翁 陽

(中韓(武漢)石油化工有限公司，湖北 武漢 430000)

液力透平能量回收裝置把流體壓力能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能或電能，工作過程是高壓液體作用于透平輪，產(chǎn)生軸的輸出功率，來驅(qū)動(dòng)其它耗能機(jī)械。EOEG裝置C-115壓力約為1.7MPa，其中EO吸收段和CO2吸收段液體去往C-220和C-310，其壓力均接近常壓，EO吸收段富吸收水進(jìn)入液力透平PT-312B，為汽提塔底泵P-310B和循環(huán)水泵P-312B提供部分動(dòng)力，以回收液體能量；CO2吸收段富碳酸鹽進(jìn)入液力透平PT-220B為P-220B提供部分動(dòng)力，本文主要以PT-312B為例。

1 液力透平的原理及結(jié)構(gòu)

1.1 工藝流程

來自洗滌器段底部的富環(huán)氧乙烷循環(huán)水，先經(jīng)過換熱器對(duì)原料氣進(jìn)行冷卻。然后循環(huán)水再進(jìn)入水力透平，該水力透平通過其中串聯(lián)的循環(huán)水泵和洗滌塔泵的電機(jī)提供部分動(dòng)力。

1.2 PT-312B原理及布置

PT-312B選用BB2型反轉(zhuǎn)泵做液力透平，輸送介質(zhì)為含ω(EO)=3%的水溶液，壓力1.86MPa富循環(huán)水從入口進(jìn)，推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)通過軸向外輸出功率，做完功后壓力降為0.78MPa從出口排出，操作流量1215 m3/h，采用分程控制方案，設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥和旁通閥，控制EO吸收段的液位，溶液流經(jīng)液力透平來回收能量，為泵提供部分動(dòng)力，如圖1所示，透平布置在機(jī)組的外端，然后連接離合器、泵和電機(jī)。

圖1 透平布置圖

表1 透平設(shè)計(jì)參數(shù)

1.3 透平的型式

PT-312B采用API610/BB2系列臥式、兩端支撐、徑向剖分、雙渦殼單級(jí)雙吸葉輪離心泵作為液力透平結(jié)構(gòu)型式，可輸送帶固體顆粒的腐蝕性或強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)、液化石油氣和其它易燃、易爆或有毒的介質(zhì)，如圖2所示。

泵出口作為液力透平的入口，泵入口作為液力透平的出口，操作參數(shù)如表1。

圖2 透平泵結(jié)構(gòu)圖

1.4 聯(lián)接傳動(dòng)裝置

1.4.1 超越離合器

透平輪軸與泵軸之間設(shè)有超越離合器。超越離合器是機(jī)械式的單向離合器，如圖3所示。

圖3 離合器示意圖

離合器聯(lián)接的特點(diǎn)是可控制轉(zhuǎn)速，保持透平穩(wěn)定，拆裝簡便靈活；但效率與同軸直聯(lián)相比相對(duì)較低。

離合器由凸輪軸、外環(huán)、保持架和彈簧-銷機(jī)構(gòu)等主要零部件組成。凸輪部分可以做成凸輪軸或者凸輪環(huán)的形式，為便于加工，因此凸輪部分一般做成凸輪軸。凸輪軸上具有一段棱邊數(shù)與滾柱數(shù)目相等的正多棱柱，多棱柱的棱面上制造出用于離合器裝配的凹槽。一系列滾柱通過保持架定位于凸輪軸上，而彈簧銷機(jī)構(gòu)在保持架上作用一個(gè)恒定力矩，迫使?jié)L柱在任何情況下都與凸輪面、外環(huán)保持接觸。當(dāng)凸輪軸相對(duì)外環(huán)朝正向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾柱就被楔緊在凸輪軸和外環(huán)之間，使零件結(jié)合成一個(gè)整體，此時(shí)離合器處于楔合狀態(tài)。如果凸輪軸相對(duì)外環(huán)反向旋轉(zhuǎn)，滾柱就從楔合狀態(tài)脫開，并在外環(huán)和凸輪軸的滑動(dòng)面上滾動(dòng)或滑動(dòng)，此時(shí)凸輪軸與外環(huán)分離，離合器不承受扭矩，處于超越狀態(tài)。

1.4.2 超速保護(hù)裝置

設(shè)置超速保護(hù)設(shè)施，來保證水力透平能在所有規(guī)定操作條件下，轉(zhuǎn)速達(dá)到其飛逸轉(zhuǎn)速時(shí)而不至于損壞。這種超速保護(hù)設(shè)施可以提供給操作者一個(gè)超速報(bào)警信號(hào)，超過規(guī)定轉(zhuǎn)速時(shí)立即連鎖關(guān)閉透平入口閥。

1.5 密封形式

環(huán)氧乙烷為易燃易爆的有毒液體，沸點(diǎn)10.7℃，閃點(diǎn)-17.8℃，爆炸極限體積分?jǐn)?shù)為3%～100%，溫度高于40℃時(shí)開始聚合，環(huán)氧乙烷為強(qiáng)麻醉劑，能引起急性中毒和慢性中毒，由于介質(zhì)中ω(EO)=3%，不允許泄漏到空氣中，采用API682第三版plan53B強(qiáng)制循環(huán)密封液的雙端面密封，密封流程圖如圖4所示，運(yùn)行時(shí)加壓的隔離液通過泵內(nèi)部的泵送環(huán)進(jìn)行循環(huán)，隔離輸送介質(zhì)確保其不向外泄露，蓄能器維持隔離液壓力，及時(shí)補(bǔ)充輕微泄露造成的壓降，當(dāng)發(fā)生大量泄漏時(shí)，隔離液的壓力迅速下降，檢測變送器報(bào)警操作人員可迅速采取措施，極大地保證了安全性。

包括有氣囊式蓄能器、散熱器以及壓力、溫度測量監(jiān)控系統(tǒng)，還配備有手動(dòng)補(bǔ)液系統(tǒng)。包含補(bǔ)液箱和手動(dòng)泵，這種形式結(jié)構(gòu)簡單，操作便利，如圖5所示。

圖4 PT-312B PLAN53B密封流程圖

圖5 配備手動(dòng)泵和補(bǔ)液箱的PLAN53B

2 操作與控制

2.1 設(shè)備檢查確認(rèn)

檢查機(jī)械密封流程正確，冷卻水管路通暢，潤滑油油質(zhì)、油位正常，離合器的手柄由“LOCK”位切換到“FREE”位，并鎖緊手柄，泵系統(tǒng)的倒淋閥、排氣閥關(guān)閉，盲板位置正確。

2.2 儀表聯(lián)鎖與工藝流程檢查

與儀表專業(yè)工程師確認(rèn)泵聯(lián)鎖及遠(yuǎn)程儀表完好。泵進(jìn)出口管線倒淋、排氣閥關(guān)閉，盲板位置正確，全開泵出口手閥，全開泵進(jìn)口手閥。

2.3 設(shè)備操作

(1)開泵：慢慢開透平入口閥門，然后慢慢關(guān)閉旁路閥，保持大部分物料走透平，少部分物料去旁路。期間觀察泵的轉(zhuǎn)速，泵速控制在1493r/min，控制好液位。

(2)停透平泵泵：慢開旁路閥，同時(shí)慢關(guān)透平入口閥，直至全關(guān)透平入口閥，期間控制好塔的液位,。泵停穩(wěn)后，離合器的手柄由“FREE”位切換到“LOCK”位，并鎖緊手柄。。

2.4 緊急處理

(1)如檢查發(fā)現(xiàn)泵運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)異常，通知內(nèi)操正常停泵。如果遇到緊急情況，現(xiàn)場緊急拍停透平泵。

(2)P-312B聯(lián)鎖停車時(shí)，透平入口閥會(huì)自動(dòng)快速關(guān)閉，此時(shí)快速通過旁路閥調(diào)整塔的液位。

2.5 性能曲線

圖6 液力透平相對(duì)流量-效率曲線

當(dāng)流量從0到滿負(fù)荷的過程中，流體逐漸克服內(nèi)部摩擦損失，并向外部提供能量，轉(zhuǎn)折點(diǎn)在設(shè)計(jì)流量的40%即486m3/h時(shí)，開始對(duì)外輸出功率，到達(dá)設(shè)計(jì)流量時(shí)達(dá)到最大效率，如圖6所示。

3 維護(hù)與保養(yǎng)

(1)軸承溫度

正常運(yùn)行中的軸承溫度允許值不高于70℃。若軸承溫度偏高，除軸承的制造和檢修是否有問題以外，潤滑油的質(zhì)量和供油量是主要原因。

(2)振動(dòng)

引起水力透平振動(dòng)的原因很多，例如對(duì)中不良，轉(zhuǎn)子不平衡，工藝系統(tǒng)波動(dòng)，軸承故障，地腳螺栓松動(dòng)等。如果出現(xiàn)振動(dòng)，應(yīng)對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行分析，查出導(dǎo)致振動(dòng)的主要原因，進(jìn)行消除。

(3) 沖洗

要保證沖洗液管道暢通，壓力大于1.15MPa，壓力低時(shí)及時(shí)補(bǔ)液保證有充裕的冷卻沖洗液量，以延長機(jī)械密封的使用壽命。

4 回收壓力能功率

透平入口流量1215m3/h，溫度63℃，壓力1.86MPa，出口壓力0.78MPa，查得63℃水溶液的密度972kg/m3,則根據(jù)伯努利方程得：

(1)

式(1)中：Z1、Z2分別是透平進(jìn)出口水平高度；P 、P 分別是透平進(jìn)出口介質(zhì)壓力；Σhf為流體經(jīng)過閥門損失的能量，J/kg；U1 、U2分別是進(jìn)出口流體速度。

入口10",出口12"，則U1=6.75m/s,U2=4.75m/s；

進(jìn)出位置高度相等，則Z1 =Z2；

帶入以上數(shù)據(jù)統(tǒng)一量綱后得：

Σhf=1122.6J/kg；

損失總功率：Ne=Σhf×Ws

(2)

Ws =1180980kg÷3600s=328.05kg/s

因此，Ne=Σhf×Ws

= 1122.6 J/kgX328.05kg/s = 368.27kW

水力透平工作效率取0．78(根據(jù)設(shè)計(jì)廠家數(shù)據(jù)) ；

實(shí)際輸出軸功率Pt=368.27 X0.78=287.3kW

5 結(jié)語

液力透平能量回收裝置廣泛應(yīng)用于石油化工、冶金、廢水處理及海水淡化等行業(yè)的生產(chǎn)過程中，EOEG裝置采用水力透平回收富循環(huán)水壓力能，為泵提供部分動(dòng)力，安全可靠，具有一定經(jīng)濟(jì)效益，按一年工作時(shí)長4000h，可節(jié)約用電量115萬kW·h，在當(dāng)下大力提倡節(jié)能環(huán)保的情況下，事實(shí)證明該項(xiàng)技術(shù)是化工企業(yè)節(jié)能降耗的有效途徑之一。