一种低温液体膨胀机热启动系统及方法与流程

本发明属于低温空分技术领域，涉及现运行低温空分装置中高压液体节流阀的替代技术，特别是一种低温液体膨胀机热启动系统及方法。

背景技术：

低温空分是以空气为原料，采用人工制冷的方法使空气液化，再根据各组分沸点的不同生产氧、氮和其它稀有气体的装置。空分装置设备繁多，流程复杂。关键设备的启动/停机对整个空分装置的安全运行有重要影响。例如，专利200910243181.x“空分内压缩流程的增压膨胀机故障单停方法”提供了一种在空分流程中单台无备用的增压膨胀机故障停机方法，旨在避免由于增压膨胀机故障停机而造成整个空分装置的停产。专利201210158840.1“一种增压膨胀机热启动的方法”公开了一种增压膨胀机热启动的方法，缩短了热启动时间。

液体膨胀机用于空分装置中替代传统的液体节流阀，不仅可以满足工艺流程的降压要求，同时回收节流能量头并抑制温升，显著提升整套装置的能效。液体膨胀机的启动实质上是在空分装置稳定运行后，将液体节流阀切换为液体膨胀机节流的过程，属于热启动。有效地控制液体膨胀机的启动对管线核心动力设备及空分系统的影响是液体膨胀机技术实施应用中亟需解决的问题。

专利201310432813.6“低温液力透平闭式实验系统和测试方法”提供了一种液体膨胀机的闭式液氮实验系统和测试方法，但其并未涉及复杂的低温工业空分系统及其动力设备。如图1所示，在实际的工业空分装置中，液体膨胀机和高压液体节流阀并行安装。通常先使用液体节流阀节流，待整套空分装置运行稳定后再切换至液体膨胀机。液体膨胀机的启动过程就是将高压液体节流阀节流切换至液体膨胀机节流的过程，在此过程中，逐渐开大液体膨胀机喷嘴开度，使其过流量逐步增加，与此同时逐渐关小液体节流阀的开度使其过流量逐步减小。二者调节的协调一致，使得核心动力设备(空压机11、气体膨胀机13、增压机12)和空分系统稳定运行。否则将使动力设备进入非稳定工况，甚至导致动力设备的非正常停机以及空分系统的故障停运。若液体节流阀关的过快，管线介质流量将减少，使得增压机接近小流量失稳工况(甚至喘振停机)，并影响上游气体膨胀机和空压机；若液体节流阀关的过慢，管线介质流量将增加，使得增压机进入大流量和低压工况，进而影响精馏分离，同时还会影响上游的气体膨胀机和空压机，甚至会导致整个空分装置的停运。

在现运行空分装置中，如何实现液体膨胀机的平稳热启动是低温液体膨胀机技术应用实施中的关键问题，亟需解决。但就国内外范围看，并未发现与此相关的公开资料。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种低温液体膨胀机热启动系统及方法，旨在有效地控制液体膨胀机的热启动对动力设备和空分系统的影响。

为实现上述目的，本发明的技术方案是通过以下途径实现的：

一种低温液体膨胀机热启动系统，包括液体膨胀机、液体节流阀、冷却气排放阀和第二截止阀，液体膨胀机的入口管道上设置有第一截止阀和紧急切断阀，液体膨胀机的出口管道上设置有第三截止阀，液体膨胀机的入口管道和出口管道上并联有液体节流阀，并且液体节流阀与第一截止阀的入口均与液体输入管道相连，液体节流阀与第三截止阀的出口均与液体输出管道相连；紧急切断阀的两端并联有紧急切断阀旁通阀，冷却气排放阀通过管道与第一截止阀、紧急切断阀之间的管道相连通，第二截止阀通过管道与液体膨胀机和第三截止阀之间的管道相连通。

本发明进一步的改进在于，液体膨胀机还直接连接有发电机或者动力设备。

本发明进一步的改进在于，液体膨胀机通过减速箱连接有发电机或者动力设备。

本发明进一步的改进在于，液体膨胀机和紧急切断阀设置在冷箱内。

一种低温液体膨胀机热启动方法，在现运行空分装置中，先对液体膨胀机及管道进行逆向预冷和正向预冷，接着打开紧急切断阀和液体膨胀机喷嘴，同时逐渐关小液体节流阀，两者协同调节维持增压机出口压力的稳定，直到液体膨胀机达到并网发电转速或制动设备转速，继续增加膨胀机喷嘴开度并同时减小节流阀开度，使膨胀机负荷逐步增大，直至达到运行参数要求。

本发明进一步的改进在于，具体包括以下步骤：

1)液体膨胀机启动前的预冷：首先进行反向冷却，将从精馏塔引入的低温气体，反向依次进入液体膨胀机扩压管、叶轮、喷嘴、蜗壳及其进口管件，最后排出，直至液体膨胀机内温度接近冷却气体温度，反向冷却过程结束；接着进行正向冷却，将低温液化介质依次引入进口管、蜗壳、喷嘴、叶轮和扩压管，待膨胀机内温度接近液化介质温度，正向冷却完毕；

2)启动液体膨胀机：在液体膨胀机预冷完成后，将各阀门调节到开机状态，逐步开大液体膨胀机喷嘴开度并同时关小液体节流阀开度，两者相互配合使增压机末级出口压力维持稳定，使液体膨胀机转速逐渐提升，并达到并网发电转速或制动设备转速；

3)增加负荷：通过继续开大液体膨胀机喷嘴开度并同时关小液体节流阀，逐渐增大液体膨胀机负荷，直至达到预期技术指标，完成热启动。

本发明进一步的改进在于，进行反向冷却时，打开第二截止阀、液体膨胀机喷嘴、紧急切断阀、紧急切断阀旁通阀和冷却气排放阀，使从精馏塔引入的冷却气反向依次进入液体膨胀机扩压管、叶轮、喷嘴、蜗壳及其进口管件。

本发明进一步的改进在于，进行正向冷却时，打开第一截止阀、紧急切断阀旁通阀、第三截止阀，将液体膨胀机上游的低温液化介质依次引入进口管、蜗壳、喷嘴、叶轮和扩压管。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明所描述的低温空分装置中液体膨胀机的启动方法可使低温液体膨胀机在现运行空分装置中稳定地热启动。采用此操作方法可使增压机末级出口压力维持稳定，避免由液体膨胀机启动而引起管网阻力变化及其诱发的动力设备停机、空分装置停产。

(2)本发明与自动化控制等技术集成实施后，可以实现液体膨胀机启动的自动化控制，使得从液体节流阀到膨胀机节流的切换过程更平稳、精准、可靠。

附图说明

图1是现有的工业空分装置的框图。

图2是本发明的框图。

图中：1-液体节流阀，2-第一截止阀，3-冷却气排放阀，4-紧急切断阀旁通阀，5-紧急切断阀，6-液体膨胀机，7-发电机，8-第二截止阀，9-第三截止阀，10-冷箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

一种低温空分装置中液体膨胀机的启动系统，包括液体膨胀机6、液体节流阀1、冷却气排放阀3和第二截止阀8，液体膨胀机6的入口管道上设置有第一截止阀2和紧急切断阀5，液体膨胀机6的出口管道上设置有第三截止阀9，液体膨胀机6的入口管道和出口管道上并联有液体节流阀1，并且液体节流阀1与第一截止阀2的入口均与液体输入管道相连，液体节流阀1与第三截止阀9的出口均与液体输出管道相连；紧急切断阀5的两端并联有紧急切断阀旁通阀4，冷却气排放阀3通过管道与第一截止阀2、紧急切断阀5之间的管道相连通，第二截止阀8通过管道与液体膨胀机6和第三截止阀9之间的管道相连通。液体膨胀机6还通过减速箱连接有发电机7(或动力设备)。或液体膨胀机6直接连接有发电机7(或动力设备)。液体膨胀机6和紧急切断阀5设置在冷箱10内。

一种基于上述系统的低温空分装置中液体膨胀机的启动方法，在现运行空分装置中，先对液体膨胀机及管道进行逆向预冷和正向预冷，接着打开紧急切断阀和膨胀机喷嘴，同时逐渐关小液体节流阀，两者协同调节维持增压机出口压力的稳定，直到液体膨胀机达到并网发电转速(或制动设备转速)。继续增加膨胀机喷嘴开度并同时减小节流阀开度，使膨胀机负荷逐步增大，直至达到运行参数要求。具体操作步骤如下：

1)液体膨胀机启动前的预冷：由逆向低温气体预冷和正向液体介质梯级式预冷组成。首先进行反向冷却，将从精馏塔引入低温气体，使得反向依次进入液体膨胀机扩压管、叶轮、喷嘴、蜗壳及其进口管件，最后通过冷却气排放阀排出，直至液体膨胀机内温度接近冷却气体温度，反向冷却过程结束。接着开始正向冷却，将低温液化介质依次引入进口管、蜗壳、喷嘴、叶轮和扩压管等，待液体膨胀机内温度接近液化介质温度，正向冷却完毕。

2)启动液体膨胀机：在液体膨胀机预冷完成后，将各阀门调节到开机状态，进入液体膨胀机的启动程序。它实质上是一协同调节过程：逐步开大液体膨胀机喷嘴开度并同时关小液体节流阀开度，两者相互配合使增压机末级出口压力维持稳定，使液体膨胀机转速逐渐提升，并达到并网发电转速(或制动设备转速)。

3)增加负荷：通过继续开大液体膨胀机喷嘴开度并同时关小液体节流阀，逐渐增大膨胀机负荷，直至达到预期技术指标。标志着整个热启动过程完成。

下面结合图2进行详细说明。图2是本发明一种低温空分装置中液体膨胀机的启动方法实施例框图。本发明公开的是现运行空分装置中液体膨胀机的热启动方法，先对液体膨胀机6及管道进行逆向气体流、正向液体流的梯级预冷，接着缓慢打开紧急切断阀5，然后逐渐开大液体膨胀机6喷嘴并同时逐渐关小关小液体节流阀1，使得增压机末级出口压力维持稳定，直至液体膨胀机6转速提升至并网发电转速(或制动设备转速)，继续增加液体膨胀机6喷嘴开度并同时减小液体节流阀1开度，使液体膨胀机负荷逐步增大，直至达到运行参数要求。具体操作步骤如下：

首先，进行液体膨胀机6逆向预冷。先打开第二截止阀8、液体膨胀机6喷嘴、紧急切断阀5、紧急切断阀旁通阀4和冷却气排放阀3，使从精馏塔引入的冷却气依次进入上述各部件，然后通过冷却气排放阀3排放出，直至液体膨胀机6内温度接近冷却气温度。

第二，进行正向冷却。打开第一截止阀2、紧急切断阀旁通阀4、第三截止阀9，将液体膨胀机6上游的低温液化介质依次引入进口管、蜗壳、喷嘴、叶轮和扩压管等，待液体膨胀机6内温度接近液化介质的温度，正向冷却完毕。

第三，协同调节液体膨胀机6喷嘴开度和液体节流阀1开度。使液体膨胀机6喷嘴开度逐步增大的同时关小液体节流阀1，维持增压机末级出口的压力稳定，直至液体膨胀机6转速达到并网发电转速(或制动设备转速)。

第四，加载液体膨胀机6负荷至设计指标。继续关小液体节流阀1的开度，同时配合开大液体膨胀机6喷嘴开度，使液体膨胀机6负荷逐渐增大，直至设计值便完成液体膨胀机的热启动。

第五，上述几个过程与自动化控制技术的集成，将实现液体膨胀机启动的自动化热启动，使得整个切换过程高效、精准、平稳。

以上所述仅是本发明一种较佳的具体实施方式而不限制本发明的保护范围，本领域技术人员凡依照本发明专利所述内容所作的等价形式的修改，均应涵盖在本发明的专利保护范围内。