شرکت گروه فناوری هانگژو نوژو، با مسئولیت محدود

دستگاه‌های انبساطی می‌توانند از کاهش فشار برای به حرکت درآوردن ماشین‌های دوار استفاده کنند. اطلاعات مربوط به نحوه ارزیابی مزایای بالقوه نصب یک دستگاه انبساطی را می‌توانید اینجا بیابید.
معمولاً در صنعت فرآیندهای شیمیایی (CPI)، «مقدار زیادی انرژی در شیرهای کنترل فشار که در آنها مایعات پرفشار باید فشارشان کاهش یابد، هدر می‌رود» [1]. بسته به عوامل فنی و اقتصادی مختلف، ممکن است تبدیل این انرژی به انرژی مکانیکی چرخشی مطلوب باشد که می‌تواند برای به حرکت درآوردن ژنراتورها یا سایر ماشین‌های دوار استفاده شود. برای مایعات تراکم‌ناپذیر (مایعات)، این کار با استفاده از یک توربین بازیابی انرژی هیدرولیکی (HPRT) انجام می‌شود؛ به مرجع 1 مراجعه کنید. برای مایعات تراکم‌پذیر (گازها)، یک منبسط‌کننده دستگاه مناسبی است.
منبسط‌کننده‌ها یک فناوری بالغ با کاربردهای موفق بسیاری مانند کراکینگ کاتالیزوری سیال (FCC)، تبرید، شیرهای گاز طبیعی شهری، جداسازی هوا یا گازهای خروجی اگزوز هستند. در اصل، هر جریان گازی با فشار کاهش‌یافته می‌تواند برای راه‌اندازی یک منبسط‌کننده استفاده شود، اما «انرژی خروجی مستقیماً با نسبت فشار، دما و سرعت جریان گاز متناسب است» [2]، و همچنین امکان‌سنجی فنی و اقتصادی. پیاده‌سازی منبسط‌کننده: این فرآیند به این عوامل و عوامل دیگر، مانند قیمت انرژی محلی و در دسترس بودن تجهیزات مناسب توسط سازنده، بستگی دارد.
اگرچه توربواکسپندر (با عملکردی مشابه توربین) شناخته‌شده‌ترین نوع اکسپندر است (شکل 1)، انواع دیگری نیز برای شرایط مختلف فرآیند مناسب هستند. این مقاله انواع اصلی اکسپندرها و اجزای آنها را معرفی می‌کند و خلاصه می‌کند که چگونه مدیران عملیات، مشاوران یا حسابرسان انرژی در بخش‌های مختلف CPI می‌توانند مزایای بالقوه اقتصادی و زیست‌محیطی نصب یک اکسپندر را ارزیابی کنند.
انواع مختلفی از نوارهای مقاومتی وجود دارد که از نظر هندسه و عملکرد بسیار متفاوت هستند. انواع اصلی در شکل 2 نشان داده شده است و هر نوع به طور خلاصه در زیر توضیح داده شده است. برای اطلاعات بیشتر و همچنین نمودارهایی که وضعیت عملکرد هر نوع را بر اساس قطرهای خاص و سرعت‌های خاص مقایسه می‌کنند، به راهنما مراجعه کنید. 3.
توربواکسپندر پیستونی. توربواکسپندرهای پیستونی و دوار مانند یک موتور احتراق داخلی با چرخش معکوس عمل می‌کنند، گاز پرفشار را جذب کرده و انرژی ذخیره شده آن را از طریق میل لنگ به انرژی چرخشی تبدیل می‌کنند.
منبسط کننده توربو را بکشید. منبسط کننده توربین ترمزی از یک محفظه جریان متحدالمرکز با پره‌های سطلی متصل به حاشیه عنصر چرخان تشکیل شده است. آنها به همان روش چرخ‌های آبی طراحی شده‌اند، اما سطح مقطع محفظه‌های متحدالمرکز از ورودی به خروجی افزایش می‌یابد و به گاز اجازه انبساط می‌دهد.
توربواکسپندر شعاعی. توربواکسپندرهای جریان شعاعی دارای یک ورودی محوری و یک خروجی شعاعی هستند که به گاز اجازه می‌دهند به صورت شعاعی از طریق پروانه توربین منبسط شود. به طور مشابه، توربین‌های جریان محوری، گاز را از طریق چرخ توربین منبسط می‌کنند، اما جهت جریان موازی با محور چرخش باقی می‌ماند.
این مقاله بر روی توربواکسپندرهای شعاعی و محوری تمرکز دارد و زیرگروه‌های مختلف، اجزا و جنبه‌های اقتصادی آنها را مورد بحث قرار می‌دهد.
یک توربواکسپندر انرژی را از جریان گاز پرفشار استخراج کرده و آن را به یک بار محرک تبدیل می‌کند. معمولاً این بار یک کمپرسور یا ژنراتور متصل به یک شفت است. یک توربواکسپندر با یک کمپرسور، سیال را در سایر بخش‌های جریان فرآیند که به سیال فشرده نیاز دارند، فشرده می‌کند و در نتیجه با استفاده از انرژی‌ای که در غیر این صورت هدر می‌رود، راندمان کلی کارخانه را افزایش می‌دهد. یک توربواکسپندر با یک بار ژنراتور، انرژی را به برق تبدیل می‌کند که می‌تواند در سایر فرآیندهای کارخانه مورد استفاده قرار گیرد یا برای فروش به شبکه محلی بازگردانده شود.
ژنراتورهای توربواکسپندر می‌توانند به یک شفت محرک مستقیم از چرخ توربین به ژنراتور یا از طریق یک گیربکس که به طور موثر سرعت ورودی از چرخ توربین به ژنراتور را از طریق نسبت دنده کاهش می‌دهد، مجهز شوند. توربواکسپندرهای محرک مستقیم مزایایی در راندمان، فضای اشغال شده و هزینه‌های نگهداری ارائه می‌دهند. توربواکسپندرهای گیربکسی سنگین‌تر هستند و به فضای اشغال شده بزرگتر، تجهیزات کمکی روغن‌کاری و نگهداری منظم نیاز دارند.
توربواکسپندرهای جریان-گذر می‌توانند به شکل توربین‌های شعاعی یا محوری ساخته شوند. اکسپندرهای جریان شعاعی حاوی یک ورودی محوری و یک خروجی شعاعی هستند به طوری که جریان گاز از توربین به صورت شعاعی از محور چرخش خارج می‌شود. توربین‌های محوری اجازه می‌دهند گاز به صورت محوری در امتداد محور چرخش جریان یابد. توربین‌های جریان محوری انرژی را از جریان گاز از طریق پره‌های راهنمای ورودی به چرخ اکسپندر استخراج می‌کنند، در حالی که سطح مقطع محفظه انبساط به تدریج افزایش می‌یابد تا سرعت ثابتی حفظ شود.
یک ژنراتور توربواکسپندر از سه جزء اصلی تشکیل شده است: یک چرخ توربین، یاتاقان‌های مخصوص و یک ژنراتور.
چرخ توربین. چرخ‌های توربین اغلب به طور خاص برای بهینه‌سازی راندمان آیرودینامیکی طراحی می‌شوند. متغیرهای کاربردی که بر طراحی چرخ توربین تأثیر می‌گذارند شامل فشار ورودی/خروجی، دمای ورودی/خروجی، جریان حجمی و خواص سیال هستند. هنگامی که نسبت تراکم خیلی زیاد است که نمی‌توان آن را در یک مرحله کاهش داد، یک توربواکسپندر با چندین چرخ توربین مورد نیاز است. هر دو چرخ توربین شعاعی و محوری را می‌توان به صورت چند مرحله‌ای طراحی کرد، اما چرخ‌های توربین محوری طول محوری بسیار کوتاه‌تری دارند و بنابراین فشرده‌تر هستند. توربین‌های جریان شعاعی چند مرحله‌ای نیاز به جریان گاز از محوری به شعاعی و برگشت به محوری دارند که باعث ایجاد تلفات اصطکاکی بیشتری نسبت به توربین‌های جریان محوری می‌شود.
یاتاقان‌ها. طراحی یاتاقان برای عملکرد کارآمد یک توربین انبساطی بسیار مهم است. انواع یاتاقان‌های مرتبط با طرح‌های توربین انبساطی بسیار متنوع هستند و می‌توانند شامل یاتاقان‌های روغنی، یاتاقان‌های لایه مایع، یاتاقان‌های ساچمه‌ای سنتی و یاتاقان‌های مغناطیسی باشند. هر روش مزایا و معایب خاص خود را دارد، همانطور که در جدول 1 نشان داده شده است.
بسیاری از تولیدکنندگان توربین‌های انبساطی، یاتاقان‌های مغناطیسی را به دلیل مزایای منحصر به فردشان به عنوان "یاتاقان مورد نظر" خود انتخاب می‌کنند. یاتاقان‌های مغناطیسی عملکرد بدون اصطکاک اجزای دینامیکی توربین انبساطی را تضمین می‌کنند و هزینه‌های عملیاتی و نگهداری را در طول عمر دستگاه به طور قابل توجهی کاهش می‌دهند. آنها همچنین برای مقاومت در برابر طیف وسیعی از بارهای محوری و شعاعی و شرایط تنش بیش از حد طراحی شده‌اند. هزینه‌های اولیه بالاتر آنها با هزینه‌های چرخه عمر بسیار پایین‌تر جبران می‌شود.
دینام. ژنراتور انرژی چرخشی توربین را می‌گیرد و با استفاده از یک ژنراتور الکترومغناطیسی (که می‌تواند یک ژنراتور القایی یا یک ژنراتور آهنربای دائمی باشد) آن را به انرژی الکتریکی مفید تبدیل می‌کند. ژنراتورهای القایی سرعت نامی پایین‌تری دارند، بنابراین کاربردهای توربین با سرعت بالا نیاز به گیربکس دارند، اما می‌توانند طوری طراحی شوند که با فرکانس شبکه مطابقت داشته باشند و نیاز به یک درایو فرکانس متغیر (VFD) برای تأمین برق تولید شده را از بین ببرند. از سوی دیگر، ژنراتورهای آهنربای دائمی می‌توانند مستقیماً با شفت به توربین کوپل شوند و از طریق یک درایو فرکانس متغیر، توان را به شبکه منتقل کنند. ژنراتور به گونه‌ای طراحی شده است که حداکثر توان را بر اساس توان شفت موجود در سیستم ارائه دهد.
آب‌بندها. آب‌بند همچنین یک جزء حیاتی در طراحی سیستم توربواکسپندر است. برای حفظ راندمان بالا و رعایت استانداردهای زیست‌محیطی، سیستم‌ها باید آب‌بندی شوند تا از نشت احتمالی گاز فرآیند جلوگیری شود. توربواکسپندرها را می‌توان به آب‌بندهای دینامیکی یا استاتیکی مجهز کرد. آب‌بندهای دینامیکی، مانند آب‌بندهای لابیرنتی و آب‌بندهای گاز خشک، یک آب‌بند در اطراف شفت چرخان، معمولاً بین چرخ توربین، یاتاقان‌ها و بقیه دستگاه که ژنراتور در آن قرار دارد، ایجاد می‌کنند. آب‌بندهای دینامیکی به مرور زمان فرسوده می‌شوند و نیاز به نگهداری و بازرسی منظم برای اطمینان از عملکرد صحیح آنها دارند. هنگامی که همه اجزای توربواکسپندر در یک محفظه واحد قرار دارند، می‌توان از آب‌بندهای استاتیک برای محافظت از هرگونه اتصال خروجی از محفظه، از جمله به ژنراتور، درایوهای یاتاقان مغناطیسی یا حسگرها، استفاده کرد. این آب‌بندهای هوابند، محافظت دائمی در برابر نشت گاز ایجاد می‌کنند و نیازی به نگهداری یا تعمیر ندارند.
از نقطه نظر فرآیندی، الزام اصلی برای نصب یک منبسط‌کننده، تأمین گاز فشرده (غیرقابل میعان) با فشار بالا به یک سیستم کم‌فشار با جریان، افت فشار و بهره‌وری کافی برای حفظ عملکرد عادی تجهیزات است. پارامترهای عملیاتی در سطح ایمن و کارآمد حفظ می‌شوند.
از نظر عملکرد کاهش فشار، می‌توان از منبسط‌کننده برای جایگزینی شیر ژول-تامسون (JT) که به شیر دریچه گاز نیز معروف است، استفاده کرد. از آنجایی که شیر JT در یک مسیر آیزنتروپیک حرکت می‌کند و منبسط‌کننده در یک مسیر تقریباً آیزنتروپیک حرکت می‌کند، دومی آنتالپی گاز را کاهش داده و اختلاف آنتالپی را به توان شفت تبدیل می‌کند و در نتیجه دمای خروجی کمتری نسبت به شیر JT تولید می‌کند. این امر در فرآیندهای کرایوژنیک که هدف کاهش دمای گاز است، مفید است.
اگر حد پایین‌تری برای دمای گاز خروجی وجود داشته باشد (برای مثال، در یک ایستگاه کاهش فشار که دمای گاز باید بالاتر از انجماد، هیدراتاسیون یا حداقل دمای طراحی مواد حفظ شود)، حداقل یک گرمکن باید اضافه شود. دمای گاز را کنترل کنید. هنگامی که پیش‌گرمکن در بالادست منبسط‌کننده قرار دارد، مقداری از انرژی گاز خوراک نیز در منبسط‌کننده بازیابی می‌شود و در نتیجه توان خروجی آن افزایش می‌یابد. در برخی پیکربندی‌ها که کنترل دمای خروجی مورد نیاز است، می‌توان یک گرمکن دوم را پس از منبسط‌کننده نصب کرد تا کنترل سریع‌تری فراهم شود.
در شکل ۳، نمودار ساده‌شده‌ای از نمودار جریان کلی یک ژنراتور اکسپندر با پیش‌گرمکن مورد استفاده برای جایگزینی شیر JT نشان داده شده است.
در سایر پیکربندی‌های فرآیند، انرژی بازیابی شده در منبسط‌کننده می‌تواند مستقیماً به کمپرسور منتقل شود. این ماشین‌ها که گاهی اوقات "فرمانده" نامیده می‌شوند، معمولاً دارای مراحل انبساط و تراکم هستند که توسط یک یا چند شفت به هم متصل شده‌اند، که ممکن است شامل یک گیربکس برای تنظیم اختلاف سرعت بین دو مرحله نیز باشد. همچنین می‌تواند شامل یک موتور اضافی برای تأمین قدرت بیشتر برای مرحله تراکم باشد.
در زیر برخی از مهمترین اجزایی که عملکرد صحیح و پایداری سیستم را تضمین می‌کنند، آورده شده است.
شیر بای‌پس یا شیر کاهنده فشار. شیر بای‌پس امکان ادامه کار را در زمانی که توربواکسپندر کار نمی‌کند (مثلاً برای تعمیر و نگهداری یا مواقع اضطراری) فراهم می‌کند، در حالی که شیر کاهنده فشار برای کارکرد مداوم و تأمین گاز اضافی در زمانی که کل جریان از ظرفیت طراحی اکسپندر فراتر می‌رود، استفاده می‌شود.
شیر قطع اضطراری (ESD). شیرهای ESD برای مسدود کردن جریان گاز به داخل منبسط کننده در مواقع اضطراری و برای جلوگیری از آسیب مکانیکی استفاده می‌شوند.
ابزار و کنترل‌ها. متغیرهای مهم برای نظارت شامل فشار ورودی و خروجی، سرعت جریان، سرعت چرخش و توان خروجی هستند.
رانندگی با سرعت بیش از حد. این دستگاه جریان ورودی به توربین را قطع می‌کند و باعث کاهش سرعت روتور توربین می‌شود و در نتیجه از تجهیزات در برابر سرعت‌های بیش از حد ناشی از شرایط فرآیندی غیرمنتظره که می‌تواند به تجهیزات آسیب برساند، محافظت می‌کند.
شیر اطمینان فشار (PSV). PSVها اغلب پس از یک توربین انبساطی نصب می‌شوند تا از خطوط لوله و تجهیزات کم‌فشار محافظت کنند. PSV باید طوری طراحی شود که در برابر شدیدترین حوادث، که معمولاً شامل باز نشدن شیر بای‌پس می‌شود، مقاومت کند. اگر یک انبساط‌دهنده به یک ایستگاه تقلیل فشار موجود اضافه شود، تیم طراحی فرآیند باید تعیین کند که آیا PSV موجود محافظت کافی را ارائه می‌دهد یا خیر.
گرمکن. گرمکن‌ها افت دمای ناشی از عبور گاز از توربین را جبران می‌کنند، بنابراین گاز باید پیش‌گرم شود. وظیفه اصلی آن افزایش دمای جریان گاز در حال افزایش است تا دمای گاز خروجی از منبسط‌کننده بالاتر از حداقل مقدار حفظ شود. یکی دیگر از مزایای افزایش دما، افزایش توان خروجی و همچنین جلوگیری از خوردگی، میعان یا هیدرات‌هایی است که می‌توانند بر نازل‌های تجهیزات تأثیر منفی بگذارند. در سیستم‌های حاوی مبدل‌های حرارتی (مطابق شکل 3)، دمای گاز معمولاً با تنظیم جریان مایع گرم شده به پیش‌گرمکن کنترل می‌شود. در برخی از طرح‌ها، می‌توان از یک گرمکن شعله یا گرمکن برقی به جای مبدل حرارتی استفاده کرد. گرمکن‌ها ممکن است از قبل در یک ایستگاه شیر JT موجود وجود داشته باشند و اضافه کردن یک منبسط‌کننده ممکن است نیازی به نصب گرمکن‌های اضافی نداشته باشد، بلکه نیاز به افزایش جریان سیال گرم شده داشته باشد.
سیستم‌های روغن روان‌کننده و گاز آب‌بندی. همانطور که در بالا ذکر شد، منبسط‌کننده‌ها می‌توانند از طرح‌های مختلف آب‌بندی استفاده کنند که ممکن است به روان‌کننده‌ها و گازهای آب‌بندی نیاز داشته باشند. در صورت لزوم، روغن روان‌کننده باید هنگام تماس با گازهای فرآیندی، کیفیت و خلوص بالایی را حفظ کند و سطح ویسکوزیته روغن باید در محدوده عملیاتی مورد نیاز یاتاقان‌های روانکاری شده باقی بماند. سیستم‌های گاز آب‌بندی شده معمولاً به یک دستگاه روانکاری روغن مجهز هستند تا از ورود روغن از جعبه یاتاقان به جعبه انبساط جلوگیری کنند. برای کاربردهای خاص فشرده‌کننده‌های مورد استفاده در صنعت هیدروکربن، سیستم‌های روغن روان‌کننده و گاز آب‌بندی معمولاً مطابق با مشخصات API 617 [5] Part 4 طراحی می‌شوند.
درایو فرکانس متغیر (VFD). هنگامی که ژنراتور القایی است، یک VFD معمولاً روشن می‌شود تا سیگنال جریان متناوب (AC) را برای مطابقت با فرکانس برق شهری تنظیم کند. معمولاً طرح‌های مبتنی بر درایوهای فرکانس متغیر، راندمان کلی بالاتری نسبت به طرح‌هایی دارند که از گیربکس یا سایر اجزای مکانیکی استفاده می‌کنند. سیستم‌های مبتنی بر VFD همچنین می‌توانند طیف وسیع‌تری از تغییرات فرآیند را که می‌تواند منجر به تغییر در سرعت شفت اکسپندر شود، در خود جای دهند.
انتقال قدرت. برخی از طرح‌های اکسپندر از یک گیربکس برای کاهش سرعت اکسپندر به سرعت نامی ژنراتور استفاده می‌کنند. هزینه استفاده از گیربکس، راندمان کلی پایین‌تر و در نتیجه توان خروجی پایین‌تر است.
هنگام تهیه درخواست استعلام قیمت (RFQ) برای یک دستگاه انبساط‌دهنده، مهندس فرآیند ابتدا باید شرایط عملیاتی، از جمله اطلاعات زیر را تعیین کند:
مهندسان مکانیک اغلب مشخصات و مشخصات ژنراتور اکسپندر را با استفاده از داده‌های سایر رشته‌های مهندسی تکمیل می‌کنند. این ورودی‌ها ممکن است شامل موارد زیر باشد:
مشخصات همچنین باید شامل فهرستی از اسناد و نقشه‌های ارائه شده توسط سازنده به عنوان بخشی از فرآیند مناقصه و محدوده تأمین، و همچنین رویه‌های آزمایش قابل اجرا طبق الزامات پروژه باشد.
اطلاعات فنی ارائه شده توسط سازنده به عنوان بخشی از فرآیند مناقصه، عموماً باید شامل عناصر زیر باشد:
اگر هر جنبه‌ای از پیشنهاد با مشخصات اصلی متفاوت باشد، تولیدکننده باید فهرستی از انحرافات و دلایل این انحرافات را نیز ارائه دهد.
پس از دریافت پیشنهاد، تیم توسعه پروژه باید درخواست انطباق را بررسی کرده و مشخص کند که آیا مغایرت‌ها از نظر فنی موجه هستند یا خیر.
سایر ملاحظات فنی که باید هنگام ارزیابی پیشنهادات در نظر گرفته شوند عبارتند از:
در نهایت، باید یک تحلیل اقتصادی انجام شود. از آنجا که گزینه‌های مختلف ممکن است منجر به هزینه‌های اولیه متفاوتی شوند، توصیه می‌شود که یک تحلیل جریان نقدی یا هزینه چرخه عمر برای مقایسه اقتصاد بلندمدت پروژه و بازگشت سرمایه انجام شود. به عنوان مثال، یک سرمایه‌گذاری اولیه بالاتر ممکن است در درازمدت با افزایش بهره‌وری یا کاهش نیازهای تعمیر و نگهداری جبران شود. برای دستورالعمل‌های مربوط به این نوع تحلیل، به «منابع» مراجعه کنید. ۴.
تمام کاربردهای ژنراتور-توربواکسپندر نیاز به محاسبه اولیه توان پتانسیل کل دارند تا مقدار کل انرژی موجود که می‌تواند در یک کاربرد خاص بازیابی شود، تعیین شود. برای یک ژنراتور توربواکسپندر، پتانسیل توان به صورت یک فرآیند ایزنتروپیک (آنتروپی ثابت) محاسبه می‌شود. این وضعیت ترمودینامیکی ایده‌آل برای در نظر گرفتن یک فرآیند آدیاباتیک برگشت‌پذیر بدون اصطکاک است، اما فرآیند صحیحی برای تخمین پتانسیل انرژی واقعی است.
انرژی پتانسیل ایزنتروپیک (IPP) با ضرب اختلاف آنتالپی ویژه در ورودی و خروجی توربین انبساطی و ضرب نتیجه در نرخ جریان جرمی محاسبه می‌شود. این انرژی پتانسیل به صورت یک کمیت ایزنتروپیک بیان می‌شود (معادله (1)):
IPP = ( hinlet – h(i,e)) × ṁ x ŋ (1)
که در آن h(i,e) آنتالپی ویژه با در نظر گرفتن دمای خروجی آیزنتروپیک و ṁ دبی جرمی است.
اگرچه می‌توان از انرژی پتانسیل ایزنتروپیک برای تخمین انرژی پتانسیل استفاده کرد، اما همه سیستم‌های واقعی شامل اصطکاک، گرما و سایر تلفات انرژی جانبی هستند. بنابراین، هنگام محاسبه پتانسیل توان واقعی، داده‌های ورودی اضافی زیر باید در نظر گرفته شوند:
در اکثر کاربردهای توربین انبساطی، دما به حداقل محدود می‌شود تا از مشکلات ناخواسته مانند یخ‌زدگی لوله که قبلاً ذکر شد، جلوگیری شود. در جایی که گاز طبیعی جریان دارد، هیدرات‌ها تقریباً همیشه وجود دارند، به این معنی که اگر دمای خروجی به زیر 0 درجه سانتیگراد برسد، خط لوله پایین‌دست یک توربین انبساطی یا شیر گاز از داخل و خارج یخ می‌زند. تشکیل یخ می‌تواند منجر به محدودیت جریان و در نهایت خاموش شدن سیستم برای یخ‌زدایی شود. بنابراین، از دمای خروجی «مطلوب» برای محاسبه یک سناریوی توان بالقوه واقع‌بینانه‌تر استفاده می‌شود. با این حال، برای گازهایی مانند هیدروژن، حد دما بسیار پایین‌تر است زیرا هیدروژن تا زمانی که به دمای برودتی (-253 درجه سانتیگراد) نرسد، از گاز به مایع تغییر نمی‌کند. از این دمای خروجی مطلوب برای محاسبه آنتالپی ویژه استفاده کنید.
راندمان سیستم توربواکسپندر نیز باید در نظر گرفته شود. بسته به فناوری مورد استفاده، راندمان سیستم می‌تواند به طور قابل توجهی متفاوت باشد. به عنوان مثال، یک توربواکسپندر که از یک چرخ دنده کاهنده برای انتقال انرژی چرخشی از توربین به ژنراتور استفاده می‌کند، نسبت به سیستمی که از نیروی محرکه مستقیم از توربین به ژنراتور استفاده می‌کند، تلفات اصطکاک بیشتری را تجربه خواهد کرد. راندمان کلی یک سیستم توربواکسپندر به صورت درصد بیان می‌شود و هنگام ارزیابی پتانسیل توان واقعی توربواکسپندر در نظر گرفته می‌شود. پتانسیل توان واقعی (PP) به صورت زیر محاسبه می‌شود:
PP = (Hinlet – Hexit) × ṁ x ṅ (2)
بیایید به کاربرد کاهش فشار گاز طبیعی نگاهی بیندازیم. شرکت ABC یک ایستگاه تقلیل فشار را اداره و نگهداری می‌کند که گاز طبیعی را از خط لوله اصلی منتقل کرده و آن را به شهرداری‌های محلی توزیع می‌کند. در این ایستگاه، فشار ورودی گاز ۴۰ بار و فشار خروجی ۸ بار است. دمای گاز ورودی پیش‌گرم شده ۳۵ درجه سانتیگراد است که گاز را برای جلوگیری از یخ‌زدگی خط لوله پیش‌گرم می‌کند. بنابراین، دمای گاز خروجی باید کنترل شود تا به زیر ۰ درجه سانتیگراد نرسد. در این مثال، ما از ۵ درجه سانتیگراد به عنوان حداقل دمای خروجی برای افزایش ضریب ایمنی استفاده خواهیم کرد. دبی حجمی گاز نرمال شده ۵۰۰۰۰ نیوتن متر مکعب در ساعت است. برای محاسبه پتانسیل توان، فرض می‌کنیم که تمام گاز از طریق توربو اکسپندر جریان می‌یابد و حداکثر توان خروجی را محاسبه می‌کنیم. پتانسیل کل توان خروجی را با استفاده از محاسبه زیر تخمین بزنید: