摘要：气波制冷机是利用气体的压力能制冷的一种制冷设备。气波制冷机具有效率高、运行周期长、节能、工况适应性强等优点。介绍了气波机的特点及原理，特点和性能及应用效果。 关键词：气波机 深冷 特点与应用
1 问题的提出
气波制冷机是利用气体的压力能产生激波和膨胀波使气体制冷的一种制冷设备 ，又称压力波制冷机或热分离机（器 ）。气波制冷机具有效率高、运行周期长、节能、工况适应性强等优点，因此引起国内外众多研究者的注意。气波制冷作为一种新型的制冷工艺，由于其操作简单、投资小等特点，在天然气冷冻脱烃中得到迅速应用，研究气波制冷工艺的原理和适用条件，为降低天然气处理的工程投资，提高轻烃收率，具备重要的意义。
胜利油田的伴生气量，随着老油田的进一步开发，已呈逐年递减的趋势。目前日处理天然气1×104m3/d以下的处理装置增多，但使用中的适用于1×104m3小气量的深冷设备效率偏低，
不能很好的满足生产需求，而气波机用于深冷装置，收到了良好的效果，保证了生产运行。
2 气波机的特点及原理
2，1 概述
气波制冷机是新一代制冷设备，它有效地利用了气体的压力能，利用激波和膨胀波使气体膨胀致冷，然后将其中凝点较高的组份分离出来，不需外部能源，对气体组成、流量、压力及膨胀比的变化有较强的适应性，尤其适用于具有小气量且具有气液两相工质的场合。该机操作维护简单，特性曲线平坦。气波制冷机与透平类膨胀机相比，优越性在于：操作简单，维护方便，启停车容易，对气体在机器内发生液化现象不敏感（透平膨胀机允许带液量为10%，最高达16%，而气波制冷机的允许带液量高达5 0%），允许操作工况范围大，适用膨胀比范围广（可在2-7旋转喷嘴变化），不需控制仪表。由于机器转速在3000转/分左右，可以使用滚动轴承，靠定期加注润滑脂润滑，无需使用一套专门由电机带动的循环润滑油装置。机器为自旋式，不需附加动力设备，不用电力，可露天放置。因此，可在条件比较苛刻的边远地区使用。最近该设备在我单位一套3×104m3/d油田气处理装置投入运行
以来，获得了明显的经济效益。
2.2 气波制冷机的工作原理
气波制冷机是一种先进的利用气体压力能产生激波和膨胀波使气体致冷的新型制冷节能机械，它可在不需要任何外加动力驱动的情况下，完全利用装置进出口气体压差来使机器旋转。该机依靠压力气体射流对接受管内的驻留气做不定常膨胀功而制冷，故能在较低的转速下高效率地完成制冷过程，在机器产生冷量的同时还可输出热量，机器等熵效率现已达75%以上。该机具有结构简单，性能稳定，操作维护简便，制造、运行成本低，对流量和膨胀比适应范围宽等优点。
多级气波制冷机是在气波制冷机的基础上为满足高压大流量、大膨胀比气体制冷的需要而研制开发的新一代定型产品。与其它膨胀制冷机械比较，在高压（压力大干10Mpa）及气液两相流工况下使用具有相当的技术优势。
可根据压力、流量及膨胀比来确定采用单级或多级气波制冷机，还可根据使用地区和条件选择自旋式或电机驱动式结构。
旋转式气波制冷机主要是由旋转喷嘴，接受管和激波吸收腔组成。
气波制冷机工作时，带有压力的来料气通过旋转喷嘴膨胀、加速，由喷嘴高速喷出，驱动喷嘴旋转。由于旋转喷嘴的旋转，高速气流依次射入沿喷嘴园周排布的各接受管中。射入的气体与原在接受管内的气体之间形成一接触面，该接触面可以看作是一个无质量的“活塞”。由于接触面两边气体的速度和压力都不相等，为了满足接触面的相容性条件（即接触面两边气体速度、压力相等），该“活塞”向前运动，在活塞的前方将出现同方向运动的激波。激波扫处，该处气体受到压缩，温度和压力提高，接受管从此形成热腔。与激波产生的同时， 有一束膨胀波产生，作用于接触面后的气体，使该部分气体经等熵膨胀获得高速，静温下降，形成冷腔。
喷射停止后，关闭接受管开口端，由于接触面与管口之间的气体正随“活塞”向前运动，突然关闭管口，管口气流速度骤然降至零，因此从管口产生一束右行膨胀波，使得管口与接触面间气体进一步膨胀，静温下降，而激波继续压缩管内气体，此时激波对气体做功的能量由管口接触面之间的气体供给，又使得该部分气体总温下降。
当接受管管口与低压排气管接通时，进入排气阶段。由于接受管内外压力不平衡，内部压
力高于外部，又有一束右行膨胀波传至管内，使管口与接触面间气体静温再度下降。同时，由于激波对管内气体做功的能量继续来自管口与接触面间气体，该部分气体总温亦进一步下降，变成冷气排出管外，冷气排尽时，接触面到达管口。运动到接受管封闭端的激波被激波吸收腔吸收，以免产生激波反射，影响降温效果。排气终止后结束一个工作循环。被激波加热的气体通过管壁向外界散热。
3 特点和性能
天然气脱烃是将天然气中的较重组分（一般为丙烷、丁烷以下较重组分）脱除并回收的过程。目前应用于天然气脱烃的主要工艺有外加冷源的丙烷蒸发制冷、氨吸收制冷和利用本身压力能进行膨胀的膨胀压缩制冷、节流膨胀制冷，以及外加冷源和膨胀压缩联合制冷的工艺。90年代末期，气波制冷作为一种新型的制冷工艺，由于其操作简单、投资小等特点，在天然气冷冻脱烃中得到迅速应用，研究气波制冷工艺的原理和适用条件，为降低天然气处理的工程投资，提高轻烃收率，具备重要的意义。
（1）效率高。气波制冷机效率在70%以上，目前最高已逾75%。
（2）、适应性强。气波制冷机允许气体的组成、流量、压力和膨胀比在较大的范围内波动，性能曲线平坦，尤其适用于气液二相工质的场合，允许带液量大。
（3）节能。气波制冷机可为自旋式，不需外部动力驱动，因此对边远地区或缺电等条件苛刻的场合仍能很好地应用。在流量小于2×104m3/d时，也可用微型电机带动。
（4）气波制冷机转数在3000rpm左右，用润滑脂润滑，结构简单，操作维扩方便，连续运转周期长。
4 现场应用效果
气波制冷机在我单位3×1 04m3/d气体处理装置上报用以来，处理气量小于1×104 m3/d，进口压力为1.7MPa，出口压力为0.5MPa，制冷温度从原来的0℃降低到—2 5℃以下。目前该套装置运行平稳，日增轻烃3吨以上，预计每年增加产值可达人民币200万元以上。气波制冷机也以其设计先进、运行可靠、操作简便、制冷效果明显而获得了预期的效果。
气波制冷机适合石油气中回收轻烃、天然气脱水净化、混合气体的液化分离、天然气液化以及低温冷气流源系统的建造并用于国防科学研究等诸多领域。
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