磁浮軸承推動能源走進“氫”時代

SKF主動式磁浮軸承在當今能源轉(zhuǎn)型及其優(yōu)化進程中發(fā)揮著重要作用，這種軸承正在探索如何推動未來更清潔和更可持續(xù)的新技術(shù)發(fā)展。

隨著全球能源結(jié)構(gòu)從化石燃料過渡到零碳替代燃料，磁浮軸承在推進能源革命的新興技術(shù)中開辟了新的應(yīng)用，未來一個重要的增長領(lǐng)域便是氫氣生產(chǎn)和輸送。

如今，氫氣主要產(chǎn)自化石燃料，但也可以通過電解水來獲得。如果電解過程中使用的電力來自可再生能源，由此獲得的“綠色”氫氣便是一種零碳清潔能源。在許多應(yīng)用場合中，氫氣相對于其他能源載體具有潛在的優(yōu)勢，其能量密度相對較高，成為船舶、飛機和重型卡車合適的動力燃料。

此外，作為一種清潔能源，氫氣燃燒能產(chǎn)生煉鋼和其他工業(yè)和化學(xué)工藝所需的極高溫度。氫氣是合成液體燃料的關(guān)鍵原料，而低碳合成液體燃料能夠取代化石燃料。

氫氣需要進行液化以便運輸和儲存，而磁浮軸承在此方面能夠大顯身手，將其在碳氫化合物應(yīng)用場合具有的全部優(yōu)勢發(fā)揮出來。高效、可靠的透平機械將是多種綠色氫氣生產(chǎn)模式中的關(guān)鍵設(shè)備，包括在中東或澳大利亞等沙漠地區(qū)利用大型太陽能光場制氫，以及風(fēng)電制氫等。

未來增長可期

碳捕獲、利用與封存（CCUS）是磁浮軸承的另一個潛在增長領(lǐng)域。這套技術(shù)用于在源頭收集二氧化碳，并將其封存在一個合適的地點，從而防止溫室氣體排放到大氣中。廢棄的油氣田便是合適的封存場所。與制氫技術(shù)一樣，許多碳捕獲、利用與封存技術(shù)將依賴高效的大型壓縮機。

“藍色”氫氣技術(shù)是另一個正在蓬勃發(fā)展的領(lǐng)域。這種技術(shù)將傳統(tǒng)的氫氣生產(chǎn)與碳捕獲、利用與封存技術(shù)相結(jié)合，創(chuàng)造出一種可持續(xù)地使用傳統(tǒng)化石燃料的新方法，同時從源頭上減輕其對氣候變化的影響。藍色氫氣行業(yè)將需要大量高效的透平機械來處理輸入的氣體、排出的氫氣和二氧化碳。

從傳統(tǒng)化石燃料向低碳和零碳替代燃料的轉(zhuǎn)型是過去一個世紀里全球能源系統(tǒng)顯著的變化。能源轉(zhuǎn)型不僅需要能源生產(chǎn)商、能源消費者和整個社會做出根本性的改變，還需要大量無污染、高效的旋轉(zhuǎn)設(shè)備。磁浮軸承作為一種成熟、可靠且穩(wěn)健的解決方案，能夠幫助設(shè)備制造商應(yīng)對如今面臨的一些關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)。

海底天然氣壓縮機是當今全球能源系統(tǒng)中一個非常重要，但又不為人所知的設(shè)備，它能夠增加現(xiàn)有海底氣田的天然氣產(chǎn)量。這種強大的設(shè)備安裝在數(shù)百米深的海底，通過管道將天然氣從海底氣田抽送到陸上接收站。壓縮機必須一年365天、一天24小時不間斷地運行，幾乎沒有機會進行檢查、維護或修理。

許多海底氣田的壓力正在降低，面臨枯竭。在鉆井平臺和海底應(yīng)用場合使用磁浮軸承，可以減少建造和運行過程對環(huán)境的影響。額外增加的氣體產(chǎn)量將有助于更平穩(wěn)地實現(xiàn)清潔能源轉(zhuǎn)型。

在這種極端條件下運行的設(shè)備需要高度專業(yè)化的工程技術(shù)。軸承是海底壓縮機關(guān)鍵的部件之一。設(shè)備制造商需要一種能夠在重載和高速下運行、具有數(shù)十年使用壽命、并且在安裝后無需調(diào)整或潤滑即可運行的軸承。

位于挪威的Åsgard海底壓縮機組。

頗具吸引力的選擇

對于世界上許多主要的海上設(shè)備生產(chǎn)商來說，SKF的主動式磁浮軸承技術(shù)是此類應(yīng)用場合的理想解決方案。

磁浮軸承的結(jié)構(gòu)與電動機有些類似。 

磁浮軸承的結(jié)構(gòu)與電動機有些類似。軸承座上裝有一個含多個銅線圈繞組的定子。在工作過程中，電流通過各個線圈形成磁場，對安裝在機器軸上的轉(zhuǎn)子施加磁拉力，使其保持懸浮，不與定子進行接觸。

當軸旋轉(zhuǎn)時，專有的位置傳感器跟蹤其精確位置，高速信號處理系統(tǒng)不斷調(diào)整流向定子線圈的電流，使轉(zhuǎn)子軸在軸承內(nèi)保持懸浮，與定子之間的間隙為0.15至0.5毫米，具體大小取決于應(yīng)用場合。

由于軸承的旋轉(zhuǎn)部件和靜止部件之間不存在接觸，磁浮軸承不會受到機械磨損，不需要潤滑系統(tǒng)。這些是實現(xiàn)免維護和延長使用壽命的關(guān)鍵。

自2015年以來，SKF主動式磁浮軸承一直在海底應(yīng)用場合持續(xù)運行，其標準設(shè)計壽命超過30年。一些20世紀80年代制造的透平機械中安裝的磁浮軸承至今仍在使用。

清潔、可靠的解決方案

磁浮軸承除了使用壽命長之外，還有許多其他優(yōu)點。不需要潤滑，避免了因潤滑劑泄漏造成對工藝介質(zhì)和環(huán)境污染的風(fēng)險。此外，磁浮軸承可以在極低或極高的溫度下運行，無需使用復(fù)雜的加熱或冷卻系統(tǒng)來保證潤滑性能。

這可以節(jié)省大量的能源。以石化工藝中使用的6兆瓦透平膨脹機為例，為了使加熱器、冷卻系統(tǒng)和潤滑油泵運行，傳統(tǒng)軸承需要消耗50至100千瓦功率。制造商改用配備SKF主動式磁浮軸承的透平膨脹機后，能耗降至傳統(tǒng)的動壓油膜滑動軸承的十分之一以下。

磁浮軸承中的主動控制系統(tǒng)還可以自動補償設(shè)備運行中的附加動壓或不平衡力。軸承控制系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)如同一個內(nèi)置的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，為操作人員提供有價值的振動信息，用來診斷問題或預(yù)測潛在故障。

如今，磁浮軸承應(yīng)用于多個行業(yè)中，在需要無污染、靜音和長期可靠性運行的應(yīng)用場合大有用武之地。小型磁浮軸承的常見應(yīng)用場合包括用于半導(dǎo)體制造的高性能微型分子真空泵、冷水機組應(yīng)用和中子斬波器。

在能源領(lǐng)域大顯身手

在過去10年里，能源領(lǐng)域已成為大型磁浮軸承重要的市場。需求增長很大程度受石油和天然氣市場的發(fā)展所拉動，尤其是海底天然氣開采進入更深的水域和越來越偏遠的地點。

一系列陸上能源應(yīng)用場合也正在采用磁浮軸承技術(shù)。

近年來，液化天然氣為能源市場帶來了徹底的改變，這是因為液化天然氣運載船將生產(chǎn)商和因距離遙遠無法通過管道輸送天然氣的客戶聯(lián)系了起來。磁浮軸承現(xiàn)被廣泛用于避免天然氣燃燒，采用先進的蒸發(fā)系統(tǒng)優(yōu)化液化天然氣運輸?shù)脑O(shè)備中，這種磁浮軸承系統(tǒng)配備了高速電機。SKF高速電機的轉(zhuǎn)速可達60,000r/min，功率可達1兆瓦。

磁浮軸承也應(yīng)用于透平膨脹機中，以提高能源效率，以及在烴加工應(yīng)用場合、氫氣、空氣分離等其他氣體處理和石油化工應(yīng)用場合，程度地提高生產(chǎn)率。

來源：演進Evolution

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