮轴承和一个中间的止推磁悬浮轴承所支承。为了防止在磁轴承失去磁性时刮伤迷宫密封,以及在主电源和返回式电池电源都失电时能保护设备,在轴的两端还安装了一个抗摩擦轴承。这些轴承用从膨胀端和压缩端漏入中间室的气体冷却。冷却了磁轴承后的气体,再用管路送回主供气压缩机或者循环压缩机。因此,在这个过程循环中没有气体损失。

磁悬浮径向轴承由两个部分组成:固定在透平转子轴上的电磁铁和在它周围的定子。借助于固定的电磁铁,由黑色金属制成的转子可以在磁场中被支承起来。如果在定子和转子之间建立起一个小的空气隙并对电磁铁施以恰当的电力控制,则转子可在负荷变动的情况下维持精确的位置。

磁悬浮止推轴承由一个扁平的实心铁磁体盘组成,径向装配在轴上,在轴向固定。轴向磁悬浮轴承的定子用实心环形铁心制成,并加工了一些环形凹槽,用来嵌入电磁铁的配线线圈。把定子在两端定位后就形成了一个双作用推力轴承。

控制系统在理论上是简单的,但在电子学上是较复杂的。电磁铁接受正在指示轴位置的传感器的讯号,并和与转轴的标准位置(径向和轴向)相对应的讯号进行比较。这两个讯号之间的任何偏差都产生出一个误差讯号。在控制回路中对这个误差讯号进行加工后,会发出一个命令给功率放大器,使

318@214@313116@114@313

(4)磁悬浮轴承透平膨胀机启动方便,容易保

管维护,可靠性好。据介绍,其可靠性或年运行可靠率超过9919%,其中很多装置的年运行可靠率实际上是100%。

据AGAHI博士介绍,目前用于空分装置的磁

专题综述

悬浮轴承透平膨胀机的造价要比常规油轴承透平膨胀机的造价约高15%,而用于LNG装置中的磁悬浮轴承透平膨胀机的造价,则要比常规油轴承透平膨胀机的造价低约15%。他没有解释造成这种差异的具体原因。另外,他还提到,磁悬浮轴承的轴承损失现在可降低到0。

在国外,透平膨胀机生产企业不设计制造磁悬浮轴承。磁悬浮轴承均由专业生产厂根据透平膨胀机设计制造厂家提出的条件和要求进行设计和制造供货。

在国外,磁轴承已用于离心压缩机、汽轮机、水泵,以减少轴承损失,提高机器的效率。

江楚标:透平膨胀机及发展动态

象里,该院的PSA研究、开发和试验过程,不是/八年抗战0,而是/十年抗战0。正是由于这种不屈不挠、坚持不懈的劲头和实事求是的科学态度,最终使西南化工研究院PSA技术在国内已多年手执牛耳,取得了极大的经济效益和社会效益。613 加强能量回收透平膨胀机的开发与应用

能量回收用透平膨胀机,笔者认为在我国有极其广阔的市场,有极为良好的发展前景。我国的能源利用率较低,比发达国家要低10多个百分点,或者说生产同样的产品,我国的能源消耗要比发达国家高1/4左右。除了工艺技术方面的差距外,能量回收方面的差距也是一个重要的原因。据报道,美国加利福尼亚州12%的电能为再生能源发电。在我国的钢铁、化工、玻璃等生产企业中,有不少可供利用的余压和废热,将它们的潜能通过能量回收用透平膨胀机加以回收利用,不仅可以提高我国工业产品的能源利用率,得到可观的绿色能源,而且还可以减少对环境的污染,回收有价值的化工产品。我国已把可持续发展战略提到重要的议事日程,笔者认为能量回收用透平膨胀机的开发和应用,是完全符合可持续发展战略的要求的,因此必定会具有强大的生命力。

能量回收用透平膨胀机的开发和应用,还需要得到国家政策的鼓励和扶持。当前我国的电力投资体制是垄断性的,如果能量回收用透平膨胀机发出的电力不能上网或被压价上网,这个极有利于国计民生的产业就不能催生和发展。对这个问题笔者也专门请教了国外的专家,美国专家告诉笔者,美国的环保和能源政策规定:企业不得向大气排放带有热量的废气;美国政府鼓励发展从余压、废热中回收能量用于发电,称这种电能为/绿色能源0,规定要优先使用这些绿色能源;其上网电价可以略高于发电厂的上网电价;宁可关闭电厂,也要优先使用这种/绿色能源0。美国及西方国家的这种政策鼓励,鞭策和促使企业去利用余压、废热,以保护环境,提高能源利用率,讲究社会效益,促进可持续发展。

614 要主动发展透平膨胀机产业

我国透平膨胀机的设计、开发和生产,主要依附于成套空分装置和其它气体设备的发展,没有形成一个独立的产业。个人认为,透平膨胀机要跳出这个框框,去主动发展,并反过来促进成套空分装

[6]

6 结论和随感

611 与国外存在较大差距

除常规外压缩流程空分装置中配用的透平膨胀机,我国国内水平与国外水平差距不大外,其它各种膨胀机国内外存在着很大的差距:带液透平膨胀机的出口带液量,国外已无限制,我国只能达到一定的带液比例;在效率、增压比、轴承损失等方面也存在着一定的差距;全液体透平膨胀机、磁悬浮轴承透平膨胀机,我国至少在我们空分行业内还是空白;能量回收用透平膨胀机,据了解国内曾生产过利用余压的透平膨胀机,但具体情况不太清楚。常规外压缩流程空分装置中配用的透平膨胀机与国外相比,也还存在着一定的差距:轴承损失较大,大容量透平膨胀机还缺乏实际运转的业绩。但笔者相信,我国已具备设计制造这种大容量透平膨胀机的能力,并且能长期稳定地安全运转。612 要咬住有发展前景的新技术、新产品不放

对有发展前景的新技术、新产品应加大投入,咬住不放。在笔者的印象里,杭州制氧机研究所在70年代就已开始用于能量回收的有机朗肯循环中透平膨胀机的研究,起步应该说是很早的,也是很有远见的。但为什么后来就无声无息了呢?这一点值得我们深思,特别值得企业的领导者深思。磁悬浮轴承透平膨胀机国外在1980年就已开发成功,但因容量有限、价格昂贵及市场原因,进一步的开发工作曾一度受阻和停止,直到1988年重新引入了大型装置的概念,又立即得到了极大的重视和发[5]

展。这时笔者又想起了西南化工研究院开发PSA工艺的过程,当时笔者在四川空分设备厂工作,因工作关系曾数次去过西南化工研究院。在笔者的印l

江楚标:透平膨胀机及发展动态

专题综述

[3]R.

R.AGAHI,H.

MOSER.

IntegrallyGearedand

IntegratedTurbineGeneratorEnergyRecoveryforHighPressureNaturalgas

[4]RezaR.AGAHI,MIKET.ALLEN.GeothermalEnergy

RecoveryUsingTurboexpanders.GeothermalPowerinASIA/970,1997年2月

[5]B.KEENAN,KLAUSREUTER.TheDesign,Experience

andEconomicAdvantageofCryogenicTurboexpanderswithActiveMagneticBearings.AmericanSocietyofChemicalEngineersEighthCryogenicsIntersocietySymposium(1991)[6]六部门组织全国节能宣传周活动.人民日报,2000-10-25(2)

Congress

of

置和其它气体设备的发展。同时要坚决抛弃大而全、小而全的观念和思路,走专业化生产协作的路

子。这样可以收到事半功倍、互相促进的良性互动循环,以争取时间,尽快缩小我国与国际先进水平之间的差距。

参考文献:

[1]江楚标,陈明敏.内压缩流程与外压缩流程空分装置

能耗的比较.深冷技术,2000(3):1~4

[2]R.AGAHI,B.ERSHAGHI.ExpansionTurbineinEnergy

Recovery

Applications.

Ø

th

International

Refrigeration,1991

xxx

川空通过GC2级压力管道安装资格认证审查

国家质量技术监督局于2000年7月发布了5压力管道安装单位资格认可实施细则6,四川空分设备集团有限责任公司所属安装公司作为主要从事压力容器和压力管道安装的单位,取得资格认可成了当务之急。2000年10月向四川省质量技术监督局申请GC2级压力管道安装资格,并着手体系文件、管理文件、竣工资料、设备库房等整顿工作。11月份,四川省质量技术监督局下发了受理通知书。12月四川省锅炉压力容器检验所进驻川空集团安装公司进行/GC2级压力管道安装资格申请0条件初审。2001年川空安装公司经过3个多月的一系列整改工作通过了第二次复评。5月向四川省质量技术监督局提出联审申请,7月向四川省锅检所提交了整改计划和整改报告。2001年7月25~26日,由四川省质监局、省锅检所、资阳市质监局组成的联审组在川空安装公司进行了联审,并对前两次评审进行了检查。联审组一致认为川空安装公司已经具备了GC2级压力管道安装条件。

该资格证书的取得,表明川空集团公司安装公司获得了压力管道安装领域的/通行证0,为进一步拓展市场,规范管理,提高效益打下了良好的基础。

(641400 四川简阳)

四川空分设备集团有限责任公司技术中心 孙文元

气体深冷分离工培训中心在开封成立

据2001年7月21日5中国化工报6记者武验、通讯员王令聊报道,我国首家专门从事气体深冷分离工培训的机构)))河南气体深冷分离工培训中心近日在河南开封成立。该中心培训的主要对象是全国气体深冷分离工和制氧工。这一中心的成立对我国冶金、石化、能源、环保等基础工业的发展具有特别的意义。

空气分离设备是应用低温技术将空气液化,然后精馏提纯得到工业使用的氧气、氮气、氩气及其它稀有气体的大型成套装置,是冶金、石化、能源、环保等基础工业必不可少的关键设备。同时空分技术属高新科技,空分设备在基础工业中属集中供气的核心装置,结构复杂,技术先进,成套性强,自动化程度高,且助燃易爆。一旦空分设备出现问题,往往造成全厂停产的严重事故,所以对操作人员的专业知识和技术水平要求都相当高。近20年来,每

隔3)5年就有空分新技术出现,就要更新换代,其技术含量越来越高。

目前,我国多数企业仍在沿袭过去师传面授的传统培训方法,造成许多生产隐患。目前全国拥有大中型空分设备1000多套,小型3000多套,操作人员有数十万之多,已形成一种特殊的岗位。

该中心是在开封空分设备厂职工大学与开封大学联合的基础上,经河南省劳动和社会保障厅批准成立的,对全国气体深冷分离工和制氧工可以进行初级、中级、高级、技师四个等级的培训,河南省劳动和社会保障厅授权该校发放气体深冷分离工职业资格证书。这标志着我国空分设备的管理和操作人员培训将走向规范化,操作人员经考试合格后持证上岗。

(本刊)

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