高壓余能回收液力透平試驗臺開發

蔣小平，劉思晗，葉劍斌，吳家輝，李 偉，朱嘉煒

1 前言

我國一次能源利用率嚴重偏低，大力發展節能減排技術，充分利用二次能源并挖掘能夠回收利用的一切能量資源是我國實現可持續發展的重要舉措［1,2］。目前，余壓能回收在反滲透海水淡化等領域已得到較好的應用［4,5］，國內外研究人員在這些流域相繼開發了效果良好的壓力能交換器［6,7］。但是對于石化、電力、冶金、環保、合成氨等過程工業領域中存在的大量中高壓余能［3］，目前大部分還是通過減壓閥等降壓設備將介質中富含的多余能量釋放后再重新進入工藝流程（或直接排空）；在減壓和排放過程中，大量的高壓余能轉化為熱能等耗散到環境中，在產生振動與噪聲的同時，也造成了很大的環境污染。據統計，如果僅對30萬t以上合成氨裝置的余壓能進行回收每年就能節電50億 kW·h［8］。

余壓能回收的研究主要集中在液力透平理論、回收方法與回收效率等方面。試驗臺作為驗證理論設計與數值計算的重要手段，國內外研究相對很少；德黑蘭大學的Shahram Derakhshan 和Ahmad Nourbakhsh搭建了小型水電試驗臺［9,10］，Bozorg等搭建了軸流泵透平試驗臺［11］；國內研究集中在江蘇大學和甘肅工業大學，而且主要是圍繞單級離心泵反轉做中低壓液力透平來展開［12～19］；在高壓領域，蔣小平等在高壓余能回收液力透平的理論研究、裝置設計以及數值模擬等方面已經取得了一定進展，迫切需要通過試驗進行驗證。本文通過自動化集成及優化設計，自主研發一個以SIMENS系統為工控核心的高壓余能回收液力透平試驗臺，系統設計合理，安全性能好，可靠性高，基本能滿足高壓余能回收研究的需要。……