極低温空気分離プロセスにおいて、ターボエキスパンダーは中核装置として重要な役割を果たします。高圧ガスを低圧に膨張させることで冷却し、冷却を行います。-しかし、実際の動作では、ターボエキスパンダ内部の液滴生成の問題は無視されることが多く、この現象は機器の性能やシステム全体の安定性に重大な影響を与える可能性があります。この記事では、飛沫発生の原因とシステムへの影響について詳しく説明し、効果的な予防策を提案します。
ターボエキスパンダーの動作原理と重要性
ターボエキスパンダは、理想気体の法則に基づいて動作する回転機械です。高圧ガスを使用してノズルによる膨張を加速し、ガス温度を急激に低下させて低温流体を生成し、極低温空気分離プロセスに必要な冷却能力を提供します。-通常、ターボエキスパンダは 70% ～ 85% の効率で動作し、エネルギー利用率を向上させるための重要な機器となっています。
飛沫発生原因の解析
1. 過飽和状態：ガスがタービン膨張機を通過する際、急激な減圧により温度が急激に低下し、水蒸気や二酸化炭素などの一部の成分が露点以下になり過飽和状態となり、凝縮して液滴となります。
研究データによると、典型的な工業条件下では、ガスが 20 bar の圧力と -150 度の温度でターボエキスパンダーに流入することが示されています。膨張後、圧力は 1 bar まで下がり、温度はさらに -190 度まで下がります。このとき、水蒸気の相対湿度は 40% から 100% 以上に上昇し、水滴の形成に直接つながる可能性があります。
2. 不完全な予冷: 前処理段階で不純物が完全に除去されていないか、理想的な予冷効果が得られない場合、膨張プロセス中に残留水分やオイルミストが凝縮し、液滴形成のリスクが高まります。-
実際の事例では、工場の予冷器の故障により、タービンエキスパンダーに流入する空気に微量のグリースが含まれていたことが分かりました。その結果、短期間にタービンブレードに大量の液状の堆積物が蓄積し、装置の通常の動作に重大な影響を及ぼしました。
システムに対する飛沫の影響
1. 効率の低下：液滴の存在はターボエキスパンダーの内部流れ場分布に影響を与え、摩擦抵抗を増加させ、作業効率を低下させます。液滴含有量が 1% 増加するごとに、ターボエキスパンダーの効率が約 0.5% ～ 1% 低下する可能性があると推定されています。
2. 機器の損傷: 高速回転するタービンブレードと液滴との衝突により強い衝撃力が発生し、長期的な影響によりブレードの磨耗、亀裂、さらには破損を引き起こす可能性があります。-。また、特に酸性物質を含む液滴の場合、腐食も無視できない問題となります。
3. 安全上の問題: 大量の飛沫が蓄積すると振動が増大し、機械部品が緩んだり損傷したりする可能性があります。ひどい場合には爆発事故を引き起こす可能性もあります。統計によると、ターボエキスパンダー内の液滴の問題によって引き起こされる計画外の停止は、全体の停止の 10% ～ 15% を占めています。
効果的な予防策
1. 前処理プロセスの最適化: 生ガスの精製処理を強化し、タービンエキスパンダーに入るガスが乾燥していて不純物が含まれていないことを確認します。たとえば、高効率モレキュラーシーブ吸着剤を使用すると、水分やその他の凝縮しやすい成分を効果的に除去できます。
2.- リアルタイムの監視とメンテナンス: オンライン監視システムを設置して、温度、圧力、飛沫の可能性など、ターボエキスパンダーの内部状態の変化を迅速に検出します。定期的なメンテナンスを実施し、損傷した部品は速やかに交換してください。
3. 設計の改善: 液滴が蓄積する可能性を減らすために内部構造の設計を最適化しながら、ターボエキスパンダーの主要コンポーネントを製造するために耐食性材料の使用を検討します。-
ターボエキスパンダーは、極低温空気分離プロセスにおいてかけがえのない役割を果たしていますが、その内部での液滴生成の問題は、見落とされがちですが非常に脅威となる隠れた危険です。 -液滴の生成メカニズムを深く理解し、システムへの悪影響を理解し、効果的な予防措置を講じることにより、機器の動作の安全性と信頼性が大幅に向上し、極低温空気分離プロセスを確実にスムーズに進めることができます。
