Турбодетандер принцип действия

Турбодетандер-генератор

Объемная производительность по газу, м 3 /ч	3000	9000	15 000
Давление газа на входе, бар (абс.)	3.0	3.0	3.0
Давление газа на выходе, бар (абс.)	1,5	1,5	1,5
Температура газа на входе, °С	15	15	15
Температура нагретого газа, °С	43	43	43
Температура газа на выходе, °С	15	15	15
Эффективность, %	60	60	60
Производительная масса газа, кг/ч	2162	6486	10 811
Степень расширения	2:00 утра	2:00 утра	2:00 утра
Потребность в тепле, БТЕ/ч	125.121	375 364	625 607
Расчетная мощность, кВт	34	102	169
Электричество произведено	380 В / 3 фазы / 50 Гц

• Турбо расширяется;
• Синхронный генератор с PGM и автоматическим регулятором напряжения;
• Предварительный нагрев теплообменника
• Вся система управления, включая возможности синхронного управления, все данные для мониторинга и управления, возможности удаленного мониторинга и управления. Система полностью защищена и может быть интегрирована с системой заказчика;
• Шкаф управления с контакторами, реле, проводкой по принятым стандартам;
• Все трубопроводы и сварка соответствуют стандартам ASME;
• Система смазки с резервуаром и масляным насосом.

Турбодетандерный агрегат

Турбодетандерные агрегаты снабжаются устройством для защиты от разгона в случае внезапного исчезновения напряжения в любой из фаз сети, при перегрузке и коротком замыкании. Защита осуществляется прекращением подачи воздуха в турбину с помощью быстродействующего запорного клапана, работающего с воздушным сервомотором.
 

ООший вид турбодетандерного агрегата кислородной установки КТ-3600, V-до 2700 м31час ( завод им. 40-летия Октября. 1 — вход газа, 2 — направляющий аппарат, 3 — лопатки рабочего колеса, 4 — рабочее колесо, s — труба для выхода газа, 6 — вал, 7 — сальник, 8 — редуктор, — муфта, ill — электрогенератор, 11 — кронштейн, 12 — кошух.

Турбодетандерный агрегат для кислородной установки КТ-3600 ( рис. 61) предназначен для расширения азота. Сжатый и охлажденный азот расширяется в направляющем аппарате 2 и с большой скоростью входит на лопатки 3 рабочего колеса, отдает твою кинетическую энергию и выходит с более низкой температурой.
 

Турбодетандерный агрегат включает собственно турбодетандер в кожухе с теплоизоляцией; подшипники, вынесенные в область нормальной температуры; машину, являющуюся потребителем механической энергии, или тормоз; масляный фильтр-холодильник; пусковой и рабочий шестеренчатые масляные насосы.
 

Турбодетандерные агрегаты предназначены для получения холода в установках НТС, основаны на принципе политропического расширения газа с совершением внешней работы. Внешняя работа, вырабатываемая турбодетандером, может быть использована для вращения вала компрессора, в котором газ дожимается до давления в газопроводе. В турбодетандере в зависимости от степени расширения газа может быть получена высокая холодопроизводительность агрегата, обеспечивающая поддержание низкотемпературного режима сепарации газа на установке НТС на завершающих стадиях эксплуатации месторождений.
 

Турбодетандерный агрегат с маслосистемой установлен в — отапливаемом помещении, оборудованном вытяжной вентиляцией, включающейся автоматически при повышении уровня загазованности машинного зала сверх нормы.
 

Турбодетандерный агрегат предназначен для осуществления процесса расширения газа с получением холода, который используется в установках НТС для достижения необходимой точки росы по влаге и углеводородам.
 

Турбодетандерные агрегаты широко используются также в схемах промысловых установок комплексной подготовки газа ( УКПГ) вместо дроссельного устройства.
 

Турбодетандерный агрегат состоит из двух основных элементов: детандера, представляющего собой турбину, работающую за счет расширения газа, и компрессора, расположенного на одном валу с детандером, работающего за счет энергии детандера. Совмещение турбодетандера и компрессора в один агрегат позволяет ликвидировать уплотнение вала; так как состав газа в детандере и компрессоре одинаковый, отпадает необходимость установки редуктора и муфты сцепления.
 

Регулируемый штуцер сверхзвуковой регулируемый с тагенциальным вводом газового потока ( ШР. 1 — труба Вентури. 2 — тройник. 3 — сальник. 4 — запорная ручка. 5 — штурвал. 6 — конический канал. 7 — наконечник.

Турбодетандерные агрегаты ( ТДА) предназначены для получения холода на установках низкотемпературной сепарации природного газа за счет снижения давления газа с совершением внешней работы ( процесс политропического расширения газа), которая используется для привода вала компрессора, предназначенного для повышения давления, равного давлению в газопроводе. Турбодетандер входит в состав блочно-комплексной турбохолодильной установки ТХУ, содержащей также блок теплообменников и блок сепарации.
 

Турбодетандерный агрегат устанавливают на фундамент по уровню с помощью установочных винтов и опорных плит. Уровень помещают на обработанные площадки.
 

Турбодетандерный агрегат, предназначенный для охлаждения сжатого гелия, включает в себя дпа турбодетандера, агрегат смазки, щит контроля и пуска турбодетандеров.
 

Турбодетандерные агрегаты снабжаются устройством для защиты от разгона в случае внезапного исчезновения напряжения в любой из фаз сети, при перегрузке и коротком замыкании. Защита осуществляется прекращением подачи воздуха в турбину с помощью быстродействующего запорного клапана, работающего с воздушным сервомотором.
 

Турбодетандер ТДР-19-6 ( разрез для установок БР-1. БР-1М.

Схемы включения и различные способы подогрева газа в дга на кэс.

ДГА – устройство, в
котором энергия потока транспортируемого
газа преобразуется сначала в механическую
энергию в детандере, а затем в эл. энергию
в генераторе.

ДГА включается ||
дросселирующему устройству (1); 2 –
теплообменник; 3 – детандер; 4 – генератор:

При
расширении газа в
детандере с подогревом
возможны
несколько вариантов организации
процесса, но при любом из них в механическую
энергию в детандере преобразуется
внутренняя энергия газа, уровень ко­торой
определяется подведенной к газу до
процесса его расширения в де­тандере
энергией высокого потенциала.

газ
подогревается перед детандером за счет
энергии высокого потенциала таким
образом (линия 0
~
3),
что энтальпия газа после детандера
оказывается равной энтальпии газа после
дроссели­рования. При этом вся
подведенная к газу энергия, пропорциональная
раз­ности энтальпий

h

з
—

ho

(см.
рис. 3), преобразуется в детандере в
механиче­скую энергию.

Газ
перед детандером может быть подогрет
и таким образом (линия0-4),
что
его энтальпия на выходе из детандера
(точка 5) будет выше, чем при дросселировании.
В этом случае лишь часть подведенной к
газу энер­гии, пропорциональная h4-h5

будет
израсходована на выработку механи­ческой
энергии в детандере. Другая часть
подведенной к газу энергии, за­висящая
от протяженности и усдовий теплообмена
в трубопроводе, по ко­торому газ после
детандера транспортируется в топку, и
пропорциональная разности энтальпий
h5

–

h0

,
не будет полностью потеряна (за счет
теплооб­мена с окружающей средой), а
также будет полезно использована —
затра­чена на увеличение физической
теплоты топлива, поступающего в топку.
При постоянной тепловой нагрузке топки
увеличение физической теплоты топлива
приведет к снижению необходимой энергии,
получаемой при cжигании
топлива, на величину, пропорциональную
h

5-

h0

Процесс
расширения без
подогрева газа
перед
детандером изобража­ется линией 0-2.
После
такого расширения энтальпия и температура
газа после детандера будут значительно
ниже, чем при дросселирова­нии. В этом
случае в механическую энергию преобразуется
часть внутренней энергии, уже имею­щейся
у газа в трубопроводе при транспортировании.
Однако после расширения энтальпия газа
за счет подведенной извне энергии
обяза­тельно должна будет восстано­виться
до того уровня, который она имела бы
после дросселирования.

Это
происходит
либо в трубопроводе, по которому газ
транспортируется к газоиспользующему
оборудованию, либо в топке за счет
энергии, выделившейся при сжигании
топлива (процесс 2
-1).

газ
может быть частично подогрет перед
детандером (процесс0
—

6

на
рис. 3), частично-после него (процесс 7
—1).

Существуют
также схемы с подогре­вом газа перед
детандером с последующим промежуточным
подогревом после прохождения газом
части ступеней детандера.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях. Детандер-генераторная установка электростанции содержит магистральный газопровод, газорегуляторный пункт, турбодетандер, электрогенератор, подводящий и выхлопной газопроводы турбодетандера. Подводящий газопровод турбодетандера подключен к нагреваемому тракту промежуточного воздухоохладителя первой ступени, установленного между компрессорами низкого и среднего давления трехступенчатого турбокомпрессора ГТУ. Выхлопной газопровод турбодетандера подключен к нагреваемому тракту промежуточного воздухоохладителя второй ступени, установленного между компрессорами среднего и высокого давления трехступенчатого турбокомпрессора ГТУ. Изобретение направлено на повышение экономичности детандер-генераторной установки и КПД энергетических котлов электростанции за счет подогрева газа перед подачей его в турбодетандер и в топки энергетических котлов теплотой воздуха, нагретого в результате процесса сжатия в компрессорах низкого и среднего давления трехступенчатого турбокомпрессора ГТУ. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Турбодетандерные агрегаты (ТДА). История развития в НПО «ГЕЛИЙМАШ»

Школа развития турбодетандеростроения в НПО «ГЕЛИЙМАШ» имеет большую историю, начавшуюся еще во времена ВНИИКИМАШ. Первыми машинами для расширения газа в лопаточной турбине стали турбодетандеры, созданные под руководством нобелевского лауреата, академика П.Л. Капицы.

Первый турбодетандер, разработанный и изготовленный под руководством нобелевского лауреата в области физики, академика Петра Капицы.

Достижения наших специалистов были неоднократно отмечены специалистами ведущих мировых фирм и получили признание. В 1996 году в Брюсселе на Международной выставке Турбодетандеры ОАО «НПО «ГЕЛИЙМАШ» отмечены золотой медалью.

1996 г., Брюссель, Международная выставка. Турбодетандеры Объединения отмечены Золотой медалью.

В процессе развития инженерами и конструкторами ГЕЛИЙМАШ были созданы следующие типы турбодетандеров:

• Воздушные турбодетандерные агрегаты низкого давления (НД) большой производительности для воздухоразделительных установок (ВРУ) на гидродинамических разъемных подшипниках и с тормозным электрогенератором;
• Турбодетандерные агрегаты среднего давления (СД) и высокого давления (ВД) большой производительности для воздухоразделительных установок (ВРУ)на гидродинамических подшипниках;
• Турбодетандерные агрегаты малой производительности на газо- и гидродинамических подшипниках;
• Турбодетандерные агрегаты для расширения гелия на комбинированных подшипниках;
• Турбодетандерные агрегаты для расширения водорода;
• Турбодетандерные агрегаты для расширения природного и попутного газа на гидродинамических подшипниках;
• Турбодетандерные агрегаты для расширения природного газа большой производительности на магнитных подшипниках.

Детандер компрессор

Детандер — компрессор – агрегат, применяющийся в технологических циклах для понижения температуры газа и для повышения давления технологического газа за счет работы компрессорной ступени.

Детандер – компрессорные агрегаты предназначены для получения глубокого холода в установках подготовки и переработки природного газа, обеспечивая перепад температур до 55°С.

В соответствии с температурой на выходе из агрегата детандер — компрессоры могут применяться:

• для охлаждения природного газа (минус 2 °С)
• для извлечения фракции С5+ (до минус 30 °С)
• для получения пропан-бутановой фракции (до минус 80 °С)
• для низкотемпературной сепарации газа при производстве олефинов (до минус 153°С)

Детандер – компрессоры применяются:

1. Для низкотемпературной подготовки природного газа, а также его охлаждения, для последующей транспортировки.
2. Для переработки газа на газоперерабатывающих заводах, путем низкотемпературного выделения тяжелых фракций из природного газа.
3. Для производства различных технических газов (О2,N2, Ar и др.) в воздухоразделительных установках, путем их низкотемпературного разделения из воздуха.
4. В химической и нефтехимической промышленности, при производстве олефинов, аммиака, азотной кислоты, водорода и др. (низкотемпературное разделение разных соединений в газообразной форме).
5. Для производства сжиженного природного газа.
6. В криогенных установках для получения низких температур (ожижение различных газов, извлечение гелия).

В зависимости от состава природного газа использование детандер – компрессора позволяет извлекать целевые компоненты, в том числе:

• метановую фракцию;
• этановую фракцию;
• пропан-бутановую фракцию;
• ШФЛУ (широкая фракция легких углеводородов);
• бензин газовый стабильный;
• нормальный бутан;
• изобутан
• изопентан;
• нормальный пентан;
• пентан-гексановую фракцию.

В компании разработаны и промышленно выпускаются детандер – компрессоры производительностью от 0,5 до 40,0 млн. м³/сут при уровнях давлений до 20 МПа.

При разработке каждой новой конструкции используются последние достижения науки и техники, самые современные технологии и новые материалы, позволяющие надежно работать в любых климатических условиях от арктических до южных широт.

В зависимости от исходных параметров детандер – компрессоры разработаны и выпускаются в нескольких принципиально различных конструктивных исполнениях:

• при невысоком располагаемом перепаде давления на турбине (Пт
• при срабатывании на турбине высоких перепадов давления (Пт>1,4) и соответственно высоких оборотов ротора детандера, разработаны и выпускаются агрегаты на подшипниках скольжения или на активных магнитных подшипниках. В качестве подшипников скольжения применяются пятисегментные опорные подшипники и так же самоустанавливающиеся (типа Митчел) упорные подшипники. Применение подшипников скольжения требует развитой системы смазки и охлаждения. В конструкции детандера появляются маслобак, насосы, фильтры, регуляторы перепада давления и другое оборудование.

Применение активных магнитных подшипников фирмы SKF (S2M) исключает полностью маслосистему, что значительно снижает затраты на обслуживание агрегатов и делает агрегаты абсолютно экологически чистыми.

Конструкция каждого детандер – компрессорного агрегата учитывает конкретные условия эксплуатации, а так же технологические особенности работы установок. Агрегаты поставляются комплектно с трубной обвязкой, запорно-регулирующей арматурой и системой автоматического управления и в требуемом климатическом исполнении.

Результаты промышленной эксплуатации подтверждают эффективность использования детандер – компрессорных агрегатов, а также возможность их применения для подготовки природного газа на газоконденсатных месторождениях с различными газоконденсатными характеристиками и находящихся на разных стадиях эксплуатации, в частности на стадии падающей добычи.

Типоразмер	Q 1	Q 3	Q 5	Q 10	Q 20
Расход, Ст.м³/ч	До 45 000,0	До 125 000,0	До 210 000,0	До 425 000,0	До 850 000,0
Давление на входе, бар	До 209	До 209	До 209	До 209	До 209
Температура, °C	От -200°C до 280°C	От -200°C до 280°C	От -200°C до 280°C	От -200°C до 280°C	От -200°C до 280°C
Тип подшипника	АМП или МП	АМП или МП	АМП или МП	АМП или МП	АМП или МП
Соответствие API 617 (Да / Нет)	Да	Да	Да	Да	Да

АМП — Магнитный подвес; МП — масляный подшипник;

«Турбогаз» разрабатывает и изготавливает агрегаты индивидуально под конкретно заданные параметры той или иной технологии с учетом климатических условий эксплуатации.

Мы используем в работе Международные стандарты ANSI, API, ASME, DIN, ISO, ГОСТ, ДСТУ.

Турбодетандеры Rotoflow – непрерывный источник чистой энергии

Промо 25.12.2017 Обсудить

Детандер (с французского détendre переводится как «ослаблять») является устройством, с помощью которого дополнительно снижают температуру газа. В современном исполнении детандер представляет собой газовую турбину, работающую на перепаде газового давления. В его рабочий комплект, помимо расширительной турбины, входят насосы, компрессоры и генераторы.

Принцип действия и устройство турбодетандера

Принцип работы агрегата заключается в том, что подаваемый в турбодетандер Rotoflow технологический газ через специальный направляющее устройство попадает на лопаточную турбину агрегата и вращает ее. В результате этого процесса газ снижает свою температуру и вырабатывает механическую энергию вращения, которую используют для привода генератора или компрессора. Отработанный газ выпускается через выходной диффузор.

Турбодетандер относится к агрегатам непрерывного действия и не нуждается в электроэнергии. Конструктивно они бывают осевыми, центробежными или центростремительными. Турбодетандер состоит из полностью герметичного корпуса; лопаточного ротора; аппарата с регулируемыми соплами; направляющего устройства, оборудованного поворотными механизмами.

В зависимости от степени расширения технологического газа турбодетандеры подразделяются на активные и реактивные агрегаты. В зависимости от того, сколько ступеней имеется в агрегате, они подразделяются на одноступенчатые и многоступенчатые.

Где используются турбодетандеры

Турбодетандеры используются для обработки технологического газа в промышленных установках различного предназначения. Кроме того, их используют для разделения газовых смесей на составные компоненты и в различных производственных схемах для сжижения газа. Благодаря своей способности вырабатывать механическую энергию вращения и электрическую энергию, они нашли широкое применение в различных промышленных отраслях. Основным условием, ограничивающим их применение, является непрерывное поступление газового или парового потока, в точные временные промежутки.

Турбодетандеры Rotoflow, предлагаемые компанией DMLieferant нашли широкое применение на заводах по производству сжиженного природного газа, очистных сооружениях для очистки и сжижения газов, в трубопроводных газотранспортных системах, в нефтехимических производствах для:

• охлаждения природного углеводородного газа и удаления из него газоконденсата;
• получения сухого топливного газа и контроля его теплопроводной способности;
• переработки газоконденсата, обработки остаточной газовой смеси;
• снижения газового давления в трубопроводе;
• очистки аммиака, азота, водорода;
• понижения давления в трубопроводах различного диаметра;
• производства геотермальной энергии и утилизации отработанного тепла.

Материалы рубрики «Промо» публикуются на правах рекламы.

Схемы включения и различные способы подогрева газа в дга на кэс.

ДГА – устройство, в
котором энергия потока транспортируемого
газа преобразуется сначала в механическую
энергию в детандере, а затем в эл. энергию
в генераторе.

ДГА включается ||
дросселирующему устройству (1); 2 –
теплообменник; 3 – детандер; 4 – генератор:

При
расширении газа в
детандере с подогревом
возможны
несколько вариантов организации
процесса, но при любом из них в механическую
энергию в детандере преобразуется
внутренняя энергия газа, уровень ко­торой
определяется подведенной к газу до
процесса его расширения в де­тандере
энергией высокого потенциала.

газ
подогревается перед детандером за счет
энергии высокого потенциала таким
образом (линия 0
~
3),
что энтальпия газа после детандера
оказывается равной энтальпии газа после
дроссели­рования. При этом вся
подведенная к газу энергия, пропорциональная
раз­ности энтальпий

h

з
—

ho

(см.
рис. 3), преобразуется в детандере в
механиче­скую энергию.

Газ
перед детандером может быть подогрет
и таким образом (линия0-4),
что
его энтальпия на выходе из детандера
(точка 5) будет выше, чем при дросселировании.
В этом случае лишь часть подведенной к
газу энер­гии, пропорциональная h4-h5

будет
израсходована на выработку механи­ческой
энергии в детандере. Другая часть
подведенной к газу энергии, за­висящая
от протяженности и усдовий теплообмена
в трубопроводе, по ко­торому газ после
детандера транспортируется в топку, и
пропорциональная разности энтальпий
h5

–

h0

,
не будет полностью потеряна (за счет
теплооб­мена с окружающей средой), а
также будет полезно использована —
затра­чена на увеличение физической
теплоты топлива, поступающего в топку.
При постоянной тепловой нагрузке топки
увеличение физической теплоты топлива
приведет к снижению необходимой энергии,
получаемой при cжигании
топлива, на величину, пропорциональную
h

5-

h0

Процесс
расширения без
подогрева газа
перед
детандером изобража­ется линией 0-2.
После
такого расширения энтальпия и температура
газа после детандера будут значительно
ниже, чем при дросселирова­нии. В этом
случае в механическую энергию преобразуется
часть внутренней энергии, уже имею­щейся
у газа в трубопроводе при транспортировании.
Однако после расширения энтальпия газа
за счет подведенной извне энергии
обяза­тельно должна будет восстано­виться
до того уровня, который она имела бы
после дросселирования.

Это
происходит
либо в трубопроводе, по которому газ
транспортируется к газоиспользующему
оборудованию, либо в топке за счет
энергии, выделившейся при сжигании
топлива (процесс 2
-1).

газ
может быть частично подогрет перед
детандером (процесс0
—

6

на
рис. 3), частично-после него (процесс 7
—1).

Существуют
также схемы с подогре­вом газа перед
детандером с последующим промежуточным
подогревом после прохождения газом
части ступеней детандера.

Технологические установки и газораспределительные станции, перерабатывая энергию сжатого газа, позволяют не только получать холод. Они способны вырабатывать механическую и электрическую энергию. Такое устройство известно, как турбодетандер, принцип действия которого основан на перепадах давления. Данные установки позволяют получать не использованный энергетический потенциал.

Как работает турбодетандер

Утилизация энергии, возникающей при избыточном давлении в газотранспортной системе, представляет собой одну из важных задач, решаемых в газовой промышленности. Для этих целей применяются особые расширительные турбины, которые механическим способом связываются с потребителем мощности – компрессором или электрическим генератором. Такое утилизирующее энергию устройство, не потребляющее топлива, называется турбодетандером. По своей конструкции турбодетандер – это газовая турбина, которая работает при перепадах давления газа. К самой расширительной турбине подсоединяются генераторы, компрессоры и насосы. В этой сложной системе турбодетандер выполняет центральную функцию, являясь ее «сердцем».

В основу работы турбины положен принцип расширения газа в рабочем устройстве. Проходя через рабочее колесо, газ отдает свою энергию. При этом происходит существенное понижение его температуры. Освобождающаяся энергия может быть использована для сжатия газа в компрессоре или для приведения в действие электрогенератора. В последнем случае турбодетандер дает не только сравнительно дешевую электрическую энергию, но и вырабатывает холод.

Принцип действия турбодетандера

Технологические установки и газораспределительные станции, перерабатывая энергию сжатого газа, позволяют не только получать холод. Они способны вырабатывать механическую и электрическую энергию. Такое устройство известно, как турбодетандер, принцип действия которого основан на перепадах давления. Данные установки позволяют получать не использованный энергетический потенциал.

Устройство турбодетандера

Турбодетандерная установка представляет собой лопаточную турбинную машину с непрерывным действием. С помощью турбодетандера производится расширение газа с целью его дальнейшего охлаждения.

Освобожденная энергия позволяет совершать полезную внешнюю работу.

Турбодетандер осуществляет низкотемпературную обработку газа в промышленных установках, принимают непосредственное участие в сжижении газа и разделении многокомпонентных газовых смесей.

В конструкцию турбодетандера входит корпус, ротор, сопловой регулируемый аппарат, а также направляющий аппарат, оборудованный поворотными механизмами. Агрегат полностью герметичен и не нуждается в электрической энергии. Направление движущегося потока газа определяет его конструкцию.

Поэтому турбодетандеры могут быть центробежными, центростремительными и радиальными (осевыми). В соплах наблюдается различная степень расширения газа. В связи с этим турбодетандеры разделяются на активные и реактивные. В первом случае давление понижается лишь в неподвижных направляющих каналах, а во втором случае – еще и во вращающихся каналах ротора.

Конструкции установок могут быть одноступенчатыми или многоступенчатыми, в зависимости от количества ступеней.

Принцип работы турбодетандерных установок

Прохождения газа или сжиженных газовых смесей происходит через отверстия неподвижных направляющих каналов, исполняющих функции сопел.

В этом месте потенциальная энергия газа частично преобразуется в кинетическую, благодаря которой приводятся в действие вращающиеся лопаточные каналы ротора.

Резкое расширение газа приводит к падению давления, в результате чего ротором совершается механическая работа с одновременным интенсивным охлаждением газового потока. Одновременно с ротором вращается колесо компрессора, насаженное на него.

Используемые клапана должны иметь максимально большие размеры. Это позволяет достигнуть необходимого дросселирования при перепадах давления всего лишь 5-10%. Для традиционных клапанов этот показатель составляет 25 – 50% из-за слишком малых размеров. То же самое касается насосов, создающих давление газа.

Они подбираются в соответствии с конкретными условиями эксплуатации.

Наиболее оптимальным вариантом является применение турбодетандера для производства электроэнергии за счет избыточного давления. Одновременно, газ, проходящий через агрегат, используется по прямому назначению, независимо от режима работы и без каких-либо потерь. Таким образом, весь цикл представляет собой термодинамический обратимый процесс.

Использование турбодетандеров в промышленности

Применение турбодетандеров практикуется совместно с новыми установками или теми из них, которые были подвергнуты существенной модернизации. В обязательном порядке учитывается экономическая целесообразность и условия конкретного предприятия.

В промышленности широко используются турбодетандеры, принцип действия которых позволяет вырабатывать электрическую или механическую энергию, приводящих в движение вентиляторы или компрессоры.

Но, несмотря на оптимальную энергетическую эффективность применения этих агрегатов, они должны соотноситься с общей предполагаемой потребностью и балансом пара на предприятии. При чрезмерном количестве или мощности устройств вполне возможно избыточное производство пара под низким давлением.

Чаще всего этот пар просто стравливается в атмосферу, что значительно снижает энергетическую эффективность.

Основным условием должна стать доступность парового потока, необходимого для нормальной работы турбодетандера в течение точно установленного и довольно продолжительного отрезка времени.

В случае нерегулярного или непредсказуемого поступления пара, его полезное применение существенно затрудняется, и турбина будет работать вхолостую. Наиболее эффективное использование турбодетандеров требует существенных перепадов давления и большого расхода газа.

Поэтому агрегаты нашли широкое применение в черной металлургии, где работа плавильных печей сопровождается мощным потоком доменного газа.

Турбодетандер принцип действия – Все об электричестве

Применение специальных расширительных машин – детандеров, где происходит адиабатное расширение газа с отдачей внешней работы на вал машины, позволяет получить значительно большее охлаждение, чем при дросселировании газов, при этом, используется и дополнительная работа возвратной части энергии обрабатываемого потока газа.

Работа расширительной машины – детандера оценивается величиной температуры газа на выходе потока и развиваемой мощностью на его валу.

В качестве расширительных машин с успехом применяются:

1. Поршневые детандеры для установок высокого давления с небольшой холодопроизводительностью.
2. Турбодетандеры радиального центростремительного типа для установок со значительной холодопроизводительностью и большим расходом газа среднего и высокого давления.
3. Винтовые детандеры для установок, работающих на неочищенных газах с высоким содержанием частиц жидкой фазы.

Поршневые детандеры

Расширительные поршневые машины используются на рабочих интервалах давлений от 35 до 210 кг/см2 на входе и до 7-2 кг/см2 на выходе. Одноцилиндровые детандеры обычно имеют производительность до 30 м3/мин, с к.п.

д. более 80% при числе оборотов коленчатого вала до 500 об/мин. В качестве холодильного агента предпочтительно применять продукты, отходы или полуфабрикаты данного производства, в частности пропан-бутановые смеси.

Для температур кипения в пределах минус 10°С — минус 40°С рекомендуется применять газовые смеси типа пропан-пропилен.

Адиабатическое расширение многокомпонентной углеводородной смеси сопровождается внутренним теплообменом между компонентами, в результате чего температура и теплосодержание определяются как средние величины отдельных компонентов, а внешняя работа определяется как сумма работ отдельных ее компонентов по диаграммам состояния.

Работа расширения смеси сопровождается выпадением жидкой фазы и характеризуется выделением дополнительного тепла конденсации и растворения газов в жидкости. Выделение жидкости интенсивно происходит при изобарическом охлаждении смеси в теплообменниках – конденсаторах.

Турбодетандеры

За рубежом имеется опыт работы газобензиновых заводов (ГБЗ) с турбодетандерными установками в качестве источников холода.

Особенностью работы таких установок является выпадение жидкой фазы в процессе расширения газа. Сжижение газа в турбодетандере значительно повышает эффективность установок для сжижения таких газов, как метан и др.

Современные рабочие циклы сжижения газов, как известно, основаны на использовании более высоких давлений, чем в обычных схемах.

Это существенно улучшает технологичность схем, и расширительные машины выполняют здесь не только функции по производству холода и использованию возвратной части энергии, но и функции осушительной установки.

Мощность детандерных агрегатов зависит от фактически используемого перепада давления, скорости потока газа и расхода газа. Эти величины определяют габариты и рабочие характеристики расширительно-осушительных установок.

Заводы по сжижению углеводородных газов (метан-этановой фракции) применяют преимущественно высокопроизводительные, малогабаритные одноступенчатые реактивные турбодетандеры с турбокомпрессором на одном валу. При числе оборотов в минуту 60000 и более, они имеют высокий к.п.д., используя высокие скорости газовых потоков.

Однако в заводской практике имеет место и применение осевых турбодетандеров активного типа в одно- и многоступенчатом исполнении. Обычно турбодетандеры комплектуются вместе с турбинным компрессором без редуктора.

Турбокомпрессор использует часть энергии, сжимая газ до заданной степени, и поглощает развиваемую детандером мощность с минимальными потерями.

Иногда развиваемая детандером мощность поглощается электрогенератором, а иногда для упрощения систем используют обычные тормозные устройства.

Турбодетандер – не иссекаемый источник Энергии

Объемная скорость перерабатываемого газа регулируется в турбодетандере реактивного типа соплами переменного сечения, что наиболее эффективно обеспечивает гибкость режима работы при сохранении достаточно высокого к.п.д.

Следует иметь в виду, что турбодетандеры реактивного типа с радиальным расположением лопаток, направляющие поток газа от периферии к центру колеса, совершенно непригодны для проведения процессов расширения газа с образованием жидкой фазы. Колесо турбодетандерв в этом случае отбрасывает капли жидкости на стенки статора и заставляет выделившуюся жидкость рециркулировать, снижая производительность агрегата и вызывая явления эрозии на ободе колеса и на поверхности сопел.