文章编号：１００９．９４２５（２０。１）【）４一００２０—０４
１００万ｍ３／ｄ、７．０ＭＰａ天然气膨胀机的研制
闰
家
义
四川空分设备【集团）有限责任公司低温机械公司，四川省简阳市建设路２８９号６４１４００］
摘要
简要介绍了１００万ｏ／ｄ、７ＯＭＰａ天然气膨胀机的技术参数及要求和针对主要技术难
点所采取的有效措施。同时，简要介绍了厂内试车及用户现场调试运行情况。
关键词：是然气膨胀机；高压；大带液量中图分类号：ＴＦ９６４
文献标识码：Ａ
ＤｅＶｅＩｏｐｍｅｎｔｏｆ
ａ曲ｔｕｒａｌｇ嬲ｅｘｐ锄ｄｅｒ１咖∞帅ｍ３／ｄａｙ
ａｔ
ｗｉｔｌｌ
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ｃａｐａｃｉｔｙ
ｏｆ
７．ＯＭＰａ
ＹａｎＪｉａ—ｖｉ
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Ｃ竹耐ＨＤ０，ｓ记＾ｍｎ胁ｉ，Ⅻ）
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ｌｎ
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ａ
ｓｏｌｖｅｔｈｅｃｄｔｉｃａｌｔｅｃｈｎｉｃａｌｐｍｂｌｅｍｓ
ｔｈｅｓａＨｌｅ＇ｉｍｅ，ｔｈ８ｐ８ｐｅ７百Ｖｅｓ
ｃｕｓｔｏｍｅｒ＇ｓｓｉｔｅ．
ｂｎｅｆ
ａｃｃｏｕｎｔ
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ｏｎ
ｔｈｅ
Ｋｅｙ椰ｒｄｓ：Ｎａｔｕｒａｌ
ｇａｓ
ｅｘｐ锄ｄｅｒ；
Ｈｉ曲ｐｒｅｓｓｕｍ；ｗｉｌｈ１８唱ｅ
ａｍｏｕｎＩｓ
ｏｆｃｏｎｄｅｎｓｉ“ｇ１ｉｑｕｌｄｓ
ｌ前言
新疆吐哈油田Ｊｏｏ万ｍ３／ｄ、７．ＯＭＰａ天然气分离装置所配增压透平膨胀机，在经过多方面数次调研考察、论证综合对比后．这一任务由从国外引进
１．２膨胀机进出口技术参数
膨胀机主工况、变Ｊ．况参数见表ｌ、表２。
表１主工况参数（一用一备）
膨胀机
项
目
增址机
卅口
进口
山ｒ
确定为国内供货．并且由四川空分设备（集团）有限责任公司低温机械公司承担其设计、制造、调试和完成验收的工作。
１
台汽率温度，℃压力，ｋｈ
进口
ｎ拍０
１装置的工艺参数
正常生产时，处理气量为ｌｏｏ×１０４ｍ５／ｄ±加％
㈨；！㈣
流量，ｋｇ／ｈ
密度．ｋ∥ｍ
絮㈣；：
●
（标态．下同），膨胀机效率≥８０％，增压机效率≥７６％，膨胀机须保证气量在６０
ｘ
彳ｒ质分子量
效率．％
１０４ｍ３／ｄ时能够正
功率，ｋｗ
转速，ｒ／曲ｎ
常生产。在某天然气处理厂检修时，本装置能够处
理气量８０×ｌ旷ｍ３／ｄ（变工况）。
收稿日期：２０００．１１．２８．修稿日期：２００１．０６—２８
景裟蕊。鬻
嚣裂篇。篙
作者简介：闫家义，男，６０岁，两安交通大学流体机械专业毕业，高级上程师。１９７９年开始一直从事空气、天然气等增压透平嘭胀机的设计开发工作。
ＣｒｙｏｇｅｎｉｃＴｅｃｈｎＯＩＯｇｙ№４
２００１
深冷技术２００１年第４期
闫客义：］００万ｍ３，ｄ、７０ＭＰａ天然气膨胀机的研制
裹２变工况参数（两台并联运行
膨胀机进口
台汽串
出门
Ｏ．９５９３６３
５８
２８
００
设计开发
分析计算结果如下：
计算方法
ｍＨ
ｌ６３
００３７
增压机进口
增压端轴向力，ｋ：９８．８０一膨胀端轴向力，ｋｇ：３９．８０一
总
推
力，ｋ：１３９６０一
注：轴向力方向：一指向增压端；・指向膨胀端
温度，ｔ
琏力．ｋＰａ
㈣００
∞３茚嘶ｘ０８３
ｌＩ
２８０５
１９４６４３
１２３５．９６
流量，ｋ∥ｈ密度，ｋ∥ｍ１舟质分子量效辛．％
功率．ｋｗ转速。∥皿ｎ
Ⅱ必黼ｘ０
８３
８８１８５
（２）设置推力平衡系统
此推力凋节系统，据两止推轴承上的油膜压差超过一定值时，调节增压机轮背的压力来实现．使止推轴承上的推力负荷始终保持在允许的范围内。
（３）膨胀机工作轮轮盘上，设置有平衡孔，即使工况变化时，轮盘前后的压差也在较小的数值范围内．避免工况变化时，推力负荷的大幅度变化，影响轴承的寿命。
（４）采用动静压高强度油润滑轴承。
（５）可凋喷嘴转动叶片的轴向力进行结构控制．否则转动不灵活或卡死、磨损，
２
粕０ｆ计算值）
Ｈ
ｏｌ计算值）
３９２帅
注：两台并联运行，处理气量为总气量的８３％．
即１７嚷气量旁通。
１．３技术参数特点
由膨胀机的主工况、变工况参数可以看出，这种膨胀机国内尚属空白，比现有产品参数相差较大，国外同类参数的产品也很少。其技术参数主要特点是：处理量大，压力高，膨胀机出口带液量大，变工况要求高，仪控要求高等。
２膨胀机出口带液■大带来的问题
膨胀机出口带液量大的影响
２．２．１
２主要技术难点及所采取的解决措施
２．１压力高、压差大带来受压、防爆等问题
２．１
主工况参数表明，膨胀机出口带液容积比为１３．９７％、重量比为１８．３６％。膨胀机工作中，流道内工质有气液两相的转变，使流动复杂化．对流道的热力学、动力学计算带来困难，流道适合这种变化的程度，直接影响工作轮的效率和叶轮的稳定性
ｌ压力高导致整个机组各系统管道、机体、
壳体、容器部件、阀门、一次仪表等均属高压受压
元件
按照压力容器有关标准进行设计制造，仪电控部件有相应的防爆等级要求。低温部分材质，采用不锈钢锻件、铸件，工作轮采用ＬＤ２铝合金，机身、风机蜗壳采用铸钢件。
２．１．２压力高、压差大带来转子轴向推力大的
及腐蚀程度。
２．２．２解决本难题的基础和措施
（１）我们有近二十来年多台带液６％～８％天然气膨胀机的设计、制造、试验、运行的经验和资料。
（２）与西安交通大学合作，完成了带液１３％
问题
（１）转子轴向推力采用ＣＡＥ分析计算
转子轴向推力必须控制在可靠的范围内，中、低压时，通常是两止推轴承上的油膜压差在
０．６ＭＰａ以内。
的膨胀机试验课题．建立了计算带液膨胀机流道的
程序。
（３）与外国专业公司技术交流与合作，得知了相应的技术资料和经验介绍。
（４）主工况参数条件下，喷嘴出口（叶轮进口）和膨胀机叶轮出口带液工作轮设计中的几个主
要数据，见表３、表４。
表３喷嘴出口ａ，＝１６。的数据
为使转子轴向推力平衡计算较准确町靠，一是
结构上，在叶轮轮盘和盖侧设轴向迷官密封结构．有利于轴向力计算的简化可霏和调整。
轴向推力的ｃＡＥ采用ＮＲＥｃ软件解算流场．
并输出压力场分布数据清单，几何模型的数字化采用Ｌｃ软件进行造型，并根据有限元计算的需要作
特殊处理；有限元的前置处理用ＰＡＴＲＡＮ软件进行
Ｉ建￡
２ｌＩ
２９
气悼密度液体密度
０１５７７
液滴大小ｉ丧体速度气体速度
处理，解算器使用ＮＡｓＴＲＡＮ软件。深冷技术２００１年第４期
ｃｒｙｏｇｅｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ№４
２００１
‘２ｌ‘
设计开发
衰４膨胀工作轮出口Ｂ２＝２７。的数据
项
目
闫塞义：１００万ｍ３／ｄ、７０ＭＰａ天然气膨胀机的研制
压机性能试验的相应规范。
液体速度气体速度
０９Ｓ５０９５
速度
ｎ∥８
气体密度液体密度
００９５０（目５
液滴大小
ｎｍ３０１２０
３
３膨胀机厂内空气试车依据及性能
两台机组厂内性能试车均顺利，运转稳定，可
ｌ上作轮出口流道内
ｌ工作轮出ｕ澶道外
Ｗ２＝８７
Ｃ，＝４０
考核的各项指标均在正常范围内，达到设计要求，
试验报告附后。
由表３、表４的数据可以确定，喷嘴出口到叶
４用户现场运行简介
４．１机组的控制
轮进口流线长度的适合值，叶轮出口８，角度的适合值，设计轮面型线和导向轮型线等。做到尽可能高的效率和稳定性，不冲蚀。
２
本机组仪控是独立成套的防爆ＰＭ控制系统．主要运行参数、运行状态、报警、联锁信号均进人中控室Ｄｃｓ系统。４．２主要控制参数
（１）采用风冷式润滑油系统，控制参数有：进
２．３膨胀机工作轮采用闭式径轴流向心式叶轮，
有利于效率的提高和轴向力的平衡，流道有利于两
相流动。
２２．４
１＝作轮带液量大及压差大所带来的压力波
轴承油差压、油温、油箱温度等。
动产生的绝对值大，为此，对转子的稳定性要求相应更高，除轴承的可靠性、适应性要提高外，转子的刚性比一般设计要高，本处，转子临界转速与转子最高工作转速的比例系数大于ｌ
７。
（２）电加热密封气系统，控制参数有：温度、密封气差压。
（３）主机系统控制参数有：转速、振动、轴承
温度、推力差压。
３嘭胀机厂内试车简介
３．１
（４）可调喷嘴执行机构以膨胀机进口压力参数为信号。
厂内用空气介质进行试车的目的
（１）试验机器在设计转速的可靠性以及在超速试验下机器的稳定性、可靠性。（２）膨胀机在等特性比、等容积流量条件下的效率。（３）增压机在相似工况下的当量性能。（４）ＰＬｃ控制系统调试。３．２厂内用空气介质进行试车的规范和依据
根据ＪＢ／Ｔ５９０４．１一１９９９《低压透平膨胀机技术条件》和ＪＢ／Ｔ６８９４一１９９３《增压透平膨胀机技术条件》中相应规范及Ｒｏｔｏｎｏｗ公司对膨胀机、增
表５
ＰＬＰＴ一５６２／６
（５）增压机防喘振控制采用进口容积流量与转
速的关系来控制。
（６）油箱为压力控制。４．３现场运行数据
机组开车顺利、稳定、可靠、适应性强。由于油田气源原因，压力达到设计要求，气量不足，在５０％一８０％气量范围。运行参数见运行记录一
（表５、表６）。
二
９４—３０型增压透平膨胀机运行记录一Ｃ捕抄
１９９９午１１月２日一２０００年１月５Ｈ
嘭胀机
转速
时间
压力
压山
ＭＰ８２９９２３２
１２
３０
２２
２１１７５
６５７２
２２
２４７３７
２４：００
１７８８ｌ
２
ｌｌｌ
增压机
排气
温度℃
振
排气
温度℃
２３
动（Ⅱｍ）
进气排气
进气
温度℃
一１３
进气压力
ＭＰ８
排气
压力
进气温度
℃
增压端膨胀端
ｒ，～
０
１７：２０
６
ＭＰ８８７２
Ｍｎ
０４
５０５２９９ｊ
２５
５
９蚂
６１８５８ｌ６ｓ８４ｌｌ
—４２
７６
２２０５０５
１４・１０１２：０５１４：４０
２７３０
２２ｌｌ
１８
２４３
５
５
６９
６５５
６６８
６１９７７
８３
１５
５
一曲５
一３２
１９４１９１７
０４
１６４
３％
２２。
ＣｒｙｏｇｅｎｉｃＴｅｃｈｎｏＩｏｇｙ№４
２００１深冷技术２００１年第４期
闫京义：１００万种，ｄ、７ＯＭＰｏ天然气蓐胀机的研制
设计开发
增压机
排气温度
℃
嘭胀机
转连
时间
压力
“ｍｌｎ
９：００
１７８８７
６ＭＰｈ８７５
２２２
振
排气温度
℃
６９
６６
动（ｊ皿）
膨胀端
ｘ
进气排气压力
ＭＰａ５７３５９１５９
进气温度℃
—４５
５
进气
压山
ＭＰａ
０５５５
２２２２
５
２２２
１８１８１８１８１８１８１８
排气
压力
ＭＰ８２４２
盛气
温度
℃
增压端
ｐｍ１７
４
１４８
—８０一７４
２０１１２
１２：００１８：００７：００１８・（】０２３：３０１０：１０
１９６５０２２６８７２３０５０２３２８７２３５３７２４０００２４４５０
６７４７６７２７６７２
一柏
４２—４ｌ一４１
５５
—７６—７５—７６—７５
２５４１１
２２
ｌＩ
５
５
６９
６２
１９
９
１７
ｌ
２．６５３２２２
２４５２４０
６．７９５６６６
７４２７２
６硒
６２５
６３
２０３２００
１７
３
２４２２４２
２３
１２
５
７０
６
ｌ
—４０—３９一３１
５
—７５—７４—６６
２‘）２
１７
２
６住
２
２．６３６４ｌ
２４０６．９６
５
６
２
２０
６８７２２．１８
２柏
表６
ＰＬ盯一５６２／６
９４—３０型
“）主机运转稳定、安全、振动小，ＰＬＣ控制系统运行正常，操作简便可靠，与Ｄｃｓ系统通讯正常，机组能完全满足工艺流程的要求。
推力压差
增压透平膨胀机运行记录二
９９９年ｌｌ片２日一２０００年１月５日
风冷器出口温度℃
２２３８３２４０４ｌ３９４２４２４２４ｌ４２４２４５４２４ｔ４２４３３０８
轴承进出ｕ油压差Ｍ＾
ｌｌ
９５０１
油箱压力
ＭＰＢｌｌ２ｌＩ１
８９２１２６５５８６５
（２）机组适应性强，流量变化大也能正常运行，适用油田开发变化的实际情况，此性能优于国
０２０４０一Ｏ３２—０４—０
３２
外同类产品。
（３）机组的整体撬装、整体配套及控制要求，达到国外同类产品的技术水平。
ｌ“３
Ｉ１
２了２２６１．２５７ｌｌ１Ｉ１１１２２ｌ２
１８２１５２Ｂ９ｌ９７９０８９４９９２９０４５０５９６８１３６
４存在问题
（１）机组润滑油系统配套的三螺杆泵，因机械密封质量问题和达不到８０％额定压力和额定流量要求，故影响现场开车近两个月，经重新换新结构后油泵才满足使用要求。
（２）密封气电加热炉功率及换热效果不足，导致密封气温度控制难，已建议另加导热部件。
ｌ邪
１４３２．５２４
一Ｏ５—０５０３０６５０６００７Ｂ０４５０．２０４５０３５０６００
２站
２２５５７５
２．５２２２２
５４５４３９
５结束语
本机组的研制成功，以国产替代进口．给用户带来了较大的经济效益，同时给以后服务和配备件供应带来了方便和效益，并为更高压力、更大流量的天然气膨胀机的设计、制造、控制奠定了基础和积累了经验，目前已显示出很大的社会效益和经济
效益。
ｌ∞２
两台机组分别连续稳定运行７２小时，验收合
格，除气源条件原因，气量不足、转速不能达到设
计转速外，其他可考核的指标均达到设计参数要求。机组的有关情况如下：
附：ＰＴ５３２增压透平膨胀机试车性能报告
１膨胀机试车数据及性能曲线
ｌ１
ｌ
工作转速
ｎ
２７４４０ｒ／ｍｉｎｌｌ
型号：Ｐｕ叮一５６２／６９．４—３０型；代号：ＰＴ５３２
等熵焓降
喷嘴开度
△Ｈｓ
４００４ｋｃａＩ／ｋｇ
２设计数据
％
７０（设计流量点）
深冷技术２００１年第４期
Ｃ呻ｇｅｎｉｃ
Ｔ∞ｈｎｏＩｏｇｙ№４
２００１
‘２３‘
100万m3/d、7.0MPa天然气膨胀机的研制
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
闫家义
四川空分设备,集团,有限责任公司低温机械公司,四川省简阳市建设路289号,641400深冷技术
CRYOGENIC TECHNOLOGY2001，(4)0次
本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_sljs200104004.aspx
授权使用：都晓东(wfqinghua)，授权号：0d5e1fa4-084e-41c4-aaa5-9ead0082d549
下载时间：2011年3月21日
文章编号：１００９．９４２５（２０。１）【）４一００２０—０４
１００万ｍ３／ｄ、７．０ＭＰａ天然气膨胀机的研制
闰
家
义
四川空分设备【集团）有限责任公司低温机械公司，四川省简阳市建设路２８９号６４１４００］
摘要
简要介绍了１００万ｏ／ｄ、７ＯＭＰａ天然气膨胀机的技术参数及要求和针对主要技术难
点所采取的有效措施。同时，简要介绍了厂内试车及用户现场调试运行情况。
关键词：是然气膨胀机；高压；大带液量中图分类号：ＴＦ９６４
文献标识码：Ａ
ＤｅＶｅＩｏｐｍｅｎｔｏｆ
ａ曲ｔｕｒａｌｇ嬲ｅｘｐ锄ｄｅｒ１咖∞帅ｍ３／ｄａｙ
ａｔ
ｗｉｔｌｌ
ａ
ｃａｐａｃｉｔｙ
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７．ＯＭＰａ
ＹａｎＪｉａ—ｖｉ
（ｓ油ｕｎｎ
Ｃ竹耐ＨＤ０，ｓ记＾ｍｎ胁ｉ，Ⅻ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐａｐｅｒｄｅ靶ｄｂｅｓ
ａ
ｌｎ
Ａ打脚。ｍ豳ｎＰｆｎ耐（ｃｒ０叩）ｃｏ唧鲫ｙｏ，厶ｍ妇ｄＬｉ。６珊寸，２８９ｍｎ肌Ｐ吊】ｎｄ，胁７ｐＢ昭
ｂ打ｅｆ山ｅｔｅｃｈｎｉｃａＩｐａｒａｍｅｔｅｒｓａＩｌｄｒｅｌａｔｉｖｅｒｅｑｕｉ∞Ｈ１ｅｎｔｓｏｆ
ｔｏ
ａ
ｎａｔｕｒａｌ９８ｓｅ。ｐａｎｄｅｒｗ“ｈ
Ａｔ
ｃａｐａｃｉｔ？ｏｆ１ｏ（）００００ｍ’／ｄ８ｙａｔ７．０ＭＰａ，ａｎｄｔｈｅｅｍｃｉｅｎｔｍｅ艄ｕｒｅｓｌａｋｅｎ
ａ
ｓｏｌｖｅｔｈｅｃｄｔｉｃａｌｔｅｃｈｎｉｃａｌｐｍｂｌｅｍｓ
ｔｈｅｓａＨｌｅ＇ｉｍｅ，ｔｈ８ｐ８ｐｅ７百Ｖｅｓ
ｃｕｓｔｏｍｅｒ＇ｓｓｉｔｅ．
ｂｎｅｆ
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Ｋｅｙ椰ｒｄｓ：Ｎａｔｕｒａｌ
ｇａｓ
ｅｘｐ锄ｄｅｒ；
Ｈｉ曲ｐｒｅｓｓｕｍ；ｗｉｌｈ１８唱ｅ
ａｍｏｕｎＩｓ
ｏｆｃｏｎｄｅｎｓｉ“ｇ１ｉｑｕｌｄｓ
ｌ前言
新疆吐哈油田Ｊｏｏ万ｍ３／ｄ、７．ＯＭＰａ天然气分离装置所配增压透平膨胀机，在经过多方面数次调研考察、论证综合对比后．这一任务由从国外引进
１．２膨胀机进出口技术参数
膨胀机主工况、变Ｊ．况参数见表ｌ、表２。
表１主工况参数（一用一备）
膨胀机
项
目
增址机
卅口
进口
山ｒ
确定为国内供货．并且由四川空分设备（集团）有限责任公司低温机械公司承担其设计、制造、调试和完成验收的工作。
１
台汽率温度，℃压力，ｋｈ
进口
ｎ拍０
１装置的工艺参数
正常生产时，处理气量为ｌｏｏ×１０４ｍ５／ｄ±加％
㈨；！㈣
流量，ｋｇ／ｈ
密度．ｋ∥ｍ
絮㈣；：
●
（标态．下同），膨胀机效率≥８０％，增压机效率≥７６％，膨胀机须保证气量在６０
ｘ
彳ｒ质分子量
效率．％
１０４ｍ３／ｄ时能够正
功率，ｋｗ
转速，ｒ／曲ｎ
常生产。在某天然气处理厂检修时，本装置能够处
理气量８０×ｌ旷ｍ３／ｄ（变工况）。
收稿日期：２０００．１１．２８．修稿日期：２００１．０６—２８
景裟蕊。鬻
嚣裂篇。篙
作者简介：闫家义，男，６０岁，两安交通大学流体机械专业毕业，高级上程师。１９７９年开始一直从事空气、天然气等增压透平嘭胀机的设计开发工作。
ＣｒｙｏｇｅｎｉｃＴｅｃｈｎＯＩＯｇｙ№４
２００１
深冷技术２００１年第４期
闫客义：］００万ｍ３，ｄ、７０ＭＰａ天然气膨胀机的研制
裹２变工况参数（两台并联运行
膨胀机进口
台汽串
出门
Ｏ．９５９３６３
５８
２８
００
设计开发
分析计算结果如下：
计算方法
ｍＨ
ｌ６３
００３７
增压机进口
增压端轴向力，ｋ：９８．８０一膨胀端轴向力，ｋｇ：３９．８０一
总
推
力，ｋ：１３９６０一
注：轴向力方向：一指向增压端；・指向膨胀端
温度，ｔ
琏力．ｋＰａ
㈣００
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２８０５
１９４６４３
１２３５．９６
流量，ｋ∥ｈ密度，ｋ∥ｍ１舟质分子量效辛．％
功率．ｋｗ转速。∥皿ｎ
Ⅱ必黼ｘ０
８３
８８１８５
（２）设置推力平衡系统
此推力凋节系统，据两止推轴承上的油膜压差超过一定值时，调节增压机轮背的压力来实现．使止推轴承上的推力负荷始终保持在允许的范围内。
（３）膨胀机工作轮轮盘上，设置有平衡孔，即使工况变化时，轮盘前后的压差也在较小的数值范围内．避免工况变化时，推力负荷的大幅度变化，影响轴承的寿命。
（４）采用动静压高强度油润滑轴承。
（５）可凋喷嘴转动叶片的轴向力进行结构控制．否则转动不灵活或卡死、磨损，
２
粕０ｆ计算值）
Ｈ
ｏｌ计算值）
３９２帅
注：两台并联运行，处理气量为总气量的８３％．
即１７嚷气量旁通。
１．３技术参数特点
由膨胀机的主工况、变工况参数可以看出，这种膨胀机国内尚属空白，比现有产品参数相差较大，国外同类参数的产品也很少。其技术参数主要特点是：处理量大，压力高，膨胀机出口带液量大，变工况要求高，仪控要求高等。
２膨胀机出口带液■大带来的问题
膨胀机出口带液量大的影响
２．２．１
２主要技术难点及所采取的解决措施
２．１压力高、压差大带来受压、防爆等问题
２．１
主工况参数表明，膨胀机出口带液容积比为１３．９７％、重量比为１８．３６％。膨胀机工作中，流道内工质有气液两相的转变，使流动复杂化．对流道的热力学、动力学计算带来困难，流道适合这种变化的程度，直接影响工作轮的效率和叶轮的稳定性
ｌ压力高导致整个机组各系统管道、机体、
壳体、容器部件、阀门、一次仪表等均属高压受压
元件
按照压力容器有关标准进行设计制造，仪电控部件有相应的防爆等级要求。低温部分材质，采用不锈钢锻件、铸件，工作轮采用ＬＤ２铝合金，机身、风机蜗壳采用铸钢件。
２．１．２压力高、压差大带来转子轴向推力大的
及腐蚀程度。
２．２．２解决本难题的基础和措施
（１）我们有近二十来年多台带液６％～８％天然气膨胀机的设计、制造、试验、运行的经验和资料。
（２）与西安交通大学合作，完成了带液１３％
问题
（１）转子轴向推力采用ＣＡＥ分析计算
转子轴向推力必须控制在可靠的范围内，中、低压时，通常是两止推轴承上的油膜压差在
０．６ＭＰａ以内。
的膨胀机试验课题．建立了计算带液膨胀机流道的
程序。
（３）与外国专业公司技术交流与合作，得知了相应的技术资料和经验介绍。
（４）主工况参数条件下，喷嘴出口（叶轮进口）和膨胀机叶轮出口带液工作轮设计中的几个主
要数据，见表３、表４。
表３喷嘴出口ａ，＝１６。的数据
为使转子轴向推力平衡计算较准确町靠，一是
结构上，在叶轮轮盘和盖侧设轴向迷官密封结构．有利于轴向力计算的简化可霏和调整。
轴向推力的ｃＡＥ采用ＮＲＥｃ软件解算流场．
并输出压力场分布数据清单，几何模型的数字化采用Ｌｃ软件进行造型，并根据有限元计算的需要作
特殊处理；有限元的前置处理用ＰＡＴＲＡＮ软件进行
Ｉ建￡
２ｌＩ
２９
气悼密度液体密度
０１５７７
液滴大小ｉ丧体速度气体速度
处理，解算器使用ＮＡｓＴＲＡＮ软件。深冷技术２００１年第４期
ｃｒｙｏｇｅｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ№４
２００１
‘２ｌ‘
设计开发
衰４膨胀工作轮出口Ｂ２＝２７。的数据
项
目
闫塞义：１００万ｍ３／ｄ、７０ＭＰａ天然气膨胀机的研制
压机性能试验的相应规范。
液体速度气体速度
０９Ｓ５０９５
速度
ｎ∥８
气体密度液体密度
００９５０（目５
液滴大小
ｎｍ３０１２０
３
３膨胀机厂内空气试车依据及性能
两台机组厂内性能试车均顺利，运转稳定，可
ｌ上作轮出口流道内
ｌ工作轮出ｕ澶道外
Ｗ２＝８７
Ｃ，＝４０
考核的各项指标均在正常范围内，达到设计要求，
试验报告附后。
由表３、表４的数据可以确定，喷嘴出口到叶
４用户现场运行简介
４．１机组的控制
轮进口流线长度的适合值，叶轮出口８，角度的适合值，设计轮面型线和导向轮型线等。做到尽可能高的效率和稳定性，不冲蚀。
２
本机组仪控是独立成套的防爆ＰＭ控制系统．主要运行参数、运行状态、报警、联锁信号均进人中控室Ｄｃｓ系统。４．２主要控制参数
（１）采用风冷式润滑油系统，控制参数有：进
２．３膨胀机工作轮采用闭式径轴流向心式叶轮，
有利于效率的提高和轴向力的平衡，流道有利于两
相流动。
２２．４
１＝作轮带液量大及压差大所带来的压力波
轴承油差压、油温、油箱温度等。
动产生的绝对值大，为此，对转子的稳定性要求相应更高，除轴承的可靠性、适应性要提高外，转子的刚性比一般设计要高，本处，转子临界转速与转子最高工作转速的比例系数大于ｌ
７。
（２）电加热密封气系统，控制参数有：温度、密封气差压。
（３）主机系统控制参数有：转速、振动、轴承
温度、推力差压。
３嘭胀机厂内试车简介
３．１
（４）可调喷嘴执行机构以膨胀机进口压力参数为信号。
厂内用空气介质进行试车的目的
（１）试验机器在设计转速的可靠性以及在超速试验下机器的稳定性、可靠性。（２）膨胀机在等特性比、等容积流量条件下的效率。（３）增压机在相似工况下的当量性能。（４）ＰＬｃ控制系统调试。３．２厂内用空气介质进行试车的规范和依据
根据ＪＢ／Ｔ５９０４．１一１９９９《低压透平膨胀机技术条件》和ＪＢ／Ｔ６８９４一１９９３《增压透平膨胀机技术条件》中相应规范及Ｒｏｔｏｎｏｗ公司对膨胀机、增
表５
ＰＬＰＴ一５６２／６
（５）增压机防喘振控制采用进口容积流量与转
速的关系来控制。
（６）油箱为压力控制。４．３现场运行数据
机组开车顺利、稳定、可靠、适应性强。由于油田气源原因，压力达到设计要求，气量不足，在５０％一８０％气量范围。运行参数见运行记录一
（表５、表６）。
二
９４—３０型增压透平膨胀机运行记录一Ｃ捕抄
１９９９午１１月２日一２０００年１月５Ｈ
嘭胀机
转速
时间
压力
压山
ＭＰ８２９９２３２
１２
３０
２２
２１１７５
６５７２
２２
２４７３７
２４：００
１７８８ｌ
２
ｌｌｌ
增压机
排气
温度℃
振
排气
温度℃
２３
动（Ⅱｍ）
进气排气
进气
温度℃
一１３
进气压力
ＭＰ８
排气
压力
进气温度
℃
增压端膨胀端
ｒ，～
０
１７：２０
６
ＭＰ８８７２
Ｍｎ
０４
５０５２９９ｊ
２５
５
９蚂
６１８５８ｌ６ｓ８４ｌｌ
—４２
７６
２２０５０５
１４・１０１２：０５１４：４０
２７３０
２２ｌｌ
１８
２４３
５
５
６９
６５５
６６８
６１９７７
８３
１５
５
一曲５
一３２
１９４１９１７
０４
１６４
３％
２２。
ＣｒｙｏｇｅｎｉｃＴｅｃｈｎｏＩｏｇｙ№４
２００１深冷技术２００１年第４期
闫京义：１００万种，ｄ、７ＯＭＰｏ天然气蓐胀机的研制
设计开发
增压机
排气温度
℃
嘭胀机
转连
时间
压力
“ｍｌｎ
９：００
１７８８７
６ＭＰｈ８７５
２２２
振
排气温度
℃
６９
６６
动（ｊ皿）
膨胀端
ｘ
进气排气压力
ＭＰａ５７３５９１５９
进气温度℃
—４５
５
进气
压山
ＭＰａ
０５５５
２２２２
５
２２２
１８１８１８１８１８１８１８
排气
压力
ＭＰ８２４２
盛气
温度
℃
增压端
ｐｍ１７
４
１４８
—８０一７４
２０１１２
１２：００１８：００７：００１８・（】０２３：３０１０：１０
１９６５０２２６８７２３０５０２３２８７２３５３７２４０００２４４５０
６７４７６７２７６７２
一柏
４２—４ｌ一４１
５５
—７６—７５—７６—７５
２５４１１
２２
ｌＩ
５
５
６９
６２
１９
９
１７
ｌ
２．６５３２２２
２４５２４０
６．７９５６６６
７４２７２
６硒
６２５
６３
２０３２００
１７
３
２４２２４２
２３
１２
５
７０
６
ｌ
—４０—３９一３１
５
—７５—７４—６６
２‘）２
１７
２
６住
２
２．６３６４ｌ
２４０６．９６
５
６
２
２０
６８７２２．１８
２柏
表６
ＰＬ盯一５６２／６
９４—３０型
“）主机运转稳定、安全、振动小，ＰＬＣ控制系统运行正常，操作简便可靠，与Ｄｃｓ系统通讯正常，机组能完全满足工艺流程的要求。
推力压差
增压透平膨胀机运行记录二
９９９年ｌｌ片２日一２０００年１月５日
风冷器出口温度℃
２２３８３２４０４ｌ３９４２４２４２４ｌ４２４２４５４２４ｔ４２４３３０８
轴承进出ｕ油压差Ｍ＾
ｌｌ
９５０１
油箱压力
ＭＰＢｌｌ２ｌＩ１
８９２１２６５５８６５
（２）机组适应性强，流量变化大也能正常运行，适用油田开发变化的实际情况，此性能优于国
０２０４０一Ｏ３２—０４—０
３２
外同类产品。
（３）机组的整体撬装、整体配套及控制要求，达到国外同类产品的技术水平。
ｌ“３
Ｉ１
２了２２６１．２５７ｌｌ１Ｉ１１１２２ｌ２
１８２１５２Ｂ９ｌ９７９０８９４９９２９０４５０５９６８１３６
４存在问题
（１）机组润滑油系统配套的三螺杆泵，因机械密封质量问题和达不到８０％额定压力和额定流量要求，故影响现场开车近两个月，经重新换新结构后油泵才满足使用要求。
（２）密封气电加热炉功率及换热效果不足，导致密封气温度控制难，已建议另加导热部件。
ｌ邪
１４３２．５２４
一Ｏ５—０５０３０６５０６００７Ｂ０４５０．２０４５０３５０６００
２站
２２５５７５
２．５２２２２
５４５４３９
５结束语
本机组的研制成功，以国产替代进口．给用户带来了较大的经济效益，同时给以后服务和配备件供应带来了方便和效益，并为更高压力、更大流量的天然气膨胀机的设计、制造、控制奠定了基础和积累了经验，目前已显示出很大的社会效益和经济
效益。
ｌ∞２
两台机组分别连续稳定运行７２小时，验收合
格，除气源条件原因，气量不足、转速不能达到设
计转速外，其他可考核的指标均达到设计参数要求。机组的有关情况如下：
附：ＰＴ５３２增压透平膨胀机试车性能报告
１膨胀机试车数据及性能曲线
ｌ１
ｌ
工作转速
ｎ
２７４４０ｒ／ｍｉｎｌｌ
型号：Ｐｕ叮一５６２／６９．４—３０型；代号：ＰＴ５３２
等熵焓降
喷嘴开度
△Ｈｓ
４００４ｋｃａＩ／ｋｇ
２设计数据
％
７０（设计流量点）
深冷技术２００１年第４期
Ｃ呻ｇｅｎｉｃ
Ｔ∞ｈｎｏＩｏｇｙ№４
２００１
‘２３‘
100万m3/d、7.0MPa天然气膨胀机的研制
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
闫家义
四川空分设备,集团,有限责任公司低温机械公司,四川省简阳市建设路289号,641400深冷技术
CRYOGENIC TECHNOLOGY2001，(4)0次
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