توربین چگونه کار میکند و چرا نیاز به عایقکاری دارد؟
به زبان ساده توربینها حرارتی ماشینهایی هستند که انرژی حاصل از یک سیال داغ (بخار یا گازهای احتراق) را به حرکت دورانی تبدیل میکنند. چرخش شفت توربین میتواند به ژنراتور تولید برق یا تاسیسات مکانیکی نظیر کمپرسور یا پمپ منتقل شود. سیال داغ با برخورد به پرههای توربین منجر به چرخش آن با دوران بسیار بالا میشود. بر اساس قواعد ترمودینامیک هرچه دمای سیال بالاتر باشد توانایی انتقال انرژی جنبشی بیشتری را خواهد داشت. با توجه به اینکه بدنه(کیسینگ) توربین از آلیاژهای فلزی ساخته میشود میتوان گفت مهمترین چالش در افزایش راندمان توربین جلوگیری از هدررفت انرژیهای با ارزش سیال داغ از طریق بدنه است لذا تنها راه استفاده از مواد عایق به صورت پوشش بر روی بدنه است.
انتخاب نوع عایق بدنه توربین؟
توربینها از جمله ماشینآلات گرانقیمت و فوقالعاده حساس طبقهبندی میشوند. قطعات با ظرافت بالا نظیر پره های توربین و سیستمهای چرخشی و آببندی در اکثر بخشهای توربینها بکار میروند. نکته بسیار مهم در مورد توربینها این است که معمولا از این تجهیزات به صورت تمام وقت در خط تولید استفاده میشود و کوچکترین خرابی منجر به توقف و تعمیر و نگهداری هزینههای فراوانی را ایجاد مینماید. از این رو عایقی که استفاده میشود علاوه بر آببندی کامل حرارتی میبایست عمر مفید بالا و امکان باز و بست سریع را در حین کار داشته باشد.
استفاده از بالشتکهای نسوز برای عایقکاری توربین از ابتکارات شرکت زیمنس بود که امروزه به جزء جداییناپذیر محصولات تولیدی این شرکت تبدیل شده و توربینهای زیمنس به همراه عایق بالشتکی نسوز به مشتریان تحویل میگردد. مهمترین شاخصه این نوع عایقها انعطافپذیری، شکلپذیری (قابلیت دوخت به انواع اشکال) و استفاده از متریال پارچهای نسوز باکیفیت است.
به طور کلی ساختار عایق ژاکتی حرارتی از بخشهای زیر تشکیل شده است:
لایه رویی : پارچه نسوز پوششدار
لایه عایق: الیافهای نسوز
لایه زیرین: پارچه نسوز
انتخاب نوع متریال و ضخامت عایق تابعی از دمای بدنه، نوع سیال و میزان بازدیدهای دورهای تکنیسین های مربوطه است. به اختصار فرآیند طراحی و تولید عایق توربین با استفاده از بالشتکهای نسوز شامل مراحل زیر است:
- نقشهبرداری از بدنه توربین
- تهیه نقشه ایزومتریک بدنه
- پیادهسازی الگوهای دوخت
- تولید نمونه اولیه و برازش بر روی توربین
- ساخت نهایی بالشتکهای نسوز
- نصب بر روی توربین با استفاده از اتصالات
- ترموگرافی بدنه جهت شناسایی نقاط احتمالی نشت حرارتی و سنجش دمای نهایی روی عایق
بالشتک های نسوز به عنوان جاذب صدا در گزوز توربینهای گازی بزرگ
خروج گازهای داغ حاصل از احتراق در خروجی توربین علاوه بر دمای بالا صدای بسیار بلندی تولید مینماید که نوعی از آلودگی زیست محیطی را ایجاد مینماید و برای سلامت پرسنل نیروگاهی مخاطره ایجاد مینماید. در خروجی اگزوز توربین تجهیزی به نام سایلنسر به صورت اتاقکی نصب میشود که وظیفه آن کاهش صدای توربین تا حد مناسب و ایمن است.
این قطعه شامل اتاقکی دارای چند دیواره موازی است که بالشتکهای نسوز سایلنسر به منظور جذب امواج صوتی به صورت چند لایه در فریمهای فلزی تعبیه شده است.. این بالشتک علاوه بر تحمل دمای بالا میبایست از متریال مناسب ساخته شود این بالشتکهای نسوز باید در دمای بالاتر از 500 درجه سانتیگراد توربین که به صورت بی وقفه اعمال میشود و همچنین در برابر لرزش مداوم، مقاومت فیزیکی و مکانیکی لازم را داشته باشد. انتخاب متریال اشتباه و ضخامت نامناسب در زمان بسیار کوتاهی منجر به تخریب بالشتک شده و نیاز به تعمیرات و جایگزینی دارد.
وضعیت عایقکاری توربین در ایران
توربین های حرارتی را دو دسته بندی کلی میتوان طبقهبندی نمود
توربینهای نیروگاهی: محل استفاده در نیروگاههای تولید برق
توربین های صنعتی: محل استفاده در صنایع پالایشگاهی، پتروشیمی و صنایع بزرگ فلزی و …
بیش از 80 درصد برق کشور از طریق نیروگاههای گازی، سیکل ترکیبی و بخار تولید میشوند که اکثرا از توربینهای بزرگ مقیاس نظیر سری V94.2 با ظرفیت نزدیک به 1000 مگاوات استفاده میشود. این توربینها به صورت پیشفرض میبایست با بالشتکهای نسوز پوشانده شود. عایقکاری هر توربین بزرگ شامل بیش از 600 قطعه بالشتک نسوز است. با توجه به تعداد زیاد توربینهای صنعتی کوچک مقیاس که معمولا ظرفیتی کمتر از 20 مگاوات را ارائه میدهند و در صنایع مختلف نصب شدهاند، عایقکاری متنوع و بعضا غیرکارآمدی مشاهده میشود. بخش قابل توجهی از این توربینها با پارچههای نسوز و الیاف به صورت ابتدایی عایقبندی شده که حداقل کارایی را دارا هستند و مابقی نیز متاسفانه بدون عایق در حال فعالیت هستند که با چالش شدید بهرهوری انرژی و ایمنی مواجه هستند.
خوشبختانه برخی از صنایع در چند سال اخیر همگام با توسعه شرکتهای فناور و متخصص در حوزه تولید عایق توربین، به استفاده از بالشتکهای نسوز روی آوردهاند. مزایای قابل توجه این روش منجر شده که موج این تغییرات به اکثر صنایع پتروشیمی و پالایشگاهی سرایت کرده و امیدوار هستیم که در آیندهای نزدیک این روش عایق کاری به جزء لاینفک نگهداری ماشینآلات دوار در این صنایع تبدیل شود. درصورتی که با دمای بالای توربین سروکار دارید و با معضلات عایقهای قدیمی چالش دارید، کارشناسان متخصص شرکت نسوزگستران فرآذر به عنوان تولیدکننده اختصاصی عایقهای بالشتکی توربین، همکار شما خواهند بود.