توربین‌های گازی زوریا از نظر فنی و مکانیکی دارای ویژگی‌های خاصی هستند که آن‌ها را برای کاربردهای صنعتی مناسب می‌سازد. شرکت زوریا ماشپرویکت”ZORYA” – “MASHPROEKT”، شرکت دولتی اوکراین و دارای 60 سال تجربه در طراحی و تولید توربین‌های گازی برای نیروی دریایی، کشتی‌های تجاری و مسافربری، نیروگاه‌ها و واحدهای لوله کشی گاز و درایورهای تجهیزات تولید است. که از سال 1953 بیش از 4500 توربین گازی دریایی و صنعتی را تولید نموده است.
توربین‌های گازی زوریا برای واحدهای پمپاژ گاز :
پروژه‌های تنظیم فشار در محل، واحدهای پمپاژ گاز را شامل می‌شود که متشکل از: دمنده‌ها، تکیه گاه‌ها، دستگاه‌های ورودی هوا، اگزوزترها، سرویس دهی به تجهیزات کمکی هستند.
در ایران نیز، بخش عمده‌ای از ایستگاه‌های تقویت فشار خطوط اصلی انتقال گاز با توربین‌های زوریا مجهز شده‌اند. این توربین‌ها به دلیل عمر طولانی و تکنولوژی قدیمی‌شان به تعمیرات دوره‌ای و قطعات یدکی نیازمند هستند. برخی از این توربین‌ها بسیار پرمصرف هستند و بخش بزرگی از گاز دریافتی را هدر می‌دهند. بخشی از منابع مالی شرکت ملی گاز ایران صرف تعمیرات، نگهداری و تامین قطعات یدکی برای این توربین‌ها شده است.
توربین‌های گازی به طور کلی شامل سه بخش اصلی هستند:
- کمپرسور: هوا را فشرده می‌کند تا فشار و دمای آن افزایش یابد.
- محفظه احتراق: در این قسمت، هوای فشرده با سوخت مخلوط شده و محترق می‌گردد.
- توربین: انرژی حاصل از گازهای داغ و فشرده را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند که می‌تواند برای چرخاندن مولد الکتریکی یا دیگر تجهیزات مکانیکی استفاده شود.
توربین‌های گازی زوریا ممکن است در مدل‌های مختلفی با توان‌های متفاوت و برای کاربردهای گوناگون تولید شوند. به عنوان مثال، مدل 25000ugt -du80 یکی از مدل‌هایی است که در ایستگاه‌های تقویت گاز ایران استفاده می‌شود.
از نظر ترمودینامیکی، توربین‌های گازی بر اساس چرخه برایتون کار می‌کنند که شامل فشرده‌سازی ایزنتروپیک، احتراق در فشار ثابت، و انبساط ایزنتروپیک است. با این حال، در عمل، اصطکاک و توربولانس باعث می‌شوند که فرآیندها به صورت ایده‌آل ایزنتروپیک نباشند.
برای درک بهتر، فرمول‌های ترمودینامیکی مرتبط با عملکرد توربین‌های گازی را می‌توان به صورت زیر نوشت:
در آن ( W_{توربین} ) کار تولید شده توسط توربین، ( W_{کمپرسور} ) کار مصرف شده توسط کمپرسور و ( Q_{محترق} ) حرارت اضافه شده در محفظه احتراق است. این فرمول نشان دهنده کار خالص تولید شده به ازای هر واحد حرارت ورودی است. این فرمول نشان‌دهنده تعادل انرژی در یک توربین گازی است و به ما کمک می‌کند تا بازده کلی سیستم را محاسبه کنیم.
برای درک بهتر، فرمول‌های ترمودینامیکی مرتبط با عملکرد توربین‌های گازی را می‌توان به صورت زیر نوشت:
فرمول‌های ترمودینامیکی مرتبط با عملکرد توربین‌های گازی شامل موارد زیر است:
- قانون اول ترمودینامیک برای سیستم‌های باز (معادله حفاظت از انرژی):
در آن (Q) نرخ انتقال حرارت، ( W) نرخ کار انجام شده توسط سیستم، ( m) نرخ جرم، ( h ) آنتالپی، ( v ) سرعت و ( z ) ارتفاع است.
- قانون دوم ترمودینامیک:
- معادله انتروپی:
در آن ( ds ) تغییرات انتروپی و (rev) مقدار حرارت قابل برگشت است.
این‌ها فقط چند نمونه از فرمول‌های پایه‌ای هستند که در تحلیل عملکرد توربین‌های گازی استفاده می‌شوند. بسته به جزئیات فرآیند و شرایط عملکرد، ممکن است فرمول‌ها و معادلات پیچیده‌تری نیز لازم باشد.
در ایران، توربین‌های گازی زوریا در ایستگاه‌های تقویت فشار خطوط اصلی انتقال گاز مورد استفاده قرار می‌گیرند. این توربین‌ها به دلیل عمر طولانی و تکنولوژی قدیمی‌شان به تعمیرات دوره‌ای و قطعات یدکی نیازمند هستند. یکی از مدل‌های شناخته شده که در ایستگاه‌های تقویت گاز ایران استفاده می‌شود،مدل 25000ugt -du80 است.
اطلاعات دقیق‌تر در مورد تعداد و انواع مدل‌های توربین زوریا که در ایران مورد استفاده قرار می‌گیرند، در دسترس نیست. با این حال، توربین‌های زوریا به طور کلی در انواع مختلفی برای کاربردهای گوناگون تولید می‌شوند و ایران نیز از این تنوع برای پاسخگویی به نیازهای خود در زمینه انتقال گاز استفاده می‌کند.
موتورهای توربین گازی “ZORYA” – “MASHPROEKT”:
تغییرات در توربین گازی UGT3000 DE76 به منظور بهبود عملکرد و کارایی آن انجام شده است:
- برنر‌های دو کانال جدید: توربین با برنر‌های جدیدی که دارای دو کانال هستند، تجهیز شده است. این برنر‌ها به کاهش اکسید نیتروژن (NO) کمک می‌کنند و عملکرد سوخت‌سوزی را بهبود می‌بخشند.
- طراحی قفس ویژه با عایق صوتی چند لایه: توربین دارای یک قفس ویژه است که با استفاده از عایق صوتی چند لایه، نویز تولیدی را کاهش می‌دهد. این طراحی بهبود در کیفیت صوتی و کارایی توربین را فراهم می‌کند.
توربین گازی UGT6000 DT71 یک واحد قدرتمند است که در تغییرات و بهبود عملکرد واحدهای پمپاژ گاز استفاده می‌شود. برخی از ویژگی‌ها و عملکردهای این توربین:
- کاربردها:
- توربین UGT6000 DT71 در واحد GPA-C-6,3S تولید سری شده است. این واحد در پمپاژ گاز استفاده می‌شود.
- همچنین، این توربین به عنوان جایگزین موتور NK-12ST در زمان ارتقاء واحدهای پمپاژ گاز GT-750-6 نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- توربین UGT6000 DT71 همچنین قابل استفاده برای ارتقاء واحدهای GTN-6 و GT-6-750 تولید شده توسط شرکت روسی “Turbomotorworks” است.
- عملکرد:
- این توربین دارای عملکرد قدرتمند و کارآمد است.
- با توجه به ساختار و طراحی آن، توربین UGT6000 DT71 قادر به انجام وظایف پمپاژ گاز با کارایی بالا می‌باشد.
توربین گازی نسل چهارم UGT10000 با تغییرات متعددی توسعه یافته است
- DN70L با توربین قدرت چپ چرخشی 4 مرحله‌ای:
- سرعت مصنوعی 4800 دور در دقیقه برای ارتقاء واحدهای پمپاژ گاز GTK-10-2، GT-10-4 و G-U-10 استفاده می‌شود.
- DI70P با توربین قدرت راست چرخشی 3 مرحله‌ای:
- سرعت مصنوعی 6500 دور در دقیقه برای ارتقاء واحدهای پمپاژ گاز GT-10-I استفاده می‌شود.
- DI70L با توربین قدرت چپ چرخشی 3 مرحله‌ای:
- سرعت مصنوعی 6500 دور در دقیقه برای ارتقاء واحدهای پمپاژ گاز GT-750-6 استفاده می‌شود.
- Dt70 با توربین قدرت راست چرخشی 3 مرحله‌ای:
- توان 8 مگاوات با سرعت 8200 دور در دقیقه و دمای محیط 25 درجه سانتی‌گراد دارد.
- DU70L با توربین گازی با قسمت جریان مدرن‌شده:
- توان 16 مگاوات با استفاده از تزریق بخار و توربین قدرت چپ چرخشی 4 مرحله‌ای و سرعت مصنوعی 4800 دور در دقیقه در واحد GPU-16K “Aquarius” استفاده می‌شود.
- کانتینر با درجه عایق‌بندی بالا:
- کانتینر با درجه عایق‌بندی بالا تولید شده است.
- طراحی یکپارچه توربوبلاک و واحد ورود هوا به کاهش زمان ساخت و مونتاژ کمک می‌کند.
- یکی از ویژگی‌های این ارتقاء، توربین گازی جدید در طرح طراحی واحد اصلی است:
- تمامی عملکردهای واحد اصلی، از جمله محرک تولید برق و سیستم روغن‌کاری مشترک، حفظ شده‌اند.
- تبدیل‌کننده فرکانس:
- تبدیل‌کننده فرکانس پایداری فرکانس انرژی الکتریکی تولیدی توسط مولد خانگی را فراهم می‌کند.
- این تبدیل‌کننده همچنین برای کنترل استارت توربین گازی استفاده می‌شود و راه‌اندازی نرم واحدهای پمپاژ گاز را فراهم می‌کند.
توربین گازی نسل چهارم UGT15000 با تغییرات متعددی توسعه یافته است و نقش مهمی در ایستگاه‌های پمپاژ گاز و تولید برق دارد.
- DG90L و DG90L2:
- این موتورها دارای فرکانس توربین قدرت 5300 دور در دقیقه با چرخش چپ هستند.
- آن‌ها در واحدهای جدید پمپاژ گاز (GPUs) برای کارگاه‌های کمپرسور استفاده می‌شوند.
- مدل‌های معتبر GPU شامل GPA-C-16S (توسعه یافته توسط شرکت “Frunze” در Sumy، اوکراین)، GPA-16 “Ural” (توسعه یافته توسط شرکت “Iskra” در Perm، روسیه)، GPA-16 “Volga” (کازان، روسیه) و GPA-16 “Neva” (سنت پترزبورگ، روسیه) هستند.
- ارتقاء GPUs:
- موتورهای DG90L و DG90L2 همچنین برای ارتقاء GPUs موجود نیز استفاده می‌شوند.
- به عنوان مثال، ارتقاء GPU-10 (GPU10-01) موتور DR59L نسل دوم (با توان 10 مگاوات و بازدهی 27٪) را با موتور DG90L (با توان 16 مگاوات) جایگزین می‌کند.
- نصب و بهبودها:
- نصب‌های جدید DG90L در بلوک‌های سری تمام شده از ذخیره‌ی انرژی انجام می‌شود.
- ارتقاء شامل جایگزینی کمپرسور بادی، تصفیه‌کننده هوای پیچیده، مسیر خروج گاز و تنظیم سیستم‌های کنترل خودکار، تهویه، سوخت و روغن می‌شود.
- ایستگاه کمپرسور Vyngapurovskaya:
- این ایستگاه دارای واحدهای GPA-C-16S ارتقاء یافته با موتورهای DG90L2 است.
- موتورهای DG90L2 به طور گسترده توسط شرکت‌های حمل و نقل گاز و تولید در اوکراین، روسیه، بلاروس و ترکمنستان (بیش از 150 موتور) استفاده می‌شوند.
- حتی برای تأمین انرژی کمپرسورهای آمونیاک در کارخانه بندر اودسا (دو موتور) نیز استفاده می‌شوند.
- تولید و عملکرد:
- شرکت “ZORYA”-“MASHPROEKT” بیش از 350 موتور UGT15000 را با تغییرات مختلف تولید کرده است.
توربین‌های خانواده UGT16000 (DR59 و DJ59) از نسل دوم هستند، اما با طراحی و پارامترهای خود، در ایستگاه‌های پمپاژ گاز به عنوان پایدارترین توربین‌ها شناخته شده‌اند.
- DR59 با توان 10 مگاوات و بازدهی 28٪:
- در واحدهای پمپاژ گاز GPU-10 و GPU-10-01 استفاده می‌شود.
- شرکت‌های “Zorya”-“Mashproekt” و “KRTZ VOSKHOD” کلًا 536 توربین از این نوع تولید کرده‌اند.
- توربین‌های DR59 پیشرو بیش از 100000 ساعت کارکرد را به دست آورده‌اند.
- DJ59 با توان 16 مگاوات و بازدهی 30٪:
- در واحدهای پمپاژ گاز GPU-16 توسط شرکت اوکراینی “FRUNZE” استفاده می‌شود.
- بیش از 120 واحد از این نوع توربین تولید شده‌اند.
- DJ59L2:
- از سال 1992 به بعد، توربین‌های DJ59L2 به طور گسترده برای جایگزینی موتورهای قدیمی در زمان ارتقاء واحدهای GT-10-4 و GPU-25/76 توسعه یافته توسط “Nevskiy Zavod” از سنت پترزبورگ، روسیه، و جایگزینی مولد گاز COBERRA-182 از شرکت Cooper-Rolls استفاده شده‌اند. 33 توربین DJ59L2 در واحدهای ارتقاء یافته در 9 ایستگاه کمپرسور کار می‌کنند.
توربین گازی UGT25000، که جزء نسل چهارم قرار دارد، چندین نسخه از توربین‌های قدرت با سرعت‌ها و جهت‌های چرخش متفاوت دارد:
- DN80L:
- با سرعت 3300 دور در دقیقه عمل می‌کند.
- برای ارتقاء واحدهای GPA-25/76 در خطوط لوله‌های گاز اوکراین و روسیه، و همچنین در انبارهای زیرزمینی گاز در Gasly (ازبکستان) استفاده می‌شود.
- DI80P:
- با سرعت 4850 دور در دقیقه و چرخش راست عمل می‌کند.
- برای جایگزینی موتورهای MS5003 (تولید شده توسط General Electric) در واحدهای GT-25I تولید شده توسط Nuovo Pignone طراحی شده است.
- DU80L:
- با سرعت 4850 دور در دقیقه و چرخش چپ عمل می‌کند.
- برای واحدهای پمپاژ گاز “URAL GPA-25S” و GPA-25S تولید شده توسط شرکت روسی “ISKRA” و شرکت اوکراینی “FRUNZE” طراحی شده است.
کلًا بیش از 110 توربین DN80L و بیش از 150 توربین DU80L تولید شده‌اند و توربین پیشرو بیش از 60000 ساعت کارکرد را به دست آورده‌اند.
تجهیزات و ماژول توربین گازی، جهت نصب / MAIN SET OF DELIVERY:
- ماژول موتور توربین گازی:
- دارای یک قفس حرارتی و صوتی بر روی چارچوب پایه ماژول است.
- شامل موتور توربین گازی، پشتیبان‌های آداپتور برای نصب موتور بر روی چارچوب پایه، دیافراگم لاستیکی، مسیر خروج گاز (آرنج بالا با نازل مخروطی، اتصال تلسکوپی با موتور توربین گازی، پشتیبان‌ها، عایق حرارتی و پوشش)، اسکید روغنی، لوله‌کشی داخلی و سیم‌کشی ماژول موتور، واحدهای تجهیزات برقی ماژول موتور، کابل‌های حسگر ارتعاش و تقویت‌کننده سیگنال، کابل‌های حسگر نوسان و تقویت‌کننده سیگنال، گرمایش‌دهنده‌های برقی اتاق موتور و اسکید روغنی، فن تهویه اتاق اسکید روغنی، واحد فن‌های تامین تهویه ماژول موتور (با ساکت‌کننده‌ها، فیلتر هوای ورودی، پلتفرم خدمات)، مسیر خروج گاز به محفظه قفس (با کمپانساتور، ساکت‌کننده‌ها و مسیر خروج هوای خنک‌کننده)، و ساکت‌کننده هوای ورودی موتور.
- ماژول خنک‌کننده روغن موتور.
- ماژول کنترل سوخت / مبارزه با آتش.
- ماژول تجهیزات برقی.
- ماژول فیلتراسیون هوای ورودی خودتمیزکننده.
- ماژول استک خروجی با عایق حرارتی و پوشش.
- شافت قدرتی بین موتور و کمپرسور گازی مرکزی با جفت‌کننده.
- مجموعه قطعات نصب.
- اتصالات ماژول‌ها با یکدیگر.
- مجموعه قطعات یدکی GTU برای راه‌اندازی و بهره‌برداری.
- مجموعه قطعات یدکی فردی GTU برای دو سال
سیستم‌های اصلی موتور توربین گازی/GAS TURBINE ENGINE MAIN SYSTEMS:
- سیستم روغن‌کاری:
- سیستم روغن‌کاری تمامی قطعات موتور توربین گازی و تجهیزات کمکی را روغن‌کاری می‌کند.
- این سیستم از نوع چرخشی اجباری است و روغن را به واحدهای بلبرینگ و گیربکس‌ها تزریق و از آن‌ها پمپ می‌کند.
- در زمان راه‌اندازی موتور، پمپ‌های الکتریکی روغن تا زمانی که پارامترهای کافی برای پمپ‌های داخلی فعال شوند، روغن تأمین می‌کنند.
- سیستم هواکشی:
- سیستم هواکشی کنترلی برای تجهیزات کمکی داخلی موتور توربین گازی است.
- این سیستم توسط “ZORYA”-“MASHPROEKT” توسعه داده شده و برای عملکرد با سیستم کنترل و نظارت خودکار بهینه‌سازی شده است.
- سیستم کنترل و نظارت خودکار:
- این سیستم از نوع میکروپروسسور است و تمام الگوریتم‌های موتور توربین گازی و سایر اجزای واحد را اجرا می‌کند.
- پارامترهای واحد را نظارت می‌کند و اطلاعاتی را به کارکنان عملیاتی ارائه می‌دهد، از جمله کنترل اضطراری، هشدارها، ثبت‌ها و تشخیص‌ها.
- این اطلاعات می‌تواند برای تحلیل روند و برنامه‌ریزی نگهداری مفید باشد.
- سیستم سوخت‌رسانی:
- سیستم سوخت‌رسانی سوخت قابل کنترل را به اتمایزرهای محفظه احتراق تأمین می‌کند.
- سوخت مورد استفاده، گاز طبیعی با حدود 8555 کیلوکالری در متر مکعب است.
- سیستم راه‌اندازی:
- سیستم راه‌اندازی نوع الکتریکی، چرخش اولیه موتور را انجام می‌دهد.
