„Hangzhou Nuzhuo Technology Group CO., Ltd“.

Plėtėjai gali naudoti slėgio mažinimą, kad suktų besisukančias mašinas. Informaciją apie tai, kaip įvertinti galimą plėtinio diegimo naudą, galite rasti čia.
Paprastai cheminio proceso pramonėje (CPI) „didelė energijos kiekis yra iššvaistomas slėgio valdymo vožtuvuose, kur turi būti slopinami aukšto slėgio skysčiai“ [1]. Priklausomai nuo įvairių techninių ir ekonominių veiksnių, gali būti pageidautina paversti šią energiją besisukančia mechanine energija, kuri gali būti naudojama generatoriams ar kitoms besisukančioms mašinoms skatinti. Nesuspaudžiamiems skysčiams (skysčiams) tai pasiekiama naudojant hidraulinės energijos atkūrimo turbiną (HPRT; žr. 1 nuorodą). Suspaudžiamiems skysčiams (dujoms) plėtiklis yra tinkamas mašina.
Išplantuojtojai yra subrendusi technologija, turinti daugybę sėkmingų pritaikymų, tokių kaip skysčių katalizinis krekingas (FCC), šaldymas, gamtinių dujų miesto vožtuvai, oro atskyrimas ar išmetimo išmetimas. Iš esmės bet koks dujų srautas, turintis sumažėjusį slėgį, gali būti naudojamas plėšikui padidinti, tačiau „energijos išėjimas yra tiesiogiai proporcingas slėgio santykiui, dujų srauto temperatūrai ir srauto greičiui“ [2], taip pat techninis ir ekonominis galimybes. „Expander“ įgyvendinimas: procesas priklauso nuo šių ir kitų veiksnių, tokių kaip vietinės energijos kainos ir gamintojo prieinamumas tinkama įranga.
Nors „TurboExpander“ (veikiantis panašiai kaip turbina) yra labiausiai žinomas plėšiklio tipas (1 paveikslas), yra ir kitų tipų, tinkančių skirtingoms proceso sąlygoms. Šiame straipsnyje pristatomi pagrindiniai išplėstinių rūšių ir jų komponentų tipai ir apibendrinama, kaip įvairiuose VKI skyriuose operacijų vadovai, konsultantai ar energetikos auditoriai gali įvertinti galimą experio įdiegimo naudą ekonominei ir aplinkai.
Yra daugybė skirtingų atsparumo juostų tipų, kurie labai skiriasi geometrijoje ir funkcijose. Pagrindiniai tipai parodyti 2 paveiksle, o kiekvienas tipas trumpai aprašytas žemiau. Norėdami gauti daugiau informacijos, taip pat grafikai, lyginantys kiekvieno tipo veikimo būseną, remiantis konkrečiais skersmenimis ir konkrečiu greičiu, skaitykite pagalbą. 3.
Stūmoklio turboexpanderis. Stūmoklis ir sukamieji stūmokliniai turbokompresoriai veikia kaip atvirkštinis vidinis degimo variklis, sugeriantis aukšto slėgio dujas ir per alkūninį veleną paverčiant jos kaupiama energija rotacine energija.
Vilkite turbo plėtiklį. Stabdžių turbinos plėtiklis susideda iš koncentrinės srauto kameros su kibirų pelekais, pritvirtintais prie besisukančio elemento periferijos. Jie suprojektuoti taip pat, kaip vandens ratai, tačiau koncentrinių kamerų skerspjūvis padidėja nuo įleidimo iki išleidimo angos, todėl dujos gali plėsti.
Radialinis turboexpanderis. Radialinio srauto turbokompresoriai turi ašinį įleidimo angą ir radialinę lizdą, leidžiantį dujoms radialiai išsiplėsti per turbinos sparnuotę. Panašiai ašinės srauto turbinos išplečia dujas per turbinos ratą, tačiau srauto kryptis išlieka lygiagreti sukimosi ašiai.
Šiame straipsnyje pagrindinis dėmesys skiriamas radialiniams ir ašiniams turbokompresoriams, aptariant įvairius jų potipius, komponentus ir ekonomiką.
„Turboexpander“ ištraukia energiją iš aukšto slėgio dujų srauto ir paverčia ją pavaros apkrova. Paprastai apkrova yra kompresorius arba generatorius, prijungtas prie veleno. Turbokompresorius su kompresoriumi suspaudžia skystį kitose proceso srauto dalyse, kurioms reikalingas suspaustas skystis, taip padidindamas bendrą augalo efektyvumą, naudojant kitaip iššvaistytą energiją. Turboexpanderis su generatoriaus apkrovomis paverčia energiją į elektrą, kurią galima naudoti kituose augalų procesuose arba grąžinti į vietinį tinklą.
„TurboExpander“ generatoriai gali būti aprūpinti tiesioginiu pavaros velenu nuo turbinos rato į generatorių arba per pavarų dėžę, kuri efektyviai sumažina įvesties greitį nuo turbinos rato į generatorių per pavarų santykį. „Direct Drive“ turborexpanders siūlo efektyvumo, pėdsakų ir priežiūros išlaidų pranašumus. Pavarų dėžės turborexpanders yra sunkesni ir reikalauja didesnės pėdsakų, tepimo pagalbinės įrangos ir reguliarios priežiūros.
Srauto turbokompresoriai gali būti gaminami radialinių ar ašinių turbinų pavidalu. Radialinio srauto išplėtime yra ašinis įleidimas ir radialinis lizdas, kad dujų srautas iš sukimosi ašies radialiai išeina iš turbinos. Ašinės turbinos leidžia dujoms tekėti ašiai išilgai sukimosi ašies. Ašinės srauto turbinos išgauna energiją iš dujų srauto per įleidimo nutolimo kreipiamąsias mentes į plėšiko ratą, o išsiplėtimo kameros skerspjūvio plotas palaipsniui didėja, kad išlaikytų pastovų greitį.
„TurboExpander“ generatorių sudaro trys pagrindiniai komponentai: turbinos ratas, specialūs guoliai ir generatorius.
Turbinos ratas. Turbinos ratai dažnai yra skirti specialiai optimizuoti aerodinaminį efektyvumą. Taikymo kintamieji, turintys įtakos turbinų ratų projektavimui, apima įleidimo/išleidimo slėgį, įleidimo/išleidimo temperatūrą, tūrio srautą ir skysčio savybes. Kai suspaudimo santykis yra per didelis, kad būtų galima sumažinti viename etape, reikalingas turbokompresorius su keliais turbinos ratais. Tiek radialiniai, tiek ašiniai turbinos ratai gali būti suprojektuoti kaip daugiapakopiai, tačiau ašiniai turbinos ratai turi daug trumpesnį ašinį ilgį, todėl yra kompaktiškesni. Daugiapakopiai radialinių srautų turbinos reikalauja, kad dujos tekėtų nuo ašinės į radialinę ir atgal į ašinę, sukuriant didesnius trinties nuostolius nei ašinės srauto turbinos.
guoliai. Guolio dizainas yra labai svarbus efektyviam turbokompresoriaus veikimui. Guolių tipai, susiję su „Turboexpander“ dizainu, labai skiriasi ir gali apimti alyvos guolius, skystų plėvelių guolius, tradicinius rutulinius guolius ir magnetinius guolius. Kiekvienas metodas turi savo pranašumus ir trūkumus, kaip parodyta 1 lentelėje.
Daugelis „TurboExpander“ gamintojų dėl savo unikalių pranašumų pasirenka magnetinius guolius kaip „pasirinktą guolį“. Magnetiniai guoliai užtikrina dinaminių „Turboexpander“ komponentų veikimą be trinties, žymiai sumažinant eksploatavimo ir priežiūros išlaidas per mašinos eksploatavimo laiką. Jie taip pat yra skirti atlaikyti platų ašinių ir radialinių apkrovų diapazoną ir perteklinio streso sąlygas. Jų didesnes pradines išlaidas kompensuoja daug mažesnės gyvavimo ciklo išlaidos.
Dinamo. Generatorius paima turbinos sukimosi energiją ir paverčia ją naudinga elektrine energija, naudodamas elektromagnetinį generatorių (tai gali būti indukcijos generatorius arba nuolatinis magneto generatorius). Indukcinių generatorių greitis yra mažesnis, todėl didelės spartos turbinos programoms reikia pavarų dėžės, tačiau jos gali būti suprojektuotos taip, kad atitiktų tinklelio dažnį, pašalinant kintamo dažnio pavaros (VFD) poreikį tiekti sugeneruotą elektrą. Kita vertus, nuolatiniai magnetų generatoriai gali būti tiesiogiai sujungti su turbina ir perduoti galią tinklui per kintamo dažnio pavarą. Generatorius yra skirtas tiekti maksimalią galią, atsižvelgiant į sistemoje esančią veleno galią.
Ruoniai. Sandentinant „TurboExpander“ sistemą, sandariklis taip pat yra kritinis komponentas. Norint išlaikyti didelį efektyvumą ir atitikti aplinkos standartus, sistemos turi būti sandarios, kad būtų išvengta galimo proceso dujų nutekėjimo. Turboexpanders gali būti aprūpinti dinaminiais arba statiniais sandarikliais. Dinaminiai sandarikliai, tokie kaip labirinto sandarikliai ir sausų dujų sandarikliai, yra sandariklis aplink besisukantį veleną, paprastai tarp turbinos rato, guolių ir likusios mašinos, kurioje yra generatorius. Dinaminiai sandarikliai laikui bėgant nusidėvi ir reikalauja reguliarios priežiūros ir patikrinimo, kad įsitikintumėte, jog jie tinkamai veikia. Kai visi „TurboExpander“ komponentai yra viename korpuse, statiniai sandarikliai gali būti naudojami apsaugoti bet kokius laidus, išeinančius iš korpuso, įskaitant generatorių, magnetinio guolio pavaros ar jutiklius. Šie hermetiški sandarikliai užtikrina nuolatinę apsaugą nuo dujų nuotėkio ir nereikalauja priežiūros ar remonto.
Proceso požiūriu pagrindinis reikalavimas įrengti plėtiklį yra tiekti aukšto slėgio suspaudžiamas (nekondensuojamas) dujas į žemo slėgio sistemą, turinčią pakankamą srautą, slėgio kritimą ir panaudojimą, kad būtų galima palaikyti normalų įrangos veikimą. Veiklos parametrai palaikomi saugiu ir efektyviu lygiu.
Kalbant apie slėgio mažinimo funkciją, plėtiklis gali būti naudojamas pakeisti Joule-Thomson (JT) vožtuvą, dar žinomą kaip droselio vožtuvas. Kadangi JT vožtuvas juda izentropiniu keliu ir plėtiklis juda beveik izentropiniu keliu, pastarasis sumažina dujų entalpiją ir entalpijos skirtumą paverčia veleno galia, taip sukuriant žemesnę išleidimo temperatūrą nei JT vožtuvas. Tai naudinga kriogeniniuose procesuose, kai tikslas yra sumažinti dujų temperatūrą.
Jei išleidimo dujų temperatūra yra apatinė riba (pavyzdžiui, dekompresijos stotyje, kur dujų temperatūra turi būti palaikoma virš užšalimo, hidratacijos ar minimalios medžiagos projektavimo temperatūros), reikia pridėti bent vieną šildytuvą. Valdykite dujų temperatūrą. Kai įkaitintuvas yra prieš plėšiklį, kai kuri energija iš tiekimo dujų taip pat atkuriama plėšiklyje ir taip padidina jos galią. Kai kuriose konfigūracijose, kuriose reikalingas išleidimo temperatūros valdymas, po plėšiko galima sumontuoti antrąjį pakėlimą, kad būtų užtikrintas greitesnis valdymas.
3 paveiksle pavaizduota supaprastinta plėšiklio generatoriaus bendrosios srauto schemos schema, naudojama JT vožtuvui pakeisti.
Kitose proceso konfigūracijose eksploatavimo energija, atgauta plėšiklyje, gali būti perkelta tiesiai į kompresorių. Šios mašinos, kartais vadinamos „vadais“, paprastai turi išplėtimo ir suspaudimo etapus, sujungtomis vienu ar keliais velenais, o tai taip pat gali apimti pavarų dėžę, skirtą reguliuoti greičio skirtumą tarp dviejų etapų. Tai taip pat gali apimti papildomą variklį, kad suspaudimo etapui būtų suteikta daugiau galios.
Žemiau yra keletas svarbiausių komponentų, užtikrinančių tinkamą sistemos veikimą ir stabilumą.
Apėjimo vožtuvas arba slėgis mažinantis vožtuvą. Apkepimo vožtuvas leidžia operacijai tęsti, kai „TurboExpander“ neveikia (pavyzdžiui, prie priežiūros ar avarinės situacijos), o slėgio mažinimo vožtuvas naudojamas nuolatiniam veikimui tiekti dujų perteklių, kai bendras srautas viršija plėšiko projektavimo galią.
Avarinis išjungimo vožtuvas (ESD). ESD vožtuvai naudojami norint užblokuoti dujų srautą į plėšiklį avariniu būdu, kad būtų išvengta mechaninių pažeidimų.
Instrumentai ir valdikliai. Svarbūs kintamieji, kuriuos reikia stebėti, apima įleidimo ir išleidimo slėgį, srauto greitį, sukimosi greitį ir galią.
Važiavimas per dideliu greičiu. Prietaisas nutraukia srautą į turbiną, todėl turbinos rotorius sulėtėja, taip apsaugant įrangą nuo per didelio greičio dėl netikėtų proceso sąlygų, kurios galėtų sugadinti įrangą.
Slėgio apsauginis vožtuvas (PSV). PSV dažnai montuojami po turbokompresoriaus, kad apsaugotų vamzdynus ir žemo slėgio įrangą. PSV turi būti suprojektuotas taip, kad atlaikytų sunkiausius nenumatytus atvejus, kurie paprastai apima aplinkkelio vožtuvo gedimą. Jei į esamą slėgio mažinimo stotį pridedamas plėtiklis, proceso projektavimo komanda turi nustatyti, ar esamas PSV suteikia tinkamą apsaugą.
Šildytuvas. Šildytuvai kompensuoja temperatūros kritimą, kurį sukelia dujos, einančios per turbiną, todėl dujos turi būti pašildytos. Pagrindinė jo funkcija yra padidinti kylančio dujų srauto temperatūrą, kad būtų išlaikyta dujų temperatūra, paliekant plėšiklį virš minimalios vertės. Kitas temperatūros pakėlimo pranašumas yra padidinti galios galią, taip pat užkirsti kelią korozijai, kondensacijai ar hidratams, kurie galėtų neigiamai paveikti įrangos purkštukus. Sistemose, kuriose yra šilumokaičiai (kaip parodyta 3 paveiksle), dujų temperatūra paprastai kontroliuojama reguliuojant šildomo skysčio srautą į pašildymą. Kai kuriuose dizainuose vietoj šilumokaičio gali būti naudojamas liepsnos šildytuvas ar elektrinis šildytuvas. Šildytuvai jau gali egzistuoti esamoje JT vožtuvų stotyje, o plėšikui pridėti nereikia montuoti papildomų šildytuvų, o padidinti šildomo skysčio srautą.
Tepimo alyvos ir sandarinimo dujų sistemos. Kaip minėta aukščiau, išplėtimo dalyviai gali naudoti skirtingus sandariklio dizainus, kuriems gali prireikti tepalų ir sandarinimo dujų. Jei taikoma, tepimo aliejus turi išlaikyti aukštą kokybę ir grynumą, kai liečiasi su proceso dujomis, o alyvos klampos lygis turi išlikti reikalingame suteptų guolių veikimo diapazone. Sandarintos dujų sistemos paprastai yra su alyvos tepimo įtaisu, kad alyva nepatektų į guolio dėžutę patekimo į išplėtimo dėžę. Specialiems angliavandenilių pramonėje naudojamų kompanijų, tepalų aliejaus ir antspaudo dujų sistemoms, pritaikymui paprastai yra suprojektuotos API 617 [5] 4 dalies specifikacijoms.
Kintamo dažnio diskas (VFD). Kai generatoriaus indukcija, VFD paprastai įjungiama, kad būtų galima sureguliuoti kintamos srovės (AC) signalą, kad atitiktų naudingumo dažnį. Paprastai dizainai, pagrįsti kintamo dažnio diskais, turi didesnį bendrą efektyvumą nei dizainai, kuriuose naudojamos pavarų dėžės ar kiti mechaniniai komponentai. VFD pagrįstos sistemos taip pat gali pritaikyti platesnį proceso pokyčių spektrą, dėl kurio gali pakeisti plėtiklio veleno greitį.
Užkrato pernešimas. Kai kurie plėtiklio dizainai naudoja pavarų dėžę, kad sumažintų plėšiklio greitį iki vardinio generatoriaus greičio. Pavarų dėžės naudojimo kaina yra mažesnis bendras efektyvumas, todėl mažesnis galios išėjimas.
Rengdamas citatos užklausą (RFQ) plėšikui, proceso inžinierius pirmiausia turi nustatyti eksploatavimo sąlygas, įskaitant šią informaciją:
Mechanikos inžinieriai dažnai užpildo eksploatavimo generatoriaus specifikacijas ir specifikacijas, naudodamiesi kitomis inžinerinių disciplinų duomenimis. Į šiuos įvestis gali būti šie:
Į specifikacijas taip pat turi būti įtrauktas dokumentų ir brėžinių sąrašas, kurį gamintojas pateikia kaip konkurso proceso dalį ir tiekimo apimtį, taip pat taikytinos bandymo procedūros, kaip reikalauja projektas.
Gamintojo pateikta techninė informacija kaip konkurso proceso dalis paprastai turėtų apimti šiuos elementus:
Jei kuris nors pasiūlymo aspektas skiriasi nuo pradinių specifikacijų, gamintojas taip pat turi pateikti nukrypimų sąrašą ir nukrypimų priežastis.
Gavus pasiūlymą, projekto kūrimo komanda turi peržiūrėti atitikties prašymą ir nustatyti, ar dispersijos yra techniškai pateisinamos.
Kiti techniniai aspektai, į kuriuos reikia atsižvelgti vertinant pasiūlymus:
Galiausiai reikia atlikti ekonominę analizę. Kadangi skirtingos galimybės gali sukelti skirtingas pradines išlaidas, rekomenduojama atlikti grynųjų pinigų srautų ar gyvavimo ciklo išlaidų analizę, kad būtų galima palyginti projekto ilgalaikę ekonomiką ir grąžinti investicijas. Pavyzdžiui, didesnę pradinę investiciją ilgainiui gali kompensuoti padidėjęs produktyvumas arba sumažintos priežiūros reikalavimai. Žr. „Nuorodos“ apie tokio tipo analizės instrukcijas. 4.
Visoms „TurboExpander“ generatoriaus programoms reikia pradinio bendro potencialaus galios skaičiavimo, kad būtų galima nustatyti bendrą turimos energijos kiekį, kurį galima susigrąžinti tam tikroje programoje. „TurboExpander“ generatoriui galios potencialas apskaičiuojamas kaip izentropinis (nuolatinės entropijos) procesas. Tai yra ideali termodinaminė situacija, kai reikia įvertinti grįžtamąjį adiabatinį procesą be trinties, tačiau tai yra teisingas faktinio energijos potencialo įvertinimo procesas.
Izentropinė potencialo energija (IPP) apskaičiuojama padauginant specifinį entalpijos skirtumą esant turborexpanderio įleidimo ir išleidimo angoje ir padauginant rezultatą iš masės srauto greičio. Ši potenciali energija bus išreikšta kaip izentropinis kiekis (1 lygtis):
Ipp = (hinlet - h (i, e)) × ṁ x ŋ (1)
kur h (i, e) yra specifinė entalpija, atsižvelgiant į izentropinę išleidimo angos temperatūrą, o ṁ yra masės srauto greitis.
Nors izentropinė potencialo energija gali būti sunaudota potencialios energijos įvertinimui, visos realios sistemos apima trintį, šilumą ir kitus papildomus energijos nuostolius. Taigi, apskaičiuojant faktinį galios potencialą, reikėtų atsižvelgti į šiuos papildomus įvesties duomenis:
Daugelyje „TurboExpander“ taikymo temperatūra yra tik minimali, kad būtų išvengta nepageidaujamų problemų, tokių kaip anksčiau minėta vamzdžių užšalimas. Kai teka gamtinės dujos, beveik visada būna hidratų, tai reiškia, kad vamzdynas pasroviui nuo turbokompresoriaus ar droselio vožtuvo užšaldys viduje ir išorėje, jei išleidimo angos temperatūra nukris žemiau 0 ° C. Ledo formavimas gali sukelti srauto apribojimą ir galiausiai uždaryti sistemą, kad atitirptų. Taigi, „norima“ išleidimo angos temperatūra naudojama apskaičiuojant realistiškesnį potencialo galios scenarijų. Tačiau tokioms dujoms kaip vandenilis temperatūros riba yra daug mažesnė, nes vandenilis nesikeičia iš dujų į skystį, kol nepasieks kriogeninės temperatūros (-253 ° C). Norėdami apskaičiuoti specifinę entalpiją, naudokite šią norimą išleidimo temperatūrą.
Taip pat reikia atsižvelgti į „Turboexpander“ sistemos efektyvumą. Priklausomai nuo naudojamos technologijos, sistemos efektyvumas gali labai skirtis. Pavyzdžiui, turbokompresorius, kuris naudoja reduktorių, skirtą sukimosi energijai perduoti iš turbinos į generatorių, patirs didesnius trinties nuostolius nei sistema, kuri naudoja tiesioginį važiavimą iš turbinos į generatorių. Bendras „TurboExpander“ sistemos efektyvumas išreiškiamas procentine dalimi ir atsižvelgiama vertinant tikrąjį turbokompresoriaus galios potencialą. Faktinis galios potencialas (PP) apskaičiuojamas taip:
Pp = (hinlet - hexit) × ṁ x ṅ (2)
Pažvelkime į gamtinių dujų slėgio mažinimo taikymą. „ABC“ veikia ir prižiūri slėgio mažinimo stotį, kuri gabena gamtines dujas iš pagrindinio vamzdyno ir paskirsto ją vietinėms savivaldybėms. Šioje stotyje dujų įleidimo angos slėgis yra 40 barų, o išleidimo angos slėgis yra 8 juostas. Įkaitinta įleidimo dujų temperatūra yra 35 ° C, o tai pašildo dujas, kad būtų išvengta vamzdyno užšalimo. Todėl išleidimo dujų temperatūra turi būti kontroliuojama taip, kad ji nenukristų žemiau 0 ° C. Šiame pavyzdyje, kad padidintume saugos koeficientą, naudosime 5 ° C kaip minimali išleidimo temperatūrą. Normalizuotas tūrinis dujų srautas yra 50 000 nm3/h. Norėdami apskaičiuoti galios potencialą, manysime, kad visi dujų srautai teka per turbo plėtiklį ir apskaičiuos maksimalią galią. Įvertinkite bendrą galios išvesties potencialą naudodami šį skaičiavimą: