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 (Cryogenic) به چه صورت است؟
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 به چه دلیل است؟
استفاده از توربو اکسپندر در کاربردهای گاز داغ (Hot Gas) به چه صورت است؟
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.


شکل 1: اجزای اصلی اکسپندر گاز داغ
مثلثهای سرعت در توربو اکسپندرهای جریان شعاعی به چه صورت است؟


سیال خروجی از قسمت توربین توربو اکسپندر، انرژی جنبشی بالایی دارد (سرعت زیاد C 4 ) بنابراین از یک دیفیوزر برای بازیابی انرژی جنبشی آن استفاده میشود. شکل 2 مثلث های سرعت را در این حالت نشان میدهد. در این شکل، W 3 که سرعت نسبی ورودی است، شعاعی به سمت داخل و C 4 که مولفه سرعت مطلق در خروجی روتور است، در جهت محوری میباشد. این چیدمان مثلث سرعت برای توربو اکسپندرهای جریان شعاعی زیاد استفاده میشود.
1. انرژی پتانسیل سیال در پرههای ورودی تبدیل به سرعت میشود. راندمان این تبدیل انرژی حدود 95 درصد است.
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.


شکل 3: توربو اکسپندر در مرحله تست
ترمودیک اکسپندرهای گاز به چه صورت است؟


شکل 4: فرآیند انبساط آیزنتروپیک (0-5s)، فرآیند انبساط حقیقی (0-5a) و فرآیند انبساط آنتالپی ثابت (0-5h)
سوالات متداول
توربو اکسپندر چیست؟
توربو اکسپندر 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 به چه صورت است؟
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.
طبقه بندی توربو اکسپندرها
Compressor-loaded
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
Generator-Loaded
این مدل توربو اکسپندر اغلب در تصفیه گاز طبیعی یا در کارخانه های اتیلن استفاده می شود. ژنراتور از انبساط توربین جلوگیری می کند. این دستگاه به شبکه متصل شده و اجازه می دهد تا برق تولید شود. طراحی های مختلفی وجود دارند، از جمله طرحهای گیربکس سیاره ای یا گیربکس شفت موازی، با گزینه ی ژنراتور سنکرون یا ناهمزمان.
Oil Brake
این مدل در زمانهایی که تولید سرمای نسبتا پایین دراد (کمتر از 100 کیلووات) و هنگامی که گاز نیازی به فرآیند دوباره فشرده سازی ندارد کاربرد دارد.