空氣分離裝置中，膨脹機，也叫液體膨脹機或者透平膨脹機是提供冷量、實現(xiàn)制冷負(fù)荷平衡的重要設(shè)備。膨脹機啟動的時機很關(guān)鍵，若啟動過早或過遲，都可能導(dǎo)致效率降低、設(shè)備受損或啟動周期拉長。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，本文總結(jié)關(guān)鍵原則，我們將分四個方面討論用戶群體關(guān)心的問題、啟動前的準(zhǔn)備、啟動中的風(fēng)險與問題以及實際操作中的經(jīng)驗與解決方式。最后幫助業(yè)主總結(jié)一個最佳啟動時機，以及提醒相關(guān)注意事項。

一、空氣分離裝置啟動可能會遇到的問題

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? 在低溫下會凍結(jié)，造成換熱器或管道堵塞，嚴(yán)重時甚至損壞膨脹機和閥門，是開車中最常見且危險的問題之一。
• 膨脹機或壓縮機運行不穩(wěn)

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

其中膨脹機是一個值得單獨來講一下的核心設(shè)備。在熱狀態(tài)或者冷卻尚未穩(wěn)定時啟動膨脹機，膨脹機入口溫度過高或壓力不夠，會導(dǎo)致膨脹機不能輸出設(shè)計冷量，從而冷卻速度慢。另外，因為葉輪、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，則啟動時磨損大、故障率高。

二、膨脹機啟動前的關(guān)鍵因素

要讓膨脹機在最佳時機啟動，啟動前的準(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／氮氣／污氮氣進(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)低于某個設(shè)計值。參考某些熱狀態(tài)啟動方法中，主換熱器出口溫度達(dá)到約 -142℃時開始重要冷負(fù)荷操作。
第二，膨脹機需要有足夠的高壓空氣支撐其產(chǎn)生設(shè)計冷量或接近設(shè)計冷量，否則即使啟動也不能發(fā)揮優(yōu)勢。啟動前應(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，不波動劇烈。

其次，管道、換熱器、膨脹機本體的進(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，公司都會提供膨脹機啟動培訓(xùn)，在我司工程師培訓(xùn)現(xiàn)場可以及時提問，詳細(xì)記錄膨脹機啟動的時機。

三、問題及解決方式

一旦開始啟動膨脹機，不恰當(dāng)?shù)臅r機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
   如果高壓空氣量或者入口溫度高，膨脹機瞬間受到較大膨脹力，可能轉(zhuǎn)速攀升到設(shè)計限以上或共振頻率區(qū)間滯留。這種情況危險，需要控制入口溫度、流量漸進(jìn)加載。使用速度控制器、發(fā)電機加載機制防止作為電機或壓縮機運行。
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，會因為熱-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. 啟動冷量與液體積累不足
   啟動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流程泵、調(diào)純階段，以加速液體積累。若膨脹機啟動太遲，冷量不足，液體積累慢，啟動周期延長；如果太早，在沒有冷量與負(fù)荷平衡前啟動，也可能使設(shè)備工作效率低，做無用功。適時地在冷液位到達(dá)設(shè)計百分比（例如主冷液位 5% 或 20%）時啟動液氮／液氧流程泵和調(diào)純工況。

綜上所述，膨脹機作為空氣分離裝置中制冷負(fù)荷的關(guān)鍵來源，其啟動時間的選擇對裝置效率、安全性、經(jīng)濟(jì)性和設(shè)備壽命都有重大影響。最佳的啟動時機是在溫度預(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)純程序啟動節(jié)點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核查，以判斷膨脹機啟動是否為“最佳時機”。如需針對你的裝置型號（產(chǎn)量、冷量、設(shè)計溫度等）來具體判斷，我也可以幫你設(shè)計啟動節(jié)點建議。