در حال بررسی...کاربرد توربین گاز در صنایع شیمیایی
توربین‌های گاز بطور گسترده‌ای در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند، چرا که می‌توانند به صورت مقرون به صرفه‌ای امکان ایجاد توان خروجی بالا و بهره‌وری کلی بالایی را فراهم کنند. در این نوشتار، بطور ویژه به کاربرد توربین گاز در صنایع شیمیایی توجه شده‌است.
در سال‌های اخیر، مولفه‌های مختلف و فناوری‌های پیشرفته منجر به تداوم تکامل سامانه‌های توربین گاز شده‌اند. این مولفه‌ها و فناوری‌ها شامل:
- بهبود بهره‌وری و عملکرد کلی
- افزایش ظرفیت و تراکم توان
- معرفی فناوری‌های جدید متنوع
- استانداردها، انتظارات و قوانین سخت‌گیرانه‌تر زیست محیطی، بهداشتی و ایمنی
- قابلیت‌اطمینان و دسترس‌پذیری بیشتر
- انتظارات بیشتر برای دسترسی آسان، سهولت بهره‌برداری و تعمیر و نگهداری
صنعت توربین گاز یک بازار پویا است که هر دهه طراحی‌های جدیدی را به این بازار معرفی می‌کند. در نتیجه، در طول ۴۰ سال گذشته، دمای ورودی توربین بطور متوسط سالانه تقریبا ۱۰ درجه سانتی‌گراد افزایش یافته که بطور بلافصل افزایش تقریبا ۱.۵ تا ۲ درصدی توان خروجی (برای همان اندازه توربین گاز)، همراه با بهبود سالانه ۰.۴ تا ۰.۶ درصد (به طور متوسط) در بهره‌وری سیکل ساده را به همراه خواهد داشت.
فرآیند پکیج‌کردن یک توربین گاز، در واقع ترکیب و یکپارچه‌سازی ماشین‌آلات و اجزای توربین برای کاربردهای خاص و تنظیمات نیروگاه است. پکیج‌کردن یک توربین گاز معمولا شامل سفارشی‌سازی طراحی برای فراهم‌آوردن مناسب‌ترین راه‌حل اجرایی است. فرآیندهای مربوط به پکیجینگ معمولا حول مجموعه‌سازی کمپرسورها، پمپ‌های بزرگ، ژنراتورهای ویژه برق و سایر واحدهای نیروگاه‌ها نصب‌شده در صنایع شیمیای می‌چرخد.
در حال حاضر، بکارگیری توربین گاز مشتق از موتور هوایی برای کاربری صنایع شیمیایی، نسبت به انواع دیگر توربین‌های گاز (مانند توربین‌های گاز پرقدرت) ترجیح داده می‌شود، زیرا توربین‌های گاز مشتق از موتور هوایی مزایایی شامل عملکرد بهتر، انعطاف‌پذیری عملیاتی، بهره‌وری بالاتر، اندازه‌های فشرده و وزن سبک‌تری دارند.
یک توربین گاز مشتق از موتور هوایی از دو بخش شامل بخش ژنراتور گاز مشتق از موتور هوایی و بخش توربین توان تشکیل شده‌است. ژنراتور گاز از موتور هواپیما مشتق شده که برای سوزاندن سوخت‌هایی که معمولا در واحدهای صنایع شیمیایی در دسترس هستند (مانند گاز طبیعی)، سازگار شده‌است.
ویژگی‌های ارزشمند توربین گاز مشتق از موتور هوایی شامل توانایی راه‌اندازی و خاموش‌شدن سریع، توانایی هماهنگ‌شدن با تغییرات بار و قابلیت بهره‌وری بالا و سرعت متغیر است. تمام این ویژگی‌ها، این طرح‌ها را در مقایسه با توربین‌های گاز صنعتی پرقدرت، به گزینه‌های بهتری تبدیل می‌کند. بهره‌وری بالا یکی از مهم‌ترین دلایلی است که مشوق روی‌آوردن به توربین‌های گاز مشتق از موتور هوایی است.
در طول عمر اکثر توربین‌های گاز، هزینه اولیه حدود ۱۰ درصد از کل هزینه چرخه عمر را شامل می‌شود. هزینه‌های عملیاتی و تعمیر و نگهداری حدود ۱۸ درصد از کل هزینه‌های چرخه عمر را تشکیل می‌دهند. در اغلب کشورهای واردکننده سوخت، این آیتم معمولا بزرگترین مولفه هزینه را شامل می‌شود، حدود ۷۲ درصد از کل هزینه چرخه عمر است که این امر بر نقش حیاتی بهره‌وری توربین تاکید می‌کند.
در حالی که طی ۳۰ سال گذشته، گام‌های قابل‌توجهی در جهت بهبود بهره‌وری انرژی توربین‌های گاز برداشته شده، این پیشرفت‌ها عمدتا به یکپارچه‌سازی بهتر توربین گاز در یک نیروگاه جدید با کاربری صنایع شیمیایی (به ویژه بازیافت حرارتی) نسبت داده می‌شود. یکپارچه‌سازی مولفه‌ای کلیدی برای پکیجینگ توربین گاز است. در واقع، یکپارچه‌سازی به شیوه‌ها و روش‌های مهندسی برای تطبیق یک توربین گاز در نیروگاه، به ویژه با تاسیسات مرتبط، برای عملکرد ترکیبی بهتر اشاره دارد.
به لطف طراحی‌های جدید امروزی، یکپارچه‌سازی بهینه تولید توان و گرما، بیشترین بهبود بهره‌وری کلی پکیج‌های توربین گاز را که در طی سه دهه گذشته محقق شده، تشکیل می‌دهد. بهبود در تجهیزات (مانند سامانه‌های روغن‌کاری) و طراحی ماشین‌آلات (مانند استفاده بهتر از کمپرسورهای محوری یا توربین‌ها) و بهبود‌هایی مرتبط با فرآیندها (برای مثال فرآیندهای احتراق) به ترتیب مسئول ۱۸ و ۱۴ درصد از بهبود کلی بهره‌وری هستند.
این جنبه‌ها بر اهمیت یکپارچه‌سازی مناسب توان و گرما در نیروگاه‌های جدید با کاربری صنایع شیمیایی تاکید می‌کند. یکپارچگی باید در حین طراحی پکیج توربین گاز در نظر گرفته شود. برای مثال، یک مفهوم درست پکیجینگ می‌تواند حداکثر بازیافت حرارتی را از گاز خروجی بخش توربین تسهیل کند که این امر می‌تواند به طور قابل‌توجهی بر یکپارچگی گرما و بهره‌وری کلی تاثیر بگذارد.
تصاویر پایین، مثال‌هایی از توربین‌های گاز مورداستفاده در نیروگاه‌ها با کاربری صنایع شیمیایی را نشان می‌دهند.
این توربین گاز ۳۵ مگاواتی برای کاربردهای محرک مکانیکی و تولید توان مورداستفاده قرار می‌گیرد. خروج گاز داغ با دبی ۱۹ کیلوگرم بر ثانیه، دمایی در حدود ۵۵۰ درجه سانتی‌گراد ایجاد می‌کند که فرصت‌های زیادی را برای بازیافت حرارتی و یکپارچگی مناسب گرما با تاسیسات فراهم می‌کند. طراحی ماژولار این توربین گاز همراه با پوشش کمپرسور، سهولت تعویض پره‌های ثابت و متحرک، دسترسی راحت برای تعمیر و نگهداری بخش داغ و نازل‌های خارجی سوخت، امکان تعمیر و نوسازی آسان و به موقع را فراهم می‌کند.
در تصویر بالا، نمونه‌ای از یک توربین گاز با فناوری‌های آیرودینامیکی و احتراق پیشرفته به نمایش درآمده‌است. توان خروجی این توربین گاز دو محوره حدود ۱۳ تا ۱۴ مگاوات است. در نتیجه، این نمونه توربین گاز برای هر دو کاربرد تولید توان و محرک مکانیکی مورداستفاده قرار می‌گیرد. این مثالی از یک توربین گاز روزآمد دو محوره است که فناوری توربین‌های گاز مشتق از موتور هوایی و توربین‌های گاز پرقدرت را در یک توربین گاز پیشرفته ترکیب می‌کند. بهره‌وری این توربین گاز در یک سیکل ساده ۳۵ تا ۳۶ درصد است. اضافه کردن یک سامانه بازیافت حرارتی بهره‌وری کلی را بهبود می‌بخشد. این ماشین در محدوده کاربردی خود دارای نسبت توان به وزن بی‌نقص است.
منبع:
بسیار مقاله جالب و مفیدی بود ممنون..