炼油化工装置循环系统能量回收水力透平研究与产品开发
一。背景和意义在石油化工、石油加工（石油加氢裂化、渣油加氢脱硫）、化肥、海水淡化、钢铁冶金等行业有大量高压液体，这些高压液体的能量目前大多被浪费。在国外，一些发达国家目前利用这些高压液体的能量方式有专用的液力能量回收透平，而在我国和一些发展中国家，大多数情况下这些能量被浪费掉，国内近年在化肥行业也有利用反转泵来回收的装置，但是由于设计理论的欠缺，回收能量效率普遍较低（一般只有可回收能量的20%-30%），这导致这些能量没有较充分利用或被浪费，所以对能量回收水力透平研究具有重大的理论及经济价值，其一方能为节能减排作出贡献，其次能为国家的经济建设作出重大贡献，降低单位GDP的能耗。 L(`(c0Y?+v8]2OH
由于能量回收水力设计理论的欠缺，近年在化肥行业大多利用反转泵来回收装置剩余能量，回收效率普遍较低（一般只有可回收能量的20%-30%），这将导致这些能量没有充分利用。这是因为在选型时主要是依据设计参数即进出口压力、流量选取泵，实际上，当泵反转时，其作为能量回收透平在利用，这时其流量、水头已不是泵的流量、扬程，再加上反转泵只有转速达到一定转速后才能回收能量。目前随着能源价格的提高，国家重视节能减排，企业重视其竞争力的提高，研究可用于石油化工、石油加工、化肥、海水淡化、钢铁冶金等行业的液力回收透平有着较大意义和经济价值。据统计，一台用于30万吨合成氨装置的液力能量回收透平，一年节电可达980万kW.h可见经济效益巨大。另外，对能量回收水力透平设计理论的研究也将进一步充实水力机械设计设计理论。 @YI/t B pCc.d@
近年在化肥行业大多利用反转泵来回收装置剩余能量，回收效率普遍较低（一般只有可回收能量的20%-30%），这将导致这些能量没有充分利用。这是因为在选型时主要是依据设计参数即进出口压力、流量选取泵，实际上，当泵反转时，其作为能量回收透平在利用，这时其流量、水头已不是泵的流量、扬程，再加上反转泵只有转速达到一定转速后才能回收能量。目前随着能源价格的提高，国家重视节能减排，企业重视其竞争力的提高，研究可用于石油化工、化肥、海水淡化、钢铁冶金等行业的液力回收透平有着较大意义和经济价值。据统计，一台用于30万吨合成氨装置的液力能量回收透平，一年节电可达980万KW.h可见经济效益巨大。E$|P ] Ux
仅化肥行业国内大约有120余家，每个30万吨合成氨装置需要液力能量回收透平3台，共需360余台，石油化工、石油加工、海水淡化、钢铁冶金也需要大量该产品。预计，全国每年需要该产品200台套，每套的价格在50万人民币，可形成产值约1亿人民币。pg?+{A4R(f
二、 国内外研究现状和发展趋势
在国外，一些发达国家目前利用这些高压液体的能量方式有专用的液力能量回收透平，而在我国和一些发展中国家，大多数情况下这些能量被浪费掉，国内近年在化肥行业也有利用反转泵来回收的装置，但是由于设计理论的欠缺，回收能量效率普遍较低（一般只有可回收能量的20%-30%），这将导致这些能量没有充分利用。这是因为在选型时主要是依据设计参数即进出口压力、流量选取泵，实际上，当泵反转时，其作为能量回收透平在利用，这时其流量、水头已不是泵的流量、扬程，再加上反转泵只有转速达到一定转速后才能回收能量。目前随着能源价格的提高，国家重视节能减排，企业重视其竞争力的提高,本项目主要研制专用的液力能量回收透平,要求回收效率达到75%左右.o!P}_!R AQ _ E
目前，对利用泵反转作为液力能量回收透平的设计参数和泵设计参数之间的关系进行了研究，对利用泵反转作为液力能量回收透平的泵叶片设计改进方法进行了探讨，得到了其计算关系和设计改进方法，使用该方法可是利用泵反转作为液力能量回收透平的效率提高10-20%。另外，对单级透平向心液力透平的结构、和水轮机、泵结构的区别进行了调研，初步得出其设计理论、设计方法，得到了一些有用的结论。现有的实验台需要改造。主要仪器设备均已具备。开发的队伍已经形成,合作的企业积极性很高。
三、 研究开发内容和技术关键 TD5C5u*r5g
1.研究叶片的形式、叶片进口轴面速度、环量的分布规律，对能量回收效率的影响。而且要使液力能量回收透平能在大部分流量下达到需要转速。
2．研究液体能量回收透平的导叶形式，使其进口环量、轴面速度分布，使其能够满足能够叶片进口的需要。
3．研究液体能量回收透平导叶数和透平叶片数的关系，以满足液力能量回收透平有较高的效率，同时避免液力能量回收透平发生振动。/y`8Z7b _9G0P y#|
4．研究液体能量回收透平的引液形式和出液形式，以提高液力能量回收透的效率。
5．研究液体能量回收透平的力学特性，以满足液体能量回收透平能够安全稳定运行。#z[ A:HQ;n$c"d
6．研究、制造液力能量回收透平的的试验装置。
重点拟解决的问题是： A.结合传统的水力机械(泵及水轮机)的设计理论,系统地研究能量回收透平设计理论,提高能量回收的效率.B.根据提出的设计理论,试制能量回收水力透平样机一台,并自建试验台一套,进行性能试验研究,得到一些基础数据.
四、应用前景：u { @zz W
研究可用于石油化工、化肥、海水淡化、钢铁冶金等行业的液力回收透平有着较大意义和经济价值。据统计，一台用于30万吨合成氨装置的液力能量回收透平，一年节电可达980万kW.h可见经济效益巨大。仅化肥行业国内大约有120余家，每个30万吨合成氨装置需要液力能量回收透平3台，共需360余台，石油化工、石油加工、海水淡化、钢铁冶金也需要大量该产品。预计，全国每年需要该产品200台套，每套的价格在50万人民币，可形成产值约1亿人民币。
五、研究方案、技术路线、组织方式与课题分解J5Kfw c@8T Q
采用CFD 流体力学计算软件，通过几何建模、数值计算和模型实验对水力透平叶片型线及其它过流部件水力设计的合理性进行校核和优化，在水力优化设计的基础上，对水力透平进行结构优化设计，在满足水力设计的前提下，通过结构受力有限元分析，对水力透平主要部件进行结构优化。通过对过流部件内部流体运动规律的分析研究，设计符合液体流动规律的水力模型。*J VP m-\#k-Q
拟采取的研究方法：
采用试验和理论分析相结合的研究方法，以试验为主。&Q6g'i"LA |6C
拟采取的技术路线:
研究液力能量回收透平的设计理论，叶片的形式、叶片进口轴面速度、环量的分布规律，使液力能量回收透平能在大部分流量下达到需要转速。研究液体能量回收透平的导叶形式，使其进口环量、轴面速度分布，使其能够满足能够叶片进口的需要。
研究液体能量回收透平导叶数和透平叶片数的关系，以满足液力能量回收透平有较高的效率，同时避免液力能量回收透平发生振动。研究液体能量回收透平的引液形式和出液形式，以提高液力能量回收透的效率。研究液体能量回收透平的力学特性，以满足液体能量回收透平能够安全稳定运行。
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