Детандер принцип работы - Electrik-Ufa.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Детандер принцип работы

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.

Как правило, при использовании установок в промышленности, на входе турбины поддерживается постоянное давление в соответствии с проектным уровнем. В такой ситуации давление регулируется специальными клапанами, что не совсем рационально. Более эффективными считаются турбины с переменным давлением при полностью открытых входных клапанах. 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.

Детандеры и турбодетандеры

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/см 2 на входе и до 7-2 кг/см 2 на выходе. Одноцилиндровые детандеры обычно имеют производительность до 30 м 3 /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. При этом поток газа охлаждается менее чем на 20-25%, но зато газ после детандера содержит более чем наполовину жидкую фазу.

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.

Читайте также:  Светодиоды для ламп освещения технические характеристики

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.

Практикой установлено, что процессы расширения газа с такой рециркуляцией требуют установки на входе в турбодетандер достаточно тонкого фильтра или просто сепаратора для отделения механических примесей в виде твердых пылеватых металлических и льдистых частиц. Это увеличивает срок безаварийной службы турбогенератора.

В осевых турбодетандерах частицы твердых примесей и капельная жидкость проходят через проточную часть машины и лопатки колеса без рециркуляции, но при этом процесс расширения насыщенного газа протекает со значительным понижением к.п.д. машины.

Турбодетандеры небольших габаритов изготавливаются на значительную пропускную способность по газу.

Основные требования к турбодетандерам

  1. Надежность и высокая прочность радиальных и упорных подшипников, способных выдерживать значительные перегрузки и вибрации вала из-за осаждения на роторе льда (2-3 г льда при n = 25000 об/мин дает радиальную нагрузку до 1,0 т).
  2. Надежная работа системы смазки и выбор масел, пригодных для работы при низких температурах.
  3. Специальные методы монтажа обвязки трубопроводов турбодетандера, предупреждающие деформации трубопроводов и установки в целом (компенсация температурных напряжений).
  4. Надежность системы очистки газа от попадания во внутрь детандера и компрессора твердых частиц в виде окалин и порошка сернистого железа от металла сварочных швов трубопроводов и т. д.
  5. Надежная система очистки газа от H2O и С02 с удалением тяжелых углеводородов в цикле расширения газа.

При монтаже аппаратов и трубопроводов, в связи с возникновением значительных усилий в результате изменения размеров деталей из-за разницы температур необходимо учитывать следующее:

  • Монтаж горизонтальных аппаратов производят с закреплением только одной стороны, оставляя другую для свободного движения на скользящей опоре;
  • Теплообменные аппараты должны иметь плавающие фланцы трубной системы;
  • Трубопроводы снабжаются П-образными или лирообразными компенсаторами;
  • Тепловая изоляция трубопроводов и оборудования выполняется со скользящими стенками и оставлением свободных зазоров для их перемещения без нарушения теплоизоляционных покрытий.

Источник: «Производство и использование сжиженных газов за рубежом (Обзор зарубежной литературы)» (Москва, ВНИИОЭНГ, 1974)

GE Rotoflow турбодетандеры

Компания Rotoflow была основана в 1958-ом году и с самого начала своей деятельности является пионером в области турбодетандеров для утилизации энергии сжатых газов в нефтегазовой и других отраслях промышленности.

Компания поставила тысячи единиц этого вида оборудования во все регионы мира.

В 1990-ом году Rotoflow была приобретена компанией Atlas Copco, а в 2000-ом – корпорацией GE.

Турбодетандеры Rotoflow завоевали множество наград за технологические инновации и превосходную конструкцию. Превосходная технология, однако, ничего не стоит, если она не обеспечивает превосходную производительность. И это то, благодаря чему данные установки стали лидерами рынка – они работают с максимальной эффективностью независимо от условий процесса.

Принцип действия

Турбодетандер расширяет поступающий технологический газ в два этапа: сначала через входной направляющий аппарат, а затем через рабочее колесо. Когда ускоренная технологическая среда перемещается от входного направляющего аппарата к колесу, кинетическая энергия преобразуется в полезную механическую энергию. Механическая энергия используется для привода другого оборудования: компрессора – в случае детандера-компрессора или генератора – в случае детандера-генератора. Совершивший работу газ охлаждается и попадает в выходной диффузор.

Детандеры-компрессоры

Детандеры-компрессоры Rotoflow используются во всех областях нефтегазовой отрасли для криогенного охлаждения, при этом повышается энергоэффективность объекта и снижаются выбросы CO2.

Типичные области применения

  • Плавучие заводы по сжижению природного газа. Детандеры-компрессоры предлагают более легкий вес, более компактные размеры и более эффективные холодильные циклы для сжижения природного газа.
  • Сжиженный нефтяной газ (СНГ) и жидкие фракции природного газа (природный газоконденсат): детандер-компрессор обеспечивает энергосберегающее криогенное охлаждение для полного удаления конденсатов из потока углеводородного газа.
  • Этилен: повышение общей эффективности установки за счет охлаждения остаточного газа и последующей рекомпрессии топливного газа.
  • Контроль точки росы: при удалении влаги, охлаждаются газовые потоки для получения сухого газа или для контроля теплотворной способности топливных газов.

Конструктивные особенности детандеров-компрессоров GE Rotoflow

  1. Распределительные коробки
    Две коробки для подключения сигнального кабеля для контроля положения, скорости и температуры подшипника. Две коробки для подключения силового кабеля. Все распределительные коробки и проходные уплотнения испытываются под давлением на соответствие самим высоким стандартам.
  2. Уплотненные проходные соединения
    Обеспечивается герметичное уплотнение между силовой и сигнальной распределительной коробкой и находящимся под давлением корпусом подшипника.
  3. Активные магнитные подшипники
    Стальной кованый корпус подшипника обеспечивает максимальную жесткость, позволяющую выдерживать высокие нагрузки на трубопроводную обвязку.
  4. Диффузор
    Здесь завершается расширение технологического газа. Диффузор дополнительно замедляет поток, чтобы увеличить падение давления. Изготавливается, как правило, из углеродистой или нержавеющей стали.
  5. Корпус
    Изготовлен из пластин и поковок. Обязательно проходит неразрушающие испытания. Геометрия оптимизирована для минимизации искажений потока. Специальные решения для «нулевой утечки» доступны для сернистых и токсичных газов. Изготавливается из углеродистой или нержавеющей стали.
  6. Сопловой узел (входной направляющий аппарат)
    Аэродинамические параметры оптимизированы в соответствии с условиями применения для достижения наилучших характеристик потока. Конструкция разработана таким образом, чтобы свести к минимуму негативное влияние каплей жидкости и твердых частиц.
  7. Рабочее колесо
    Открытая или закрытая конструкция. Разрабатывается с использованием вычислительной гидрогазодинамики для максимальной эффективности. Изготавливается фрезерованием из алюминия, титанового сплава или нержавеющей стали. Имеет малый вес для стабильной динамики ротора.
  8. Теплозащитная стенка
    Отделяет криогенную среду от теплого корпуса подшипника. Обычно изготавливается из Микарты со специальной вставкой для размещения газового лабиринтного уплотнения.
  9. Корпус подшипника
    Доступны в двух вариантах конструкции: для смазываемого или активного магнитного подшипника. Как правило, изготавливается из углеродистой или нержавеющей стали, и предназначен для максимальной жесткости и прочности.
  10. Корпус компрессора
    Материал: углеродистая или нержавеющая сталь
  11. Выходная спираль компрессора
    Увеличивает давление на выходе рабочего колеса, чтобы обеспечить более высокие коэффициенты сжатия. Все спирали литые, легко демонтируются.

Применение активных магнитных подшипников

GE Rotoflow выпускает турбодетандеры как со смазываемыми, так и с активными магнитными подшипниками.

  1. Магнитные упорные подшипники
  2. Магнитные радиальные подшипники
  3. Вспомогательный подшипник

Активные магнитные подшипники являются альтернативой традиционным смазываемым подшипниковым системам и обладают рядом особенностей и преимуществ:

  • Магнитные подшипники не требуют смазки, что устраняет риск загрязнений.
  • Отсутствует необходимость в каких-либо компонентах масляной системы, таких как насосы, фильтры.
  • В детандере-компрессоре с магнитными подшипниками узел ротора поддерживается активными магнитными радиальными подшипниками, как показано на рисунке выше.
  • Осевое усилие агрегатов с активными магнитными подшипниками улучшается с помощью автоматической системы управления тягой, которая управляет положением ротора, регулируя поступающий на электромагниты ток в зависимости от сигналов датчиков положения вала. Датчики группируют для обеспечения автоматического устранения гармоник сигнала вращения, эллиптических или треугольных деформаций на поверхности ротора.
Читайте также:  Штукатурка стен известковым раствором за и против

Детандеры-генераторы

Детандеры-генераторы GE Rotoflow отвечают потребностям отрасли в увеличении мощности, снижении затрат и максимальной надежности в широком спектре применений.

Типичные области применения

  • Добыча нефти и газа (заводы по переработке газоконденсатной жидкости, восстановлению сжиженного нефтяного газа; обработка остаточного газа; газожидкостная конверсия; интегрированный комбинированный цикл газификации).
  • Сжижение и очистка газов на очистных сооружениях.
  • Нефтехимия (очистка водорода, азота и аммиака; производство этилена).
  • Понижение давления в трубопроводе.
  • Генерация геотермальной энергии (например, органический цикл Ренкина, Калина, прямая генерация пара).
  • Утилизация отработанного тепла и комбинированное производство тепла и энергии.

Конструктивные особенности детандеров-генераторов GE Rotoflow

  1. Высокоэффективная аэродинамика, адаптированная к требованиям заказчика.
  2. Запатентованный многоканальный входной направляющий аппарат для точного управления и плавной регулировки.
  3. Сухие газодинамические уплотнения могут применяться в одиночных, двойных или тандемных конфигурациях, чтобы минимизировать утечку буферного газа.
  4. Рабочие колеса монтируются непосредственно на высокоскоростных шестернях, а генератор соединен с низкоскоростным механизмом.
  5. Гидравлические, пневматические или электрические приводы управляют входным направляющим аппаратом с высокой точностью, в диапазоне от 0 до 130% расхода.
  6. Если контролируемое давление двух противоположных упорных подшипников не сбалансировано, контроллер автоматически регулирует давление за колесом для того, чтобы ротор всегда был центрирован.
  7. Высокие коэффициенты давления или высокие скорости потока требуют многоступенчатой компоновки. Турбодетандеры GE Rotoflow могут включать до четырех ступеней на общем встроенном редукторе.

Если вы хотите заказать продукцию GE Rotoflow или запчасти (комплектующие) – воспользуйтесь формой обратной связи:

Турбодетандер П.Л.Капицы

П. Л. Капица начал штурм “кислородно-криогенной” крепости именно с турбодетандера. Он был вторым, после Ж. Клода, творцом поршневого детандера (вспомним, что Капица еще в 1934 г. в Кембридже создал первый гелиевый поршневой детандер), но с турбодетандерами, также как вообще с турбомашинами, он никогда не имел дела. Именно это (в сочетании, разумеется, с выдающимися способностями и физика, и инженера) ему, по-видимому, и помогло.

За необычайно короткий срок – два года – он с блеском решил задачу, создав новую машину, настолько эффективную, что она обеспечила целую революцию в криогенной технике.

Чем же объясняется резкое повышение КПЛ турбодетандера (на 15-20%, которых не хватало), достигнутое Капицей? Очевидно, что тут дело было не в частных усовершенствованиях, а в принципиальном изменении.

Чтобы разобраться, в чем здесь дело, посмотрим, как устроен турбодетандер внутри (рис. 8.1). Как и у всякой турбины, в. нем имеется расположенный по периферии неподвижный направляющий аппарат и помещенное внутри него вращающееся рабочее колесо. В направляющем аппарате по окружности расположены сопла, где, расширяясь, поток рабочего тела разгоняется и приобретает определенную скорость. Попадая на лопатки рабочего колеса, рабочее тело вращает его, производя работу и отдавая энергию. Скорость при этом снижается. Отработавшее рабочее тело выпускается через патрубок в центре рабочего колеса. Так устроены все турбины – паровые, газовые и водяные. По характеру движения текущего рабочего тела в направляющем аппарате и колесе турбины делятся на активные и реактивные. В турбодетандере активного типа направляющий аппарат имеет сужающиеся каналы, в которых газ разгоняется до большой скорости (близкой к скорости звука, т.е. несколько сот метров в секунду) и снижает начальное давление р1 до значения рm почти равного конечному р2. Струи газа, попадая на вогнутые короткие лопатки рабочего колеса, меняют направление, оказывая на них давление, и вращают его.


Рис. 8.1. Принцип работы турбодетандера: а – активного; б – активно-реактивного; 1 – направляющий аппарат; 2 – рабочее колесо

Таким образом, кинетическая энергия потока преобразуется в работу. При этом давление газа гадает незначительно, достигая конечного р2, а температура понижается.

По такому принципу работали все прежние турбодетандеры. П. Л. Капица решил перейти на другой принцип и создал реактивный (вернее, активно-реактивный) турбодетандер. В нем “распределение обязанностей” между направляющим аппаратом и рабочим колесом стало совсем другим, близким к тому, которое существует в водяных турбинах. Направляющий аппарат здесь снабжен менее длинными каналами, и в нем срабатывается лишь часть интервала давления от p1 до р2; значение pm находится примерно посередине. Газ разгоняется до значительно меньшей скорости, чем звуковая; она достигает лишь значения, необходимого для плавного, безударного входа в каналы рабочего колеса. Лопатки его сделаны длинными, и газ, проходя в каналах между ними, срабатывает оставшуюся часть рm – р2 интервала давлений, расширяясь в них. Работа совершается уже не только в результате изменения направления потока газа, но и под действием реакции струи, вытекающей из межлопаточных каналов (отсюда и термин “реактивный”).

Вследствие того что скорость воздуха в активно-реактивном турбодетандере значительно ниже, гидравлические потери в нем намного меньше, чем в активном; эта разница имеет особенно существенное значение, потому что холодный сжатый воздух по плотности ближе к жидкой воде, чем к водяному пару. Именно это обстоятельство толкнуло Капицу обратить внимание на водяную турбину как конструктивный прототип турбодетандера. В конечном счете Капица сформулировал свое “кредо” так: “. правильно выбранный тип турбодетандера будет как бы компромиссом между водяной и паровой турбиной”.

Работа над турбодетандером началась в 1936 г., а уже в 1938 г. в ИФП был создан небольшой опытный турбодетандер, у которого КПД составлял около 0,8! Затем, “не переводя дыхания”, на базе этого турбодетандера была собрана опытная установка низкого давления воздуха, на которой получался жидкий воздух. Характерно, что все оборудование этой установки (за исключением компрессора) делалось из подручных материалов и изделий в мастерских ИФП. При этом была проявлена в высшей мере эффективная “солдатская находчивость”. Так, например, механизм переключения регенераторов приводился в движение двумя электромагнитными транспортными тормозами завода “Динамо”. Таким образом, впервые удалось ожижить воздух, не сжимая его предварительно до высокого давления.

Наряду с процессами ожижения Линде и Клода, о которых мы уже говорили, появился новый, получивший в дальнейшем название “процесс Капицы”. Поскольку он в дальнейшем стал основой новых процессов получения газообразного кислорода, остановимся на нем несколько подробнее.

На рис. 8.2 показана схема воздухоожижительной установки Капицы (1939 г.). Нетрудно видеть, что отличия этой установки от установки Клода (см. рис. 5.13) связаны как с особенностями схемы, так и с оборудованием – одно обусловило другое. Низкое рабочее давление воздуха 0,6-0,7 МПа дало возможность использовать вместо основного теплообменника регенераторы и турбодетандер вместо поршневого детандера (поршневой компрессор был взят просто потому, что исследовалась модель с малой производительностью; в дальнейшем на более крупных установках устанавливался турбокомпрессор).

Читайте также:  Датчик тяги газового котла принцип работы


Рис. 8.2. Схема воздухоожижительной установки Капицы: 1 – турбокомпрессор для сжатия воздуха; 2 – регенераторы; 3 – турбодетандер; 4 – теплообменник-ожижитель; 5- дроссель; 6 – отделитель жидкого воздуха

В схеме Капицы воздух в детандер отводился из теплообменника на самом низком температурном уровне так, чтобы в конце расширения он начинал конденсироваться и имел ту же температуру, что и пар, возвращающийся из отделителя жидкости. В этом и состоит основное отличие от схемы Клода, где воздух на детандер отбирается в середине теплообменника и возвращается в обратный поток при более высокой температуре, далекой от конденсации.

Расчеты показывают, что чем более высоким выбрано давление сжатого исходного воздуха, тем выше нужно брать температуру воздуха на входе в детандер и тем меньшую долю его нужно расширять в нем. И напротив, чем ниже давление, тем большую долю воздуха нужно пустить в детандер и тем ниже будет оптимальная температура воздуха на входе в него. П. Л. Капица опустил детандер “вниз” до предела и тем самым смог понизить рабочее давление воздуха до 0,6-0,7 МПа, со всеми вытекающими из этого положительными последствиями. Раньше это было невозможно сделать, так как существующие детандеры не могли эффективно работать при столь низких температурах. Теперь же КПД турбодетандера, несмотря на его малые размеры, не только достиг заветного рубежа 0,8, но и перешел его, причем в наиболее сложных условиях – с окончанием процесса на границе ожижения. Успешный пуск и опытная эксплуатация экспериментальной установки показали, что путь к использованию низкого давления не только в технике ожижения воздуха, но и для его разделения открыт. Это, разумеется, не снимало необходимости решить целый ряд задач как по организации достаточной очистки воздуха и его ректификации, так и других, но в основе проблема была разрешена.

Публикация результатов этих работ в начале 1939 г. произвела подлинную сенсацию и поначалу вызвала некоторое замешательство среди специалистов-криогенщиков. Однако никакой явно выраженной реакции не последовало – как у нас, так и за границей еще изучали и “переваривали” сенсационную новость.

Несмотря на все трудности, работы по ожижению воздуха при использовании низкого давления, а потом и по его разделению для получения кислорода продолжались. Их расширение потребовало подключения промышленных предприятий для изготовления оборудования. П. Л. Капица описал [10] много живописных деталей борьбы с руководителями различных уровней, всеми силами отбивавшихся (Капица писал более живописно – “отбрыкивавшихся”) от дел, которые отвлекали их от выполнения планов. Тем не менее, благодаря отчаянным усилиям, когда приходилось заниматься не только основным делом, но и снабжением, строительством, кадрами и др., дело продвигалось. Работы шли одновременно в двух направлениях – по получению как жидкого, так и газообразного кислорода.

В июле 1940 г. удалось “пробить” решение Экономсовета при СНК СССР, в котором ИФП официально поручалось техническое руководство проектированием и испытанием турбокислородных (ТК) установок на заводе-изготовителе. К началу 1941 г. в результате испытаний ряда экспериментальных установок был накоплен значительный опыт, позволявший приступить к проектированию и изготовлению первых промышленных образцов.

Детандер-генераторные установки газораспределительных сетей – Eurotransgaz Corporation KFT


Детандер- генераторные установки газораспределительных сетей .

C 2002 года мы освоили применение установок (ДГУ) для газорегуляторных станций (ГРС) и газорегуляторных пунктов (ГРП) газопроводов среднего и высокого давлений. Эти установки вырабатывают экологически чистую электроэнергию (без сжигания топлива). Использование турбодетандеров для привода электрогенераторов дает возможность осуществить частичный возврат энергии, затраченной для сжатия газа на газокомпрессорных станциях.

Детандер- генераторные установки газораспределительных сетей

Мощность на клеммах генератора, кВт

Расход газа, нм3/ч

Давление газа на входе, МПа (абс.)

Давление газа на выходе, МПа (абс.)

Температура газа на входе, оС

Температура газа на выходе, оС

Габаритные размеры, Д х В х Ш, м

Масса с генератором и оборудованием, кг

31 000 – 33 0000

Полный ресурс, ч

Частота вращения выходного вала редуктора, об/мин

В июле 2004 года введена в опытно- промышленную эксплуатацию установка ДГА- 2500СД1. Вырабатываемая электроэнергия используется для нужд медеплавильного завода.
Подключение ДГУ производится параллельно газорегуляторным пунктам или газораспределительной станции. На входе в ДГУ газ подогревается в паровом газоподогревателе для повышения мощности и обеспечения положительной температуры газа на выходе. Расходы на подогрев газа частично компенсируются его экономией (

0,2% от расхода газа, проходящего через ДГУ) при сжигании в топках котлов.
Основу разработанной ДГУ составляет детандер- редукторный агрегат, представляющий собой турбину, сблокированную с планетарным редуктором, в которой происходит преобразование потенциальной энергии нагретого до температуры +90…+1800С сжатого газа в механическую энергию.

Обозначения:
Д – детандер
Р – редуктор
Г – генератор
РСА – электропривод регулируемых сопловых аппаратов
СК – стопорный клапан
КР- 1, КР- 2, КР- 3 – клапаны регулирующие

турбодетандер с редуктором и трубопроводами подвода и отвода газа;

электрогенератор с системой возбуждения;

рама (единая для детандер- редуктора и генератора);

системы смазки детандера, редуктора и генератора с расходными маслобаками;

система автоматического управления (САУ), контроля и защиты;

система виброконтроля турбодетандера и генератора;

система подпора уплотнений турбодетандера;

КИП и электрооборудование;

монтаж и пуско- наладка;

обучение обслуживающего персонала

1. ДГУ обеспечивает поддержание необходимого давления на выходе в пределах +0,005Па, в том числе при сезонных и суточных колебаниях расхода газа.

2. При останове ДГУ (нормальном или аварийном) регулирование давления осуществляет автоматически клапан КР2 до вступления в работу регулятора ГРП.

3. Стопорный и регулирующие клапаны разработаны предприятием. Быстродействие регулирующих клапанов (получение необходимого усилия привода при перепаде давления газа 2,3…2,6 МПа на заслонке клапана) обеспечивает компактная маслостанция высокого давления (25 МПа).

4. Для синхронизации ДГУ с электрической сетью (точной подгонки частоты вращения генератора к 3000 об/мин) и регулирования нагрузки ДГУ используются регулируемые (и управляемые по алгоритму САУ) сопловые аппараты первых двух ступеней турбины.

5. В конструкции детандера применена современная уникальная система сухих газовых уплотнений для исключения попадания газа из проточной части турбины в помещение ДГУ, а также для предотвращения смешивания газа с маслом системы смазки агрегата, значительно повышающая безопасность эксплуатации ДГУ.

6. Обеспечена стабильность давления при параллельной работе регуляторов давления САУ ДГУ и АСУ ГРП (ГРС), а также при передаче функций управления в период запуска (останова) ДГУ.

7. Размещение основного оборудования ДГУ на общей раме позволяет выполнить разгрузочно- погрузочные работы и монтаж блока ДГУ на фундамент в течение 2- х рабочих дней.

8. Поставка ДГУ в течение 10- 12 месяцев.

9. Срок окупаемости – не более – 2,5 лет.

Читайте далее:
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector