液力透平能量回收技術(shù)在天然氣凈化中的應(yīng)用

【摘要】闡述了液力透平能量回收技術(shù)在國(guó)內(nèi)外相關(guān)行業(yè)的應(yīng)用，對(duì)液力透平能量回收裝置原理進(jìn)行研究，以分體式透平能量回收裝置在松南氣田天然氣凈化溶液循環(huán)流程中應(yīng)用為例進(jìn)行分析，并且做出相應(yīng)評(píng)價(jià)。

【關(guān)鍵詞】能量回收；透平泵；天然氣凈化；貧液；富液

引言

液力透平能量回收技術(shù)是把流體壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或電能的裝置，凡是存在液體壓力差的地方，都有能量可以回收利用。工業(yè)生產(chǎn)中的余壓能是可再生能源，用液力透平代替減壓閥，避免了余能的浪費(fèi)。通常把液力透平能量回收裝置叫做能量回收透平泵（Hydraulic Turbocharger）。充分回收余壓能、提高裝置的能量回收效率到達(dá)節(jié)能的目的是人們普遍關(guān)心的問(wèn)題。

1 能量回收透平泵工作原理

來(lái)自高壓端的液體進(jìn)入透平泵的透平殼體內(nèi)沖擊透平葉輪高速旋轉(zhuǎn)，將高壓端的液體能量轉(zhuǎn)化成泵軸的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能，直接驅(qū)動(dòng)水泵葉輪，水泵葉輪把低壓端液體增壓后泵入高壓端，從而實(shí)現(xiàn)把高壓端的能量直接轉(zhuǎn)換成低壓端的能量，達(dá)到能量回收之目的。

透平泵內(nèi)只有一個(gè)旋轉(zhuǎn)部件，透平泵的透平葉輪和透平泵的泵葉輪共用一根轉(zhuǎn)動(dòng)軸，水泵的轉(zhuǎn)數(shù)和透平轉(zhuǎn)數(shù)相同，高速旋轉(zhuǎn)。

2 能量回收透平泵在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用

液力透平能量回收技術(shù)的應(yīng)用已有數(shù)十年歷史。我國(guó)天然氣、石油化工、合成氨等行業(yè)利用液力透平能量回收技術(shù)回收余壓能，普遍采用透平+ 離合器+全揚(yáng)程電泵共軸這種組合式能量回收系統(tǒng)，取得良好業(yè)績(jī)。而松南氣田天然氣凈化裝置則采用了透平增壓泵+ 前置半揚(yáng)程電泵的分體式能量回收系統(tǒng)主要考慮回收效率較高，投資較少，供貨周期短等因素。以下案例為類似分體式透平能量回收系統(tǒng)的應(yīng)用：

2.1國(guó)內(nèi)應(yīng)用案例

此類能量回收透平泵裝置在國(guó)內(nèi)多用于海水淡化或水處理等行業(yè)，典型的大唐王灘電廠就是對(duì)反滲透中濃水排水的余壓能進(jìn)行能量回收，從而配合一臺(tái)功率較小的高壓產(chǎn)水泵，來(lái)節(jié)約電能的。根據(jù)大唐王灘電廠兩年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，分體式液力透平能量回收器回收效率基本上保持在70-75%。

2.2國(guó)外應(yīng)用案例

美國(guó)德克薩斯州的Duke Energy采用了該套裝置，它的主要工藝參數(shù)是吸收塔的MDEA胺液循環(huán)量為63.6m3/h（280gpm），吸收塔壓力50barg（730psi），液位調(diào)節(jié)閥的壓力損失3.4barg（50psi），富液閃蒸壓力5.5barg（80psi）。

透平增壓泵的揚(yáng)程22barg（322psi）出口壓力54.6barg（792 psi），進(jìn)口壓力32.4barg（470psi），前置供液泵的揚(yáng) 程為41.37barg（600psi），流量118.9m3/h（524gpm）

該公司應(yīng)用這套裝置的節(jié)能效益：每小時(shí)節(jié)約電能60.2KW，每年操作按8000小時(shí)計(jì)算，電費(fèi)按每度電$0.07計(jì)算，年節(jié)約費(fèi)用$33712。

3 能量回收透平泵在松南氣田的應(yīng)用

3.1工藝流程

松南氣田脫碳系統(tǒng)中溶液循環(huán)動(dòng)力提供來(lái)源有兩個(gè)渠道，一個(gè)是1400KW/h的貧液泵，另一個(gè)則是能量回收透平泵串聯(lián)一臺(tái)710KW/h的貧液增壓泵。由于液力透平是將液體流體中的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的機(jī)械設(shè)備，它可以利用系統(tǒng)自身的能量回收利用起來(lái)，達(dá)到應(yīng)用機(jī)械能驅(qū)動(dòng)機(jī)械設(shè)備的效果，大大的減低了生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

從吸收塔出來(lái)的高壓8MPa富液MDEA將能量傳遞到透平泵的增壓端，通過(guò)渦輪減壓后的溶液進(jìn)入運(yùn)行壓力在1MPa的閃蒸罐，再生后的低壓貧液MDEA通過(guò)貧液增壓泵增壓至4MPa進(jìn)入透平泵的水泵端，水泵端回收增壓端提供的動(dòng)力，進(jìn)一步增壓，使溶液能夠進(jìn)入吸收塔完成循環(huán)，此流程與貧液泵等效。

3.2投用中遇到的問(wèn)題及解決方案

3.2.1溶液潔凈程度不足。通過(guò)多次的透平調(diào)試結(jié)果可以看出，溶液潔凈程度不足使石墨材質(zhì)的推力平衡盤產(chǎn)生劃痕，并且平衡盤潤(rùn)滑液過(guò)濾器壓差大，透平裝置不能連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。因此將推力平衡盤材質(zhì)改為陶瓷材質(zhì)，改變潤(rùn)滑液的來(lái)源，以盡量提高潤(rùn)滑液質(zhì)量，降低雜質(zhì)數(shù)量。對(duì)系統(tǒng)再生氣分離器內(nèi)的酸性水取樣化驗(yàn)，化驗(yàn)結(jié)果顯示其潔凈程度滿足透平裝置使用，將再生氣分離器內(nèi)的溶液導(dǎo)出作為透平泵推力平衡盤潤(rùn)滑液使用是極佳方案。

3.2.2解決吸收塔液位調(diào)節(jié)問(wèn)題。在松南氣田脫碳裝置透平投用的過(guò)程中應(yīng)用原液位調(diào)節(jié)閥進(jìn)行吸收塔的液位調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)過(guò)程中該閥開(kāi)度較小，對(duì)閥桿本身的損傷比較嚴(yán)重。同時(shí)，出現(xiàn)了吸收塔液位不穩(wěn)定及液位不方便調(diào)節(jié)的情況。因此在該閥旁路增設(shè)DN50的自控閥，專門應(yīng)用于透平調(diào)試過(guò)程中吸收塔液位的調(diào)節(jié)。在松南氣田脫碳裝置液力透平能量回收技術(shù)的應(yīng)用中，可以看到這種分體式的透平裝置對(duì)通過(guò)的介質(zhì)潔凈程度要求較高。解決上述問(wèn)題后，可保證透平裝置持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，從而達(dá)到節(jié)約電能的目的。

4 結(jié)論

在日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)當(dāng)中越來(lái)越多的企業(yè)，尤其是高能耗企業(yè)，越來(lái)越把降低能耗，節(jié)約能源，作為降低成本的重要手段之一，要充分對(duì)其生產(chǎn)工藝進(jìn)行改造，利用透平機(jī)組對(duì)廢熱、廢氣、余壓等資源回收余壓能量，并且對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)方式進(jìn)行改造利用，就會(huì)為企業(yè)創(chuàng)造巨大的效益。

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作者簡(jiǎn)介

黃浩，1985年3月出生，男，本科，助理工程師；2008年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）石油工程專業(yè)，主要從事天然氣凈化工藝方面工作。