[發(fā)明專利]一種低溫液體膨脹機(jī)熱啟動系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711058770.1
• 申請日: 2017-11-01
• 公開（公告）號: CN107702431B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫金菊;霍長江;宋鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: F25J3/04
• 分類號: F25J3/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

本發(fā)明公開了一種低溫液體膨脹機(jī)熱啟動系統(tǒng)及方法，在現(xiàn)運行空分裝置中，先對液體膨脹機(jī)及其管道進(jìn)行逆向預(yù)冷和正向預(yù)冷；再緩慢打開緊急切斷閥，然后開大噴嘴并同時配合關(guān)小液體節(jié)流閥，使得增壓機(jī)出口壓力維持穩(wěn)定，直至液體膨脹機(jī)達(dá)到并網(wǎng)發(fā)電轉(zhuǎn)速(或制動設(shè)備轉(zhuǎn)速)；繼續(xù)開大噴嘴開度并同時關(guān)小液體節(jié)流閥，使得液體膨脹機(jī)負(fù)荷逐步增加，直至達(dá)到設(shè)計值。優(yōu)點在于可使液體膨脹機(jī)在現(xiàn)運行空分裝置中穩(wěn)定地完成熱啟動，且與自動化控制技術(shù)集成，還可以實現(xiàn)整個切換過程高效、精準(zhǔn)、平穩(wěn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于低溫空分技術(shù)領(lǐng)域，涉及現(xiàn)運行低溫空分裝置中高壓液體節(jié)流閥的替代技術(shù)，特別是一種低溫液體膨脹機(jī)熱啟動系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

低溫空分是以空氣為原料，采用人工制冷的方法使空氣液化，再根據(jù)各組分沸點的不同生產(chǎn)氧、氮和其它稀有氣體的裝置。空分裝置設(shè)備繁多，流程復(fù)雜。關(guān)鍵設(shè)備的啟動/停機(jī)對整個空分裝置的安全運行有重要影響。例如，專利200910243181.X“空分內(nèi)壓縮流程的增壓膨脹機(jī)故障單停方法”提供了一種在空分流程中單臺無備用的增壓膨脹機(jī)故障停機(jī)方法，旨在避免由于增壓膨脹機(jī)故障停機(jī)而造成整個空分裝置的停產(chǎn)。專利201210158840.1“一種增壓膨脹機(jī)熱啟動的方法”公開了一種增壓膨脹機(jī)熱啟動的方法，縮短了熱啟動時間。

液體膨脹機(jī)用于空分裝置中替代傳統(tǒng)的液體節(jié)流閥，不僅可以滿足工藝流程的降壓要求，同時回收節(jié)流能量頭并抑制溫升，顯著提升整套裝置的能效。液體膨脹機(jī)的啟動實質(zhì)上是在空分裝置穩(wěn)定運行后，將液體節(jié)流閥切換為液體膨脹機(jī)節(jié)流的過程，屬于熱啟動。有效地控制液體膨脹機(jī)的啟動對管線核心動力設(shè)備及空分系統(tǒng)的影響是液體膨脹機(jī)技術(shù)實施應(yīng)用中亟需解決的問題。

專利201310432813.6“低溫液力透平閉式實驗系統(tǒng)和測試方法”提供了一種液體膨脹機(jī)的閉式液氮實驗系統(tǒng)和測試方法，但其并未涉及復(fù)雜的低溫工業(yè)空分系統(tǒng)及其動力設(shè)備。如圖1所示，在實際的工業(yè)空分裝置中，液體膨脹機(jī)和高壓液體節(jié)流閥并行安裝。通常先使用液體節(jié)流閥節(jié)流，待整套空分裝置運行穩(wěn)定后再切換至液體膨脹機(jī)。液體膨脹機(jī)的啟動過程就是將高壓液體節(jié)流閥節(jié)流切換至液體膨脹機(jī)節(jié)流的過程，在此過程中，逐漸開大液體膨脹機(jī)噴嘴開度，使其過流量逐步增加，與此同時逐漸關(guān)小液體節(jié)流閥的開度使其過流量逐步減小。二者調(diào)節(jié)的協(xié)調(diào)一致，使得核心動力設(shè)備(空壓機(jī)11、氣體膨脹機(jī)13、增壓機(jī)12)和空分系統(tǒng)穩(wěn)定運行。否則將使動力設(shè)備進(jìn)入非穩(wěn)定工況，甚至導(dǎo)致動力設(shè)備的非正常停機(jī)以及空分系統(tǒng)的故障停運。若液體節(jié)流閥關(guān)的過快，管線介質(zhì)流量將減少，使得增壓機(jī)接近小流量失穩(wěn)工況(甚至喘振停機(jī))，并影響上游氣體膨脹機(jī)和空壓機(jī)；若液體節(jié)流閥關(guān)的過慢，管線介質(zhì)流量將增加，使得增壓機(jī)進(jìn)入大流量和低壓工況，進(jìn)而影響精餾分離，同時還會影響上游的氣體膨脹機(jī)和空壓機(jī)，甚至?xí)?dǎo)致整個空分裝置的停運。

在現(xiàn)運行空分裝置中，如何實現(xiàn)液體膨脹機(jī)的平穩(wěn)熱啟動是低溫液體膨脹機(jī)技術(shù)應(yīng)用實施中的關(guān)鍵問題，亟需解決。但就國內(nèi)外范圍看，并未發(fā)現(xiàn)與此相關(guān)的公開資料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種低溫液體膨脹機(jī)熱啟動系統(tǒng)及方法，旨在有效地控制液體膨脹機(jī)的熱啟動對動力設(shè)備和空分系統(tǒng)的影響。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是通過以下途徑實現(xiàn)的：

一種低溫液體膨脹機(jī)熱啟動系統(tǒng)，包括液體膨脹機(jī)、液體節(jié)流閥、冷卻氣排放閥和第二截止閥，液體膨脹機(jī)的入口管道上設(shè)置有第一截止閥和緊急切斷閥，液體膨脹機(jī)的出口管道上設(shè)置有第三截止閥，液體膨脹機(jī)的入口管道和出口管道上并聯(lián)有液體節(jié)流閥，并且液體節(jié)流閥與第一截止閥的入口均與液體輸入管道相連，液體節(jié)流閥與第三截止閥的出口均與液體輸出管道相連；緊急切斷閥的兩端并聯(lián)有緊急切斷閥旁通閥，冷卻氣排放閥通過管道與第一截止閥、緊急切斷閥之間的管道相連通，第二截止閥通過管道與液體膨脹機(jī)和第三截止閥之間的管道相連通。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，液體膨脹機(jī)還直接連接有發(fā)電機(jī)或者動力設(shè)備。