Expanders bisa nggunakake pengurangan tekanan kanggo drive mesin muter. Informasi babagan cara ngevaluasi keuntungan potensial kanggo nginstal extender bisa ditemokake ing kene.
Biasane ing industri proses kimia (CPI), "akeh energi dibuwang ing katup kontrol tekanan ing ngendi cairan tekanan tinggi kudu depresi" [1]. Gumantung saka macem-macem faktor teknis lan ekonomi, bisa uga ngonversi energi iki dadi energi mekanik, sing bisa digunakake kanggo drive generator utawa mesin puteran liyane. Kanggo cairan sing ora bisa diatasi (cairan) sing ora bisa diatasi, iki bisa digayuh nggunakake turbin pemulihan energi hidrolik (HPRT; ndeleng referensi 1). Kanggo cairan sing bisa dikompres (gas), tambah akeh mesin sing cocog.
Expanders minangka teknologi diwasa kanthi akeh aplikasi sing sukses kayata cairan cairan katalitik (FCC), kulkas, katup gas, pamisah udara, pamisah udara utawa emmisi udara. Ing asas, sembarang aliran gas kanthi tekanan suda bisa digunakake kanggo ngembangake, nanging "output energi langsung proporsi kanggo aspek tekanan, suhu lan tarif teknis lan ekonomi. Implementasi Expander: Proses gumantung saka faktor kasebut lan liya-liyane, kayata rega energi lokal lan kasedhiyan peralatan sing cocog.
Sanajan turboexpander (fungsi padha karo turbin) minangka jinis ekspander (Gambar 1) sing paling kondhang (Gambar 1), ana jinis liyane sing cocog kanggo macem-macem proses proses. Artikel iki ngenalake jinis pangukaran utama lan komponen lan ngringkes cara operasi operasi, konsultan utawa auditor energi ing macem-macem divisi CPI bisa ngembangake keuntungan ekonomi lan lingkungan sing potensial.
Ana macem-macem jinis pita resistan sing beda-beda ing geometri lan fungsi. Jinis utama ditampilake ing Gambar 2, lan saben jinis diterangake kanthi ringkes ing ngisor iki. Kanggo informasi luwih lengkap, uga grafik saka status operasi saben jinis adhedhasar diameter khusus lan kecepatan khusus, deleng Pitulung. 3 ..
Piston turboexpander. Turboexpanders piston piston lan piston sing dioperasikake kaya mesin pembakaran internal sing mbalikke, nyerep gas meksa dhuwur lan ngowahi energi sing disimpen menyang energi rotasi liwat crankshaft.
Seret Turbo Expander. Expander turbine rem dumadi saka kamar aliran concentrikasi kanthi siram ember sing dipasang ing pinggiran unsur puteran. Dheweke dirancang kanthi cara sing padha karo gembong banyu, nanging bagean salib kamar concascal mundhak saka mlebu menyang outlet, ngidini gas kanggo nggedhekake.
Turboexpander radial. TurboexParing radial duwe inlet axial lan outlet radial, saéngga gas kanggo nggedhekake radidasi liwat turbin. Kajaba iku, turbin aliran axial nggedhekake gas liwat rodha turbin, nanging arah arus tetep sajajar karo sumbu rotasi.
Artikel iki fokus ing turboex radial lan axial, ngrembug macem-macem subtipe, komponen, lan ekonomi.
Turboexpander ngekstrak energi saka aliran gas tekanan tinggi lan ngowahi dadi beban drive. Biasane beban yaiku kompresor utawa generator sing ana gandhengane karo batang. Turboexpander kanthi kompresor kompresor cairan ing bagean-bagean aliran proses liyane sing mbutuhake cairan kompres, saéngga nambah efisiensi tanduran kanthi nggunakake energi sing digunakake. Turboexpander kanthi muatan generator ngowahi energi dadi listrik, sing bisa digunakake ing proses tanduran liyane utawa bali menyang kothak lokal sing didol.
TurboexPander generator bisa dilengkapi gagang langsung saka rodha turbin menyang generator, utawa liwat kotak-kélangan kanthi cepet saka roda turbin menyang rasio gear. TURBOXPANPPANPPANDPERD DRIVEACT DRIVERGES ING EFFIGALGIAN, biaya sikil sikil lan pangopènan. TurboexParing sing luwih abot lan mbutuhake tilas sikil sing luwih gedhe, peralatan bantu lubrication, lan pangopènan rutin.
TurboexPanders bisa digawe kanthi bentuk turbin radial utawa axial. Penyetaran aliran radial ngemot inlet axial lan outlet radial kaya ngono yen aliran gas metu turbin kanthi roto saka rotasi. Turbines axial ngidini gas kanggo mili axially ing sumbu rotasi. Turbin aliran axial ngemot energi saka aliran gas liwat guide inlet vanes menyang rodha Expander, kanthi area salib-bagean saka ruangan ekspansi kanthi bertahap.
Generator Turboexpander dumadi saka telung komponen utama: rodha turbin, bantalan khusus lan generator.
Rodha turbin. Roda turbine asring dirancang khusus kanggo ngoptimalake efisiensi aerodinamik. Variabel aplikasi sing mengaruhi desain rodha kerusuhan kalebu tekanan mlebu / outlet, inlet / outlet suhu, aliran volume, lan sipat cairan. Nalika rasio komprèsi luwih dhuwur kanggo suda ing siji tahapan, turboexpander kanthi roda turbine dibutuhake. Loro rodha turbin radial lan axial bisa dirancang minangka akeh-pirang panggung ing panggung, nanging rodha turbin axial duwe dawa axial sing luwih cendhek lan mulane luwih kompak. Turbin mili radial multistage mbutuhake gas kanggo mili saka radial menyang radial lan bali menyang axial, nggawe kerugian gesekan sing luwih dhuwur tinimbang turbin aliran axial.
bantalan. Desain Bearing iku kritis kanggo operasi sing efisien saka turboexpander. Jenis sing ana gandhengane karo desain turboexpander beda-beda lan bisa kalebu bantalan minyak, bantalan film tradisional, bantalan bal tradisional, lan bantalan magnetik. Saben metode duwe kaluwihan lan kekurangan, kaya sing ditampilake ing Tabel 1.
Akeh produsen turboexpander milih bantalan magnetik minangka "pilihan sing dipilih" amarga kaluwihan unik. Bantalan magnetis njamin operasi bebas gesekan komponen dinamis turboexpander, kanthi signifikan nyuda biaya operasi lan pangopènan sajrone urip ing mesin. Dheweke uga dirancang kanggo tahan akeh macem-macem axial lan radial beban lan kahanan overstress. Biaya awal sing luwih dhuwur diimbangi biaya siklus urip sing luwih murah.
Dynamo. Generator njupuk energi rotasi turbin lan ngowahi dadi energi listrik sing migunani kanthi nggunakake generator elektromagnetik (sing bisa dadi generator induksi utawa generator sing terus-terusan). Generator induksi duwe kacepetan sing luwih murah, saéngga aplikasi turbin kacepetan sing dhuwur mbutuhake gearbox, nanging bisa dirancang kanggo cocog karo frekuensi kothak, ngilangi kebutuhan drive sing variabel (VFD) kanggo nyedhiyakake listrik sing digawe. Generator Sognet permanen, ing sisih liya, bisa dadi batang langsung ing turbin lan ngirim daya menyang kothak liwat frekuensi frekuensi variabel. Generator dirancang kanggo ngirim daya maksimal adhedhasar daya shaft sing kasedhiya ing sistem kasebut.
Segel. Segel uga komponen kritis nalika ngrancang sistem turboexpander. Kanggo njaga efisiensi tinggi lan tahan daya lingkungan, sistem kudu disegel kanggo nyegah bocor gas proses proses. TurboexPanders bisa dilengkapi karo segel dinamis utawa statis. Segel dinamis, kayata asu labyrinth lan segel gas garing, nyedhiyakake segel ing gagang puteran, biasane ing antarane rodha puteran, ing antarane rodha turbin, buncis lan liyane saka generator kasebut. Segera dinamis nyemprotake wektu suwe lan mbutuhake pangopènan lan pemeriksaan rutin kanggo mesthekake yen bisa mlaku kanthi bener. Yen kabeh komponen turboexpander ana ing omah siji, segel statis bisa digunakake kanggo nglindhungi apa wae sing bakal metu saka omah, kalebu generator, drive generator, utawa sensor. Segera udhara iki nyedhiyakake perlindungan permanen kanggo bocor gas lan ora mbutuhake pangopènan utawa ndandani.
Saka sudut pandang proses, syarat utama kanggo masang ekspun yaiku nyedhiyakake gas sing komprangan kanthi tekanan (ora ana) gas tekanan) menyang sistem tekanan sing cukup kanggo sistem sing cekap, tetes tekanan lan panggunaan kanggo njaga operasi peralatan normal. Parameter operasi dijaga ing level sing aman lan efisien.
Ing babagan tekanan nyuda fungsi, tambah gedhe bisa digunakake kanggo ngganti katup Joule-Thomson (JT), uga dikenal minangka katup throttle. Wiwit JT Valve mindhah sadawane dalan isentropic lan gerakan expander ing sadawane dalan sing meh bisa nyuda gas lan ngowahi suhu entol saka katup jt tinimbang katup. Iki migunani ing proses cryogenik ing endi tujuane yaiku nyuda suhu gas.
Yen ana watesan ngisor ing suhu gas outlet (umpamane, ing stasiun decompression ing endi suhu gas kudu disimpen ing ndhuwur pembekuan, hidrasi, utawa suhu desain minimal), paling ora ana pemerahan sing kudu ditambahake. Ngontrol suhu gas. Nalika preheater dumunung ing ndhuwur embug, sawetara energi saka gas feed uga pulih ing expander, saéngga nambah output listrik. Ing sawetara konfigurasi ing ngendi kontrol suhu outlet dibutuhake, pemotong kapindho bisa diinstal sawise ditambahi supaya bisa ngontrol luwih cepet.
Ing Gambar 3 nuduhake diagram sing disederhanakake diagram aliran umum saka generator expander karo preheat sing digunakake kanggo ngganti katup jt.
Ing konfigurasi proses liyane, energi dibalekake ing Expander bisa ditransfer langsung menyang kompresor. Mesin kasebut, kadhang diarani "Komandan", biasane duwe tahap ekspansi lan kompresi sing disambungake dening siji utawa luwih shafts, sing uga kalebu gear kothak kanggo ngatur bedane loro tahap. Uga bisa kalebu motor tambahan kanggo nyedhiyakake tenaga sing luwih akeh kanggo tahap komprèsi.
Ing ngisor iki sawetara komponen sing paling penting sing njamin operasi lan stabilitas sistem sing tepat.
Katup katek utawa tekanan nyuda katup. Katup Bypass ngidini operasi terus nalika turboexpander ora operasi (umpamane, kanggo pangopènan utawa darurat), dene tekanan nyuda katup sing luwih gedhe nalika total aliran ngluwihi kapasitas desain ekspansi.
Katup tutup darurat (ESD). Katup ESD digunakake kanggo mblokir aliran gas menyang darurat kanthi darurat supaya karusakan mekanik.
Instrumen lan kontrol. Variabel penting kanggo monitor kalebu tekanan mlebu lan outlet, tingkat aliran, kacepetan rotasi, lan output daya.
Nyopir kanthi kecedhing kakehan. Piranti kasebut ngethok aliran menyang turbin, nyebabake rotor turbin kanggo alon-alon, saéngga nglindhungi peralatan saka kecepatan sing berlebihan amarga kahanan proses sing ora dikarepke sing bisa ngrusak peralatan kasebut.
Katup slamet tekanan (PSV). PSVS asring dipasang sawise turboexpander kanggo nglindhungi pipelelase lan peralatan tekanan rendah. PSV kudu dirancang kanggo tahan kontelasi sing paling abot, sing biasane kalebu kegagalan katup bypass kanggo dibukak. Yen ekspekar ditambahake menyang stasiun pengurangan tekanan sing ana, tim desain kanggo nemtokake apa PSV sing wis ana sing diwenehake.
Pemanas. Pemanas kanggo nyelehake suhu sing disebabake dening gas sing ngliwati turbin, saéngga gas kudu dijamin. Fungsi utama yaiku nambah suhu aliran gas sing munggah kanggo njaga suhu gas kasebut ninggalake expander ing ndhuwur nilai minimal. Keuntungan liyane kanggo ngunggahake suhu yaiku nambah output daya uga nyegah karat, kondensasi, utawa hydrates sing bisa mengaruhi nasib peralatan. Ing sistem sing ngemot tukaran panas (kaya sing ditampilake ing Gambar 3), suhu gas biasane dikontrol kanthi ngatur aliran cairan sing digawe panas menyang preheater. Ing sawetara desain, pemanas geni utawa pemanas listrik bisa digunakake tinimbang exchanger panas. Pemanas bisa uga wis ana ing stasiun katup JT sing ana, lan nambah expander bisa uga mbutuhake nginstal pemanas tambahan, nanging nambah aliran cairan sing digawe panas.
Sistem gas lenger minyak lan segel. Kaya sing wis kasebut ing ndhuwur, Expanders bisa nggunakake desain segel sing beda-beda, sing bisa mbutuhake pelumas lan gas segel. Yen ana lenga pelumas kudu njaga kualitas lan kemurnian sing dhuwur nalika sesambungan karo gas gas, lan level viskositas minyak kudu tetep ing sawetara operasi sing wis dilumasi. Sistem gas sing ditutup biasane dilengkapi piranti pelumas minyak kanggo nyegah lenga saka kothak bantalan saka mlebu kothak ekspansi. Kanggo aplikasi khusus Companders sing digunakake ing industri hidrokarbon, sistem gas minyak lan segel biasane dirancang kanggo API 617 [5] bagean 4 spesifikasi.
Frekuensi drive variable (vfd). Nalika generator minangka induksi, vfd biasane diuripake kanggo nyetel sinyal gantian (AC) saiki kanggo cocog karo frekuensi sarana. Biasane, desain adhedhasar drive frekuensi variabel duwe efisiensi sakabehe tinimbang desain sing nggunakake gearboxes utawa komponen mekanik liyane. Sistem basis VFD uga bisa nampung sawetara owah-owahan proses sing luwih akeh sing bisa nyebabake kecepatan batang expander.
Transmisi. Sawetara desain exchander nggunakake gear kothak kanggo nyuda kacepetan tambah akeh ing kacepetan sing dirating. Biaya nggunakake kotak kotak luwih efisiensi lan mulane output daya sing luwih murah.
Nalika nyiapake panjaluk kutipan (RFQ) kanggo ekspun, insinyur proses kudu luwih dhisik nemtokake kahanan operasi, kalebu informasi ing ngisor iki:
Engineers mekanik asring ngrampungake spesifikasi lan spesifikasi generator ekspun kanthi nggunakake data saka disiplin teknik liyane. Input iki kalebu ing ngisor iki:
Spesifikasi uga kalebu dhaptar dokumen lan gambar sing diwenehake dening pabrikan minangka bagean saka proses tender lan ruang lingkup pasokan, uga prosedur tes sing dibutuhake kaya proyek kasebut.
Informasi teknis sing diwenehake dening pabrikan minangka bagean saka proses tender umume kalebu unsur ing ngisor iki:
Yen ana aspek proposal beda karo spesifikasi asli, pabrikan uga kudu menehi dhaptar panyimpangan lan alasan kanggo nyimpang.
Sawise proposal ditampa, tim pangembangan proyek kudu nyemak panjaluk kanggo netepi lan nemtokake prilaku kanthi teknis.
Pertimbangan teknis liyane kanggo nimbang nalika ngevaluasi proposal kalebu:
Pungkasane, analisis ekonomi kudu ditindakake. Amarga macem-macem pilihan bisa nyebabake biaya dhisikan, disaranake manawa aliran awis utawa analisis biaya siklus urip bisa ditindakake kanggo mbandhingake ekonomi jangka panjang lan ngasilake investasi. Contone, investasi awal sing luwih dhuwur bisa uga diimbangi ing jangka panjang kanthi produktivitas utawa syarat pangopènan sing suda. Waca "Referensi" kanggo instruksi babagan analisis jinis iki. 4.
Kabeh aplikasi turboexpander-generator mbutuhake pitungan daya potensial total kanggo nemtokake jumlah energi sing kasedhiya sing bisa dibalekake kanthi aplikasi tartamtu. Kanggo generator turboexpander, potensial daya diitung minangka proses isinropic (entropi konsep) tetep. Iki minangka kahanan thermodinamis sing cocog kanggo nimbang proses adiabatik sing bisa dibalik tanpa gesekan, nanging proses sing bener kanggo ngira potensial energi nyata.
Energi potensial isentropp (IPP) diitung kanthi nambah prabédan enthalpy khusus ing inlet lan outlet turboexpander lan ngasilake asil kanthi tarif aliran massa. Energi potensial iki bakal diwartakake minangka jumlah isentropik (persamaan (1)):
IPP = (hinlet - h (i, e)) × ṁ x ŋ (1)
Ngendi H (i, E) minangka enthalpy spesifik sing dianggep ing suhu outlet isentropik lan ṁ minangka tingkat aliran massa.
Sanajan energi potensial isentrappik bisa digunakake kanggo ngira energi potensial, kabeh sistem nyata kalebu gesekan, panas, lan kerugian energi sampingan liyane. Mangkono, nalika ngitung potensial daya nyata, data input tambahan ing ngisor iki kudu dianggep:
Ing paling aplikasi turboexpander, suhu diwatesi minimal kanggo nyegah masalah sing ora dikarepake kayata pembekuan pipa sadurunge. Ing endi aliran gas alami, hydrates meh mesthi ana, tegese manawa lemari pipa mudhun saka katup turboexpander utawa throttle bakal beku ing njero internal lan eksternal yen suhu outlet ing ngisor 0 ° C. Fitur es bisa nyebabake watesan aliran lan pungkasane mateni sistem kasebut kanggo defrost. Mangkono, suhu outlet "sing dipengini digunakake kanggo ngetung skenario daya potensial sing luwih nyata. Nanging, kanggo gas kayata hidrogen, watesan suhu luwih murah amarga hidrogen ora owah saka gas nganti cair nganti tekan suhu Crimenic (-25 ° C). Gunakake suhu outlet sing dikarepake kanggo ngetung enthalpy khusus.
Efisiensi sistem turboexpander uga kudu dianggep. Gumantung teknologi sing digunakake, efisiensi sistem bisa beda-beda. Contone, turboexpander sing nggunakake gear nyuda kanggo mindhah energi rotasional saka turbin menyang generator bakal ngalami kerugian sing luwih gedhe tinimbang turbin menyang generator. Efisiensi sakabehe saka sistem turboexpander dituduhake minangka persentase lan dijupuk nalika netepke potensial daya nyata turboexpander. Potensial daya nyata (PP) diitung kaya ing ngisor iki:
Pp = (hinlet - hexit) × ṁ x ṅ (2)
Ayo goleki aplikasi relief tekanan gas alami. ABC makaryakke lan njaga stasiun pengurangan tekanan sing ngeterake gas alam saka pipa utama lan nyebar menyang kotamadya lokal. Ing stasiun iki, tekanan inlet gas yaiku 40 bar lan tekanan outlet yaiku 8 bar. Suhu gas inlet sing digawe panas 35 ° C, sing preheats gas kanggo nyegah pembekuan pipa. Mula, suhu gas outlet kudu dikendhaleni supaya ora mudhun ing ngisor 0 ° C. Ing conto iki, kita bakal nggunakake 5 ° C minangka suhu outlet minimal kanggo nambah faktor keamanan. Tingkat aliran gas volumetrik normal yaiku 50.000 NM3 / jam. Kanggo ngetungake potensial daya, kita bakal nganggep manawa kabeh gas mili liwat Turbo Expander lan ngetung output daya maksimal. Prakiraan total potensial output nggunakake pitungan ing ngisor iki:
Wektu Pos: May-25-2024