陈瑛，潘宇
摘要：目前胜利油田日处理天然气3×104m3/d的小轻烃处理装置增多，但适用于小气量的在用深冷设备存在一定缺陷。本文从特点、工作原理和性能三方面介绍了新一代制冷设备—气波制冷机，将它用于深冷装置，保证了生产运行，取得显著经济效益。
关键词：气波制冷机；特点；工作原理；性能；经济效益
中图分类号：TB651文献标识码：B
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3×104m3/d以下的小轻烃处理装置增多，但适用于小气量的在用深冷设备都存在一定的缺陷，不能完全满足生产需求。而气波制冷机用于深冷装置收到了良好的效果，保证了生产运行。
一、气波制冷机的特点
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，将其中凝点较高的组分分离出来，对气体组成、流量、压力及膨胀比的变化有较强的适应性，尤其适用于小气量、气液两相工质的场合。该机操作维护简单，特性曲线平坦。与透平类膨胀机相比，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最高为16%，而气波制冷机的允许带液量高达50%），允许操作工况范围大，适用膨胀比范围广（可在2~7变化），不需控制仪表。由于机器转速在3000r/min左右，可使用滚动轴承，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。
二、气波制冷机的工作原理
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。
该机工作时，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圆局排布的各接受管中。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。激波扫处的气体受到压缩，温度和压力升高，接受管从此形成热腔。在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，管口气流速度骤降至零，因此从管口产生一束右行膨胀波，使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。
三、气波制冷机的性能
1．效率高。该机效率在70％以上，目前最高已逾75%。
2．适应性强。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，尤其适用于气液两相工质的场合，允许带液量大。
3．节能。该机可为自旋式，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．可使用润滑脂润滑，结构简单，操作维护方便，连续运转周期长。
四、经济效益情况
气波制冷机在我局3×104m3/d气体处理装置上使用以来，处理气量小于1×104m3/d，进口压力为1.7MPa，出口压力为0.5MPa，制冷温度从原来的0℃降到一25℃以下。目前该套装置运行平稳，日增轻烃3t以上，预计每年增加产值可达人民币200万元以上。