1  前言

　　【壓縮機(jī)網(wǎng)】煉油運(yùn)行二部ⅠⅡⅢ硫磺回收裝置溶劑再生系統(tǒng)內(nèi)溶劑再生塔塔底采用釜式重沸器，熱源為系統(tǒng)1.0MPa飽和蒸汽經(jīng)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(zhuǎn)化為0.35MPa低壓蒸汽的過程，蒸汽通過節(jié)流閥節(jié)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(jìn)行合理的梯級利用，同時(shí)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(jī)既可實(shí)現(xiàn)減溫減壓，又能利用原減壓閥的蒸汽壓差驅(qū)動螺桿膨脹動力機(jī)做功，帶動發(fā)電機(jī)進(jìn)而進(jìn)行發(fā)電，衍生節(jié)能效益。

　　2  螺桿膨脹機(jī)簡介

　　2.1 主要參數(shù)

　　2.2 主要結(jié)構(gòu)

　　螺桿膨脹機(jī)主機(jī)主要由一對螺桿轉(zhuǎn)子、缸體、軸承、同步齒輪、密封組件以及聯(lián)軸節(jié)等零件組成，結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)相互嚙合的螺旋形陰、陽轉(zhuǎn)子，平行地置于氣缸中。螺桿膨脹機(jī)主機(jī)是按照螺桿壓縮機(jī)的逆原理來工作的，其基本結(jié)構(gòu)和螺桿壓縮機(jī)相同，工作過程相反。螺桿轉(zhuǎn)子可用現(xiàn)有的螺桿壓縮機(jī)的生產(chǎn)技術(shù)來進(jìn)行生產(chǎn)，但其制造工藝和控制系統(tǒng)要比螺桿壓縮機(jī)復(fù)雜的多。^【1】

　　2.3 工作原理

　　蒸汽首先進(jìn)入膨脹機(jī)內(nèi)螺桿齒槽，推動螺桿轉(zhuǎn)動。隨著螺桿轉(zhuǎn)動，膨脹機(jī)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(zhuǎn)子螺桿輸出動力，驅(qū)動發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換做功。

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

　　1）吸氣過程：工作介質(zhì)從進(jìn)氣管中流入齒間容積A（如圖2），吸氣結(jié)束時(shí)，齒間容積A就形成了一個(gè)由轉(zhuǎn)子和機(jī)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(zhì)在齒間容積中有膨脹的力并對轉(zhuǎn)子施加一個(gè)轉(zhuǎn)矩，推動螺桿轉(zhuǎn)動。隨著螺桿轉(zhuǎn)動，齒槽A旋轉(zhuǎn)到B、C、D逐漸加長、容積增大，壓力和溫度下降。當(dāng)氣體移到位置D時(shí)，膨脹過程結(jié)束，這時(shí)螺桿齒間容積達(dá)到最大；

　　3）排氣過程：有機(jī)工質(zhì)隨著轉(zhuǎn)子的不斷旋轉(zhuǎn)，通過與齒間容積接通的排氣口排出，完成整個(gè)膨脹過程。

　　從膨脹的始點(diǎn)到終點(diǎn)，隨著膨脹過程的進(jìn)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(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能對外做功。上述的氣體吸氣、膨脹、排氣三個(gè)過程不斷循環(huán)重復(fù)，并不斷對外做功。

　　一般用實(shí)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(jī)主機(jī)的效率，稱為等熵效率或內(nèi)效率。螺桿膨脹機(jī)的內(nèi)效率與主機(jī)型線設(shè)計(jì)、加工精度、工質(zhì)、工作狀態(tài)穩(wěn)定性等密切相關(guān)。

　　3  螺桿膨脹機(jī)組的試運(yùn)行

　　螺桿蒸汽膨脹機(jī)組為廠家成套設(shè)備，相關(guān)儀表、控制信號通過儀表組態(tài)進(jìn)入DCS系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)為異步發(fā)電機(jī)，其發(fā)電并網(wǎng)過程都是自動的。機(jī)組至現(xiàn)場安裝就位、管線配管結(jié)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(yè)內(nèi)未有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)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(zhí)行，管線內(nèi)吹掃、打靶后狀態(tài)如圖4所示。在機(jī)組進(jìn)行聯(lián)鎖調(diào)試正常后，機(jī)組達(dá)開機(jī)條件，2014年5月6日機(jī)組一次開車成功、發(fā)電并網(wǎng)，發(fā)電功率平均在200kW左右。

　　螺桿蒸汽膨脹機(jī)開機(jī)正常后各潤滑點(diǎn)回油正常，油溫及振動均滿足相關(guān)要求，相關(guān)參數(shù)及現(xiàn)場監(jiān)控記錄如表2。

　　4 機(jī)組效率核算

　　2014年5月6日開機(jī)正常、發(fā)電并網(wǎng)后出入口蒸汽及流量相關(guān)參數(shù)如下：

　　經(jīng)查：以上兩個(gè)工況對應(yīng)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(jī)內(nèi)效率約為37%，因此此時(shí)膨脹機(jī)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(jī)組未滿負(fù)荷運(yùn)行。在此次開機(jī)工況下，全年按開機(jī)8600小時(shí)計(jì)算，工業(yè)用電價(jià)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(xiàng)目投資約400萬（螺桿膨脹機(jī)組、項(xiàng)目施工及材料費(fèi)用），約3.5年即能回收成本。

　　螺桿膨脹發(fā)電機(jī)組內(nèi)效率主要影響因素有：機(jī)組的設(shè)計(jì)、機(jī)械加工精度、操作工藝及運(yùn)行轉(zhuǎn)速等。但是機(jī)組在運(yùn)行過程中有一定的自適應(yīng)性，根據(jù)操作工藝的變化，通過不同的控制手段，如背壓控制、轉(zhuǎn)速控制、功率控制等來實(shí)現(xiàn)機(jī)組的平穩(wěn)運(yùn)行。如該機(jī)組在最初設(shè)計(jì)時(shí)使用的是系統(tǒng)管網(wǎng)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(jī)背壓蒸汽，壓力0.65-0.8MPa，溫度220-240℃，有些偏移當(dāng)初機(jī)組的設(shè)計(jì)工況。而且生產(chǎn)上考慮到螺桿蒸汽發(fā)電機(jī)組背壓蒸汽為后面再生塔等提供熱源，采用的是穩(wěn)定背壓的控制操作方式，機(jī)組發(fā)電功率會隨著入口蒸汽狀態(tài)的變化而不斷變化。

　　發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)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(guān)，約留1t/h的蒸汽量進(jìn)行暖管，保證應(yīng)急流程切換使用，溶劑再生塔處熱源供給正常，系統(tǒng)操作上各工藝指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求。

　　5  小結(jié)

　　節(jié)能減排增效是我國基本國策，特別是在當(dāng)今能源危機(jī)的大背景下，如何合理利用現(xiàn)有能源，提高能源使用效率更是當(dāng)務(wù)之急。用螺桿膨脹機(jī)代替減壓閥，可以將廠區(qū)蒸汽管網(wǎng)富裕的1.0MPa蒸汽降至裝置需要的使用壓力，余熱發(fā)電可為企業(yè)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益，因此具有一定的節(jié)能示范作用。該項(xiàng)目中的螺桿蒸汽膨脹發(fā)電機(jī)組在安裝調(diào)試結(jié)束后，一次開機(jī)成功。在實(shí)現(xiàn)原1.0MPa低壓蒸汽轉(zhuǎn)化為0.35MPa低低壓蒸汽滿足各生產(chǎn)需要的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電并網(wǎng)，帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

　　參考文獻(xiàn)

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

　　[2]米春娥；淺析螺桿膨脹機(jī)在石油化工企業(yè)的應(yīng)用 《中國化工貿(mào)易》2013年6月第6期。

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