涡轮膨胀机

涡轮膨胀机，是一种离心式或轴流式的涡轮，通过该高压力气体膨胀以经常被用来驱动产生功压缩机或发电机。

因为功是从膨胀的高压气体中提取的，所以膨胀是通过等熵过程（即恒定熵过程）来近似的，并且来自涡轮的低压废气处于非常低的温度-150° C或更低，取决于操作压力和气体性质。膨胀气体的部分液化并不少见。

涡轮膨胀机广泛用作工业过程中的制冷来源，例如从天然气中提取乙烷和天然气液体（NGL），气体（例如氧气、氮气、氦气、氩气和k气）的液化等低温工艺。

当前正在运行的涡轮膨胀机的尺寸范围从约750 W至约7.5 MW（1 hp至约10,000 hp）。

尽管涡轮膨胀机通常在低温过程中使用，但它们还用于许多其他应用中。

原料天然气主要由甲烷（CH ₄），最短，最轻的烃分子，用不同量的较重的烃类气体，如沿着乙烷（C ₂ H ^ ₆）、丙烷（C ₃ H ^ ₈）、正丁烷（ñ - C ₄ H ₁₀）、异丁烷（i -C ₄ H ₁₀）、戊烷甚至更高分子量的烃。原料气还包含各种酸性气体例如二氧化碳（CO ₂）、硫化氢（H ₂ S）和硫醇，例如甲硫醇（CH ₃ SH）和乙硫醇（C ₂ H ₅ SH）。

当加工成副产品时，这些较重的碳氢化合物统称为NGL（天然气液体）。NGL的提取通常涉及涡轮膨胀机和低温蒸馏塔（称为脱甲烷塔）。脱甲烷塔的入口气体首先在热交换器（称为冷箱）中冷却至约-51°C，该热交换器部分冷凝入口气体。然后将生成的气液混合物分离为气流和液流。

从液体流气液分离器流经阀并经历节流膨胀，从62的xxx压力巴至21巴（6.2至2.1兆帕），这是一个等焓过程（即，恒焓过程），该导致当物流进入脱甲烷塔时，物流的温度从约-51℃降低到约-81℃。

来自气液分离器的气流进入涡轮膨胀机，在那里经历了从62 bar的xxx压力到21 bar（6.2到2.1 MPa）的等熵膨胀，这使气流温度从大约-51°C降低到大约-进入脱甲烷塔时在91°C下用作蒸馏回流。

来自脱甲烷塔顶塔盘的液体（约-90°C）通过冷箱，在该箱中冷却入口气体时将其加热到约0°C，然后返回到脱甲烷塔的下部。来自脱甲烷塔下部的另一液体流（约2°C）通过冷箱，并在约12°C下返回脱甲烷塔。实际上，入口气体提供了“再沸腾”脱甲烷塔底部所需的热量，而涡轮膨胀机则除去了在脱甲烷塔顶部提供回流所需的热量。

来自脱甲烷塔的塔顶气体产物在大约-90°C时经过处理的天然气质量合适，可以通过管道分配给最终用户。它通过冷箱，在冷却进气的同时被加热。然后，它在由涡轮膨胀机驱动的气体压缩机中被压缩，并在进入分配管道之前在由电动机驱动的第二级气体压缩机中被进一步压缩。

脱甲烷塔的塔底产物也会在冷却箱中加热，以冷却进口气体，然后以NGL的形式离开系统。

涡轮膨胀机可以通过加载设备或轴承进行分类。

涡轮膨胀机中使用的三个主要装载设备是离心压缩机、发电机或液压制动器。使用离心式压缩机和发电机时，来自涡轮膨胀机的轴功率会得到补偿，以重新压缩工艺气体或产生电能，从而降低了水电费。

当涡轮膨胀机很小且在经济上不合理地获取轴功率时，将使用液压制动器。

使用的轴承是油轴承或磁性轴承。

人们还应该注意到新的Quasiturbine技术，这是一种正排量旋转式涡轮机。