توربین‌های گازی

توربین‌های گازی نوعی موتور با احتراق داخلی است که با تبدیل انرژی حاصل از احتراق سوخت در ترکیب با هوا، نیرو و انرژی مکانیکی تولید می‌کند. هوا را فشرده کرده و در ترکیب با سوخت، آن را در یک محفظه احتراق مصرف می‌کند، جایی که این ترکیب مشتعل شده و به‌سرعت منبسط می‌شود. سپس گازهای در حال انبساط، توربین را به حرکت در می‌آورد که به ژنراتوری متصل بوده و برق تولید می‌کند. توربین‌های گازی به طور گسترده‌ای در صنایع نیروگاهی، نیروگاه‌ها، صنایع هوانوردی و کاربردهایی که نیاز به توان خروجی و راندمان بالایی دارند مورد استفاده قرار می‌گیرند.

توربین گازی چگونه کار می‌کند؟

فعالیت توربین گازی که نوعی موتور حرارتی دوار است با استفاده از گاز پرفشار و دمای بالا، تولید انرژی مکانیکی می‌کند که متعاقباً توسط یک ژنراتور متصل به توربین انرژی مکانیکی به وجود آمده به انرژی الکتریکی تبدیل می‌گردد. توان خروجی یک توربین گازی بر حسب مگاوات (MW) اندازه‌گیری می‌شود و یک توربین در ابعاد استاندارد معمولی در یک نیروگاه بزرگ قادر است تا بیش از ۳۰۰ مگاوات برق تولید کند.

هرچند استفاده از توربین‌های گازی برای تولید برق به سال ۱۹۳۹ باز می‌گردد، اما کاربرد توربین‌های گازی تنها به تولید برق محدود نشده و در حال حاضر استفاده از توربین‌های گازی در کاربری‌های:

• تجاری: املاک و مراکز خصوصی تجاری، مراکز همایش، حمل‌ونقل تجاری.
• برق: مراکز داده‌ها، گرمایش منطقه‌ای در محدودهای مجزا، تأسیسات برقی مجزا از سامانه یکپارچه.
• صنعتی: کارخانه‌ها و صنایع تولیدی، مراکز بهداشتی و درمانی با تعریف نیازهای مداوم و اورژانسی.
• صنایع تبدیلی: سرامیک، مواد شیمیایی، فراوری مواد غذایی، داروسازی، پلاستیک، خمیر و کاغذ، و منسوجات.
• صنعت نفت و گاز: از تأسیسات میانه تا بالادست.
• صنایع تجدید‌پذیر: کشاورزی و دامپروری صنعتی، گلخانه‌ها، مراکز و تأسیسات تصفیه آب و فاضلاب.

مورد بهره‌برداری و استفاده گسترده‌ای است. توربین‌های گازی برای استفاده در صنایع بسیار قابل اعتماد بوده و با روش‌های به‌کارگیری صحیح و سرویس‌های منظم نیاز به تعمیر و تعویض و یا هزینه‌های استهلاکی کمی داشته، طول عمر مفید و بالایی خواهند داشت. به‌علاوه توربین‌های گازی قادرند تا با انواع سوخت‌های مختلفی از جمله گاز طبیعی، گازوئیل و نفت سفید کار کنند.

با این حال، معایبی نیز برای توربین‌های گازی برشمرده می‌شود از جمله تولید گازهای گلخانه‌ای بر اثر کار کرد توربین‌های گازی نسبتاً فرسوده و قدیمی و احتمال آسیب به محیط زیست. که هرچند این موضوع مدتی است که در طراحی توربین‌های گاز جدید با استفاده از فناوری‌های مدرن به حداقل مقدار ممکن رسیده است.

از چالش‌های دیگر مطرح شده برای توربین‌های گازی هزینه بالای استفاده از آنها در صنایع و یا برنامه‌هایی با کاربری کوچک که استفاده از آنها را مقرون به‌صرفه نمی‌سازد. زمان شروع به فعالیت نسبتاً کند برخی از مدل‌های توربین‌های گازی نیز از معایبی که می‌تواند استفاده از آنها را در برخی از کاربری‌ها محدود کند. اما با وجود این چالش‌ها، توربین‌های گازی به‌عنوان یک فناوری کلیدی برای تولید برق و نیرو و یا سایر کاربردهای پرقدرت همچنان با قوت دنبال شده و روز به روز در حال توسعه و گسترش است.

استفاده از توربین‌های گازی در صنایعی حیاتی است

توربین‌های گازی به دلیل کارایی و قابلیت اطمینان از تولید برق و انرژی به طور معمول از منابع گاز طبیعی و سایر سوخت‌های دیگر مانند گازوئیل، نفت سفید و گاز مایع (LPG) که مخلوطی از پروپان (Propane) و بوتان (Butane) بوده و پاک‌تر از سایر سوخت‌های هیدروکربنی است، برای صنایع مهم و برای برخی دیگر از صنایع حیاتی هستند زیرا می‌توانند مقادیر زیادی برق یا انرژی با مصرف سوخت نسبتاً کمی تولید کنند.

یکی از مزیت‌های اصلی توربین‌های گازی که در طراحی و ساخت برخی از مدل‌های ویژه آن با تأکید بیشتری بر این مزیت صورت گرفته نسبت وزن پائین توربین به قدرت و انرژی تولیدی بالای آنها است. که این مزیت، استفاده از این‌گونه توربین‌ها را در صنایعی همچون هوانوردی و صنایعی که در تولیدات و یا تجهیزات خود نیاز به چنین شاخصه‌ای دارند را بسیار کارآمد و ضروری می‌سازد.

در صنعت هوانوردی از موتورهای توربین برای تأمین انرژی موتور هواپیما و هواگردهای تجاری و نظامی استفاده می‌شود. این موتورها به‌گونه‌ای طراحی و همواره در حال توسعه و بهینه‌سازی هستند که در ضمن سبک بودن و تولید انرژی بالا، سوخت مصرفی کمتری نیز داشته باشند. توربین‌های گازی در صنایع دریانوردی و دریایی نیز نقش بسیار مهمی در تولید و تأمین انرژی حرکتی انواع کشتی‌ها در ابعاد و تناژ متفاوت دارند. توانایی توربین‌های گازی با قابلیت مصرف انواع سوخت برای ارائه سطوح بالای قدرت پیشرانه و همچنان در یک طراحی فشرده و کم حجم، توربین‌های گازی را به گزینه‌ای ایدئال و حیاتی برای انواع کاربری‌های در صنایع دریایی و دریانورد تبدیل نموده است.

یکی از صنایع اولیه‌ای که به‌شدت به توان توربین‌های گازی در تولید انرژی متکی است، صنعت نفت و گاز است. انواع توربین‌های گازی در ابعاد و بخش‌ها مختلف از سکوهای حفاری و استخراج گرفته تا تأسیسات فراوری نفت و گاز و تأسیساتی که با فشرده‌سازی گاز طبیعی آن را به سوختی برای استفاده در حمل و نقل و یا سایر مصارف مهیا می‌سازد، مورد استفاده هستند. زیرا یکی از اساسی‌ترین مزیت‌های توربین‌های گازی برای این صنایع توان کار آنها در محیط‌های سخت و خشن و پر استهلاک این صنایع و تأسیسات است.

توربین‌های گازی در صنایع تولیدی برای تأمین انرژی تجهیزات این صنایع مانند کمپرسورهای هوا، انواع پمپ‌ها و ژنراتورها نیز در شکلی گسترده استفاده می‌گردد.

همچنین از توربین‌های گازی در تأسیسات و مراکزی با کاربری‌های تولید انرژی به‌صورت هم‌زمان و دوگانه برق و گرما مانند بیمارستان‌ها، جایی که هم برق و هم به گرما برای عملیات روزانه و اورژانسی هموار مورد نیاز و تداوم است، بهره‌برداری می‌شود. زیرا توربین‌های گازی با تولید هم‌زمان برق و گرما همچنان هزینه نسبتاً پائین و مصرف سوخت کم برای تولید انرژی را در کنار سایر مزیت‌های خود دارند.

در نتیجه، استفاده از توربین‌های گازی به دلیل قابلیت اطمینان از کارایی با راندمانی بالا و تطبیق‌پذیری با کار در محیط‌های خشن و پرتنش برای بسیاری از صنایع حیاتی و ضروری هستند. توربین‌ها در طیف گسترده‌ای از کاربری‌ها از تولید برق گرفته تا صنایع هوانوردی، دریایی، نفت و گاز و صنایع تولیدی استفاده می‌شوند. توانایی توربین‌های گازی برای تولید انرژی و نیرو در سطوحی بالا با هزینه‌های نسبتاً پائین آنها را به گزینه‌ای اصلی برای تولید انرژی و نیرو در بسیاری از صنایع تبدیل نموده و پیش‌بینی می‌شود که همچنان تا سال‌ها و ده‌های آتی همچنان نقش مهم و کلیدی خود در مبحث تولید انرژی حفظ و حتی برجسته‌تر سازد.

اجزای اصلی و قسمت‌های مهم توربین‌های گاز

اجزای اصلی یک توربین گازی شامل کمپرسور، محفظه احتراق توربین، سیستم اگزوز و در نهایت پره‌های آن در دو وضعیت ثابت و متحرک است. کمپرسور اولین جزء اصلی یک توربین گازی است که وظیفه فشرده سازی هوای ورودی به توربین را بر عهده دارد. پس از پروسه فشرده سازی هوای فشرده به محفظه احتراق فرستاده می‌شود تا در آنجا به سوخت اضافه شده و مشتعل شود و در نتیجه جریان گاز با دما و فشار بالا ایجاد شود.

این جریان گاز در ادامه به سمت موتور توربین هدایت می‌شود، جایی که تا پره‌ها را به حرکت درآورده و انرژی چرخشی تولید کند. در نهایت، سیستم اگزوز گازهای داغ را از توربین خارج کرده و این صورت چرخه عملکرد توربین کامل می‌شود. سایر قسمت‌ها و اجزای مهم توربین گازی شامل سیستم کنترل، سیستم روغن‌کاری و سیستم خنک کننده است که نگهداری و مراقبت صحیح از این قطعات برای عملکرد، بازدهی کارآمد و ایمن یک توربین گازی از اولویت‌های استفاده و به‌کارگیری توربین گازی با هرگونه تعریف و کاربری در موارد و صنایع پیش‌تر ذکر شده است.

پره‌های استاتور و روتور در توربین‌های گازی

توربین‌های گازی دارای مجموعه‌ای از پره‌ها در دو نوع ثابت یا استاتور و پره‌های روتور یا متحرک هستند که با کارکرد به‌اتفاق خود انرژی حاصل از سوختن ترکیب هوایی‌فشرده و سوخت را به انرژی مکانیکی تبدیل کنند. پره‌های استاتور در موتور توربین اجزای ثابتی هستند که جریان هوا را هدایت کرده و قبل از اینکه به پره‌های روتور برسند، آن را صاف می‌کنند. پره‌های روتور به یک محور چرخان متصل هستند که وظیفه استخراج انرژی از جریان هوا را بر عهده دارند.

پره‌های استاتور در توربین گاز برای تغییر و تصحیح جهت جریان هوا طراحی و تعبیه شده‌اند. این پره‌ها در مسیر جریان هوای ورودی قرار دارند. استاتورها با تصحیح جهت و هدایت جریان هوا به سمت پره‌های روتور به کاهش تلاطم هوای وارد شده در برخورد با روتورها و افزایش کارایی آنها در تولید نیرو عمل می‌کنند. پره‌های استاتور از موادی با مقاومت بالا مانند تیتانیوم یا آلیاژهای مبتنی بر نیکل ساخته می‌شوند تا در برابر دما و فشارهای بالای محیط موتور توربین گازی مقاومت کنند.

همان‌طور که ذکر شد روتورها خود به یک محور چرخان متصل هستند که با سرعت بالایی می‌چرخد. وظیفه پره‌های روتور در اینجا تولید انرژی از جریان ترکیب هوایی فشرده با سوخت و تبدیل آن به انرژی مکانیکی است.

طراحی و جنس پره‌های روتور برای عملکرد یک توربین گازی بسیار مهم است، زیرا میزان انرژی قابل استخراج و تولید از جریان هوا را تعیین می‌کند. در این راستا پره‌های روتور عموماً از موادی با استحکام بالا مانند آلیاژهای مبتنی بر نیکل ساخته شده و برای محافظت و حمایت از پره‌های روتور در برابر دمای بالای محیط توربین گاز با یک پوشش سد حرارتی پوشش‌دهی می‌شوند.

اهمیت سرویس و خدمات نگهداری از توربین‌های گازی

توربین‌های گازی با توجه به پیچیدگی در ساختار و کار در محیط‌های پر تنش با دمای بالا جهت اطمینان از عملکرد مطلوب و پیشگیری از فرسایش زودرس، آسیب و خرابی‌های پرهزینه نیاز به سرویس و نگهداری منظمی دارند. سرویس و نگهداری از توربین‌های گازی شامل مجموعه‌ای از فعالیت‌ها از جمله بازرسی، تعمیر، سرویس و برخی از عملیات‌های حمایتی مانند اجرای پوشش‌دهی سد حرارتی بر روی برخی از سطوح، تمیزکاری و تعویض برخی از پره‌ها و قطعات در صورت فرسودگی، آسیب و یا تخریب کامل است.

سرویس و نگهداری منظم به‌ویژه برای توربین‌های گازی که در کاربری‌های صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند، بسیار مهم است، زیرا با کار در شرایط سخت و پرتنش چنین محیطی در معرض سطوح بالایی از سایش و تخریب قطعات و اجزا هستند.

یکی از مهم‌ترین مزایای سرویس و نگهداری منظم، افزایش اطمینان از عملکرد متداوم و گردش پره‌های توربین گاز است. توربین‌های گازی که به‌خوبی سرویس و نگهداری می‌شوند، کمتر دچار فرسودگی و خرابی‌های غیرمنتظره‌ای که می‌تواند باعث توقف حرکت توربین و ایجاد هزینه‌های بسیار سنگین برای تعمیر و راه‌اندازی مجدد توربین و هزینه‌های ناشی از توقف روند تولید یا تولید انرژی در صنایع و کسب‌وکارها شود.

این امر به‌ویژه در صنایعی که برای عملیات حیاتی مانند تولید برق، استخراج و تولید نفت و گاز به چرخش مداوم توربین‌های گازی و تولید نیرو وابسته هستند، اهمیت دارد.

از دیگر مزیت‌های کلیدی سرویس منظم و نگهداری از توربین‌های گازی، شناسایی و مشاهده اثرات فرسودگی و آسیب‌های احتمالی در مراحل اولیه و قبل از افزایش، گسترش و تبدیل شدن به مشکلی بزرگ و تخریبی جدی است. این شناسایی که می‌تواند به هنگام سرویس‌های منظم به وجود بیاید، امکان تعمیرات زودهنگام، پیشگیرانه و کاهش خطر خرابی‌های سنگین و یا حتی از کار افتادن توربین را برای صاحبان صنایع و تأسیسات به وجود می‌آورد.

یک توربین گازی با سرویس منظم و خدمات پشتیبانی به سوخت کمتری برای تولید نیرو نیاز خواهد داشت که این امر می‌تواند موجب کاهش هزینه‌های عملیاتی و تمام شده در تولید انرژی یا محصولاتی تولیدی که به‌واسطه تولید نیروی توربین تولید شده و در نهایت سودآورتر باشد.

علاوه بر مزیت‌های ذکر شده سرویس و نگهداری منظم توربین‌های گازی برای ایمنی ضروری است. توربین‌های گازی در دماها و فشارهای بالا کار می‌کنند و قدرمسلم هرگونه نقص یا خرابی در مواردی می‌تواند پیامدهای ایمنی جدی و خطرناکی داشته باشد. سرویس و نگهداری می‌تواند به عملکرد ایمن توربین‌های گازی کمک کرده و خطر حوادث یا آتش‌سوزی را به حداقل رسانیده و ایمنی مداوم کارگران و محیط کارخانه یا تأسیسات را افزایش دهد.

مهم‌ترین اقلام و مواد مصرفی برای سرویس و نگهداری توربین‌های گازی

نگهداری و سرویس منظم توربین‌های گازی مستلزم استفاده از چندین ماده و مواد مصرفی است. در این قسمت به برخی از مهم‌ترین مواد مصرفی و مورد نیاز برای سرویس و نگهداری توربین‌های گازی می‌پردازیم.

یکی از مهم‌ترین مواد مصرفی مورد نیاز برای سرویس و نگهداری توربین‌های گازی، پودرهای پوشش سد حرارتی است. این پودرها به‌عنوان ایجاد کننده یک مانع یا سد حرارتی بر روی سطح پره‌های توربین پاشیده می‌شوند تا از آسیب ناشی از دمای بالا به پره‌ها محافظت کنند. پوشش‌های سد حرارتی از برخی فلزات و مواد سرامیکی ساخته شده‌اند که این مواد می‌توانند در برابر دمای شدید به‌عنوان یک عایق مقاومت کرده و از تاب برداشتن یا ترک خوردن و یا تخریب پره‌های توربین جلوگیری کنند.

جهت آگاهی از ماهیت بیشتر و شناخت انواع پودرهای پوشش سد حرارتی با کاربردهای ویژه، شما را به مطالعه مقاله پودرهای پوشش سد حرارتی با کلیک بر روی پیوند زیر دعوت می‌نمایم.

از دیگر مواد مصرفی مهم و مورد نیاز برای سرویس و نگهداری توربین‌های گازی روغن‌های روان کننده است. توربین‌های گازی در انواع خود دارای قطعات متحرک زیادی هستند که برای کاهش اصطکاک و سایش نیاز به سرویس روغن‌کاری مکرر و منظمی دارند. روغن‌های روان کننده مورد استفاده در توربین‌های گازی به طور ویژه برای مقاومت در برابر دما و فشار بالا، روانکاری و محافظت از این قطعات در برابر خوردگی فرموله شده است.

علاوه بر پودرهای پوشش سد حرارتی و روغن‌های روان کننده، مواد مختلفی دیگری نیز برای سرویس و نگهداری توربین‌های گاز مورد نیاز است. به‌عنوان مثال، توربین‌های گازی در انواع نوع و ابعاد خود به فیلترهای هوا نیاز دارند تا از ورود کثیفی و زباله به داخل موتور و ایجاد آسیب جلوگیری کنند. همچنین محلول‌های پاک کننده از دیگر مواد مهم و مورد نیاز برای سرویس و نگهداری توربین‌ها است. توربین‌های گازی در جریان ورود هوا احتمالاً قدری گرد و غبار، خاک، زباله و یا سایر آلاینده‌ها را نیز به داخل خود خواهند کشید که می‌تواند در طول زمان انباشته شده، و در صورت نادیده گیری و عدم رسیدگی می‌تواند منجر به کاهش کارایی و عملکرد توربین شود. که برای حذف این آلاینده‌ها و بازگرداندن توربین‌ها به شرایط بهینه از محلول‌های پاک کننده فرموله شده برای این منظور در سرویس‌ها استفاده می‌شود.

کلام پایانی

استفاده از توربین‌های گازی برای برخی از صنایع نیازی ضروری و برای برخی دیگر از صنایع می‌تواند منجر به صرفه‌جویی قابل توجهی در هزینه‌های تولید انرژی یا محصول مرتبط با کارکرد توربین گازی شود. توربین‌های گازی برای عملکرد بهینه، راندمان حداکثری، افزایش طول عمر مفید و پیشگیری از فرسودگی به سرویس‌های منظم و نگهداری متکی هستند. برخی از مهم‌ترین مواد و اقلام مصرفی در سرویس‌های توربین شامل پودرهای پوشش سد حرارتی، روغن‌های روان کننده، فیلترهای هوا، شمع‌ها، انژکتورهای سوخت و محلول‌های تمیزکننده هستند. با استفاده از این مواد و اقلام مصرفی در سرویس توربین گازی، اپراتورها می‌توانند عملکرد بهینه و طول عمر توربین‌های گازی خود را تضمین شده بدانند. اگر شما همراهان و مخاطبان گرامی این مقاله اپراتور توربین گازی بوده یا قصد به کار گیری این فناوری را در صنعت خود دارید، با عضویت در وب‌سایت تخصصی آرین توربین، با بررسی و مطالعه بخش‌های مختلف و کاملاً تخصصی آرین توربین و یا حتی دریافت مشاوره مستقیم از کارشناسان کاملاً متبحر این مجموعه می‌توانید نسبت کسب اطلاعات مورد نیاز و حتی تأمین برخی از اقلام مصرفی یا یدکی خود اقدام نمایید.