توربینهای گاز کوچک زیمنس(تاریخچه و ویژگیها)

شرکت زیمنس فعالیتهای خود در زمینه توربینهای گاز را از سال ۱۹۴۸ در مولهایم آغاز کرده و در ابتدا، بر روی مسائل تئوری تمرکز داشت. دکتر فردریش که به آقای توربین گاز زیمنس مشهور بود و از سال ۱۹۴۸ تا سال ۱۹۶۴ با زیمنس همکاری داشت ،در سال ۱۹۴۸، دو طرح مفهومی برای ساخت توربین گاز صنعتی به مدیران ارشد زیمنس پیشنهاد داد. این دو طرح شامل یک سیکل باز توربین گاز با توان نامی ۲ تا ۳۰ مگاوات و یک سیکل بسته توربین گاز با توان نامی ۳۰ تا ۱۰۰ مگاوات را در برداشت. فردریش شروع به طراحی و کار بر روی کمپرسور محوری کرد. در سال ۱۹۵۶ ساخت اولین توربین گاز زیمنس را با نام VM1 و با توان نامی ۱٫۵ مگاوات به پایان رساند. به موازات ساخت این توربین، در سال ۱۹۵۲ برنامه دیگری برای افزودن یک واحد تولید برق ۲٫۸ مگاواتی به نیروگاه شهر نورنبرگ (Siemens-Schuckert Werke) مورد توجه قرار گرفت. توربین گاز منظور شده برای این طرح بسیار شبیه توربین گاز VM 1 بود. سرانجام این توربین در در سال ۱۹۵۸ در مرکز توربین مولهایم با راندمان ۲۶ درصد ساخته شد.

طی سال ۱۹۵۶، زیمنس کار خود برای ساخت توربین گاز با توان نامی ۵٫۶ مگاوات را در یک مجتمع ذوب آهن شروع کرد که اولین توربین گاز تجاری محسوب میگردید. توربین با عنوان VM5 به عنوان موتور مکانیکی دمنده (blower) استفاده گردید و پس از نصب و راه اندازی، از سال ۱۹۶۰ تا سال ۱۹۹۸ مورد بهره برداری قرار گرفته و سپس به همراه مجتمع ذوب آهن به کشور چین انتقال یافت.

وقتی در سال ۱۹۵۹ اعلام شد که زیمنس قادر به ساخت توربین گاز میباشد, این سوال مطرح شد که چطور میتواند در بازار وارد شود. در آن زمان استراتژی بر توسعه توربینهای گاز بزرگ تک محوری قرار گرفت که در غیبت رقبا، بازار را به خود اختصاص میداد. برای رسیدن به این هدف, طراحی توربین گاز درابتدا” شامل دو پوسته بود که منجر به زیاد شد ابعاد توربین گاز میگردید. در این راستا، توربین ساخته شد که با راندمان ۳۲ درصد, ۲۳٫۴ مگاوت توان داشت. اولین سفارش برای ساخت این توربین گاز در سال ۱۹۵۹ دریافت شد و با عنوان VM80 در مجموعه صنعتی Stadtwerke München شهر مونیخ نصب گردید و از سال ۱۹۶۱ مورد بهره برداری قرار گرفت.

در سال ۱۹۹۸ بخش توربین گاز شرکت وستیگ هاوس به شرکت زیمنس فروخته شد تا برنامه توسعه توربینهای گاز زیمنس بیش از پیش تداوم یابد. برنامه های توربین گاز شرکتهای ادغام شده با زیمنس، شامل Ruston و Stal-Leval و وستینگ هاوس، در سال ۲۰۰۴ میلادی تحت یک عنوان به هم پیوستند. در سال ۲۰۰۴ , شرکت آلستوم امتیاز توربینهای گاز کوچک خود را در محدوده ۳ تا ۱۵ مگاوات، که عمدتا در انگلستان تولید میشد، و توربینهای توان متوسط ۱۵ تا ۵۰ مگاوات، که در سوئد واقع شده بود، را به شرکت زیمنس واگذار کرد. از جمله این توربینها GT24, GT26, GT13E2 and the GT11N همگی در واقع طراحی اولیه شرکت ABB میباشند. توربینهای گاز با عناوین جدید, نامهای معتبر و شناخته شده قبلی را تحت نامگذاری سری SGT قرار داد.

نام قبلی

نام جدید

Typhoon

SGT-100

Tornado

SGT-200

Tempest

SGT-300

Cyclone

SGT-400

GT35

SGT-500

GT10B

SGT-600

GT10C

SGT-700

GTX100

SGT-800

هر چند در ابتدا زیمنس بیشترین تلاش خود را بر طراحی و ساخت توربینهای گاز بزرگ نیروگاهی تمرکز ساخته بود اما با درک تغییرات بازار و نیازمندیهای مشتریان در چند سال اخیر تورینهای گاز کوچک را نیز با همکاری شرکتهای لینکولن انگلستان (Lincoln) و فینسپونگ سوید (Finspong) طراحی و ساخته است. در سال  ۲۰۱۴ طی قراردادی با شرکت رولزرویس این امکان را بدست آورد تا به تکنولوژی توربینهای طرح صنایع هوایی رولز رویس در تولید توربینهای ۴ تا ۸۵ مگاوات دست یابد. شرکت رولز رویس از پیشگامان تولید موتورهای هوایی بوده که توربینهای گاز سنتی سه و دو محوری خود را در طی سالهای بعد از جنگ جهانی دوم تا به امروز توسعه داده و موتورهای این شرکت در صنایع هواپیمایی و دریایی پر کاربرد بوده است. روش پیشران توربوجت هواپیما اولین بار توسط یک افسر نیروی هوایی انگلستان با نام فرانک وایتل  (Frank Whittle) ابداع شد. او در سال ۱۹۳۶ شرکت Power Jets را تاسیس کرد. سپس قراردادی برای ساخت اولین موتور جت خود با عنوان WU با شرکت British Thomson-Houston با نام اختصاری BTH منعقد ساخت. در ۱۲ اوریل سال ۱۹۳۷ نخسین استارت موتور جت را به انجام رساند و در سال ۱۹۴۴ آن را برای اولین بار به دنیا معرفی کرد.

توربینهای گاز با توان ۴ تا ۶۶ مگاوات در دسته بندی توربینهای گاز کوچک قرار میگیرند که خود به دو بخش توربینهای گاز صنعتی  Industrial gas turbines و توربینهای گاز هوایی  Aero derivative تقسیم میگردند.

محل طراحی و ساخت

توان نامی MW

مدل توربین

لینکولن

۵٫۷

SGT – ۱۰۰

رولزرویس

۶٫۶

SGT-A05

لینکولن

۷٫۷

SGT – ۲۰۰

لینکولن

۹٫۲

SGT – ۳۰۰

لینکولن

۱۴٫۳

SGT – ۴۰۰

فینسپونگ

۲۰

SGT – ۵۰۰

فینسپونگ

۲۴٫۵

SGT – ۶۰۰

رولز رویس

۲۷

SGT-A30

رولز رویس

۳۳

SGT-A35

فینسپونگ

۳۲٫۸

SGT – ۷۰۰

فینسپونگ

۳۹٫۸

SGT – ۷۵۰

رولز رویس

۴۴

SGT-A45

فینسپونگ

۵۴

SGT – 800

رولز رویس

۶۶

SGT-A65

 

SGT-A05

در سال ۱۹۶۳ برای نخستین بار شرکت رولز رویس طرح اولیه موتورهوایی سه محوری را خود را بر اساس موتور هواپیمای T56 turboprop برای صنایع ارائه داد و در صنایع هواپیمایی با عنوان SGT-A05 شناخته شد. مدل کاربردی آن در صنایع دریایی با عنوان ۵۰۱-K نامگداری گردید. هر چند راندمان موتور تغییر کاربری داده شده از موتور هواپیما به توربین گاز صنعتی کمتر از توربینهای بزرگ نیروگاهی است ولی هزینه های تعمیر و نگهداری پایینتری دارد و بدون محدودیت زمانی میتواند به دفعات, شات داون و استارت شود. وزن سبک, راندمان بالا , قابلیت تغییرات سریع بار و استارت سریع و قابلیت بلک استارت* امتیازاتی هستند که این توربین گاز را  نسبت به انواع دیگر در بازار محبوبتر ساخته و در بیش از ۵۳ کشور جهان بکار برده شده است. این توربین در مدت ۶۰ ثانیه استارت شده و به حداکثر تولید خود میرسد و با بهره گیری از سیستم سوخت پیش ترکیبی PREMIX مشعلها, میزان آلودگی کمتری ایجاد میکند. تجربه استفاده از این توربین گاز میانگین Availability  تا ۹۸ درصد را به ثبت رسانده است.

دو مدل ۵۰۱- KB5S و ۵۰۱- KB7S از نوع تک محوری این توربین با توان نامی ۹,۳ مگاوات و ۴,۶ مگاوات جهت تولید برق و بعنوان موتور تجهیزات دوار دور ثابت در اسکله های ساحلی و سیستمهای برق اضطراری کاربرد فراوانی دارد. مدل تک محوره دیگری نیز با عنوان ۵۰۱- KH وجود دارد که مجهز به سیستم تزریق بخار (به محفظه احتراق) دارای توان نامی ۶٫۴ میباشد.

مدلهای ۵۰۱-KC5 و ۵۰۱- KC7 از نوع دو محوره با توانهای نامی ۴ و ۵ مگاوات برای بکار انداختن تجهیزات دواری که درای سرعتهای متغییر میباشند در خطوط انتقال گاز و پمپاژ نفت خام مورد استفاده قرار میگیرند. در این مدلها, توربین از دو بخش مجزا تشکیل شده است. بخش اول, صرفا, جهت تامین توان مورد نیاز کمپرسور میباشد که به همراه کمپرسور بر روی یک محور قرار میگیرند. بخش دوم, توان خروجی مجموعه توربین گاز را تامین میکند که دارای یک محور مستقل قابل اتصال به تجهیز دوار میباشد.

بدلیل بهره گیری از پوششهای ضد خوردگی در آن, برای اسکله های نفتی بسیار مناسب میباشد. وزن کم آن باعث سهولت در انتقال به محل نصب میشود که در مجموع شرایط خوبی را برای کاربرد در مکانهای دور دست فراهم میسازد. سیستم سوخت آن با انواع مختلفی از سوختهای گاز و مایع با کیفیتهای مختلف تطابق دارد و برای پایین نگه داشتن میزان آلایندگی, میتواند به هر دو نوع سیستم WLE  و DLE مجهز گردد.

۵۰۱ – KH

KB7S – ۵۰۱

۵۰۱- KB5S

توان تولیدی  MW

۶٫۶

۵٫۴

۴

تعداد مراحل کمپرسور

۱۴

۱۴

۱۴

تعداد مراحل توربین

۴

۴

۴

تعداد مشعل

۱۸

۱۸

۱۸

راندمان  %

۴۱٫۲

۳۲٫۳

۲۹٫۷

 

 KC7- 501

۵۰۱-KC5

توان تولیدی  MW

۵٫۳

۴٫۱

تعداد مراحل کمپرسور

۱۴

۱۴

تعداد مراحل توربین

۲

۲

تعداد مشعل

۱۸

۱۸

راندمان

۳۳٫۱

۳۳٫۱

 

SGT – ۱۰۰

در محدوده توان نامی ۵ مگاوات, توربین گاز دیگری در کارخانه لینکولن از سال ۱۹۸۹ طراحی و وارد بازار شد و تا پایان سال ۲۰۱۶ میلادی تعداد ۴۱۰ واحد از این توربین در بیش از ۹۰ کشور جهان و با ساعت کارکرد معادل بیش از ۲۵ میلیون ساعت مورد بهره برداری قرار گرفته شد. این توربین گاز که امروزه با عنوان SGT-100 در بازار  شناخته میشود مناسب برای پروژه های CHP یا همان تولید همزمان برق و حرارت میباشد. علاوه بر تولید توان گازهای خروجی در فرایندها خشک کن برخی صنایع مورد استفاده قرار میگیرد. این محصول بصورت پکیج به همراه کلیه تجهیزات کمکی مورد نیاز از سال ۲۰۱۰ ارایه میگردد.

با توجه به جمع و جور بودن, و این توربین در بخش نفت و گاز بسیار مورد توجه بوده و بعنوان موتور پمپهای تزریق آب در محصولات نفتی, پروسه استخراج نفت خام و برای خط انتقال محصولات پالایشگاهی استفاده میگردد. همچنین بعنوان درایور کمپرسورها در تزریق گاز, فشاردار کردن خطوط انتقال و در پروسه گاز طبیعی مورد توجه میباشد. کمپرسور از نوع transonic است که در آن سرعت سیال برابر با سرعت صوت میباشد. این توربین گاز در دو مدل مختلف عرضه میگردد. مدل اول , توربین گاز با کمپرسور ۱۲ مرحله ای و توربین دو مرحله ای با محور مشترک که توان مصرفی کمپرسور بخشی از توان توربین را به خود اختصاص میدهد. مجموعه محفظه احتراق مجهز به ۶ مشعل میباشد که در محفظه های مجزا بصورت شعاعی قرار گرفته اند.

 

توان نامی     MW

۵٫۴

۵٫۱

تعداد مراحل کمپرسور

۱۰

۱۰

تعداد مراحل توربین

۲

۲

تعداد مشعل

۶

۶

راندمان   %

۳۱

۳۰٫۲

بعنوان موتور محرکه تجهیزات دوار نوع دو محوری (Twine Shaft) آن با توان تولیدی ۵٫۷ مگاوات مورد استفاده قرار میگیرد که در آن توان مصرفی کمپرسور ۱۰ مرحله ای توسط توربین تک مرحله ای که بر روی محور کمپرسور قرار دارد تامین میگردد و توربین دو مرحله ای که دارای محور مستقل میباشد وظیفه تولید توان خروجی را به عهده دارد. سیستم احتراق مشابه مدل تک محوری میباشد و در مقایسه با آن راندمان بالاتری دارد.

توان تولیدی  MW

۵٫۷

تعداد مراحل کمپرسور

۱۰

تعداد مراحل توربین

۳

تعداد مشعل

۶

راندمان  %

۳۲٫۹

 

SGT – ۲۰۰

توربین مشابه دیگری با نام SGT-200 در دو مدل تک محوری با توان نامی ۶٫۸ مگاوات برای تولید برق و مدل دو محوری با توان مکانیکی تولیدی ۷,۷ مگاوات به عنوان موتور محرکه تجهیزات دوار طراحی و ساخته شده است.

کاربردهای متداول این توربین بصورت سیکل ساده متصل به شبکه , سیکل ترکیبی , تولید همزمان برق و حرارت و تولید برق مورد نیاز صنایع نفت و گاز مستقل از شبکه میباشد.

توان تولیدی  MW

۶٫۸

تعداد مراحل کمپرسور

۱۰

تعداد مراحل توربین

۴

تعداد مشعل

۶

راندمان   %

۳۱٫۵

نوع دو محوری برای کاربرد صنعتی جهت تولید نیروی محرکه تجهیزات دوار با قابلیت تغییرات سریع توان تولیدی نمونه ایده الی به شمار میرود.  توربین دارای دو محور جدا از هم که اولی شامل کمپرسور و توربین دو مرحله تامین کننده توان مورد نیاز کمپرسور و محور دوم شامل یک توربین دو مرحله ای میباشد تامین کننده توان خروجی میباشد.

توان تولیدی  MW

۷٫۷

تعداد مراحل کمپرسور

۱۰

تعداد مراحل توربین

۴

تعداد مشعل

۶

راندمان  %

۳۳

 

SGT – ۳۰۰

در محدوده بار نامی ۸ مگاوات, توربین گاز دیگری با نامSGT-300 ساخته شده که همانند توربین گاز قبلی برای مقاصد تولید برق و بعنوان موتور محرکه تجهیزات دوار کاربرد دارد. در سال ۲۰۱۳ این توربین گاز بصورت پکیج به همراه کلیه تجهیزات کمکی مورد نیاز معرفی گردید که برای تولید برق متصل به شبکه بصورت سیکل ساده و یا در یک مجموعه سیکل ترکیبی و نیز برای تامین حرارت مورد نیاز صنایع با بار حرارتی بالا استفاده قرار میگیرد. برای تولید برق مستقل از شبکه در صنایع نفت و گاز در اسکله های نفتی و پالایشگاهها و نیز در سیستمهای برق اضطراری کاربرد فراوانی دارد.

توان تولیدی   MW

۷٫۹

تعداد مراحل کمپرسور

۱۰

تعداد مراحل توربین

۴

تعداد مشعل

۶

راندمان%

۳۰٫۶

نوع دوم که برای تولید توان مکانیکی تجهیزات دوار همانند کمپرسور و پمپ بکار گرفته میشود شامل دو محور مستقل میباشد که کمپرسور و توربین دو مرحله ای محرک آن بر روی یک محور و توربین دو مرحله ای محرک ژنراتور بر روی محور دوم واقع شده اند.

توان تولیدی        MW

۹٫۲

۸٫۴

تعداد مراحل کمپرسور

۱۰

۱۰

تعداد مراحل توربین

۴

۴

تعداد مشعل

۶

۶

راندمان   %

۳۵٫۶

۳۵٫۱

 

SGT – ۴۰۰

کوچکترین توربین گاز مقیاس نیروگاهی را که میتوان معرفی کرد توربین گاز  SGT- 400 میباشدکه یک توربین دور متغییر محسوب میشود. اولین توربین از این نوع با توان نامی ۱۳ مگاوات در سال ۲۰۰۰ عرضه گردید. سپس در سال ۲۰۰۸ برای اولین بار بصورت پکیج و بعنوان موتور مکانیکی تجهیزات دوار معرفی گردید و نوع ارتقا یافته آن در سال ۲۰۱۱ با توان نامی ۱۵ مگاوات وارد بازار شد.

از جمله ویژگیهای این توربین گاز استفاده از سیستم IGV  در پنج مرحله ابتدایی کمپرسور میباشد که شرایط مختلف کاری با بهترین کارایی را فراهم میسازد و برای هر دو نیاز تولید برق و موتور مکانیکی تجهیزات دوار طراحی و ساخته شده است. بر خلاف انواع مختلف توربین گاز که پیش از این ذکر شد، در اینجا برای هر هر دو نوع کاربرد تنها از نوع دومحوری استفاده میشود بطوریکه کمپرسور و توربین دو مرحله محرک کمپرسور بر روی یک محور و توربین توان خروجی بر محور دوم واقع میگردد. مشابهت ساختار این توربین گاز در هر دو کاربرد و در نتیجه یکسان بودن قطعات یدکی مورد نیاز, این امکان را فراهم میسازد که در پروژه هایی که نیاز همزمان به تولید برق و موتور مکانیکی تجهیزات دوار اعم از پمپ و کمپرسور هست از این توربین گاز استفاده گردد. نسبت قیمت به توان خروجی این نوع توربین گاز شرایط رقابتی خوبی را برای آن فراهم میکند و بسیار مناسب برای کاربرد در سکوهای نفتی میباشد. بدلیل قابلیت تغییر دور از ۴۸۰۰ تا ۱۰،۰۰۰ دور در دقیقه, معمولا نیازی به استفاده از گیربکس در حالت موتور تجهیزات دوار ندارد. نگاهی به بازار مصرف این توربین گاز نشان میدهد که بیش از ۵۰ درصد موارد کاربردی را موتور مکانیکی کمپرسورهای صنعت گاز به خود اختصاص داده است و کمترین آمار مربوط به موتور پمپها میباشد.

بصورت متصل به شبکه (سیکل ساده یا در سیکل ترکیبی با بخش بخار) و نیز بصورت جدا از شبکه در سکوهای نفتی, پالایشگاهها و سیستمهای برق اضطراری صنعت نفت میتواند برق مورد نیاز را تامین نماید. همچنین در پروژه های تولید همزمان برق و حرارت در صنایع مختلف کارایی خوبی میتواند داشته باشد.

توان تولیدی      MW

۱۴٫۳

۱۲٫۹

تعداد مراحل کمپرسور

۱۱

۱۱

تعداد مراحل توربین

۴

۴

تعداد مشعل

۶

۶

راندمان %

۳۵٫۴

۳۴٫۸

همانگونه که پیشتر گفته شد مشخصات توربین گاز وقتی بعنوان موتور تجهیزات دوار مورد استفاده واقع میشود با حالت تولید برق یکسان بوده و بیشترین مورد استفاده آن بعنوان موتور مکانیکی کمپرسور های تزریق گاز, انتقال گاز و سیستمهای تبریدی میباشد و در دو مدل با بارهای نامی متفاوت عرضه میگردد.

توان نامی تولیدی MW

۱۴٫۹

۱۳٫۴

تعداد مراحل کمپرسور

۱۱

۱۱

تعداد مراحل توربین

۴

۴

تعداد مشعل

۶

۶

راندمان   %

۳۶٫۲

 

SGT – ۵۰۰

اگر بدنبال توربین گازی بودیم که توانایی خوبی در استفاده از انواع سوختهای مایع (MFO, HFO) داشته باشد و بتواند پسماندهای حاصل از فرایندهای پالایشگاهی نفت خام با گرویتی تا ۱۲و۱۳درجه استانداردAPI و گازهای غنی از هیدروژن, گازهای سبک, نفتا و نفت خام را بسوزاند و در عین حال آلایندگی بسیار کمی داشته باشد, توربین گاز مدل SGT-500 بهترین انتخاب بود که تا اواخر سال ۲۰۱۶ میلادی تولید میگردید. از سال ۱۹۵۵ به بازار عرضه شده و طی سالان گذشته تکامل یافته بود.

با در نظر گرفتن مگاوات تولیدی به وزن نیز انتخاب مناسبی بود. هر چند تولید این توربین متوقف شده ولی با توجه به ویژگیهای منحصر بفرد و خاص آن به تشریح آن میپردازیم. از جمله ویژگیهای خاص این توربین گاز میتوان به محفظه احتراق بزرگ, دمای پایین احتراق, مجهز بودن به سیستم پیش گرم سوخت و مصرف سوخت مایع با دو برابر ویسکوزیتی سوخت مصرفی سایر توربینهای گاز, قابلیت تجهیز به سیستمهای کاهنده آلایندگی اشاره کرد.

دمای پایین احتراق باعث میشود که قطعات داغ کمتر تحت تنشهای حرارتی قرار گرفته و لذا فاصله زمانی تعمیرات آن طولانی باشد(۸۰ هزار ساعت بین دو تعمیر اساسی). در مدت کوتاهی حدود ۳ دقیقه به دور سنکرون خود میرسد و لذا گزینه مناسبی برای شرایط بلک استارت بود. وجود سه محور جدا از هم در ساختار توربین- کمپرسور, باعث میشد که مصرف سوخت پایینتری در زمان استارت داشته باشد. این توربین دارای دو محور میباشد. محور بخش فشار ضعیف شامل ۱۰ مرحله کمپرسور فشار ضعیف و دو مرحله توربین فشار ضعیف است. محور فشار قوی شامل هشت مرحله کمپرسور فشار قوی و یک مرحله توربین فشار قوی میباشد. دور توربین در حالت کوپل با ژنراتور و جهت تولید توان الکتریکی ۳۶۰۰ دور در دقیقه بوده و برای حالت کوپل با سیستمها مکانیکی دوار ۳۴۵۰ دور در دقیقه است.

طبق آمار از مجموع ۱۷۸ توربین فروخته شده, ۱۵۷ مورد برای تولید برق و ۲۱ مورد بعنوان محرک مکانیکی تجهیزات دوار استفاده شده بود که در مجموع بیش از ۹ میلیون ساعت کارکرد معادل را در پرونده خود به ثبت رسانده است.

تولید برق

موتور مکانیکی

توان تولیدی     MW

۱۹٫۱

۱۹٫۵۲

تعداد مراحل کمپرسور

۱۸

۱۸

تعداد مراحل توربین

۵

۵

تعداد مشعل

۷

۷

راندمان   %

۳۳٫۸

۳۴٫۵

 

SGT – ۶۰۰

در سال ۱۹۸۸ توربین گازی توسط شرکت سوئیسی Sulzer AG  طراحی و ساخته شد و تعداد ۴ توربین به فروش رسید. این توربین گاز که توان نامی ۲۵ مگاوات دارد امروزه با عنوان توربین گاز مدل  SGT- 600 عرضه میگردد. تا سال ۲۰۱۵ میلادی تعداد ۳۳۶ واحد از این نوع تولید و وارد بازار گردید که از این تعداد ۲۳۰ توربین در نقش موتور محرکه پمپ و عمدتا کمپرسور و  جهت تولید برق وارد صنعت نفت و گاز شدند . ۵۲ درصد از واحدهای فروخته شده متعلق به منطقه خاورمیانه میباشد.

این توربین گاز دارای دو محور میباشد که محور اول شامل کمپرسور ۱۰ مرحله که مراحل اول و دوم آن دارای IGV  هستند بعلاوه توربین دو مرحله ای محرک کمپرسور. دارای فاصله زمانی نسبتا طولانی ۶۸۰۰۰ ساعت کارکرد برای انجام اورهال بوده و محفظه احتراق آن Annular و مشترک برای تمامی مشعلها میباشد که به جهت نبود مانع مابین خروجی مشعلها, امکان تغییر بار سریعتر را فراهم میآورد.

تعداد ۱۸عدد مشعل بر روی محفظه احتراق نصب میباشد

و سطح داخلی محفظه از یک لایه محافظ حرارتی استفاده شده که ضمن کاهش تلفات حرارتی طول عمر قطعات را افزایش میدهد. مسیر سوخت به مشعلها از رینگ مشترک تامین میگردد.

این توربین بسیار ایده آل برای مقاصد تولید همزمان برق و حرارت میباشد. دمای بالای گازهای خروجی فرصت خوبی برای استفاده در سیستم سیکل ترکیبی میباشد. در حالت سیکل ترکیبی با یک توربین بخار توان ۹,۳۵ و یا دو توربین گاز و یک بخار ۳,۷۳  مگاوات تولید دارد. هر دو نوع سوخت گاز و مایع را مصرف میکند و در بارهای حداقل خود دارای راندمان خوبی میباشد.

تولید برق

موتور مکانیکی

توان تولیدی   MW

۲۴٫۵

۲۵٫۳

تعداد مراحل کمپرسور

۱۰

۱۰

تعداد مراحل توربین

۴

۴

تعداد مشعل

۱۸

۱۸

راندمان %

۳۳٫۶

۳۴٫۶

 

  • تولید برق در حالت سیکل ترکیبی

ترکیب با یک توربین بخار

ترکیب ۲ توربین گاز با یک بخار

توان تولیدی    MW

۳۵٫۹

۷۳٫۳

تعداد توربین گاز

۱

۲

تعداد توربین بخار

۱

۱

راندمان     %

۴۹٫۹

۵۰٫۹

هیت ریت      Kj/kwh

۲۲۰ ,۷

  ۰۷۱ ,۷

 

SGT – A30

در محدوده توان نامی ۳۰ مگاوات توربین گاز دیگری با هسته اصلی توربین جت rolls roys RB211 وجود دارد. نام جدید آن SGT-A30 میباشد.

این توربین تحت عنوان مدل Industrial RB211 عرضه میگردد برای مقاصد غیر هوایی انطباق یافته است و از این نظر مشابهت با موتورهای جتی است که باعنوان TRENT800 در هواپیماهای بوئینگ ۷۴۷, ۷۵۷, ۷۶۷, ۷۷۷ و توپولوف TU204 استفاده شده است. در طراحی اولیه این توربین گاز, LIFT FAN موتور جت با یک کمپرسور محوری دو مرحله ای فشار پایین جایگزین گردید که به همان اندازه افزایش فشار هوا را باعث میشود. این بخش از کمپرسور با یک محور مستقل به دو مرحله انتهایی توربین مرتبط گردید. برای کنترل و کاهش میزان آلایندگی هوا, قابلتیت استفاده از هر دو سیستم DLE و WLE به توربین افزوده شده است.

توان راه اندازی مورد نیاز این توربین کمتر از ۳۵۰ کیلو وات میباشد و میتواند نقش جبران کننده توان راکتیو شبکه را داشته باشد. به سادگی و با اضافه شدن یک مکانیزم کلاچ مابین ژنراتور و توربین فشار ضعیف, ژنراتور از توربین جدا شده و ژنراتور توان راکتیو شبکه را تولید میکند. با انتخاب محل نصب توربین در یک نقطه مناسب از شبکه قابلیت تولید توان راکتیو میتواند کارایی سیستم را بیشتر کند. هر چند دمای گازهای خروجی از این توربین که حدودا ۴۵۰ درجه سیلسیوس است کمتر از میزان مشابه در توربینهای گاز بزرگ میباشد ولی قابلیت بهره گیری در یک سیکل ترکیبی کوچک را در صورت نیاز دارد. با این حال دمای پایین و درنتیجه فشار کار پایین برای بویلر سیکل ترکیبی در این توربین گاز باعث کاهش هزینه ها بدلیل پایین آمدن هزینه لوله ها و ضخامت دیواره ها میشود.

توان تولیدی جهت تولید برق MW

۳۲٫۲

راندمان  %

۳۷٫۵

 

SGT-700

در انتهای دهه ۹۰ میلادی نوع توسعه یافته توربین گاز SGT-600 با عنوان SGT-700 ارائه گردید که تمامی امتیازات آن را شامل میباشد و جهت رسیدن به توان و راندمان بالاتر و نیز کاهش میزان آلایندگی گازهای خروجی و با توان تولید ۳۳ مگاوات توسعه یافته و در همان پکیج ارائه میگردد. تا سال ۲۰۱۵ تعداد ۷۷ واحد از این نوع فروخته شد. از این تعداد فروخته شده ۵۹% متعلق به بخش نفت و گاز بود. ۲۳% جهت تولید برق در این بخش و ۳۹% به عنوان محرک تجهیزات دوار استفاده شده است. شکل زیر مقایسه بین توربین گاز SGT- 700 با  SGT-600 ارائه میدهد که از جمله میتوان به ثابت ماندن طول روتور و استفاده از یاتاقانهای یکسان و در بخش کمپرسور به اضافه شدن یک مرحله و بهبود کلی پره های متحرک اشاره کرد.

دور نامی این مدل از توربین گاز ۶۵۰۰ دور در دقیقه است، و بسته به نیاز، میتواند بین ۵۰% تا ۱۰۵% دور نامی کار کند.

در دور پایین توانایی تولید توان بالایی را دارا میباشد. در سیکل ساده و ترکیبی تولید برق و نیز بعنوان محرک مکانیکی تجهیزات دوار برای بکار انداختن کمپرسورها و پمپها کاربرد دارد. این توربین مناسب برای بخشهای استخراج نفت و گاز , LNG و همچنین در پالایشگاهها. بدلیل اینکه فضای کمی را با در نظر گرفتن توان تولیدی اشغال میکند برای سکوهای نفت و گاز پر کاربرد میباشد.

توانایی خوبی جهت مصرف گاز طبیعی با سولفید هیدروژن بالا و گازهایی با بیش از ۵۰% حجمی نیتروژن یا ۴۰% حجمی دی اکسید کربن را دارا میباشد.

تولید برق

موتور مکانیکی

توان تولیدی MW

۳۲٫۸

۳۳٫۷

تعداد مراحل کمپرسور

۱۱

۱۱

تعداد مراحل توربین

۴

۴

تعداد مشعل

۱۸

۱۸

راندمان%

۳۷٫۲

۳۸٫۲

 

تولید توان الکتریکی در حالت سیکل ترکیبی

ترکیب ۱ توربین گاز با یک بخار

ترکیب ۲ توربین گاز با یک بخار

توان تولیدی  MW

۴۵٫۲

۹۱٫۶

تعداد توربین گاز

۱

۲

تعداد توربین بخار

۱

۱

راندمان  %

۵۲٫۳

۵۳٫۱

 

SGT- 750

در سال ۲۰۱۱ میلادی توربین گازی با کاربرد تولید همزمان برق و حرارت به بازار عرضه شد که دارای راندمان بالاتر از سایر توربینهای گاز کوچک موجود در بازار بود. تا پایان سال ۲۰۱۵ تعداد ۱۰ دستگاه از این توربین که SGT- 750 نامیده شد تحویل مشتری گردید.

این توربین گاز  دارای دو محور میباشد که محور اول شامل کمپرسور ۱۳ مرحله ای که ردیفهای اول و دوم بصورت IGV میباشد و توربین دو مرحله ای محرک کمپرسور. محور دوم شامل توربین دو مرحله ای قابل اتصال به ژنراتور یا تجهیزات دوار مکانیکی است.

محفظه احتراق از نوع شعاعی tubular مجهز به تعداد ۸ عدد مشعل از نوع نسل چهارم DLE که میزان آلایندگی بسیار پائینی ایجاد میکند بوده که مشعلها در محفظه های جدا هم قرار میگیرند.

طراحی این توربین به نحوی بوده که در بارهای پاینتر از بار پایه نیز بهترین راندمان (حدودر ۴۲% ) را داشته باشد.

دور نامی این مدل از توربین گاز ۶۱۰۰ دور در دقیقه است و بسته به نیاز میتواند بین ۵۰% تا ۱۰۵% دور نامی کار کند. و در دور پایین توانایی تولید توان بالایی را دارا میباشد. موارد کاربرد در سیکل ساده و ترکیبی تولید برق و نیز بعنوان محرک مکانیکی تجهیزات دوار برای بکار انداختن کمپرسورها و پمپها کاربرد دارد.

نکته مهم در مورد این توربین گاز، مدت زمان مورد نیاز برای تعمیرات اساسی است که ۱۷ روز در طی ۱۷ سال میباشد و با این شرایط دسترس بودن واحد فوق العاده بالا میباشد. در این توربین از دوربین infrared بصورت آنلاین استفاده میگردد تا هر گونه تغییر احتمالی در وضعیت پره ها در حین کار توربین و بدون نیاز به توقف و باز کردن پوسته مشخص گردد.

تولید برق

موتور مکانیکی

توان تولیدی MW

۳۲٫۸

۳۳٫۷

تعداد مراحل کمپرسور

۱۳

۱۳

تعداد مراحل توربین

۴

۴

تعداد مشعل

۸

۸

راندمان %

۳۷٫۲

۳۸٫۲

 

  • نوع اول جهت تولید توان الکتریکی در حالت سیکل ترکیبی

یک توربین گاز با یک بخار

دو توربین گاز با یک بخار

توان تولیدی      مگاوات

۴۵٫۲

۹۱٫۶

تعداد توربین گاز

۱

۲

تعداد توربین بخار

۱

۱

راندمان  %

۵۲٫۳

۵۳٫۱

هیت ریت       Kj/kwh

۸۷۶ ,۶

۷۷۸ ,۶

 

SGT- 800

آخرین توربین گاز در دسته بندی توربینهای کوچک زیمنس SGT- 800 میباشد که عملا یک توربین گاز در مقیاس نیروگاهی شناخته میشود و میتوان گفت که مرز میان توربینهای گاز کوچک و بزرگ نیروگاهی میباشد.

طراحی توربین صرفا به منظور تولید برق متصل به شبکه میباشد که از سال ۱۹۹۵ طراحی و توسعه یافت.

تا سال ۲۰۱۶ میلادی تعداد ۲۹۷ دستگاه از این توربین در بارهای نامی مختلف به بازار عرضه شده است. تعداد ۱۵ واحد آن در منطقه خاورمیانه در حال بهره برداری میباشد.  در حال حاظر در سه مدل با توان نامی ۵,۴۷ و ۵,۵۰ و ۵۴ مگاوات عرضه میگردد. با دارا بودن فقط یک محور برای کمپرسور و توربین دارای دور نامی ۶۰۰۰ دور در دقیقه میباشد. محفظه احتراق annular با ۳۰ مشعل دو سوخته و از نوع DLE میباشد. از جمله امتیازات این توربین گاز در بخش محفظه احتراق, سهولت باز و جدا کردن مشعل از بدنه محفظه میباشد.

کمپرسور دارای ۱۵ مرحله که سه مرحله اول آن از نوع متغییر میباشد. و توربین دارای سه مرحله است.

این توربین گاز با ویژگیهای خاص خود علاوه بر کاربرد در مجموعه های سیکل ترکیبی, شرایط ایده آلی را برای کاربرد در تولید همزمان برق و حرارت فراهم ساخته است.

توان تولیدی            MW

۵۴

۵۰٫۵

۴۷٫۵

تعداد مراحل کمپرسور

۱۵

۱۵

۱۵

تعداد مراحل توربین

۳

۳

۳

تعداد مشعل

۱۸

۱۸

۱۸

راندمان%

۳۹٫۱

۳۸٫۳

۳۷٫۷

تولید توان الکتریکی در حالت سیکل ترکیبی با یک توربین بخار

توان توربین گاز ۵۴ مگاوات ۵۰٫۵ مگاوات ۴۷٫۵ مگاوات
توان تولیدی سیکل ۷۵٫۹ مگاوات ۷۱٫۴ مگاوات ۶۶٫۶ مگاوات
راندمان  % ۵۶ ۵۵٫۱ ۵۳٫۸

تولید توان الکتریکی در حالت سیکل ترکیبی با ۲ توربین بخار

توان توربین گاز   مگاوات

۵۴

۵۰٫۵

۴۷٫۵

توان تولیدی سیکل    مگاوات

۱۵۳٫۷

۱۴۳٫۶

۱۳۵٫۴

راندمان   %

۵۶٫۷

۵۵٫۴

۵۴٫۷

پیشرفته ترین توربین تغییر کاربری داده شده از موتور جت هواپیمایی به نوع صنعتی, توربین گاز مدل  Industrial Trent 60 میباشد که با توان ۶۶ مگاوات در سیکل ساده خود دارای راندمان ۴۲% میباشد.

امکان نصب سریع و آماده بهره برداری شدن، باعث بازگشت سرمایه زودتر میشود. در نقش موتور تجهیزات مکانیکی دوار با توان خروجی مناسب و قابلیت کار در دورهای مختلف، شرایط خوبی را برای کاربرد در صنایع نفت و گاز فراهم میسازد. در هر دو کاربرد، تولید برق و موتور تجهیزات مکانیکی از یک نوع طراحی استفاده شده است و با بهره گیری از سیستم احتراق پیش ترکیبی یا همان  premix  میزان آلایندگی گازهای داغ خروجی به حداقل برسد. میتواند به سیستمWLE نیز تجهیز شود.

بدون نیاز به گیربکس میتواند در فرکانسهای ۵۰ و ۶۰ هرتز کار کند. نیاز به موتور راه انداز با حداکثر توان ۲۱۵ کیلو وات دارد. در شرایط بلک  استارت, میتواند تنها با ۳۵۰ وات توان مصرفی الکتروموتور راه انداز در حالت سوخت گاز و ۴۵۰ کیلو وات با سوخت مایع سریعا وارد مدار گردد. مدت استارت سرد آن زیر ۱۰ دقیقه طول میکشد. در پروژه های سیکل ترکیبی و تولید همزمان برق و حرارت قابلیت خوبی دارد. در نقش موتور مکانیکی تجهیزات دوار در نوع خود بسیار پرتوان میباشد و میتواند در دورهای مختلف کار کند. بدلیل داشتن سه محور مستقل از هم  این امکان را فراهم میسازد که بدون کاهش راندمان حتی در دورهای پایین نیز کار کند.

محور بخش فشار ضعیف شامل دو ردیف پره های فشار ضعیف کمپرسور در بخش ابتدایی ورود هوا به کمپرسور و ۵ ردیف پره های فشار ضعیف توربین که مراحل انتهایی توربین را تشکیل میدهند.

محور بخش فشار متوسط شامل ۸ ردیف پره های فشار متوسط واقع در بخش میانی کمپرسور و یک ردیف پره های فشار متوسط واقع در بخش میانی توربین میباشد.

محور بخش فشار قوی شامل ۶ ردیف پره های فشار قوی کمپرسور در بخش انتهایی خروج هوا از کمپرسور و یک ردیف پره های فشار قوی توربین که مراحل ابتدایی توربین را تشکیل میدهند.

این توربین گاز میتواند از طریق گیربکس و یا مستقیم به ماشین دوار متصل شود. دور نامی آن ۳۴۰۰ دور در دقیقه است با این حال میتواند بین ۷۰ تا ۱۰۵ درصد آن تغییر دور داشته باشد. بدن هیچ نوع وقفه ای، بطور روزانه میتواند استارت و استوپ داشته باشد . از تعداد ۸ عدد محفظه احتراق جداگانه که بصورت شعاعی قرار گرفته اند برخوردار میباشد.

در سیستم کنترل آن از تکنولوژی remote I/O برای به حداقل رساندن کابل کشی ها و اتصالات مابین پنل کنرلی و تجهیزات استفاده شده است. ظراحی این توربین گاز این امکان را میدهد که براحتی و با حداقل زمان تعیرات آن در محل نصب انجام پذیرد. زیمنس با توجه به سبکی نسبی این توربین گاز و حمل آسان, امکان اجاره این نوع توربین را هم فراهم آورده تا در مدت تعمیرات بطور موقتی جایگزین توربین اصلی گردد. علاوه بر مصارف تولید برق, بعنوان محرک تجهیزات دوار نیز کاربرد دارد. در عین داشتن توان تولیدی بالا بدلیل دورهای مختلف وربین برای صنایع گاز بسیار کاربردی میباشد.

  • نوع اول جهت تولید توان الکتریکی
توان تولیدی ( مگاوات)

۶۶

تعداد مراحل کمپرسور

۱۶

تعداد مراحل توربین

۷

تعداد مشعل

۸

راندمان %

۴۲

 

SGT-A45 TR

توربین گاز SGT-A45 TR در واقع موتور هوایی شرکت رولز رویس است کا با تکنولوژی زیمنس تغییر کاربری داده شده و براساس نیاز روز بازار به شکل مجموعه قابل حمل ارایه شده است.

شرکت زیمنس این توربین را با توان نامی ۴۴ مگاوات بصورت مجموعه قابل حمل برای بازار در حال توسعه تولید برق پراکنده بتازگی به مجموعه توربینهای خود افزوده است. این مجموعه قابل حمل را میتوان بسرعت و در کمتر از ۲ هفته نصب و راه اندازی کرد. این توربین با مشخصات منحصربفرد خود از نظر راندمان و وزن سبک بهترین گزینه برای مشتریانی است که نیاز ضروری به برق در مناطقی که زیرساختهای شبکه برق وجود ندارد.

تجهیزات اصلی این توربین نوع بهبود یافته توربین Industrial Trent 60  میباشد که در کارخانه بطور کامل برای داشتن بالاترین کارایی و حداقل کامیشینینگ مورد نیاز در محل نصب, خود تست شده است. برای شرایط بحرانی داشتن یکی مولد برق قابل حمل میتواند گزینه حیاتی باشد. بدلیل وزن سبک حتی بعنوان بار هوایی میتواند با هواپیما به محل نصب جابجا شود. با هر دو نوع سوخت گاز و مایع قابل بهره برداری میباشد و در حین بهره برداری میتوان نوع سوخت را از گاز به مایع یا برعکس تغییر داد.

توان تولیدی MW

۴۱

راندمان %

۳۹

توربینهای هوایی میتوانند بدون نیاز به سیستم راه انداز در مدت کمتر از ۹ دقیقه استارت شده و به توان حداکثری خود برسند و در صورت شات داون, بدون محدودیت و بسرعت میتوانند راه اندازی شوند. این توربین گاز یکی از محصولات طرح زیمنس برای فراهم آوردن دسترسی سریع به تولید برق در مکانهایی که به سرعت در حال توسعه هستند و هنوز زیرساختهای شبکه برق فراهم نشده  است.

 

گردآورنده: میرجعفر سیدمردانی

مطالب مرتبط

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.




ارسال