余压发电液力透平机组设计和应用

马志龙

摘 要：成品油管道输送过程中因地势或其他因素往往采用增压后减压的方式输送，存在压力能浪费和额外增设减压装置的现象，针对这一问题，本文针对某一成品油枢纽站余压回收发电节能的需求情况，采用两级BB2型式反转离心泵作液力透平的设计思路，设计了一套液力透平能量回收装置;装置安装在现场并进行了实际应用，应用效果和测试数据表明，设备运行参数符合设计预期，平均每小时回收功率为130kW，已经连续稳定运行超过半年，可有效回收管道余压，提高输送站的运营经济效益。

关键词：液力透平;成品油输送;应用

0 引言

在成品油输送过程中，最佳的输送模式为管道输送;对环境的污染更少，运输过程更加安全可靠;大幅降低可能导致油品质量变差因素[1]。为保证油品的可靠输送，管道内油压往往较高，到各输送站的进站后通常需要额外的减压装置减压后才能卸载，存在压力能浪费的现象，同时，减压设备往往造成振动、发热和噪声等，对输送站的安全存在一定的隐患。

液力透平是可以把管道内液体的压力能转化为机械能或电能的装置，用液力透平代替减压阀，可有效的回收管道中的液体余压[2]。本文针对某一成品油枢纽站余压回收发电的需求情况，设计了一套高效、安全可靠的双级液力透平能量回收装置。

1 液力透平设计

1.1 枢纽站运行参数

枢纽站中用于安装液力透平余压发电装置的管路参数如下：

输送介质：成品常温柴油，压力范围：2.5-3.5MPa，最大6MPa，减压到0.3MPa。

流量范围：250-350m3/h，最大为500m3/h。

1.2 液力透平设计

液力透平可分为液力涡轮、反转泵和专用液力透平。反转泵由于经济且运行工况符合工业流程要求，一般应用较多。液力透平与泵最大的区别是只有当流量达到一定的数值后才有功率输出，因此液力透平存在最小入口压力点，在该点之前是没有功率输出。本文中的液力透平采用反转离心泵进行设计选型。

1.2.1 液力透平水力设计

离心泵作为液力透平使用时，其高效点工况基本相同，偏差基本在±2%以内，能吸收的压头要大于作为泵所产生的压头，输出的轴功率也比作为泵时所消耗的轴功率大。因此，液力透平水力设计先根据公式（1）和公式（2）将流量和压头适当放大后按泵进行选型，再由式（3）计算出液力透平的效率。

其中，Q-流量（m3/h）;H-扬程（m）;η-效率;公式（1）-（3）中的下表p和t分别表示作为泵使用和作为液力透平使用时的参数;CQ、CH、Cη-转换系数。当比转速Ns为10-55，CQ和CH的取值范围为2.2-1.1。Cη取值范围为0.92-0.99。高比转速时CQ和CH取小值，Cη取大值，比转速Ns按公式（4）计算[3]。

式中，n-转速，r/min;Q-流量（m3/s）。

根据枢纽站成品油管道参数，液力透平进口流量按照350m3/h，进口压力按照3.5MPa，出口压力按照0.3MPa进行计算。

1.2.2 液力透平选型

一般认为液力透平单级泵功率在22kW以上，多级泵在75kW以上是经济合理的[4]。根据水力计算结果和枢纽站现场运行条件，选取两级BB2泵的结构形式反转作为液力透平。

1.3 发电机-液力透平机组设计

发电机组选取额定容量200kW，额定电压400V。整个系统集发电机保护、并网、综合保护、测量显示的功能于一体，确保系统性能稳定、可靠，功能齐备，结构紧凑。系统原理图如下图1所示：

发电机--液力透平机组采用单边布置方案，发电机、透平工作转速相同。当液力透平进口有流量进入时，液力透平转子开始转动并带动发电机转子转动，当转速达到设计转速时，为机组的临界状态，介质多余的能量则用来发电机进行发电，通过后续處理，发电机发电并入电网。

2 液力透平机组应用

2.1 现场管路布局

考虑到安全可靠性，把发电机--液力透平机组与现场的原有减压阀并联，在原减压阀前的管路上增加一个旁路，正常工作时所输送的成品油经过旁路流入到液力透平回路，经过液力透平减压后再汇合到原减压阀的后段管路上。具体流程如下：原减压阀前段管线--自动切换阀（紧急故障时自动切换到减压阀支路）--进口截止阀--液力透平--出口单向阀--出口截止阀--原减压阀后段管线。

2.2 运行参数分析

现场安装试车成功后，装置进入稳定运行阶段，取装置稳定运行第二天的数据，每隔2个小时取一组运行数据，连续取5组数据，如下表1所示：

从表1中现场运行参数可以看出，设备入口平均压力为2.74MPa，小于液力透平设计时所选取的入口压力3.5MPa，出口平均压力为0.32MPa，与设计时所选取的出口压力0.3MPa基本相同，平均压差为2.4MPa，小于与设计所选取的平均压力3MPa。这主要是考虑到在初始运行阶段为确保系统的稳定性，原减压阀管路并没有完全的关闭，有一部分成品油通过减压阀支路减压后流出的原因。

3 结语

液力透平机组在成品油管道中的应用，可以有效提高管道余压的回收再利用，节约能源，同时提高输送站管路的可靠性，本文针对某一成品油枢纽站余压回收发电的需求情况，采用反转泵做液力透平的设计思路，设计了一套液力透平能量回收装置;通过现场应用情况和数据表明，所设计的液力透平能量回收装置现场运行情况符合设计预期，设备运行稳定，可有效回收管道余压，提高输送站的经济效益。

参考文献：

[1]李春光.我国成品油管道运输的现状及发展思路[J].当代石油石化，2004，12（8）：16-18.

[2]杨军虎，张雪宁，王晓晖等.能量回收液力透平的研究进展[J].化工机械，2011，38（6）：655-659.

[3]郑学鹏.炼油装置液力透平的设计探析[J].石油化工设计， 2012，29（2）：1-4.

[4]徐秀生.液力透平在石化行业中的应用[J].通用机械，2013 （03）：23-27.