透平膨脹機

透平膨脹機，是空氣分離設備及天然氣（石油氣）液化分離設備和低溫粉碎設備等獲取冷量所必需的關鍵部機，是保證整套設備穩定運行的心臟。

基本介紹

• 中文名：透平膨脹機
• 故障原因：磁電感測器故障所致
• 重要性：保證整套設備穩定運行的心臟
• 分類：部件

原理

其主要原理是利用有一定壓力的氣體在透平膨脹機內進行絕熱膨脹對外做功而消耗氣體本身的內能，從而使氣體自身強烈地冷卻而達到製冷的目的。我們平常用氣筒打氣會發現筒身發熱,那是因為活塞壓縮氣體氣體放熱,如果反之其原理就類似於膨脹機了(更確切的說是活塞式膨脹機).透平膨脹機輸出的能量由同軸壓縮機回收或制動風機消耗。

處理預防

故障原因

轉速表指示失準，一般有兩種原因：一是因膨脹機本身故障造成轉速表指示異常，這種情況往往伴隨著膨脹機有嚴重的異常聲音；二是磁電感測器故障所致。

磁電感測器安裝在制動風機的端蓋中間，由兩塊繞有線圈的永久磁鐵組成，利用磁電感應原理，如果線圈對地短路或內部受潮絕緣被破壞，轉子轉動時切割磁力線產生的感應電流出現變化，造成測量轉速不準。可用兆歐表測量線圈接線對地電阻及絕緣程度，以作出準確的診斷。

膨脹機轉速表在0~40℃環境溫度下能正常工作，溫度過低或過高均對轉速表測量不利。在分餾塔加溫時沒有取下膨脹機，即使在風機排氣放空閥關閉的情況下，由於冷吹階段空氣的溫度遠低於0℃，加溫後期的空氣溫度又高於40℃，這兩種溫差較大的氣體長時間充滿風機系統，磁電感測器線圈受影響最大，多次進行加溫，就會產生線圈受潮不絕緣、對地短路的故障，在這種情況下轉速表指示會遲鈍且低於實際轉速。

轉速表本身發生故障的情況十分少見。在轉速表指示失準的情況下，可先判斷是否因機械故障所致，應拆下膨脹機進行檢查。如機械系統無異常，可憑經驗進行操作，轉速顯示偏低，不必擔心膨脹機因轉速超高而自動停車，造成分餾塔上塔壓力上升進而威脅分餾塔的安全。可在保證膨脹機前後壓力、溫度處於正常範圍內維持運轉。

風機輪葉片與風機端蓋的嚴重摩擦，是導致風機輪損壞的直接原因。這種故障只有在風機輪螺母明顯鬆動的情況下才會發生。螺母一般都具有自鎖性，在靜載荷和工作溫度變化不大時不會自動鬆脫。但是，在衝擊、振動和變載荷的作用下，或在測試變化較大的環境下工作時，螺紋間的摩擦力可能在某一瞬時消失或減小，這種現象的多次重複，就會使螺紋聯接逐漸鬆動。為防止螺紋聯接鬆動造成膨脹機工作不正常或發生嚴重事故，風機輪與轉子間的固定採用螺母和止動墊片結合的機械防松裝置，膨脹葉輪的螺母與轉子採用長細牙螺紋聯接，以滿足其長期運行的技術要求。

風機輪壓緊螺母與轉子採用粗牙螺紋聯接，其 自鎖性較差。加溫時膨脹機未取下，其螺母受溫差變化的影響，會熱脹冷縮。雖有止動墊片制約，由於加溫多次，其鬆動仍不可避免。當風機輪與端蓋的間隙完全消失就會發生摩擦，其結果是膨脹機運轉聲音異常，風機端蓋發燙，漆色改變，風機輪葉片磨損嚴重，轉子失去動平衡。轉子與軸承之間的摩擦同樣會產生。膨脹機出現嚴重機械事故，就直接導致整套空分設備的停運。

故障的處理方法

膨脹機拆檢，確認風機輪、工作輪報廢。兩個軸承鑲套內襯因出現裂紋、鬆動的嚴重缺陷，且間隙0．06mm，可靠性降低而不能使用。自購回備件進行組裝，在無負荷試車時，當軸承氣壓力升至0．2MPa時進行轉子懸浮試驗，測量轉子與外殼體的電阻值無窮大，懸浮性能良好，但無法進行啟動。詳細情況是：在做好膨脹機啟動的各項準備工作後，當上塔壓力達0．4MPa時，開啟通—2閥的，瞬間，膨脹機內出現“啪”的一聲撞擊，發生卡機事故，緊急停車。拆檢發現：風機側軸承限位板4個固定螺釘全部斷裂，軸承鑲套內襯與轉子有嚴重摩擦痕跡。反覆裝配數次，懸浮轉動均正常，但撞擊、卡機現象無法消除，試車被迫中斷。通過對故障認真的分析，確認是更換風機輪、工作輪後，轉子整體動平衡重心偏移量過大所造成。在這種情況下，不可草率地判斷為軸承與轉子之間的間隙過小所致，擴大其間隙，只會造成軸承的報廢。

在沒有高精度的動平衡條件下，軸承和限位板的固定螺絲的破壞程度也愈嚴重，還有可能使轉子產生軸向變形，在這種情況下，上塔0．4MPa壓力的氣體能量高速作用於工作輪，必然使轉子產生向風機一側位移，這種位移產生的突發撞擊力，導致風機側固定螺絲徑向斷裂。送到廠家進行處理，膨脹機轉子動平衡經廠家校驗合格後，裝機試車一次成功，啟動液化非常順利。

膨脹機每次就位時，一定要注意本體的軸向水平度和橫向水平度應符合長期運轉的要求，嚴格對膨脹機進行懸浮試驗。懸浮試驗合格後，再進行負荷試驗，啟動後應逐漸提高轉速至正常轉速。確認達到要求後才可投入使用，以保證運轉的可靠性。

機械故障的預防

分餾塔的操作和調整均可引起膨脹機技術參數 的改變，兩者之間的關係十分緊密。為了防止機械事故的發生，在啟動前除按照技術說明書的要求外，還應注意做好以下準備工作：

(1)在壓力達1MPa時，軸承氣壓力應調整在0．5MPa，以保證熱交換器壓力在1．4MPa時，軸承氣壓力達到0．6MPa。

(2)防止在啟動膨脹機時轉速超高，全關膨脹機後污氮放空閥，節-3閥開3/12轉。

(3)軸承氣壓力表綠針調至0．3MPa，紅針調至0．5MPa，確保啟動、停車控制電路正常工作。

膨脹機在出現緊急情況時，操作人員必須正確果斷地進行處置，否則就會釀成責任事故。當膨脹機因超速自動停車時，膨脹機進口閥通—2會立即關閉，應迅速開大污氮旁通節流閥節—3，再按啟動按紐，可重新啟動；在活動節流閥刮霜和切換純化器時切斷加熱器氣源時，應觀察轉速指示表，防止超速；當因軸承氣壓力過低自動停車時，應稍開節—3，關小液空調節閥節—2，當壓力達到要求後再重新啟動；當緊急停電時，應迅速關閉節—2、通—2、節—3，在完成這些動作後，再開分餾塔高壓放空閥。不論是正常停車還是緊急情況下的特殊停車，切記不要首先開大高壓空氣放空閥，以維持軸承氣壓力，為有步驟的停車爭取寶貴時間。在操作和檢修的整個過程中，應將預防膨脹機卡機和工作輪、風機輪摩擦的機械事故作為設備管理的主要目標進行考核。

對膨脹機相關管路進行適當的改進，可使操作更加簡單實用。原風機蝸殼設計用水冷卻，會產生水垢，形成堵塞，冷卻效果變差，有時還會出現水分滲漏至風機內部。可取消冷卻水冷卻，將放空的軸承氣引入蝸殼內進行冷卻，效果甚佳。風機制動氣全部直接放空，拆除風機排氣進加熱器管路，可有效地減少和防止切換純化器時的誤操作。

對膨脹機工作輪和風機輪防松螺母的檢查應半年進行一次。在分餾塔進行加溫時是檢查的最佳時機。在膨脹機正常使用的過程中，防松螺母的檢查對事故的預防極其重要，而這種檢查又非常簡單，機身不用解體，只需用兩把扳手反方向作用於工作輪螺母和風機輪螺母，將其扳緊即可。

在取下膨脹機時，由於蝸殼內溫度很低，導流器有可能取不出來，為了防止加溫時開啟通—2，塔內溫度上升，其加溫空氣壓力將導流器吹出砸向地面而損壞葉片，可自制盲板與中間體法蘭相連(盲板見圖1)，可保證I、Ⅱ熱交換器膨脹後污氮隔層的加溫和導流器完好的需要。

運行與檢查

膨脹機正常運行必須同時具備四個要素：

(1)有高度清潔、壓力平穩、連續供應的軸承氣。

(2)各部位間隙在規定的技術要求範圍內，轉子與其它部件不能出現任何摩擦。

(3)高質量的動平衡精度。

(4)工作輪、風機輪防松螺母必須緊固。