توربينات بخارية ذات درجة حرارة وضغط عاليين

توربينات بخارية ذات درجة حرارة وضغط عاليين (HTHP)

يشير مصطلح التوربين البخاري عالي الحرارة والضغط إلى وحدة طاقة بخارية تعمل ضمن نطاق ضغط بخار رئيسي عالٍ، وهو يمثل فئة حرجة ضمن التوربينات البخارية الصناعية ومعدات توليد الطاقة.

1. الخصائص الهيكلية: تستخدم توربينات البخار ذات الضغط والحرارة العاليين عادةً تصميمًا مزدوج الغلاف، يتألف من غلاف خارجي مقسم أفقيًا وغلاف داخلي مقسم رأسيًا. يُحسّن هذا التصميم توزيع الإجهاد الحراري ويقلل من مخاطر تسرب البخار. تُركّب دعامات المحامل بشكل منفصل عن الأساس، مما يُسهّل إدارة التمدد الحراري. غالبًا ما يستخدم الغلاف الداخلي هيكلًا أسطوانيًا، مما يحقق محاذاة دقيقة عبر عروات الدعم ودبابيس التثبيت. تُدمج مناطق توازن الضغط لموازنة القوى الرأسية، وبالتالي تعزيز استقرار التشغيل.

2. مبدأ العمل والتصنيف: تعمل التوربينات البخارية على مبدأ تمدد البخار لتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية. يمكن تصنيف التوربينات البخارية عالية الضغط، وفقًا لمبدأ عملها، إلى نوعين: توربينات الدفع وتوربينات رد الفعل، ويتم التمييز بينهما بناءً على درجة تمدد البخار داخل الشفرات الثابتة والمتحركة. وبناءً على معايير البخار، تُشكل التوربينات عالية الضغط، إلى جانب التوربينات منخفضة الضغط وأنواع أخرى، نظامًا متدرجًا.

3. مجالات التطبيق: تُستخدم توربينات البخار عالية الضغط على نطاق واسع في محطات الطاقة الحرارية، والعمليات الكيميائية واسعة النطاق (مثل تشغيل الضواغط في مصانع إنتاج الأمونيا)، والتعدين، وأنظمة الدفع البحرية. وتجعلها خصائصها عالية الضغط مناسبة للتطبيقات التي تتطلب كثافة طاقة عالية وكفاءة عالية في تحويل الطاقة.

4. التطور التكنولوجي: تتطور توربينات البخار الحديثة عالية الضغط نحو معايير أعلى وقدرات أكبر، مثل الوحدات دون الحرجة وفوق الحرجة، لتحسين الكفاءة الحرارية وخفض التكلفة الإجمالية للكهرباء. ومن الناحية الهيكلية، تُعتمد تصاميم مثل الأغلفة المدمجة عالية ومتوسطة الضغط والدوارات المصنعة من قطعة واحدة بشكل شائع لتعزيز الموثوقية وفعالية التكلفة.

معايير كفاءة دورة التوربينات البخارية ذات الضغط والحرارة العاليين

تُشير كفاءة دورة التوربينات البخارية ذات الضغط والحرارة العاليين إلى نسبة القدرة الناتجة لكل وحدة وقود إلى القيمة الحرارية لتلك الوحدة. وتتميز هذه التوربينات بكفاءة دورة عالية، ويعود ذلك أساسًا إلى العوامل التالية:

1. يسمح التوربين بدخول البخار ذي درجة الحرارة العالية والضغط العالي مباشرة إلى التوربين، مما يقلل من العمل المطلوب داخل الغلاية وبالتالي يقلل من الخسائر الحرارية.

2. التصميم الأمثل لشفرات التوربينات والفوهات يقلل من خسائر تبديد الحرارة.

3. في ظل ظروف درجات الحرارة العالية والضغط العالي، يخضع البخار لتمدد كبير عبر مراحل التوربين، مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة بشكل أكثر اكتمالاً.

4. تصميم نظام التوربينات العقلاني وتحسين الدورة الديناميكية الحرارية يعززان كفاءة استخدام الطاقة الحرارية.

التوربين البخاري عالي الضغط هو محرك رئيسي دوار يستخدم البخار عالي الحرارة والضغط كسائل تشغيل. وتتمثل وظيفته الأساسية في التحويل الفعال للطاقة الحرارية للبخار إلى طاقة ميكانيكية. ويُستخدم على نطاق واسع في توليد الطاقة، والمحركات الصناعية، واستعادة الطاقة.

في مجال توليد الطاقة: تُعدّ التوربينات البخارية عالية الضغط مكونًا أساسيًا في محطات الطاقة الحرارية أو النووية، حيث تُشغّل المولدات الكهربائية. وتتميز هذه التوربينات بقدرة إنتاجية عالية وكفاءة عالية، مما يجعلها مناسبة لمحطات الطاقة الأساسية الكبيرة أو أنظمة التوليد المشترك للحرارة والطاقة.

في العمليات الصناعية: تُستخدم هذه المحركات لتشغيل الآلات الكبيرة مباشرةً، مثل الضواغط والمضخات والمراوح، لا سيما في صناعات البتروكيماويات والأسمدة والمعادن. كما توفر طاقة مستقرة للمعدات ذات الأحمال العالية، ويمكنها تلبية متطلبات تسخين العمليات من خلال استخلاص البخار أو إعادة تدويره، مما يتيح الاستفادة المتسلسلة من الطاقة.

المزايا التقنية: بفضل تصميمات المعايير المتقدمة، مثل دورات الضغط العالي للغاية والدورات فوق الحرجة، يمكن لتوربينات البخار عالية الضغط تحقيق كفاءة حرارية تتجاوز 40%، مع تجاوز بعض أنظمة الدورة المركبة 50%، مما يساهم في خفض استهلاك الطاقة والانبعاثات. كما توفر آلية الدوران عمرًا تشغيليًا طويلًا وفترات صيانة مستقرة.

دعم النظام المساعد: توفر مضخات الزيت عالية الضغط التشحيم، وتتحكم في ضغط الزيت، وتتيح وظائف الإغلاق في حالات الطوارئ، مما يضمن التشغيل الآمن والموثوق.