Zgjeruesit mund të përdorin uljen e presionit për të përzënë makinat rrotulluese. Informacioni se si të vlerësohet përfitimet e mundshme të instalimit të një zgjatësi mund të gjenden këtu.
Në mënyrë tipike në industrinë e procesit kimik (CPI), "një sasi e madhe e energjisë harxhohet në valvulat e kontrollit të presionit ku lëngjet me presion të lartë duhet të depresionohen" [1]. Në varësi të faktorëve të ndryshëm teknikë dhe ekonomikë, mund të jetë e dëshirueshme që ta shndërroni këtë energji në energji mekanike rrotulluese, e cila mund të përdoret për të drejtuar gjeneratorët ose makinat e tjera rrotulluese. Për lëngjet e paprekshme (lëngje), kjo arrihet duke përdorur një turbinë të rikuperimit të energjisë hidraulike (HPRT; shiko Referencën 1). Për lëngjet e ngjeshura (gazrat), një ekspansion është një makinë e përshtatshme.
Zgjeruesit janë një teknologji e pjekur me shumë aplikime të suksesshme siç janë plasaritja katalitike e lëngjeve (FCC), ftohja, valvulat e qytetit të gazit natyror, ndarja e ajrit ose emetimet e shkarkimit. Në parim, çdo rrjedhë e gazit me presion të zvogëluar mund të përdoret për të drejtuar një ekspansion, por "prodhimi i energjisë është drejtpërdrejt proporcional me raportin e presionit, temperaturën dhe shkallën e rrjedhës së rrjedhës së gazit" [2], si dhe fizibilitetin teknik dhe ekonomik. Zbatimi i Expander: Procesi varet nga këta dhe faktorë të tjerë, siç janë çmimet lokale të energjisë dhe disponueshmëria e prodhuesit të pajisjeve të përshtatshme.
Megjithëse turboexpander (që funksionon në mënyrë të ngjashme me një turbinë) është lloji më i njohur i ekspanuesit (Figura 1), ekzistojnë lloje të tjera të përshtatshme për kushte të ndryshme të procesit. Ky artikull prezanton llojet kryesore të zgjeruesve dhe përbërësit e tyre dhe përmbledh mënyrën se si menaxherët e operacioneve, konsulentët ose auditorët e energjisë në ndarje të ndryshme të CPI mund të vlerësojnë përfitimet e mundshme ekonomike dhe mjedisore të instalimit të një ekspanatori.
Ekzistojnë shumë lloje të ndryshme të bandave të rezistencës që ndryshojnë shumë në gjeometri dhe funksion. Llojet kryesore janë paraqitur në figurën 2, dhe secili lloj përshkruhet shkurtimisht më poshtë. Për më shumë informacion, si dhe grafikët që krahasojnë statusin e funksionimit të secilit lloj bazuar në diametra specifik dhe shpejtësi specifike, shihni Ndihmën. 3
Piston TurboExpander. Turboxpanders pistoni dhe pistoni rrotullues funksionojnë si një motor me djegie të brendshme me rrotullim të kundërt, duke thithur gaz me presion të lartë dhe duke shndërruar energjinë e tij të ruajtur në energji rrotulluese përmes boshtit të gungës.
Zvarritni Expander Turbo. Expander i turbinës së frenave përbëhet nga një dhomë rrjedhëse koncentrike me finje kovë të bashkangjitur në periferi të elementit rrotullues. Ato janë të dizajnuara në të njëjtën mënyrë si rrotat e ujit, por seksioni kryq i dhomave koncentrike rritet nga hyrja në dalje, duke lejuar që gazi të zgjerohet.
TurboExpander radial. Turboexpanders e rrjedhës radiale kanë një hyrje boshtore dhe një prizë radiale, duke lejuar që gazi të zgjerohet në mënyrë radiale përmes shtytësit të turbinës. Në mënyrë të ngjashme, turbinat e rrjedhës boshtore zgjerojnë gazin përmes rrotës së turbinës, por drejtimi i rrjedhës mbetet paralel me boshtin e rrotullimit.
Ky artikull përqendrohet në turboexpanders radiale dhe boshtore, duke diskutuar nëntipet, përbërësit dhe ekonominë e tyre të ndryshme.
Një TurboExpander nxjerr energji nga një rrjedhë gazi me presion të lartë dhe e shndërron atë në një ngarkesë të makinës. Në mënyrë tipike ngarkesa është një kompresor ose gjenerator i lidhur me një bosht. Një turboexpander me një kompresor kompreson lëng në pjesë të tjera të rrjedhës së procesit që kërkojnë lëng të kompresuar, duke rritur kështu efikasitetin e përgjithshëm të bimës duke përdorur energji që harxhohet ndryshe. Një turboexpander me një ngarkesë gjeneratori e shndërron energjinë në energji elektrike, e cila mund të përdoret në proceset e tjera të bimëve ose të kthehet në rrjetin lokal për shitje.
Gjeneratorët TurboExpander mund të pajisen ose me një bosht të drejtpërdrejtë të makinës nga rrota e turbinës në gjenerator, ose përmes një kuti ingranazhi që zvogëlon në mënyrë efektive shpejtësinë e hyrjes nga rrota e turbinës në gjenerator përmes një raporti ingranazhi. TurboExpanders direkte ofrojnë avantazhe në kostot e efikasitetit, gjurmës dhe mirëmbajtjes. Gearbox TurboExpanders janë më të rënda dhe kërkojnë një gjurmë më të madhe, pajisje ndihmëse për lubrifikimin dhe mirëmbajtje të rregullt.
TurboExpanders përmes rrjedhës mund të bëhen në formën e turbinave radiale ose boshtore. Zgjeruesit e rrjedhës radiale përmbajnë një hyrje boshtore dhe një prizë radiale të tillë që rrjedhja e gazit të dalë nga turbina në mënyrë radiale nga boshti i rrotullimit. Turbinat boshtore lejojnë që gazi të rrjedhë në mënyrë boshtore përgjatë boshtit të rrotullimit. Turbinat e rrjedhës boshtore nxjerrin energji nga rrjedhja e gazit përmes vaneve udhëzuese të hyrjes në rrotën e ekspansionit, me zonën kryq seksionale të dhomës së zgjerimit që gradualisht rritet për të mbajtur një shpejtësi konstante.
Një gjenerator turboexpander përbëhet nga tre përbërës kryesorë: një rrotë turbine, kushineta speciale dhe një gjenerator.
Rrota e turbinave. Rrotat e turbinave shpesh janë krijuar posaçërisht për të optimizuar efikasitetin aerodinamik. Variablat e aplikimit që ndikojnë në hartimin e rrotave të turbinës përfshijnë presionin e hyrjes/daljes, temperaturën e hyrjes/daljes, rrjedhën e vëllimit dhe vetitë e lëngut. Kur raporti i kompresimit është shumë i lartë për tu zvogëluar në një fazë, kërkohet një turboexpander me rrota të shumta turbine. Të dy rrotat e turbinës radiale dhe boshtore mund të projektohen si ato me shumë faza, por rrotat e turbinës boshtore kanë një gjatësi boshtore shumë më të shkurtër dhe për këtë arsye janë më kompakte. Turbinat me rrjedhë radiale multistage kërkojnë që gazi të rrjedhë nga boshtori në radial dhe mbrapa në bosht, duke krijuar humbje më të larta të fërkimit sesa turbinat e rrjedhës boshtore.
kushineta. Dizajni i mbajtjes është thelbësor për funksionimin efikas të një turboExpander. Llojet e kushinetave që lidhen me modelet e turboexpander ndryshojnë shumë dhe mund të përfshijnë kushineta vaji, kushineta të filmit të lëngshëm, kushineta tradicionale të topit dhe kushineta magnetike. Secila metodë ka avantazhet dhe disavantazhet e veta, siç tregohet në Tabelën 1.
Shumë prodhues të TurboExpander zgjedhin kushineta magnetike si "mbajtjen e tyre të zgjedhjes" për shkak të avantazheve të tyre unike. Kushinetat magnetike sigurojnë funksionimin pa fërkime të përbërësve dinamikë të TurboExpander, duke zvogëluar ndjeshëm kostot e funksionimit dhe mirëmbajtjes gjatë jetës së makinës. Ato janë gjithashtu të dizajnuara për t'i bërë ballë një game të gjerë të ngarkesave boshtore dhe radiale dhe kushteve të tepërta. Kostot e tyre më të larta fillestare kompensohen nga kostot shumë më të ulëta të ciklit jetësor.
Dinamo Gjeneratori merr energjinë rrotulluese të turbinës dhe e shndërron atë në energji elektrike të dobishme duke përdorur një gjenerator elektromagnetik (i cili mund të jetë një gjenerator induksioni ose një gjenerator i përhershëm i magnetit). Gjeneratorët e induksionit kanë një shpejtësi më të ulët të vlerësuar, kështu që aplikacionet me shpejtësi të lartë të turbinës kërkojnë një kuti ingranazhi, por mund të jenë të dizajnuara për të përputhur me frekuencën e rrjetit, duke eleminuar nevojën për një makinë të frekuencës së ndryshueshme (VFD) për të furnizuar energjinë elektrike të gjeneruar. Gjeneratorët e përhershëm të magnetit, nga ana tjetër, mund të jenë në boshtin e drejtpërdrejtë të shoqëruar me turbinën dhe të transmetojnë fuqinë në rrjet përmes një disku të frekuencës së ndryshueshme. Gjeneratori është krijuar për të ofruar energji maksimale bazuar në fuqinë e boshtit të disponueshëm në sistem.
Vula. Vula është gjithashtu një komponent kritik kur hartoni një sistem turboExpander. Për të ruajtur efikasitetin e lartë dhe për të përmbushur standardet e mjedisit, sistemet duhet të vulosen për të parandaluar rrjedhjet e gazit të mundshëm të procesit. TurboExpanders mund të pajisen me vula dinamike ose statike. Vulat dinamike, të tilla si vulat e labirintit dhe vulat e gazit të thatë, sigurojnë një vulë rreth një boshti rrotullues, zakonisht midis rrotës së turbinës, kushinetave dhe pjesës tjetër të makinës ku ndodhet gjeneratori. Vulat dinamike veshin me kalimin e kohës dhe kërkojnë mirëmbajtje dhe inspektim të rregullt për të siguruar që ato funksionojnë siç duhet. Kur të gjithë përbërësit e TurboExpander janë të përfshira në një strehim të vetëm, vula statike mund të përdoren për të mbrojtur çdo plumb që del nga banesa, përfshirë gjeneratorin, disqet e kushinetave magnetike ose sensorët. Këto vula hermetike ofrojnë mbrojtje të përhershme kundër rrjedhjes së gazit dhe nuk kërkojnë mirëmbajtje ose riparim.
Nga pikëpamja e procesit, kërkesa kryesore për instalimin e një zgjeruesi është furnizimi i gazit të kompresueshëm (jo të kondensueshëm) me presion të lartë në një sistem me presion të ulët me rrjedhë të mjaftueshme, rënie të presionit dhe përdorim për të ruajtur funksionimin normal të pajisjeve. Parametrat e funksionimit mirëmbahen në një nivel të sigurt dhe efikas.
Për sa i përket funksionit të zvogëlimit të presionit, Expander mund të përdoret për të zëvendësuar valvulën Joule-Thomson (JT), e njohur edhe si valvula e mbytjes. Meqenëse valvula JT lëviz përgjatë një shtegu isentropik dhe ekspanuesi lëviz përgjatë një shtegu gati isentropik, kjo e fundit zvogëlon entalinë e gazit dhe konverton ndryshimin e entalpisë në fuqinë e boshtit, duke prodhuar kështu një temperaturë më të ulët të daljes sesa valvula JT. Kjo është e dobishme në proceset kriogjenike ku qëllimi është të zvogëlohet temperatura e gazit.
Nëse ka një kufi më të ulët në temperaturën e gazit të daljes (për shembull, në një stacion dekompresioni ku temperatura e gazit duhet të ruhet mbi ngrirjen, hidratimin ose temperaturën minimale të projektimit të materialit), të paktën një ngrohës duhet të shtohet. Kontrolloni temperaturën e gazit. Kur parafjala është e vendosur në rrjedhën e sipërme të ekspanuesit, disa nga energjia nga gazi i ushqimit gjithashtu merren në ekspansion, duke rritur kështu prodhimin e saj të energjisë. Në disa konfigurime ku kërkohet kontrolli i temperaturës së daljes, një ripërtëritje e dytë mund të instalohet pas ekspanuesit për të siguruar një kontroll më të shpejtë.
Në Figurën Figura 3 tregon një diagram të thjeshtuar të diagramit të rrjedhës së përgjithshme të një gjeneratori ekspansionar me parathënie të përdorur për të zëvendësuar një valvul JT.
Në konfigurimet e tjera të procesit, energjia e rikuperuar në ekspansion mund të transferohet direkt në kompresor. Këto makina, të quajtura ndonjëherë "komandantë", zakonisht kanë faza të zgjerimit dhe kompresimit të lidhura nga një ose më shumë boshte, të cilat gjithashtu mund të përfshijnë një kuti ingranazhi për të rregulluar ndryshimin e shpejtësisë midis dy fazave. Mund të përfshijë gjithashtu një motor shtesë për të siguruar më shumë energji në fazën e kompresimit.
Më poshtë janë disa nga përbërësit më të rëndësishëm që sigurojnë funksionimin e duhur dhe stabilitetin e sistemit.
Valvula e anashkalimit ose valvula e zvogëlimit të presionit. Valvula e anashkalimit lejon që operacioni të vazhdojë kur turboExpander nuk po funksionon (për shembull, për mirëmbajtje ose një emergjencë), ndërsa valvula për zvogëlimin e presionit përdoret për funksionimin e vazhdueshëm për të furnizuar gaz të tepërt kur rrjedha totale tejkalon kapacitetin e projektimit të eksponuesit.
Valvula e mbylljes së urgjencës (ESD). Valvulat ESD përdoren për të bllokuar rrjedhën e gazit në ekspansion në një emergjencë për të shmangur dëmtimin mekanik.
Instrumente dhe kontrolle. Variablat e rëndësishëm për të monitoruar përfshijnë presionin e hyrjes dhe daljes, shkallën e rrjedhës, shpejtësinë e rrotullimit dhe prodhimin e energjisë.
Ngarje me shpejtësi të tepërt. Pajisja ndërpret rrjedhën në turbinë, duke bërë që rotori i turbinës të ngadalësohet, duke mbrojtur kështu pajisjet nga shpejtësitë e tepërta për shkak të kushteve të papritura të procesit që mund të dëmtojnë pajisjet.
Valvula e sigurisë së presionit (PSV). PSV shpesh instalohen pas një turboExpander për të mbrojtur tubacionet dhe pajisjet me presion të ulët. PSV duhet të jetë i dizajnuar për t'i bërë ballë kontigjenteve më të rënda, të cilat zakonisht përfshijnë dështimin e valvulës së anashkalimit për t'u hapur. Nëse një ekspansion i shtohet një stacioni ekzistues të zvogëlimit të presionit, ekipi i projektimit të procesit duhet të përcaktojë nëse PSV ekzistuese siguron mbrojtje adekuate.
Ngrohës. Ngrohësit kompensojnë rënien e temperaturës të shkaktuar nga gazi që kalon nëpër turbinë, kështu që gazi duhet të jetë i paramenduar. Funksioni i tij kryesor është rritja e temperaturës së rrjedhës së gazit në rritje për të ruajtur temperaturën e gazit duke e lënë ekspan atë mbi një vlerë minimale. Një përfitim tjetër i ngritjes së temperaturës është rritja e prodhimit të energjisë, si dhe parandalimi i gërryerjes, kondensimit ose hidrateve që mund të ndikojnë negativisht në grykët e pajisjeve. Në sistemet që përmbajnë shkëmbyes të nxehtësisë (siç tregohet në figurën 3), temperatura e gazit zakonisht kontrollohet duke rregulluar rrjedhën e lëngut të ndezur në parafjalë. Në disa modele, një ngrohës flakë ose ngrohës elektrik mund të përdoret në vend të një shkëmbyesi të nxehtësisë. Ngrohësit mund të ekzistojnë tashmë në një stacion ekzistues të valvulave JT, dhe shtimi i një ekspananderi mund të mos kërkojë instalimin e ngrohësve shtesë, por më tepër rritjen e rrjedhës së lëngut të ndezur.
Lubrifikimi i sistemeve të gazit të naftës dhe vulës. Siç u përmend më lart, zgjeruesit mund të përdorin modele të ndryshme të vulave, të cilat mund të kërkojnë lubrifikantë dhe gazra nënshkrimi. Kur është e aplikueshme, vaji lubrifikues duhet të mbajë cilësi të lartë dhe pastërti kur është në kontakt me gazrat e procesit, dhe niveli i viskozitetit të naftës duhet të mbetet brenda intervalit të kërkuar të funksionimit të kushinetave të lubrifikuara. Sistemet e mbyllura të gazit zakonisht janë të pajisura me një pajisje për lubrifikimin e vajit për të parandaluar që vaji të hyjë në kutinë e zgjerimit. Për aplikime të veçanta të përbërësve të përdorur në industrinë e hidrokarbureve, sistemet e naftës dhe gazit të vulës janë të dizajnuara zakonisht për të specifikuar API 617 [5] Pjesa 4.
Drive me frekuencë të ndryshueshme (VFD). Kur gjeneratori është induksion, një VFD zakonisht është ndezur për të rregulluar sinjalin e rrymës alternative (AC) për të përputhur frekuencën e shërbimeve. Në mënyrë tipike, modelet e bazuara në disqet e frekuencës së ndryshueshme kanë efikasitet më të lartë të përgjithshëm sesa modelet që përdorin kuti ingranazhesh ose përbërës të tjerë mekanikë. Sistemet me bazë VFD gjithashtu mund të strehojnë një gamë më të gjerë të ndryshimeve të procesit që mund të rezultojnë në ndryshime në shpejtësinë e boshtit të ekspansionit.
Transmetim. Disa modele të ekspansionit përdorin një kuti ingranazhi për të zvogëluar shpejtësinë e ekspansionit në shpejtësinë e vlerësuar të gjeneratorit. Kostoja e përdorimit të një kuti ingranazhi është më e ulët efikasitetit të përgjithshëm dhe për këtë arsye prodhimi më i ulët i energjisë.
Kur përgatitni një kërkesë për kuotim (RFQ) për një ekspansion, inxhinieri i procesit duhet së pari të përcaktojë kushtet e funksionimit, përfshirë informacionin e mëposhtëm:
Inxhinierët mekanikë shpesh përfundojnë specifikimet dhe specifikimet e gjeneratorit të ekspansionit duke përdorur të dhëna nga disiplinat e tjera inxhinierike. Këto inpute mund të përfshijnë sa vijon:
Specifikimet duhet të përfshijnë gjithashtu një listë të dokumenteve dhe vizatimeve të siguruara nga prodhuesi si pjesë e procesit të tenderit dhe fushëveprimin e furnizimit, si dhe procedurat e zbatueshme të provës siç kërkohet nga projekti.
Informacioni teknik i siguruar nga prodhuesi si pjesë e procesit të tenderit duhet të përfshijë përgjithësisht elementet e mëposhtme:
Nëse ndonjë aspekt i propozimit ndryshon nga specifikimet origjinale, prodhuesi gjithashtu duhet të sigurojë një listë të devijimeve dhe arsyet e devijimeve.
Pasi të merret një propozim, ekipi i zhvillimit të projektit duhet të rishikojë kërkesën për pajtueshmëri dhe të përcaktojë nëse variancat janë të justifikuara teknikisht.
Konsideratat e tjera teknike për t'u marrë parasysh kur vlerësoni propozimet përfshijnë:
Më në fund, duhet të bëhet një analizë ekonomike. Për shkak se opsione të ndryshme mund të rezultojnë me kosto të ndryshme fillestare, rekomandohet që të bëhet një fluks i parave ose analiza e kostos së ciklit jetësor për të krahasuar ekonominë afatgjatë të projektit dhe kthimin e investimeve. Për shembull, një investim fillestar më i lartë mund të kompensohet në planin afatgjatë nga rritja e produktivitetit ose ulja e kërkesave të mirëmbajtjes. Shihni "Referencat" për udhëzime për këtë lloj analize. 4.
Të gjitha aplikacionet e gjeneratorit të TurboExpander kërkojnë një llogaritje fillestare të mundshme të energjisë për të përcaktuar sasinë totale të energjisë në dispozicion që mund të rikuperohet në një aplikim të veçantë. Për një gjenerator turboExpander, potenciali i energjisë llogaritet si një proces isentropik (entropi konstant). Kjo është situata ideale termodinamike për të marrë parasysh një proces adiabatik të kthyeshëm pa fërkime, por është procesi i saktë për vlerësimin e potencialit aktual të energjisë.
Energjia potenciale isentropike (IPP) llogaritet duke shumëzuar diferencën specifike të entalpisë në hyrje dhe daljen e turboexpander dhe duke shumëzuar rezultatin me shkallën e rrjedhës së masës. Kjo energji e mundshme do të shprehet si një sasi isentropike (ekuacioni (1)):
IPP = (Hinlet - H (I, E)) × ṁ x ŋ (1)
ku H (i, e) është entalpi specifik duke marrë parasysh temperaturën e daljes isentropike dhe ṁ është shkalla e rrjedhës së masës.
Megjithëse energjia potenciale isentropike mund të përdoret për të vlerësuar energjinë e mundshme, të gjitha sistemet reale përfshijnë fërkime, nxehtësi dhe humbje të tjera ndihmëse të energjisë. Kështu, kur llogaritni potencialin aktual të energjisë, duhet të merren parasysh të dhënat e mëposhtme shtesë të hyrjes:
Në shumicën e aplikacioneve TurboExpander, temperatura është e kufizuar në minimum për të parandaluar probleme të padëshiruara siç është ngrirja e tubit të përmendur më parë. Kur rrjedh gazi natyror, hidratet janë pothuajse gjithmonë të pranishme, që do të thotë se tubacioni në rrjedhën e poshtme të një valvula turboexpander ose mbyt do të ngrijë brenda dhe nga jashtë nëse temperatura e daljes bie nën 0 ° C. Formimi i akullit mund të rezultojë në kufizim të rrjedhës dhe në fund të mbyllë sistemin për të ngrirë. Kështu, temperatura e daljes "e dëshiruar" përdoret për të llogaritur një skenar më realist të energjisë potenciale. Sidoqoftë, për gazra të tillë si hidrogjeni, kufiri i temperaturës është shumë më i ulët sepse hidrogjeni nuk ndryshon nga gazi në lëng derisa të arrijë temperaturën kriogjenike (-253 ° C). Përdorni këtë temperaturë të dëshiruar të daljes për të llogaritur entalin specifik.
Efikasiteti i sistemit TurboExpander gjithashtu duhet të merret në konsideratë. Në varësi të teknologjisë së përdorur, efikasiteti i sistemit mund të ndryshojë ndjeshëm. Për shembull, një turboexpander që përdor një ingranazh zvogëlimi për të transferuar energji rrotulluese nga turbina në gjenerator do të pësojë humbje më të mëdha të fërkimit sesa një sistem që përdor lëvizje të drejtpërdrejtë nga turbina në gjenerator. Efikasiteti i përgjithshëm i një sistemi TurboExpander shprehet si përqindje dhe merret parasysh kur vlerësoni potencialin aktual të energjisë së turboexpander. Potenciali aktual i energjisë (PP) llogaritet si më poshtë:
Pp = (hinlet - hexit) × ṁ x ṅ (2)
Le të shohim aplikimin e lehtësimit të presionit të gazit natyror. ABC operon dhe mban një stacion për uljen e presionit që transporton gaz natyror nga tubacioni kryesor dhe e shpërndan atë në komunat lokale. Në këtë stacion, presioni i hyrjes së gazit është 40 bar dhe presioni i daljes është 8 bar. Temperatura e gazit të paravendosur të paravendosur është 35 ° C, e cila paraprijnë gazin për të parandaluar ngrirjen e tubacionit. Prandaj, temperatura e gazit të daljes duhet të kontrollohet në mënyrë që të mos bjerë nën 0 ° C. Në këtë shembull ne do të përdorim 5 ° C si temperaturën minimale të daljes për të rritur faktorin e sigurisë. Shkalla e normalizuar e rrjedhës së gazit vëllimor është 50,000 nm3/orë. Për të llogaritur potencialin e energjisë, ne do të supozojmë se të gjitha gazrat rrjedhin përmes ekspanuesit turbo dhe llogaritin prodhimin maksimal të energjisë. Vlerësoni potencialin total të prodhimit të energjisë duke përdorur llogaritjen e mëposhtme:
Koha e postimit: maj-25-2024