空氣分離裝置中，膨脹機(jī)，也叫液體膨脹機(jī)或者透平膨脹機(jī)是提供冷量、實(shí)現(xiàn)制冷負(fù)荷平衡的重要設(shè)備。膨脹機(jī)啟動(dòng)的時(shí)機(jī)很關(guān)鍵，若啟動(dòng)過早或過遲，都可能導(dǎo)致效率降低、設(shè)備受損或啟動(dòng)周期拉長。浙江盛爾氣體作為深冷空分裝置的EPC總承包商，有專業(yè)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，本文總結(jié)關(guān)鍵原則，我們將分四個(gè)方面討論用戶群體關(guān)心的問題、啟動(dòng)前的準(zhǔn)備、啟動(dòng)中的風(fēng)險(xiǎn)與問題以及實(shí)際操作中的經(jīng)驗(yàn)與解決方式。最后幫助業(yè)主總結(jié)一個(gè)最佳啟動(dòng)時(shí)機(jī)，以及提醒相關(guān)注意事項(xiàng)。

一、空氣分離裝置啟動(dòng)可能會(huì)遇到的問題

在空氣分離裝置中，業(yè)主一般主要關(guān)心的裝置啟動(dòng)速度、安全性、節(jié)能性、產(chǎn)品純度，以及設(shè)備壽命。在空氣分離裝置啟動(dòng)過程中，業(yè)主最常遇到的問題一般集中在預(yù)冷、雜質(zhì)控制和設(shè)備穩(wěn)定性三方面。

• 預(yù)冷不足導(dǎo)致啟動(dòng)周期延長
  如果主換熱器和精餾塔溫度沒有降到合適區(qū)間就嘗試進(jìn)入下一步操作，會(huì)導(dǎo)致冷量不足，裝置降溫速度慢，液體積累困難，從而使啟動(dòng)周期明顯拉長。
• 雜質(zhì)（水分、二氧化碳）未徹底清除引發(fā)冰堵
  空氣預(yù)處理系統(tǒng)若再生不徹底，殘余的水分或 CO? 在低溫下會(huì)凍結(jié)，造成換熱器或管道堵塞，嚴(yán)重時(shí)甚至損壞膨脹機(jī)和閥門，是開車中最常見且危險(xiǎn)的問題之一。
• 膨脹機(jī)或壓縮機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)

啟動(dòng)時(shí)若氣源流量、壓力或溫度控制不到位，膨脹機(jī)可能出現(xiàn)振動(dòng)、超速、油溫異常等問題，壓縮機(jī)也可能因負(fù)荷突變而跳車，導(dǎo)致啟動(dòng)中斷甚至需要重新開車。

其中膨脹機(jī)是一個(gè)值得單獨(dú)來講一下的核心設(shè)備。在熱狀態(tài)或者冷卻尚未穩(wěn)定時(shí)啟動(dòng)膨脹機(jī)，膨脹機(jī)入口溫度過高或壓力不夠，會(huì)導(dǎo)致膨脹機(jī)不能輸出設(shè)計(jì)冷量，從而冷卻速度慢。另外，因?yàn)槿~輪、軸承、密封、潤滑系統(tǒng)等要在低溫大溫差和高速下工作，若潤滑油未降溫、密封系統(tǒng)未狀態(tài)良好或軸承未預(yù)熱／預(yù)潤滑，則啟動(dòng)時(shí)磨損大、故障率高。

二、膨脹機(jī)啟動(dòng)前的關(guān)鍵因素

要讓膨脹機(jī)在最佳時(shí)機(jī)啟動(dòng)，啟動(dòng)前的準(zhǔn)備非常重要。

首先，換熱器、精餾塔等低溫部件要先用空氣或高壓空氣／氮?dú)猓鄣獨(dú)膺M(jìn)行預(yù)冷，讓金屬件溫度下降到允許范圍。避免大溫差突然作用，防止熱沖擊。入口溫度應(yīng)低于某個(gè)設(shè)計(jì)值。參考某些熱狀態(tài)啟動(dòng)方法中，主換熱器出口溫度達(dá)到約 -142℃時(shí)開始重要冷負(fù)荷操作。
第二，膨脹機(jī)需要有足夠的高壓空氣支撐其產(chǎn)生設(shè)計(jì)冷量或接近設(shè)計(jì)冷量，否則即使啟動(dòng)也不能發(fā)揮優(yōu)勢。啟動(dòng)前應(yīng)調(diào)整節(jié)流閥使高壓空氣流量盡可能接近穩(wěn)定值，確保供給壓力穩(wěn)定，不波動(dòng)劇烈。

其次，管道、換熱器、膨脹機(jī)本體的進(jìn)口、出口通路都要吹掃，清除雜質(zhì)、水汽、CO?等，這些在低溫容易結(jié)冰或凝固，導(dǎo)致堵塞或損壞。還要檢查密封氣系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、潤滑油溫度、油品質(zhì)量、密封件狀態(tài)。

最后，公司都會(huì)提供膨脹機(jī)啟動(dòng)培訓(xùn)，在我司工程師培訓(xùn)現(xiàn)場可以及時(shí)提問，詳細(xì)記錄膨脹機(jī)啟動(dòng)的時(shí)機(jī)。

三、問題及解決方式

一旦開始啟動(dòng)膨脹機(jī)，不恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)或操作可能帶來一些問題，這里分析常見問題及其解決辦法：

1. 轉(zhuǎn)速過高／超速風(fēng)險(xiǎn)
   如果高壓空氣量或者入口溫度高，膨脹機(jī)瞬間受到較大膨脹力，可能轉(zhuǎn)速攀升到設(shè)計(jì)限以上或共振頻率區(qū)間滯留。這種情況危險(xiǎn)，需要控制入口溫度、流量漸進(jìn)加載。使用速度控制器、發(fā)電機(jī)加載機(jī)制防止作為電機(jī)或壓縮機(jī)運(yùn)行。
2. 軸承／密封溫差過大導(dǎo)致?lián)p傷
   若潤滑油未降溫或密封氣未預(yù)熱、軸承熱膨脹未穩(wěn)定，就啟動(dòng)，會(huì)因?yàn)闊?冷交替導(dǎo)致裂紋、熱應(yīng)力、磨損加劇。解決方式包括慢冷／分階段冷卻，潤滑油系統(tǒng)先通油、加溫或加潤滑劑，密封氣供應(yīng)穩(wěn)定。
3. 低溫結(jié)冰／堵塞
   管道中若殘余水分／CO?未被徹底除去，低溫狀態(tài)下容易凝固或沉積在篩網(wǎng)、管路、膨脹機(jī)進(jìn)口或換熱器中，造成阻力增加或流量受限，從而影響冷量輸出或者甚至損壞葉片。吹掃不徹底、水分分析不達(dá)標(biāo)是原因。解決方式包括加強(qiáng)前期預(yù)處理系統(tǒng)，比如分子篩再生、水分/CO?檢測，進(jìn)口篩濾器的壓差監(jiān)控，定期解凍或排出積冰。
4. 啟動(dòng)冷量與液體積累不足
   啟動(dòng)過程中裝置需要冷卻并積累液氧、液氮、液氬等低溫液體。有些方法中提早啟動(dòng)流程泵、調(diào)純階段，以加速液體積累。若膨脹機(jī)啟動(dòng)太遲，冷量不足，液體積累慢，啟動(dòng)周期延長；如果太早，在沒有冷量與負(fù)荷平衡前啟動(dòng)，也可能使設(shè)備工作效率低，做無用功。適時(shí)地在冷液位到達(dá)設(shè)計(jì)百分比（例如主冷液位 5% 或 20%）時(shí)啟動(dòng)液氮／液氧流程泵和調(diào)純工況。

綜上所述，膨脹機(jī)作為空氣分離裝置中制冷負(fù)荷的關(guān)鍵來源，其啟動(dòng)時(shí)間的選擇對(duì)裝置效率、安全性、經(jīng)濟(jì)性和設(shè)備壽命都有重大影響。最佳的啟動(dòng)時(shí)機(jī)是在溫度預(yù)冷充分、高壓空氣穩(wěn)定、管路吹掃完全、潤滑密封狀態(tài)良好、安全聯(lián)鎖就緒、流體積累到可支持液體泵／調(diào)純程序啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)這些條件都滿足之后。操作者應(yīng)遵循設(shè)備說明書與工藝規(guī)范，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場溫度、壓力、液位等參數(shù)，做到既不盲目提早也不無謂拖延，從而保證啟動(dòng)迅速、安全、節(jié)能、穩(wěn)定。如果你正在準(zhǔn)備空分裝置的開車，可以按上述條件清單逐項(xiàng)核查，以判斷膨脹機(jī)啟動(dòng)是否為“最佳時(shí)機(jī)”。如需針對(duì)你的裝置型號(hào)（產(chǎn)量、冷量、設(shè)計(jì)溫度等）來具體判斷，我也可以幫你設(shè)計(jì)啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)建議。