CN210068257U - 一种气体膨胀机增压系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及能源利用技术领域，尤其涉及一种气体膨胀机增压系统。该系统包括气体膨胀机，其包括通过传动轴连接的膨胀部和制动部，膨胀部用于连接精馏塔，精馏塔用于提供富氧气以推动膨胀部旋转，还包括：氮气存储装置，制动部的一端与氮气存储装置连接，制动部的另一端与供气管网连接，制动部能够在膨胀部的带动下旋转以吸收氮气存储装置中的氮气并使氮气增压。本实用新型提供的气体膨胀机增压系统，膨胀部在富氧气的推动下高速旋转，进而带动制动部高速旋转；制动部在高速旋转时，不断吸入氮气并使氮气增压，进而输送至供气管网为用户供气。以上的设置，充分利用了气体膨胀机制动部的能量为用户提供高压氮气，实现了能源的合理有效利用。

Description

一种气体膨胀机增压系统

技术领域

本实用新型涉及能源利用技术领域，尤其涉及一种气体膨胀机增压系统。

背景技术

目前，工业上氮气、氧气、氩气分离的工艺多数都是通过空气精馏实现的，空分精馏系统大部分的冷量来自于膨胀机的做功。对于中小型空分来讲，因膨胀机转速较高，需要用气体作为轴承气，以减少摩擦，故广泛应用的是气体膨胀机。膨胀机包括膨胀端和制动端，气体推动膨胀端高速转动后，制动端在膨胀端的带动下高速转动，同时吸入空气产生反作用力制约膨胀端的高速运转，否则膨胀机的转速将无限增加，导致飞车。

现有技术中，空分气体膨胀机通常都采用空气作为制动气，即制动端在膨胀端的带动下只是吸收空气来制约膨胀端的高速运转，导致制动端高速运转产生的能量没有得到充分利用。

因此，需要提出一种气体膨胀机增压系统，能够解决现有技术中无法充分利用空分气体膨胀机制动端产生的能量的问题。

实用新型内容

基于以上所述，本实用新型的目的在于提供一种气体膨胀机增压系统，可以充分利用气体膨胀机制动端的能量，实现能源的合理有效利用。

为达上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

提供一种气体膨胀机增压系统，包括气体膨胀机，所述气体膨胀机包括通过传动轴连接的膨胀部和制动部，所述膨胀部用于连接精馏塔，所述精馏塔用于提供富氧气以推动所述膨胀部旋转，还包括：

氮气存储装置，所述制动部的一端与所述氮气存储装置连接，所述制动部的另一端与供气管网连接，所述制动部能够在所述膨胀部的带动下旋转以吸收所述氮气存储装置中的氮气并使氮气增压。

作为一种气体膨胀机增压系统的优选方案，所述供气管网的进口端设置有外送调节阀。

作为一种气体膨胀机增压系统的优选方案，所述氮气存储装置的出口端设置有回流调节阀，其用于将增压后的氮气送回所述制动部，所述回流调节阀与所述外送调节阀并联设置，所述回流调节阀与所述制动部并联设置。

作为一种气体膨胀机增压系统的优选方案，所述制动部的出口端串联有制动部调节阀，所述回流调节阀与所述制动部调节阀和所述制动部并联设置。

作为一种气体膨胀机增压系统的优选方案，所述制动部调节阀的出口端设置有氮气纯度检测装置。

作为一种气体膨胀机增压系统的优选方案，所述制动部调节阀的出口端还设置有压力传感器。

作为一种气体膨胀机增压系统的优选方案，所述外送调节阀的出口端设置有止回阀。

作为一种气体膨胀机增压系统的优选方案，所述止回阀的出口端串联有外送手动阀，所述止回阀和所述外送手动阀均位于所述外送调节阀与所述供气管网之间。

作为一种气体膨胀机增压系统的优选方案，所述外送调节阀的出口端还设置有吹扫阀，所述吹扫阀与所述止回阀和所述外送手动阀并联设置。

作为一种气体膨胀机增压系统的优选方案，所述外送调节阀的进口端设置有放空阀，所述放空阀与所述外送调节阀并联设置。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供的气体膨胀机增压系统，膨胀部在富氧气的推动下高速旋转，进而带动制动部高速旋转，制动部在高速旋转时，不断吸入氮气并使氮气增压，进而输送至供气管网为用户供气。以上的设置，充分利用了气体膨胀机制动部的能量为用户提供高压氮气，实现了能源的合理有效利用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型具体实施例提供的气体膨胀机增压系统的结构示意图。

图中：

1、膨胀部；

2、制动部；

3、精馏塔；

4、氮气存储装置；

5、供气管网；

61、外送调节阀；62、止回阀；63、外送手动阀；

7、回流调节阀；

81、膨胀部调节阀；82、制动部调节阀；

9、放空阀；

101、吹扫电磁阀；102、吹扫手动阀；

11、旁通阀；

12、纯化器；

13、传动轴；

14、氮气纯度检测装置。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面结合附图并通过具体实施例来进一步说明本实用新型的技术方案。

现有技术中，工业上氮气、氧气、氩气分离的工艺多数都是通过空气精馏实现的，空分精馏系统大部分的冷量来自于膨胀机的做功。对于中小型空分来讲，因膨胀机转速较高，需要用气体作为轴承气，以减少摩擦，故广泛应用的是气体膨胀机。膨胀机包括膨胀端和制动端，气体推动膨胀端高速转动后，制动端在膨胀端的带动下高速转动，同时吸入空气产生反作用力制约膨胀端的高速运转，否则膨胀机的转速将无限增加，导致飞车。然而，制动端在膨胀端的带动下只是吸收空气来制约膨胀端的高速运转，制动端高速运转产生的能量没有得到充分利用。

为克服以上缺陷，本实施例提供一种气体膨胀机增压系统，主要应用在空分工厂中，用于对空气分离后的气体(如氮气、氧气等)进行增压，本实施例以氮气的增压为例。如图1所示，该增压系统包括气体膨胀机，其中，气体膨胀机包括膨胀部1和制动部2，膨胀部1和制动部2通过传动轴13连接；膨胀部1的进口端与精馏塔3连接，出口端与纯化器12连接；制动部2的进口端与氮气存储装置4连接，出口端与供气管网5连接。具体地，精馏塔3向膨胀部1输入有压力的低温富氧气，富氧气推动膨胀部1高速运转，富氧气从膨胀部1的出口端排出后进入纯化器12中；膨胀部1高速运转的同时，带动制动部2高速运转，进而不断吸入氮气存储装置4中的氮气并对氮气进行增压，压力增大的氮气输送至供气管网5为用户供气，由此充分利用了制动端2产生的能量，实现了能源的合理有效利用。

进一步地，为了调节进入膨胀部1的富氧气量，膨胀部1与精馏塔3之间设置有膨胀部调节阀81，调节膨胀部调节阀81的开度即可调节富氧气的进入量，进而调整膨胀部1的转速；制动部2的出口端设置有制动部调节阀82，调节制动部调节阀82的开度即可调节氮气的输出量，进而满足客户的用气量。

当富氧气的压力过大时，会使膨胀部1的转速过大，不利于气体膨胀机的安全运行。为克服该缺陷，在精馏塔3的出口端设置有旁通阀11，旁通阀11与膨胀部1并联设置。当膨胀部1转速过大时，打开旁通阀11并不断调大旁通阀11的开度，使一部分富氧气放空，同时调节膨胀部调节阀81的开度，直到膨胀部1的转速稳定为止。

需要说明的是，一般在气体膨胀机中会设置两个膨胀部1和两个制动部2，如图1所示，通过传动轴13连接到一起的膨胀部1和制动部2为一组(图中有两组)。在实际工作时，只启动一个膨胀部1，通过传动轴13带动对应的制动部2，另一组作为备用组，当其中一组出现故障无法工作时，启动备用组。

本实施例利用制动部2产生的机械能使氮气增压，进而为用户供气。为了调整输送给用户的氮气压力，可选地，制动部调节阀82的出口端设置了回流调节阀7，该回流调节阀7与制动部2和制动部调节阀82串联设置，开启回流调节阀7后，增压后的一部分氮气将会重新进入制动部2中，在降低制动部2的转速的同时，降低了氮气的输出压力，从而为用户提供压力较小的氮气。通过调节回流调节阀7的开度，可以调整用户端的氮气压力。

具体地，在制动部调节阀82的出口端设置压力传感器(未在图中示出)。当压力传感器的检测值大于预设值时，增加回流调节阀7的开度，使氮气压力降低；当压力传感器的检测值小于预设值时，减小回流调节阀7的开度，使氮气压力增大。

需要说明的是，制动端2在吸收氮气并使其增压的同时，也在限制膨胀部1的转动，有利于防止膨胀部1的转速过高。

进一步地，为了适应用户实际需要的用气量，供气管网5的进口端设置了外送调节阀61，该外送调节阀61与回流调节阀7并联设置。由于在调节氮气输出压力的过程中，有一部分氮气通过回流调节阀7回流至制动部2，所以通过制动部调节阀82的增压氮气没有完全输送至客户，因此需要适当调节外送调节阀61的开度以适应用户对氮气的需求量。

进一步地，外送调节阀61与供气管网5之间串联有止回阀62和外送手动阀63。止回阀62可以防止氮气倒流，外送手动阀63可以在检修外送调节阀61时切断供气。

此外，外送调节阀61的出口端设置有流量计(未在图中示出)，外送调节阀61的进口端设置有放空阀9，放空阀9与外送调节阀61并联设置。具体地，用户端用气量有一个预设值，在调节外送调节阀61开度的过程中，如果流量计的测量值达到预设值，则正常供气；如果流量计的测量值大于预设值，则可以适当减小外送调节阀61的开度；如果流量计的测量值小于预设值，可以适当增大外送调节阀61的开度。

特殊地，如果外送调节阀61的开度调到最大时，流量计的测量值仍然小于预设值，此时应该打开放空阀9并适当调节其开度，将憋在管路中的氮气放空，以确保整个系统的安全运行。

进一步地，供给用户使用的氮气必须达到一定的纯度，为了保证供气质量，外送调节阀61的进口端设置了氮气纯度检测装置14，外送调节阀61的出口端设置有吹扫阀。其中，吹扫阀包括串联的吹扫手动阀102和吹扫电磁阀101，吹扫手动阀102和吹扫电磁阀101与止回阀62和外送手动阀63并联设置。具体地，进行纯度检测前，关闭外送手动阀63，打开吹扫手动阀102，氮气经过外送调节阀61，一方面可以通过流量计测试外送调节阀61是否有故障，另一方面，纯度不合格氮气可以通过吹扫阀放空，直到氮气纯度合格为止。氮气纯度合格后，即可关闭吹扫阀，打开外送手动阀63，为用户供气。止回阀62在阀前压力高于阀后压力时会自动打开。

需要说明的是，当吹扫电磁阀101发生故障时，可以关闭吹扫手动阀102，拆除吹扫电磁阀101进行维修，在没有吹扫电磁阀101的状态下，同样可以通过吹扫手动阀102放空氮气，直到氮气的纯度合格为止。

需要说明的是，本实施例中的氮气来源于空气分离装置，因此，当氮气纯度检测装置14检测到氮气纯度不合格时，可以通过空气分离装置对氮气的纯度进行调整，进而保证本系统的供气质量。

优选地，本实施例提供的气体膨胀机增压系统还可以包括控制器。具体地，本实施例的控制器为可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称PLC控制器)，通过对该PLC控制器编写程序，进而控制温度传感器检测温度，控制流量计检测流量，并根据检测结果对应控制各个调节阀的开度大小以及吹扫电磁阀101的开闭。以上控制回路均为本领域现有技术，在此不再赘述。

本实施例提供的气体膨胀机增压系统，膨胀部1在富氧气的推动下高速旋转，进而带动制动部2高速旋转；制动部2在高速旋转时，不断吸入氮气并使氮气增压，进而输送至供气管网5为用户供气。以上的设置，充分利用了气体膨胀机制动部2的能量为用户提供高压氮气，实现了能源的合理有效利用。

此外，本实施例提供的气体膨胀机增压系统中增设了回流调节阀7，通过调节回流调节阀7的开度，可以调整外送给客户的氮气压力；氮气纯度测试装置14以及吹扫阀的设置，有利于保证供气质量。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“水平”、“竖直”、“向上”、“向下”、“下方”、“上方”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种气体膨胀机增压系统，包括气体膨胀机，所述气体膨胀机包括通过传动轴(13)连接的膨胀部(1)和制动部(2)，所述膨胀部(1)用于连接精馏塔(3)，所述精馏塔(3)用于提供富氧气以推动所述膨胀部(1)旋转，其特征在于，还包括：

氮气存储装置(4)，所述制动部(2)的一端与所述氮气存储装置(4)连接，所述制动部(2)的另一端与供气管网(5)连接，所述制动部(2)能够在所述膨胀部(1)的带动下旋转以吸收所述氮气存储装置(4)中的氮气并使氮气增压。

2.根据权利要求1所述的气体膨胀机增压系统，其特征在于，所述供气管网(5)的进口端设置有外送调节阀(61)。

3.根据权利要求2所述的气体膨胀机增压系统，其特征在于，所述氮气存储装置(4)的出口端设置有回流调节阀(7)，其用于将增压后的氮气送回所述制动部(2)，所述回流调节阀(7)与所述外送调节阀(61)并联设置，所述回流调节阀(7)与所述制动部(2)串联设置。

4.根据权利要求3所述的气体膨胀机增压系统，其特征在于，所述制动部(2)的出口端串联有制动部调节阀(82)，所述回流调节阀(7)与所述制动部调节阀(82)和所述制动部(2)串联设置。

5.根据权利要求4所述的气体膨胀机增压系统，其特征在于，所述制动部调节阀(82)的出口端设置有氮气纯度检测装置(14)。

6.根据权利要求4所述的气体膨胀机增压系统，其特征在于，所述制动部调节阀(82)的出口端还设置有压力传感器。

7.根据权利要求2所述的气体膨胀机增压系统，其特征在于，所述外送调节阀(61)的出口端设置有止回阀(62)。

8.根据权利要求7所述的气体膨胀机增压系统，其特征在于，所述止回阀(62)的出口端串联有外送手动阀(63)，所述止回阀(62)和所述外送手动阀(63)均位于所述外送调节阀(61)与所述供气管网(5)之间。

9.根据权利要求8所述的气体膨胀机增压系统，其特征在于，所述外送调节阀(61)的出口端还设置有吹扫阀，所述吹扫阀与所述止回阀(62)和所述外送手动阀(63)并联设置。

10.根据权利要求2所述的气体膨胀机增压系统，其特征在于，所述外送调节阀(61)的进口端设置有放空阀(9)，所述放空阀(9)与所述外送调节阀(61)并联设置。

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