透平膨胀机技术的发展及应用

• 透平膨胀机的工作原理

透平膨胀机是空气分离装置、天然气/石油气液化分离装置，以及低温粉碎等设备获取冷量所必需的关键部机，是保证整套装置稳定运行的心脏。其主要原理是利用有一定压力的气体在透平膨胀机蜗壳内进行绝热膨胀对外做功而消耗气体本身的内能，从而使气体自身强烈地冷却而达到制冷的目的。透平膨胀机输出的能量可以由同轴的增压机、压缩机、泵类以及发电机回收，或者被制动风机、油等消耗。透平膨胀机按照结构不同可以分为轴流式和径流式。但是除了大流量、大功率以及高温条件下的膨胀机采用轴流式之外，绝大多数透平膨胀机采用向心径流式。

• 透平膨胀机技术的发展

1898年英国人劳德.雷利首先提出应用透平膨胀机的设想，1930年德国人林德第一次应用单级透平膨胀机获得成功，上世纪60年代，美、德、苏等国又相应发展了小型高速、大膨胀比、高压大功率等多种用途的透平膨胀机。70年代的能源危机促进了透平膨胀机在能量回收方面的应用。

目前，我国石油、化工、冶金、空分等行业所用的透平膨胀机大部分从国外进口。特别是应用于石化、天然气领域的低温膨胀机，如液化石油气（LPG）、液化天然气（LNG）等工艺流程的膨胀机基本完全进口，大型空分用制冷膨胀机也主要为国外厂商垄断。近年来，国内各透平机械制造商也在透平膨胀机领域加大研发力度，并且已取得了部分成绩。

国外膨胀机制造商在工艺流程的匹配、特殊材料的选用、制造工艺、叶片的设计试验、转子稳定性分析等关键技术方面一直没有停止过进步和发展。特别是CFD等粘性流场分析软件和ANSYS有限元分析软件的迅速发展更是为透平膨胀机研究、设计、制造提供了强有力的技术基础。

• 透平膨胀机技术的应用

透平膨胀机首先应用于空气分离工业，而后在1960年又被用于天然气工业。现在，透平膨胀机已不仅用于空气分离、天然气液化、乙烯冷箱、氢氦液化等低温装置中制取各种温度等级的低温冷量，在国外还已广泛应用于余压、废热的能量回收，如：

1. 天然气管道压差发电

2. 天然气液化及储存

3. LNG冷能发电与冷能的综合利用

4. 合成氨尾气的液化提取

5. 工业低温余热发电

6. 地热、海洋能、太阳能光热发电