Tuabin giãn nở (turboexpander) là gì?

Viết bài: Nguyễn Thanh Sơn, bản quyền thuộc về www.baoduongcokhi.com

Ảnh thực tế 1 turbo-expander (đầu bên phải làn cánh tuabin và bên trái là cánh máy nén đồng trục)

Turboexpander được gọi là tuabin giãn nở (expansion turbine).

Một turboexpander, còn được gọi là turbo-expander hoặc tuabin giãn nở (expansion turbine), là một thiết bị được sử dụng để chuyển đổi năng lượng từ chất lỏng hoặc khí ở áp suất cao thành công cơ học. Nó hoạt động dựa trên nguyên lý giãn nở thể tích, tận dụng quá trình giãn nở của chất lỏng hoặc khí để tạo ra công cơ học và làm quay máy nén khí hoặc máy phát điện, nên nó cũng được xem là một động cơ tua bin. Có 2 loại tuabin: tuabin có dòng hướng tâm hoặc dòng hướng trục.

Turboexpander bao gồm một rotor, chứa một bộ cánh tuabin (blade) và máy nén (vane). Chất lỏng hoặc khí ở áp suất cao được đưa vào turboexpander và chảy qua rotor. Khi chất lỏng hoặc khí giãn nở, nó làm cho các cánh của rotor quay, tạo ra công cơ học tại trục của turboexpander.

Do công được sinh ra nhờ sự giãn nở của khí cao áp, là một quá trình đẳng entropi và khí áp thấp ở cửa xả của tua bin ở nhiệt độ rất thấp, đôi khi thấp tới -150°C hoặc thấp hơn, tùy thuộc vào áp suất vận hành và tính chất của khí. 

Tuabin giãn nở tạo ra: 

(1) mô-men xoắn trên trục (shaft torque) và

(2) sự làm lạnh (refrigeration), 

từ sự giãn nở gần như đẳng hướng của khí, chất lỏng hoặc thậm chí chất lỏng siêu tới hạn.

Mô-men xoắn có thể được thu hồi một cách hữu ích để dẫn động một máy nén tích hợp đồng trục, hay một máy nén bên ngoài hoặc một máy phát điện. Lưu chất đầu vào của bộ giãn nở phải là một pha, nhưng đầu ra có thể là hai pha.

Công suất cơ học được tạo ra bởi turboexpander có thể được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau. Một ứng dụng phổ biến là: Turboexpanders được sử dụng trong quá trình làm lạnh của sản xuất công nghiệp như chiết xuất etan và khí thiên nhiên lỏng (NGLs) từ khí tự nhiên, các khí hóa lỏng (như oxy, nitơ, heli, argon và krypton) và các quá trình nhiệt độ thấp khác.

Turboexpanders hiện tại khoảng làm việc từ 750 W tới 7,5 MW (1 hp đến 10.000 hp).

Mặt cắt ngang của Turboexpander (dòng hướng kính) dẫn động cho máy nén khí ly tâm tích hợp

Cánh tuabin giãn nở dẫn động máy nén đồng trục

 Cấu tạo turboexpander. (1) Diffuser (rãnh khuếch tán), (2) volute (vỏ kiểu xoắn ốc), (3) nozzle-clamping mechanism (ống cửa hút), (4) spray nozzle, (5) bearing, (6) spindle, (7) bearing, (8) body, (9) turbocharger volute, (10) expansion impeller, and (11) turbo impeller.

Các loại Turboexpander

Turboexpanders có thể được phân loại theo thiết bị tải hoặc ổ trục.

Ba thiết bị tải chính được sử dụng trong turboexpanders là máy nén ly tâm , máy phát điện hoặc phanh thủy lực. 

Với máy nén ly tâm và máy phát điện, công suất trục từ turboexpander được tái tạo hoặc để nén lại khí quá trình công nghệ hoặc để tạo ra năng lượng điện, giảm hóa đơn điện nước.

Phanh thủy lực (hydraulic brakes) được sử dụng khi mà tuabin giãn nỡ rất nhỏ và công suất trục mang lại là không kinh tế.

Ổ trục được sử dụng là ổ trục bôi trơn bằng dầu hoặc ổ trục từ tính .

Ứng dụng thực tế

Turboexpander được trang bị cánh dẫn hướng đầu vào VIGV (variable inlet guide vanes) có thể điều chỉnh được. Các cánh điều chỉnh có thể được tác động từ bên ngoài và được sử dụng giống như một van điều khiển để duy trì áp suất upstream và downstream. Các tổ hợp tuabin giãn nở - máy nén khí được cung cấp dưới dạng bộ kit hoàn chỉnh, bao gồm hệ thống dầu bôi trơn, hệ thống khí làm kín, và hệ thống điều khiển và đo lường.

Bộ kit Turboexpander - máy nén - ổ trục bôi trơn dầu

Chiết xuất hydrocarbon lỏng từ khí tự nhiên

Kéo máy phát điện                                      

              

Hệ thống làm lạnh                   

                     

Tận dụng năng lượng trong quá trình crackinh xúc tác lỏng

(Thanh Sơn biên dịch theo wikimedia.org và các nguồn khác)

Related Posts by Categories