CN112392555B - 一种分组式低温气液化用透平膨胀系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分组式低温气液化用透平膨胀系统，包括：冷箱、透平膨胀机组和供油站，各个透平膨胀机组分别通过管道与冷箱相连，每个供油站均通过供、回油管与对应的透平膨胀机组相连，每相邻的两个透平膨胀机组被组合为一个单元，当出现组合至剩余的透平膨胀机组的数量为三个时，将剩余的三个组合为一个单元，透平膨胀机组数量为两个的单元所对应的两根供油管通过带阀门的管道相连，而该单元所对应的两根回油管通过带双向泵的管道相连；透平膨胀机组数量为三个的单元所对应的三根供油管通过带阀门的管道相互连通、而该单元所对应的三根回油管通过带双向泵的管道相互连通，还包括：中控器。上述系统能使各个透平膨胀机组可靠稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及低温气液化设备领域，具体涉及一种分组式低温气液化用透平膨胀系统。
背景技术
低温气如氢气、氦气等液化后更有利于运输和储存，低温气液化所需的冷量通常由透平膨胀系统提供，气体绝热膨胀并对外做功是获得低温的重要方法，而透平膨胀系统就是通过压缩的工质气体在高压下进入透平膨胀机中绝热膨胀推动叶轮对外做功来冷却工质气体，然后在由冷却的工质气体与低温气进行热交换而为低温气提供冷量。现有的透平膨胀系统的结构包括：冷箱、若干个能为低温气液化提供冷量的透平膨胀机组、若干个与各个透平膨胀机组一一对应的能为透平膨胀机组循环供油的供油站，各个透平膨胀机组分别通过管道与冷箱相连，使得透平膨胀机组中膨胀做功冷却的工质气体能进入至冷箱中与低温气进行热交换，然后工质气体再回到透平膨胀机组中进行冷却，每个供油站均通过供油管和回油管与所对应的透平膨胀机组相连，使得供油站能为相对应的透平膨胀机组供油。低温气液化前需要与各个透平膨胀机组中的工质气体依次进行热交换而逐级冷却。
现有的透平膨胀系统中的透平膨胀机组均仅由一个供油站为其供油，当某个供油站突然发生故障无法供油时，该供油站所对应的透平膨胀机组就会因无油润滑和降温而无法正常工作，这样整个透平膨胀系统就会无法给低温气提供足够的冷量，低温气就无法实现液化。如果每个透平膨胀机组均配备备用供油站的话，系统的设备成本将会大大增加。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：将提供一种能使各个透平膨胀机组可靠稳定运行的分组式低温气液化用透平膨胀系统。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案为：一种分组式低温气液化用透平膨胀系统，包括：冷箱、若干个能为低温气液化提供冷量的透平膨胀机组、若干个与各个透平膨胀机组一一对应的能为透平膨胀机组循环供油的供油站，各个透平膨胀机组分别通过管道与冷箱相连，使得透平膨胀机组中膨胀做功冷却的工质气体能进入至冷箱中与低温气进行热交换，然后工质气体再回到透平膨胀机组中进行冷却，每个供油站均通过供油管和回油管与所对应的透平膨胀机组相连，使得供油站能为所对应的透平膨胀机组供油，其特征在于：每相邻的两个透平膨胀机组被组合为一个单元，当出现组合至剩余的透平膨胀机组的数量为三个时，将剩余的三个透平膨胀机组组合为一个单元，透平膨胀机组数量为两个的单元所对应的两根供油管通过一根带阀门的管道相连通，而该单元所对应的两根回油管通过一根带双向泵的管道相连通；透平膨胀机组数量为三个的单元所对应的三根供油管通过带阀门的管道相互连通、而该单元所对应的三根回油管通过带双向泵的管道相互连通，还包括：能控制各个阀门和各个双向泵的中控器；供油站的结构包括：油罐、供油过滤器、油泵、回油过滤器、油气分离装置，油罐的出口通过管道与供油过滤器的进口相连通，供油过滤器的出口通过管道与油泵的进口相连通，回油过滤器的出口通过管道与油罐的进口相连通，油气分离装置的出油口通过管道与回油过滤器的进口相连通；透平膨胀机组的结构包括：油压蓄压器、滑油冷却器、透平膨胀机、回气过滤器、压缩机，油压蓄压器的出口通过管道与滑油冷却器进口上的进油管相连通，滑油冷却器的出口通过管道与透平膨胀机相连通，使得油液能进入至透平膨胀机油轴承腔体中进行润滑以及进入至透平膨胀机制动器中带走热量，回气过滤器的出口通过管道与压缩机的进口相连通，压缩机的出口通过管道与透平膨胀机中的气体供给腔相连通，使得压缩机能将压缩后的气体注入至透平膨胀机的迷宫式密封区域中对叶轮进行密封，透平膨胀机中的气体排放腔通过管道与压缩机的进口相连通；油泵出口通过供油管用于与滑油冷却器进口上的进油管相连通，油气分离装置的进油口通过回油管用于与透平膨胀机相连通，使得透平膨胀机中的油气混合物能进入至油气分离装置中进行油气分离，油气分离装置的出气口通过管道用于与回气过滤器的进口相连通，使得油气分离装置分离油气得到的气体能进入至回气过滤器中过滤。
进一步的，前述的一种分组式低温气液化用透平膨胀系统，其中：透平膨胀机组数量为三个的单元所对应的三根供油管中的两根供油管分别通过一根带阀门的管道与剩余的那根供油管相连通，而该单元所对应的三根回油管通过两根带双向泵的管道按照所对应的供油管之间的连接关系相连通。
进一步的，前述的一种分组式低温气液化用透平膨胀系统，其中：透平膨胀机组数量为三个的单元所对应的三根供油管之间分别通过一根带阀门的管道相连通，而该单元所对应的三根回油管之间分别通过一根带双向泵的管道相连通。
进一步的，前述的一种分组式低温气液化用透平膨胀系统，其中：透平膨胀机组数量为三个的单元位于其它单元的后方，使得低温气在液化前最后进入该单元换热冷却。
进一步的，前述的一种分组式低温气液化用透平膨胀系统，其中：每个供油站均撬装于一个单独的撬块上；每个透平膨胀机组均撬装于一个单独的撬块上。
进一步的，前述的一种分组式低温气液化用透平膨胀系统，其中：滑油冷却器为能通过循环水对油进行冷却的冷却器。
本发明的优点为：本发明所述的透平膨胀系统将各个透平膨胀机组组合成各个单元后，各个透平膨胀机组在本身所对应的供油站发生故障时均可以通过所在单元其它透平膨胀机所对应的供油站供油，这样就能保证各个透平膨胀机组都能不间断的可靠稳定运行；另外，本发明所述的透平膨胀系统结构简单可靠，可用于民用领域；由于采用撬装结构，便于吊装运输、现场安装以及设备更换，使得装置的布局能更加紧凑合理；油压蓄压器能在油路系统骤停或油泵损坏等无油的突发状况下，为透平膨胀机供油一段时间，保证透平膨胀机有足够的时间切换至由另一个供油站供油，避免透平膨胀机因突然无油而损坏。
附图说明
图1为本发明所述的一种分组式低温气液化用透平膨胀系统的结构示意图。
图2为图1中所示的供油站的结构示意图。
图3为图1中所示的透平膨胀机组的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，一种分组式低温气液化用透平膨胀系统，包括：冷箱1、七个能为低温气液化提供冷量的透平膨胀机组2、七个与各个透平膨胀机组2一一对应的能为透平膨胀机组2循环供油的供油站3，各个透平膨胀机组2分别通过进气管和回气管与冷箱1相连，使得透平膨胀机组2中膨胀做功冷却的工质气体能进入至冷箱1中与低温气进行热交换，然后工质气体再回到透平膨胀机组2中进行冷却，冷箱1可以为一个大的换热箱体，也可以是由多个小的换热箱体通过管道相连而成；每个供油站3均通过供油管7和回油管8与所对应的透平膨胀机组2相连，每相邻的两个透平膨胀机组2被组合为一个单元，当出现组合至剩余的透平膨胀机组2的数量为三个时，将剩余的三个透平膨胀机组2组合为一个单元，本实施例中，透平膨胀机组2数量为两个的单元有两个，透平膨胀机组2数量为三个的单元有一个；如果透平膨胀机组2的数量为偶数的话，那么就不会存在透平膨胀机组2数量为三个的单元；透平膨胀机组2数量为两个的单元所对应的两根供油管7通过一根带阀门4的管道相连通，而该单元所对应的两根回油管8通过一根带双向泵5的管道相连通；透平膨胀机组2数量为三个的单元所对应的三根供油管7通过带阀门4的管道相互连通、而该单元所对应的三根回油管8通过带双向泵5的管道相互连通，还包括：能控制各个阀门4和各个双向泵5的中控器6。
在本实施例中，透平膨胀机组2数量为三个的单元所对应的三根供油管7中的左右两根供油管7分别通过一根带阀门4的管道与中间那根供油管7相连通，而该单元所对应的三根回油管8通过两根带双向泵5的管道按照所对应的供油管7之间的连接关系相连通，即左右两根回油管8分别通过一根带双向泵5的管道与中间那根回油管8相连通。另外，为了实现更好的相互供油，左右两根供油管7之间也通过一根带阀门4的管道相连通，左右两根回油管8之间也通过一根带双向泵5的管道相连通。
本实施例中，透平膨胀机组2数量为三个的那个单元位于其它单元的后方，使得低温气在液化前最后进入该单元换热冷却。这是因为越往后，温度越低，就越靠近液化温区，那么就越重要，其制冷过程的稳定的运行就越为重要，透平膨胀机组2数量为三个的那个单元由于有三个供油站3可以相互供油，所以其稳定性更高，可以更好的满足不间断运行的要求。
当某个供油站3突然发生故障无法供油时，中控器6就会打开该供油站3所在单元管道上的阀门4和双向泵5，使得单元中其它供油站3能给发生故障的供油站3所对应的透平膨胀机组2供油，采用双向泵5一方面是为了针对供油方向改变而改变回油方向，另一方面是为了更好的将回油输送回供油站3中，防止回油因低温而冻住。通常情况下，相对应供油的供油站3和透平膨胀机组2会布置的比较近，这样两者之间的回油就会比较顺畅，这样就无需在回油管道上设置设置泵；而在特殊情况下为该透平膨胀机组2供油的另外一个供油站3是与另外一个透平膨胀机组2相对应的，所以两者之间布置的会比较远，这样为了回油能比较顺畅，在管道上就需要设置一个泵来辅助回油。
在本实施例中，如图2、图3所示，每个供油站3均撬装于一个单独的撬块上；每个透平膨胀机组2均撬装于一个单独的撬块上；将相对应设备撬装在一起后能使设备在生产车间就进行集成，便于吊装运输、现场安装以及更换。供油站3的结构包括：油罐32、供油过滤器33、油泵34、回油过滤器10、油气分离装置9，油罐32的出口通过管道与供油过滤器33的进口相连通，供油过滤器33的出口通过管道与油泵34的进口相连通，回油过滤器10的出口通过管道与油罐32的进口相连通，油气分离装置9的出油口通过管道与回油过滤器10的进口相连通；透平膨胀机组2的结构包括：油压蓄压器25、滑油冷却器26、透平膨胀机21、回气过滤器28、压缩机27，油压蓄压器25的出口通过管道与滑油冷却器26进口上的进油管261相连通，滑油冷却器26为能通过循环水对油进行冷却的冷却器，滑油冷却器26的出口通过管道与透平膨胀机21相连通，使得油液能进入至透平膨胀机21油轴承腔体中进行润滑以及进入至透平膨胀机21制动器中带走热量，回气过滤器28的出口通过管道与压缩机27的进口相连通，压缩机27的出口通过管道与透平膨胀机21中的气体供给腔相连通，使得压缩机27能将压缩后的气体注入至透平膨胀机21的迷宫式密封区域中对叶轮进行密封，透平膨胀机21中的气体排放腔通过管道与压缩机27的进口相连通，使得气体能回到压缩机27中被重新加压，然后在被通入至透平膨胀机21的迷宫式密封区域中；油泵34出口通过供油管用于与滑油冷却器26进口上的进油管261相连通，油气分离装置9的进油口通过回油管用于与透平膨胀机21相连通，使得透平膨胀机21中的油气混合物能进入至油气分离装置9中进行油气分离，油气分离装置9的出气口通过管道用于与回气过滤器28的进口相连通，使得油气分离装置9分离油气得到的气体能进入至回气过滤器28中过滤。
油压蓄压器25是根据储能器储存和释放能量的原理制造的，利用油泵34工作时油压压缩蓄压器罐内的空气，在蓄压器罐的顶部就会形成一个压缩气囊，在油泵34断电或故障停止工作的瞬间，蓄压器罐内受压气囊开始膨胀形成压力源，将蓄压器罐内的油液压出向外供给。
油回路：油罐32中的油在油泵34的泵送下会有小部分油液进入至油压蓄压器25的罐内储存并蓄压，而大部分的油液会被输送至滑油冷却器26中进行降温，然后降温后的油液会被注入至透平膨胀机21油轴承腔体中在轴承和轴之间形成一层油膜对轴进行润滑，并且油液还会被通入至透平膨胀机21的制动器中带走热量；由于膨胀机叶轮与轴承间设有迷宫式密封区域，其中1/5密封气体会混入轴承腔中与油混合，所以膨胀机中最终排出的是油气混合物，油气混合物会被输送至油气分离装置9进行油气分离，分离出的油经过回油过滤器10过滤细小金属颗粒等杂质后会被重新注入油罐32中，分离出的气经过回气过滤器28过滤后会重新返回压缩机27中。
油压蓄压器25可在油路系统骤停或油泵损坏等无油的突发状况下，为透平膨胀机21供油一段时间，保证透平膨胀机21有足够的时间切换至由另一个供油站供油，避免透平膨胀机21因突然无油而损坏。
气回路：压缩机27中的压缩气通常为与待液化的低温气相同的气体，这样设置是一方面是为了节约成本，另一方面是为了简化装置结构；压缩机27会将压缩后的气体注入至透平膨胀机21中的叶轮与轴承安装腔之间的迷宫式密封区域中对叶轮进行密封，密封叶轮主要作用是保护轴承安装腔中的靠近叶轮的轴承不受来自叶轮的低温影响，迷宫式密封区域内设有气体供给腔和气体排放腔，从气体排放腔可回收大约4/5的气量，其排放气体是干净的，没有油的残留，剩余的1/5的气体会与轴承腔内的油混合一并排出至油气分离装置9中进行油气分离，分离出的气体会与回收的气体汇合后一起返回压缩机27中，这样用于密封的气体就可被重复利用，避免浪费。
Claims (4)
1.一种分组式低温气液化用透平膨胀系统，包括：冷箱、若干个能为低温气液化提供冷量的透平膨胀机组、若干个与各个透平膨胀机组一一对应的能为透平膨胀机组循环供油的供油站，各个透平膨胀机组分别通过管道与冷箱相连，使得透平膨胀机组中膨胀做功冷却的工质气体能进入至冷箱中与低温气进行热交换，然后工质气体再回到透平膨胀机组中进行冷却，每个供油站均通过供油管和回油管与所对应的透平膨胀机组相连，使得供油站能为所对应的透平膨胀机组供油，其特征在于：每相邻的两个透平膨胀机组被组合为一个单元，当出现组合至剩余的透平膨胀机组的数量为三个时，将剩余的三个透平膨胀机组组合为一个单元，透平膨胀机组数量为两个的单元所对应的两根供油管通过一根带阀门的管道相连通，而该数量为两个的单元所对应的两根回油管通过一根带双向泵的管道相连通；透平膨胀机组数量为三个的单元所对应的三根供油管通过带阀门的管道相互连通、而该数量为三个的单元所对应的三根回油管通过带双向泵的管道相互连通，还包括：能控制各个阀门和各个双向泵的中控器；供油站的结构包括：油罐、供油过滤器、油泵、回油过滤器、油气分离装置，油罐的出口通过管道与供油过滤器的进口相连通，供油过滤器的出口通过管道与油泵的进口相连通，回油过滤器的出口通过管道与油罐的进口相连通，油气分离装置的出油口通过管道与回油过滤器的进口相连通；透平膨胀机组的结构包括：油压蓄压器、滑油冷却器、透平膨胀机、回气过滤器、压缩机，油压蓄压器的出口通过管道与滑油冷却器进口上的进油管相连通，滑油冷却器的出口通过管道与透平膨胀机相连通，使得油液能进入至透平膨胀机轴承腔体中进行润滑以及进入至透平膨胀机制动器中带走热量，回气过滤器的出口通过管道与压缩机的进口相连通，压缩机的出口通过管道与透平膨胀机中的气体供给腔相连通，使得压缩机能将压缩后的气体注入至透平膨胀机的迷宫式密封区域中对叶轮进行密封，透平膨胀机中的气体排放腔通过管道与压缩机的进口相连通；油泵出口通过供油管用于与滑油冷却器进口上的进油管相连通，油气分离装置的进油口通过回油管用于与透平膨胀机相连通，使得透平膨胀机中的油气混合物能进入至油气分离装置中进行油气分离，油气分离装置的出气口通过管道用于与回气过滤器的进口相连通，使得油气分离装置分离油气得到的气体能进入至回气过滤器中过滤；透平膨胀机中的叶轮与轴承腔体之间安装有迷宫式密封区域，迷宫式密封区域内设置有气体供给腔和气体排放腔。
2.根据权利要求1所述的一种分组式低温气液化用透平膨胀系统，其特征在于：透平膨胀机组数量为三个的单元位于其它单元的后方，使得低温气在液化前最后进入该数量为三个的单元换热冷却。
3.根据权利要求1所述的一种分组式低温气液化用透平膨胀系统，其特征在于：每个供油站均撬装于一个单独的撬块上；每个透平膨胀机组均撬装于一个单独的撬块上。
4.根据权利要求1所述的一种分组式低温气液化用透平膨胀系统，其特征在于：滑油冷却器为能通过循环水对油进行冷却的冷却器。
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