Введение

Тип турбины для высокого давления газа Турборасширитель, также называемый турборасширитель или турбина расширения, является центробежной или осевой турбиной, через которую газ высокого давления расширяется для производства работы, которая часто используется для привода компрессора или генератора. Поскольку работа извлекается из расширяющегося газа высокого давления, расширение приближается к изентропическому процессу (т. е. процессу постоянной энтропии), а выхлопный газ низкого давления из турбины имеет очень низкую температуру, -150 ° C или меньше, в зависимости от рабочего давления и свойств газа. Частичное сжижение расширенного газа не является редкостью. Турбоэкспандеры широко используются в качестве источников охлаждения в промышленных процессах, таких как добыча этана и жидких природных газов (СПГ) из природного газа, сжижение газов (таких как кислород, азот, гелий, аргон и криптон) и других низкотемпературных процессах. Размеры турбоэкспандеров, используемых в настоящее время, варьируются от 750 Вт до 7,5 МВт (от 1 л.с. до 10 000 л.с.).

Приложения

Хотя турбоэкспандеры обычно используются в низкотемпературных процессах, они используются во многих других приложениях. В этом разделе рассматривается один из низкотемпературных процессов, а также некоторые другие применения.

Система охлаждения

Система охлаждения использует компрессор, турборасширитель и электродвигатель. В зависимости от условий эксплуатации турборасширитель снижает нагрузку на электродвигатель на 615% по сравнению с обычной системой охлаждения с давлением пара, которая использует клапан дроссельного расширения, а не турборасширитель. В основном, это можно рассматривать как форму турбокомпозиции. Система использует хладагент высокого давления (то есть с низкой нормальной температурой кипения), например: Это необходимо для предотвращения эрозионного повреждения турборасширителя. Как показано на рисунке, расширение дымовых газов через турборасширитель обеспечивает достаточную мощность для приведения в действие компрессора воздуха сгорания регенератора. Электродвигатель-генератор в системе восстановления энергии может потреблять или производить электрическую энергию. Если расширение дымовых газов не обеспечивает достаточной мощности для приведения в действие воздушного компрессора, генератор электродвигателя обеспечивает необходимую дополнительную мощность. Если расширение дымовых газов обеспечивает больше энергии, чем необходимо для работы воздушного компрессора, то генератор электродвигателя преобразует избыточную мощность в электрическую и экспортирует ее в электрическую систему нефтеперерабатывающего завода. Паровая турбина используется для приведения в действие компрессора сгорания воздуха регенератора во время запуска жидкостного каталитического крекера, пока не будет достаточно дымовых газов для выполнения этой задачи. Затем расширенный дымовой газ проходит через котел, генерирующий пар (называемый котел CO), где окись углерода в дымовом газе сжигается в качестве топлива для получения пара для использования в нефтеперерабатывающем заводе. В 1939 году русский физик Петр Капица усовершенствовал конструкцию центробежных турборасширителей. Его первый практический прототип был сделан из металла Монель, имел внешний диаметр всего 8 см (3,1 дюйма), работал со скоростью 40 000 оборотов в минуту и расширял 1000 кубических метров воздуха в час. Он использовал водяной насос в качестве тормоза и имел эффективность 79 83%. В 1983 году San Diego Gas and Electric была одной из первых компаний, установивших турборасширитель на газовой станции для восстановления энергии.

Типы

Турборасширители могут быть классифицированы по устройству нагрузки или подшипникам. Три основных загрузочных устройства, используемых в турборасширителях, - это центробежные компрессоры, электрические генераторы или гидравлические тормоза. При использовании центробежных компрессоров и электрических генераторов мощность вала турборасширителя используется либо для повторного сжатия процесса газа, либо для выработки электрической энергии, снижая расходы на коммунальные услуги. Гидравлические тормоза используются, когда турборасширитель очень мал и использование мощности вала экономически не оправдано. Используются подшипники с масляными или магнитными подшипниками.