1  前言

　　【壓縮機網】煉油運行二部ⅠⅡⅢ硫磺回收裝置溶劑再生系統內溶劑再生塔塔底采用釜式重沸器，熱源為系統1.0MPa飽和蒸汽經減溫減壓為0.35MPa的低低壓蒸汽。在1.0MPa飽和蒸汽通過減溫減壓器轉化為0.35MPa低壓蒸汽的過程，蒸汽通過節流閥節流降壓及噴入除鹽水降溫等措施，這樣造成很大的能量損失，蒸汽沒有進行合理的梯級利用，同時也不利于裝置挖潛增效。鑒于上述情況，采用以旁路形式接入螺桿膨脹動力機既可實現減溫減壓，又能利用原減壓閥的蒸汽壓差驅動螺桿膨脹動力機做功，帶動發電機進而進行發電，衍生節能效益。

　　2  螺桿膨脹機簡介

　　2.1 主要參數

　　2.2 主要結構

　　螺桿膨脹機主機主要由一對螺桿轉子、缸體、軸承、同步齒輪、密封組件以及聯軸節等零件組成，結構簡單，其氣缸呈兩圓相交的“∞”字形，兩根按一定傳動比反向旋轉相互嚙合的螺旋形陰、陽轉子，平行地置于氣缸中。螺桿膨脹機主機是按照螺桿壓縮機的逆原理來工作的，其基本結構和螺桿壓縮機相同，工作過程相反。螺桿轉子可用現有的螺桿壓縮機的生產技術來進行生產，但其制造工藝和控制系統要比螺桿壓縮機復雜的多。^【1】

　　2.3 工作原理

　　蒸汽首先進入膨脹機內螺桿齒槽，推動螺桿轉動。隨著螺桿轉動，膨脹機容積不斷增大，蒸汽降壓、降溫膨脹做功，最后排出氣體，從主軸陽轉子螺桿輸出動力，驅動發電機，實現能量轉換做功。

　　螺桿膨脹機的工作周期由齒間容積中的吸氣、膨脹和排氣三個過程組成^【2】：

　　1）吸氣過程：工作介質從進氣管中流入齒間容積A（如圖2），吸氣結束時，齒間容積A就形成了一個由轉子和機殼共同圍成的密閉空間；

　　2）膨脹過程：齒間容積A中的高溫高壓工質在齒間容積中有膨脹的力并對轉子施加一個轉矩，推動螺桿轉動。隨著螺桿轉動，齒槽A旋轉到B、C、D逐漸加長、容積增大，壓力和溫度下降。當氣體移到位置D時，膨脹過程結束，這時螺桿齒間容積達到最大；

　　3）排氣過程：有機工質隨著轉子的不斷旋轉，通過與齒間容積接通的排氣口排出，完成整個膨脹過程。

　　從膨脹的始點到終點，隨著膨脹過程的進行，其中氣體的壓力、溫度和焓值（蒸汽具有的做功能力）下降，比容和熵值增加，氣體的內能轉化為機械能對外做功。上述的氣體吸氣、膨脹、排氣三個過程不斷循環重復，并不斷對外做功。

　　一般用實際焓值降低與理想膨脹過程焓值降低（等熵焓降）的比值來衡量螺桿膨脹機主機的效率，稱為等熵效率或內效率。螺桿膨脹機的內效率與主機型線設計、加工精度、工質、工作狀態穩定性等密切相關。

　　3  螺桿膨脹機組的試運行

　　螺桿蒸汽膨脹機組為廠家成套設備，相關儀表、控制信號通過儀表組態進入DCS系統，發電機為異步發電機，其發電并網過程都是自動的。機組至現場安裝就位、管線配管結束后，主要工作是對入口蒸汽管線的吹掃、打靶，因低壓蒸汽吹掃打靶行業內未有相關標準、規范，加之該入口段管線流程較短，故在操作中主要是參考中壓蒸汽打靶方案來執行，管線內吹掃、打靶后狀態如圖4所示。在機組進行聯鎖調試正常后，機組達開機條件，2014年5月6日機組一次開車成功、發電并網，發電功率平均在200kW左右。

　　螺桿蒸汽膨脹機開機正常后各潤滑點回油正常，油溫及振動均滿足相關要求，相關參數及現場監控記錄如表2。

　　4 機組效率核算

　　2014年5月6日開機正常、發電并網后出入口蒸汽及流量相關參數如下：

　　經查：以上兩個工況對應水蒸汽入口焓值為2929kJ/kg，出口焓值在2886.6kJ/kg，出入口焓降△H=42.4kJ/kg，若為絕熱膨脹，該工況下31.5t/h蒸汽對外做功功率為：P=△H×Q=42.4kJ/kg×31.5t/h×1000kg/t ×1h/3600s=371kW。咨詢廠家，在該工況下螺桿膨脹機內效率約為37%，因此此時膨脹機輸出軸功率為371kW×37%=137.27kW。

　　因背壓蒸汽至Ⅱ硫磺裝置未碰頭，機組未滿負荷運行。在此次開機工況下，全年按開機8600小時計算，工業用電價格1元/kW·h，全年回收電量所得利潤為：137.27kW××8600h×1元/kW·h=118.05萬元，項目投資約400萬（螺桿膨脹機組、項目施工及材料費用），約3.5年即能回收成本。

　　螺桿膨脹發電機組內效率主要影響因素有：機組的設計、機械加工精度、操作工藝及運行轉速等。但是機組在運行過程中有一定的自適應性，根據操作工藝的變化，通過不同的控制手段，如背壓控制、轉速控制、功率控制等來實現機組的平穩運行。如該機組在最初設計時使用的是系統管網0.8MPa、200℃的過熱蒸汽，但是由于入口流程的改變，蒸汽改為Ⅲ催化富氣壓縮機背壓蒸汽，壓力0.65-0.8MPa，溫度220-240℃，有些偏移當初機組的設計工況。而且生產上考慮到螺桿蒸汽發電機組背壓蒸汽為后面再生塔等提供熱源，采用的是穩定背壓的控制操作方式，機組發電功率會隨著入口蒸汽狀態的變化而不斷變化。

　　發電機組正常運行后，背壓蒸汽并入硫磺裝置減溫減壓器后，原減溫減壓器基本全關，約留1t/h的蒸汽量進行暖管，保證應急流程切換使用，溶劑再生塔處熱源供給正常，系統操作上各工藝指標均能滿足設計要求。

　　5  小結

　　節能減排增效是我國基本國策，特別是在當今能源危機的大背景下，如何合理利用現有能源，提高能源使用效率更是當務之急。用螺桿膨脹機代替減壓閥，可以將廠區蒸汽管網富裕的1.0MPa蒸汽降至裝置需要的使用壓力，余熱發電可為企業創造可觀的經濟效益，因此具有一定的節能示范作用。該項目中的螺桿蒸汽膨脹發電機組在安裝調試結束后，一次開機成功。在實現原1.0MPa低壓蒸汽轉化為0.35MPa低低壓蒸汽滿足各生產需要的同時，實現發電并網，帶來可觀的經濟效益。

　　參考文獻

　　[1］高順慶，胡亮光；蒸汽壓差螺桿膨脹機在集中供熱中的應用 《煤氣與熱力》第20卷 第5期；

　　[2]米春娥；淺析螺桿膨脹機在石油化工企業的應用 《中國化工貿易》2013年6月第6期。

來源：本站原創