توربو اکسپندر (Turbo Expander)
توربو اکسپندر، که expansion turbine نیز شناخته می شود، یک توربین گریز از مرکز یا جریان محوری است که از طریق آن گاز فشار بالا برای تولید انرژی منبسط می شود که اغلب موارد برای هدایت کمپرسور استفاده می شود. کار یا انرژی حاصل انبساط گاز فشار بالا تقریبا توسط یک فرآیند ایزنتروپیک (IE، یک فرایند آنتروپی ثابت) استخراج شده است و گاز خروجی فشار پایین توربین درجه حرارت بسیار پایینی در حدود -150 ° C یا کمتر دارد که این بسته به فشار و ویژگی های گاز است. توربو اکسپندر (Turbo Expnader) مؤثرترین و پر بازده‌ترین روش برای کاهش فشار یک سیال است.
توربو اکسپندر، که expansion turbine نیز شناخته می شود، یک توربین گریز از مرکز یا جریان محوری است که از طریق آن گاز فشار بالا برای تولید انرژی منبسط می شود که اغلب موارد برای هدایت کمپرسور استفاده می شود. کار یا انرژی حاصل انبساط گاز فشار بالا تقریبا توسط یک فرآیند ایزنتروپیک (IE، یک فرایند آنتروپی ثابت) استخراج شده است و گاز خروجی فشار پایین توربین درجه حرارت بسیار پایینی در حدود -150 ° C یا کمتر دارد که این بسته به فشار و ویژگی های گاز است.
توربو اکسپندر چیست؟
توربو اکسپندر (Turbo Expnader) مؤثرترین و پر بازده‌ترین روش برای کاهش فشار یک سیال است. استفاده از این تجهیزات از دهه 60 میلادی در پلنت‌های نفت و گاز شروع شده است. توربو اکسپندر انرژی را از جریان سیال گرفته، توان تولید می‌کند، فشار را کاهش می‌دهد و دمای سیال را نیز کم می‌کند. از توان بدست آمده می‌توان برای به چرخش درآوردن کمپرسور ، پمپ یا ژنراتور استفاده کرد. کار حاصله از فرآیند انبساط (Expansion)، بازده گرمایی (Thermal Efficiency) پلنت را افزایش می‌دهد.
استفاده از توربو اکسپندر در کاربردهای کرایوژنیک
در نیمه دوم قرن بیستم، استفاده از اکسپندر-کمپرسور در پلنت‌های کرایوژنیک گاز طبیعی شروع شد. الزاماتی که در افزایش راندمان گرمایی پلنت، به حداقل رساندن فید (feed) مصرفی در پلنت‌های گاز طبیعی مایع (LNG) و کاهش آلودگی‌های CO2 وجود داشت، باعث گسترش طراحی‌های فرآیندی پلنت با در نظر گرفتن توربو اکسپندر شد.
در کاربردهای کرایوژنیک ، اغلب منفعت اقتصادی حاصل از توربو اکسپندر، به دلیل کاهش آنتالپی سیال و به تبع آن کاهش دما می‌باشد. سیال سردتر که از توربو اکسپندر خارج می‌شود به افزایش بازده گرمایی پلنت کمک می‌کند. علاوه بر این، توان شفتی که توربو اکسپندر از سیال بدست می‌آورد، می‌تواند باعث کاهش توان ورودی پلنت شود. هرکدام از این موارد باعث کاهش توان مخصوص مصرفی برای سیکل سرمایش شده و کاهش هزینه‌ها و به تبع آن افزایش منفعت اقتصادی پروژه را در پی دارد.
استفاده از ولو ژول تامسون به موازات توربو اکسپندر
استفاده از توربو اکسپندر در کاربردهای گاز داغ
خوردگی یکی از موارد مهمی است که باید در اکسپندرها به آن توجه نمود. خوردگی به دلیل دمای بالایی است که اکسپندر قرار است در آن دما کار کند. تأثیر خزش و خوردگی ناشی از گاز داغ در این کاربردها قابل توجه است. اگر تأثیر این موارد در نظر گرفته نشود، این موارد باعث شکست دیسک یا پره‌های آن خواهند شد.
مثلث‌های سرعت در توربو اکسپندرهای جریان شعاعی
در توربو اکسپندرهای جریان شعاعی، انرژی از سیال به پره‌های توربو اکسپندر منتقل می‌شود. در شکل 2 شماتیکی از توربو اکسپندرهای جریان شعاعی را نشان می‌دهد.
شکل 2: مثلث سرعت در جریان شعاعی
2. انرژی پتانسیل باقی مانده، به توان مکانیکی در توربو اکسپندر تبدیل می‌شود.
3. سرعت خروجی گاز به نسبت بالا بوده و در دیفیوزر خروجی مقدار آن کم می‌شود.
ترمودیک اکسپندرهای گاز
طبقه بندی توربو اکسپندرها
این نوع توربو اکسپندر از متداول ترین هاست. پس از جداسازی ترکیبات هیدروکربنی مایع سنگین در استوانه ی جداسازی، گاز دستگاه در کمپرسور سانتریفیوژ دوباره فشرده می شود
دو نوع بلبرینگ در توربو اکسپندر
سوالات متداول
در کاربردهای کرایوژنیک، اغلب منفعت اقتصادی حاصل از توربو اکسپندر، به دلیل کاهش آنتالپی سیال و به تبع آن کاهش دما می‌باشد. سیال سردتر که از توربو اکسپندر خارج می‌شود به افزایش بازده گرمایی پلنت کمک می‌کند. علاوه بر این، توان شفتی که توربو اکسپندر از سیال بدست می‌آورد، می‌تواند باعث کاهش توان ورودی پلنت شود. هرکدام از این موارد باعث کاهش توان مخصوص مصرفی برای سیکل سرمایش شده و کاهش هزینه‌ها و به تبع آن افزایش منفعت اقتصادی پروژه را در پی دارد.