Турбодетандерный агрегат

Турбодетандерный агрегат ТДА (turbo-expanding assembly) - турбинная лопаточная машина непрерывного действия для охлаждения газа путем его расширения с совершением внешней работы.
Турбодетандер, работающий на перепадах давления, позволяет получать механическую и электрическую энергию.

Применение:

• на нефтегазовых промыслах - в установках низкотемпературной обработки газа и установках сжижения газа;
• на предприятиях ТЭК, химической и нефтехимической отраслей промышленности - в установках низкотемпературного разделения многокомпонентного газовых смесей;
• в черной металлургии, где работа плавильных печей сопровождается мощным потоком доменного газа.
  

Состав ТДА:

• корпус,
• ротор,
• регулируемый сопловой аппарат,
• направляющий аппарат компрессора с резьборычажными механизмами поворота.

Принцип работы ТДА:
Газ или газовая смесь проходит через неподвижные направляющие каналы (сопла), преобразующие часть потенциальной энергии газа в кинетическую, и систему вращающихся лопаточных каналов ротора.
При резком расширении газа происходит падение давления, и при совершении им механической работы вращения ротора происходит интенсивное охлаждение газа.
Вместе с ротором вращается насаженное на него рабочее колесо компрессора.

Турбодетандерный агрегат герметичен и не потребляет электроэнергии.

Различные конструкции ТДА:
по направлению движения потока газа:

• центробежные,
• центростремительные,
• осевые (радиальные);

по степени расширения газа в соплах:

• активные - понижение давления происходит только в неподвижных направляющих каналах,
• реактивные - давление понижается также и во вращающихся каналах ротора);

по числу ступеней:

• одноступенчатые,
• многоступенчатые.

Эффективность ТДА как охлаждающего устройства оценивается изоэнтропийным (адиабатическим) КПД ns, равным отношению действительного теплоперепада (разности энтальпий рабочей среды до и после турбодетандерного агрегата) к изоэнтропийному теплоперепаду ΔH_s=Н₁-H₂ при расширении рабочей среды с начале состояния до одинакового конечного давления:


КПД ТДА зависит от изменения режима работы, от параметров рабочей среды (давления, температуры, расхода газа) и др.
При оптимальных режимах работы достижимы значения КПД до 0,8 и выше.
КПД снижается при наличии жидкой фазы в потоке входящего газа, а также при конденсации газа в ТДА.

В промышленности нередко используются ТДА для выработки электрической или механической энергии, приводящей в движение вентиляторы или компрессоры.
Однако при чрезмерном количестве или мощности ТДА вероятно избыточное производство пара под низким давлением, что предполагает стравливание пара в атмосферу и снижение эффективности.

Первый ТДА был внедрен для установки НТК газа на Шебелинском газоконденсатном месторождении во времена СССР в 1968 г.
Для установок подготовки газа (УПГ) и для газоперерабатывающих установок выпускаются ТДА с турбодетандерами и компрессорами центробежного и центростремительного типов.
ТДА рассчитан на работу в УПГ при температуре сепарации до -10^оС в диапазоне рабочих давлений 8 - 0,2 МПа.
Пропускная мощность ТДА с помощью поворотного соплового аппарата турбодетандера плавно регулируется в интервале 2 - 4 млн м³/сутки. Максимальная холодопроизводительность ТДА при давлении 8 МПа и температуре -26^оС - 4,19 млн*кДж/час, производительность по газу 2,5 млн м³/сутки.