Vastiloj povas uzi preman redukton por funkciigi rotaciajn maŝinojn. Informoj pri kiel taksi la eblajn avantaĝojn de instali etendilon troveblas ĉi tie.
Tipe en la industrio pri kemia proceza (CPI), "granda kvanto da energio estas malŝparita en valvoj de premo -kontrolo, kie fluidoj de alta premo devas esti deprimitaj" [1]. Depende de diversaj teknikaj kaj ekonomiaj faktoroj, povas esti dezirinde konverti ĉi tiun energion en rotacian mekanikan energion, kiu povas esti uzata por funkciigi generatorojn aŭ aliajn rotaciajn maŝinojn. Por nekompreneblaj fluidoj (likvaĵoj), ĉi tio atingas uzante hidraŭlikan energian reakiron turbinon (HPRT; vidu referencon 1). Por kunpremeblaj likvaĵoj (gasoj), ekspansio estas taŭga maŝino.
Vastiloj estas matura teknologio kun multaj sukcesaj aplikoj kiel fluida kataliza krakado (FCC), fridujo, naturaj gasaj urbaj valvoj, aera disiĝo aŭ ellasaj emisioj. Principe, iu ajn gasfluo kun reduktita premo povas esti uzata por funkciigi ekspandilon, sed "la energia eligo estas rekte proporcia al la prema rilatumo, temperaturo kaj fluo de la gasa fluo" [2], same kiel teknika kaj ekonomia farebleco. Ekspansia efektivigo: La procezo dependas de ĉi tiuj kaj aliaj faktoroj, kiel lokaj energiaj prezoj kaj la havebleco de taŭga ekipaĵo de la fabrikanto.
Kvankam la turboxpander (funkcianta simile al turbino) estas la plej konata tipo de ekspansio (Figuro 1), ekzistas aliaj tipoj taŭgaj por malsamaj procezaj kondiĉoj. Ĉi tiu artikolo enkondukas la ĉefajn specojn de ekspansioj kaj iliaj komponentoj kaj resumas kiel administrantoj de operacioj, konsultistoj aŭ energiaj aŭditoroj en diversaj CPI -dividoj povas taksi la eblajn ekonomiajn kaj mediajn avantaĝojn de instalado de ekspandilo.
Estas multaj diversaj specoj de rezistaj bandoj, kiuj multe varias en geometrio kaj funkcio. La ĉefaj tipoj estas montritaj en Figuro 2, kaj ĉiu tipo estas mallonge priskribita sube. Por pliaj informoj, same kiel grafikaĵoj komparantaj la operacian staton de ĉiu tipo surbaze de specifaj diametroj kaj specifaj rapidoj, vidu helpon. 3.
Piston Turboxpander. Piŝto kaj rotacia piŝto-turbo-ekspansioj funkcias kiel inversa rotacia interna brula motoro, absorbante altpreman gason kaj konvertante sian stokitan energion en rotacian energion tra la kranko.
Trenu la turbo -ekspansion. La bremso -turbina ekspansio konsistas el koncentra fluo -ĉambro kun sitelaj naĝiloj ligitaj al la periferio de la rotacianta elemento. Ili estas desegnitaj samkiel akvaj radoj, sed la transversa sekcio de la koncentraj ĉambroj pliiĝas de enirejo ĝis elirejo, permesante al la gaso ekspansiiĝi.
Radia Turboxpander. Radiaj fluaj turboxpanders havas aksan enirejon kaj radian elirejon, permesante al la gaso ekspansiiĝi radie tra la turbina pelilo. Simile, aksaj fluaj turbinoj vastigas gason tra la turbina rado, sed la direkto de fluo restas paralela al la akso de rotacio.
Ĉi tiu artikolo fokusas pri radiaj kaj aksaj turbo -ekspansioj, diskutante iliajn diversajn subtipojn, komponentojn kaj ekonomion.
Turboxpander ĉerpas energion el altprema gasfluo kaj transformas ĝin en veturan ŝarĝon. Tipe la ŝarĝo estas kompresoro aŭ generatoro konektita al ŝafto. Turboxpander kun kompresoro kunpremas fluidon en aliaj partoj de la proceza fluo, kiuj postulas kunpremitan fluidon, tiel pliigante la totalan efikecon de la planto per uzado de energio, kiu alie estas malŝparita. Turboxpander kun generatora ŝarĝo transformas la energion en elektron, kiu povas esti uzata en aliaj plantaj procezoj aŭ redonita al la loka krado por vendo.
Turboxpander -generatoroj povas esti ekipitaj per aŭ rekta veturado de la turbina rado ĝis la generatoro, aŭ per ilaro, kiu efike reduktas la enigan rapidon de la turbina rado al la generatoro per ilaro. Rekta veturado Turboxpanders ofertas avantaĝojn en efikeco, piedsigno kaj prizorgaj kostoj. Gearbox turboxpanders estas pli pezaj kaj postulas pli grandan piedsignon, lubrikan helpan ekipaĵon kaj regulan bontenadon.
Fluaj turbo-ekspansioj povas esti faritaj en la formo de radiaj aŭ aksaj turbinoj. Radiaj fluaj vastiloj enhavas aksan enirejon kaj radian elirejon tiel ke la gaso -fluo eliras la turbinon radie de la akso de rotacio. Axiaj turbinoj permesas gason flui akse laŭ la akso de rotacio. Axial-fluaj turbinoj ĉerpas energion el la gaso-fluo tra enirejaj gvidiloj ĝis la ekspansia rado, kun la transversa areo de la ekspansia ĉambro iom post iom kreskanta por konservi konstantan rapidon.
Turboxpander -generatoro konsistas el tri ĉefaj komponentoj: turbina rado, specialaj ruloj kaj generatoro.
Turbina rado. Turbinaj radoj ofte estas desegnitaj specife por optimumigi aerodinamikan efikecon. Aplikaj variabloj, kiuj efikas sur turbina rado -dezajno, inkluzivas enirejon/elirejan premon, enirejon/elirejan temperaturon, volumenan fluon kaj fluidajn proprietojn. Kiam la kunprema rilatumo estas tro alta por esti reduktita en unu stadio, turbo -ekspansia kun multoblaj turbinoj estas bezonata. Ambaŭ radiaj kaj aksaj turbinaj radoj povas esti desegnitaj kiel plurpaĝaj, sed aksaj turbinoj havas multe pli mallongan aksan longon kaj tial estas pli kompaktaj. Multkapaj radiaj fluaj turbinoj postulas gason flui de aksa ĝis radia kaj malantaŭa al akso, kreante pli altajn frotajn perdojn ol aksaj fluaj turbinoj.
Ruliloj. Portanta dezajno estas kritika por la efika funkciado de turboxpander. Portantaj tipoj rilataj al turbo -ekspansiaj desegnoj varias vaste kaj povas inkluzivi oleo -rulojn, likvajn filmajn rulojn, tradiciajn pilkajn rulojn kaj magnetajn rulojn. Ĉiu metodo havas siajn proprajn avantaĝojn kaj malavantaĝojn, kiel montras Tabelo 1.
Multaj fabrikantoj de Turboxpander elektas magnetajn rulojn kiel sian "elektan elekton" pro siaj unikaj avantaĝoj. Magnetaj katenoj certigas frikcian liberan funkciadon de la dinamikaj komponentoj de la turboxpander, signife reduktante operaciajn kaj prizorgajn kostojn dum la vivo de la maŝino. Ili ankaŭ estas desegnitaj por rezisti larĝan gamon de aksaj kaj radiaj ŝarĝoj kaj troaj kondiĉoj. Iliaj pli altaj komencaj kostoj estas kompensitaj per multe pli malaltaj vivciklaj kostoj.
Dinamo. La generatoro prenas la rotacian energion de la turbino kaj transformas ĝin en utilan elektran energion per elektromagneta generatoro (kiu povas esti indukta generatoro aŭ permanenta magneta generatoro). Induktaj generatoroj havas pli malaltan taksitan rapidon, do altrapidaj turbinoj postulas ilaron, sed povas esti desegnita por kongrui kun la krada frekvenco, forigante la bezonon de ŝanĝiĝema frekvenca veturado (VFD) por provizi la generitan elektron. Konstantaj magnetaj generatoroj, aliflanke, povas esti rekte ŝafaj kunigitaj al la turbino kaj transdoni potencon al la krado per ŝanĝiĝema frekvenca veturado. La generatoro estas desegnita por liveri maksimuman potencon surbaze de la ŝafpotenco havebla en la sistemo.
Sigeloj. La sigelo ankaŭ estas kritika komponento kiam oni projektas turboxpanan sistemon. Por konservi altan efikecon kaj plenumi mediajn normojn, sistemoj devas esti sigelitaj por malebligi eblajn procezajn fugojn. Turboxpanders povas esti ekipita per dinamikaj aŭ statikaj sigeloj. Dinamikaj sigeloj, kiel labirintaj sigeloj kaj sekaj gasaj sigeloj, provizas sigelon ĉirkaŭ rotacianta ŝafto, tipe inter la turbina rado, ruliloj kaj la resto de la maŝino, kie troviĝas la generatoro. Dinamikaj sigeloj eluziĝas kun la tempo kaj postulas regulan prizorgadon kaj inspektadon por certigi, ke ili funkcias ĝuste. Kiam ĉiuj turbo -ekspansiaj komponentoj estas enhavitaj en ununura loĝejo, statikaj sigeloj povas esti uzataj por protekti iujn ajn kondukilojn elirantajn la loĝejon, inkluzive al la generatoro, magnetaj portantaj veturadoj aŭ sensiloj. Ĉi tiuj hermetikaj sigeloj provizas permanentan protekton kontraŭ gaso -filtrado kaj postulas neniun prizorgadon aŭ riparon.
De proceza vidpunkto, la ĉefa postulo por instali ekspandilon estas provizi altpreman kunpremeblan (ne-kondenseblan) gason al malaltprema sistemo kun sufiĉa fluo, falo de premo kaj utiligo por konservi normalan funkciadon de la ekipaĵo. Funkciaj parametroj estas konservitaj je sekura kaj efika nivelo.
Koncerne al prema redukta funkcio, la ekspandilo povas esti uzata por anstataŭigi la valvon Joule-Thomson (JT), ankaŭ konata kiel la akcia valvo. Ĉar la JT -valvo moviĝas laŭ izentropa vojo kaj la ekspandilo moviĝas laŭ preskaŭ isentropa vojo, ĉi -lasta reduktas la entalpion de la gaso kaj konvertas la entalpian diferencon en ŝafan potencon, tiel produktante pli malaltan elirejan temperaturon ol la JT -valvo. Ĉi tio utilas en kriogenaj procezoj, kie la celo estas malpliigi la temperaturon de la gaso.
Se estas pli malalta limo sur la elireja gasa temperaturo (ekzemple, en malkompresa stacio, kie la gasa temperaturo devas esti konservita super frostigado, hidratado aŭ minimuma materialo -temperaturo), almenaŭ unu hejtilo devas esti aldonita. kontrolu la gasan temperaturon. Kiam la preheater situas supren de la ekspandilo, iu el la energio de la nutra gaso ankaŭ estas reakirita en la ekspandilo, tiel pliigante sian potencon. En iuj agordoj, kie necesas elira temperaturregilo, dua rehejmato povas esti instalita post la ekspansiilo por provizi pli rapidan kontrolon.
En Fig. Figuro 3 montras simpligitan diagramon de la ĝenerala fluo -diagramo de ekspansia generatoro kun preheater uzata por anstataŭigi JT -valvon.
En aliaj procezaj agordoj, la energio reakirita en la ekspandilo povas esti translokigita rekte al la kompresoro. Ĉi tiuj maŝinoj, foje nomataj "komandantoj", kutime havas ekspansion kaj kunpremajn stadiojn ligitajn per unu aŭ pluraj ŝafoj, kiuj eble ankaŭ inkluzivas ilaron por reguligi la rapidecan diferencon inter la du stadioj. Ĝi ankaŭ povas inkluzivi aldonan motoron por provizi pli da potenco al la kunprema stadio.
Malsupre estas kelkaj el la plej gravaj komponentoj, kiuj certigas taŭgan funkciadon kaj stabilecon de la sistemo.
Preterpasa valvo aŭ prema reduktanta valvo. La pretervoja valvo permesas funkciadon daŭrigi kiam la turboxpander ne funkcias (ekzemple, por bontenado aŭ kriz -okazo), dum la prema reduktanta valvo estas uzata por kontinua funkciado por provizi troan gason kiam la tuta fluo superas la projektan kapaciton de la ekspandilo.
Kriz -halto -valvo (ESD). ESD -valvoj estas uzataj por bloki la fluon de gaso en la ekspandilon en kriz -okazo por eviti mekanikan damaĝon.
Instrumentoj kaj kontroloj. Gravaj variabloj por monitori inkluzivas enirejon kaj elirejan premon, fluon, rotacian rapidecon kaj potencon.
Veturante je troa rapideco. La aparato fortranĉas fluon al la turbino, kaŭzante la turbinan rotoron malrapidiĝi, tiel protektante la ekipaĵon kontraŭ troaj rapidecoj pro neatenditaj procezaj kondiĉoj, kiuj povus damaĝi la ekipaĵon.
Prema sekureca valvo (PSV). PSV -oj ofte estas instalitaj post turboxpander por protekti duktojn kaj malaltpreman ekipaĵon. La PSV devas esti desegnita por rezisti la plej severajn situaciojn, kiuj tipe inkluzivas fiaskon de la pretervoja valvo malfermiĝi. Se ekspandilo estas aldonita al ekzistanta prema redukta stacio, la proceza projektteamo devas determini ĉu la ekzistanta PSV provizas adekvatan protekton.
Hejtilo. Varmigiloj kompensas la falon de temperaturo kaŭzita de la gaso pasanta tra la turbino, do la gaso devas esti varmigita. Ĝia ĉefa funkcio estas pliigi la temperaturon de la kreskanta gasfluo por konservi la temperaturon de la gaso lasante la ekspandilon super minimuma valoro. Alia avantaĝo por altigi la temperaturon estas pliigi potencon kaj ankaŭ malhelpi korodon, kondensadon aŭ hidratojn, kiuj povus negative influi ekipaĵojn. En sistemoj enhavantaj varmajn interŝanĝilojn (kiel montrite en Figuro 3), la gasa temperaturo estas kutime kontrolita reguligante la fluon de varmigita likvaĵo en la preheater. En iuj projektoj, flama hejtilo aŭ elektra hejtilo povas esti uzata anstataŭ varmointerŝanĝilo. Varmigiloj eble jam ekzistas en ekzistanta JT -valva stacio, kaj aldoni ekspandilon eble ne postulas instali aldonajn hejtilojn, sed prefere pliigi la fluon de varmigita fluido.
Lubrikante naftajn kaj sigelajn gasajn sistemojn. Kiel menciite supre, pligrandigoj povas uzi malsamajn sigelajn projektojn, kiuj povas postuli lubrikaĵojn kaj sigelantajn gasojn. Se aplikeble, la lubrikanta oleo devas konservi altkvalitan kaj purecon kiam en kontakto kun procezaj gasoj, kaj la oleo -viskozeco devas resti ene de la bezonata operacia gamo de lubrikitaj ruloj. Sigelitaj gasaj sistemoj estas kutime ekipitaj per nafto -lubrikaĵo por malebligi oleon de la portanta skatolo eniri la ekspansian skatolon. Por specialaj aplikoj de kompanoj uzataj en la hidrokarbona industrio, lube -oleo kaj sigelaj gasaj sistemoj estas tipe desegnitaj al API 617 [5] Parto 4 specifaĵoj.
Varia frekvenca stirado (VFD). Kiam la generatoro estas indukto, VFD estas tipe ŝaltita por ĝustigi la alternan kurentan (AC) signalon por kongrui kun la utila ofteco. Tipe, dezajnoj bazitaj sur ŝanĝiĝemaj frekvencaj veturadoj havas pli altan totalan efikecon ol dezajnoj, kiuj uzas skatolojn aŭ aliajn mekanikajn komponentojn. VFD-bazitaj sistemoj ankaŭ povas akomodi pli larĝan gamon de procezaj ŝanĝoj, kiuj povas rezultigi ŝanĝojn en ekspansia ŝafrapideco.
Transdono. Iuj ekspansiaj projektoj uzas ilaron por redukti la rapidon de la ekspansio al la taksita rapideco de la generatoro. La kosto de uzado de ilaro estas pli malalta entuta efikeco kaj tial pli malalta potenco.
Kiam vi preparas peton pri citaĵo (RFQ) por ekspandilo, la proceza inĝeniero devas unue determini la operaciajn kondiĉojn, inkluzive de la jenaj informoj:
Mekanikaj inĝenieroj ofte kompletigas ekspansiajn generatorajn specifojn kaj specifojn uzante datumojn de aliaj inĝenieraj disciplinoj. Ĉi tiuj enigoj povas inkluzivi jenajn:
La specifaĵoj ankaŭ devas inkluzivi liston de dokumentoj kaj desegnaĵoj donitaj de la fabrikanto kiel parto de la oferto -procezo kaj la amplekso de provizo, same kiel aplikeblaj testaj proceduroj kiel postulataj de la projekto.
La teknikaj informoj donitaj de la fabrikanto kiel parto de la ofertprocezo ĝenerale inkluzivas la jenajn elementojn:
Se iu aspekto de la propono diferencas de la originalaj specifoj, la fabrikanto ankaŭ devas liveri liston de devioj kaj la kialoj de la devioj.
Post kiam propono estas ricevita, la teamo -disvolva teamo devas revizii la peton pri plenumo kaj determini ĉu variancoj estas teknike pravigitaj.
Aliaj teknikaj konsideroj konsideri kiam taksi proponojn inkluzivas:
Fine necesas ekonomia analizo. Ĉar malsamaj ebloj povas rezultigi malsamajn komencajn kostojn, oni rekomendas ke mono-fluo aŭ vivcikla kosto-analizo estu farita por kompari la longtempan ekonomion de la projekto kaj redoni investon. Ekzemple, pli alta komenca investo povas esti kompensita longtempe per pliigita produktiveco aŭ reduktitaj prizorgaj postuloj. Vidu "Referencoj" por instrukcioj pri ĉi tiu tipo de analizo. 4.
Ĉiuj aplikoj de generatoro de Turboxpander-generatoroj postulas komencan totalan eblan potencon por determini la tutan kvanton de disponebla energio, kiu povas esti reakirita en aparta apliko. Por turbo -ekspansia generatoro, la potenco -potenco estas kalkulita kiel iSentropic (konstanta entropio) procezo. Ĉi tiu estas la ideala termodinamika situacio por konsideri reverteblan adiabatan procezon sen frotado, sed ĝi estas la ĝusta procezo por taksi la efektivan energian potencialon.
Isentropika potenciala energio (IPP) estas kalkulita multobligante la specifan entalpian diferencon ĉe la enirejo kaj elirejo de la turboxpander kaj multobligante la rezulton per la masfluo. Ĉi tiu potenciala energio estos esprimita kiel iSentropic -kvanto (Ekvacio (1)):
IPP = (Hinlet - H (I, E)) × ṁ X ŋ (1)
kie H (i, e) estas la specifa entalpio konsiderante la isentropan elirejan temperaturon kaj ṁ estas la masfluo.
Kvankam iSentropika potenciala energio povas esti uzata por taksi potencialan energion, ĉiuj realaj sistemoj implikas frikcion, varmon kaj aliajn akciajn energiajn perdojn. Tiel, kiam oni kalkulas la efektivan potencon, oni devas konsideri la jenajn aldonajn enigajn datumojn:
En plej multaj turboxpanaj aplikoj, la temperaturo estas limigita al minimumo por malebligi nedeziratajn problemojn kiel pipo -frostigado menciita antaŭe. Kie fluas naturaj gasoj, hidratoj preskaŭ ĉiam ĉeestas, signifante, ke la dukto malsupren de turboxpander aŭ akcela valvo frostiĝos interne kaj ekstere se la elireja temperaturo falas sub 0 ° C. Glacia formado povas rezultigi fluan limigon kaj finfine fermi la sistemon por defosi. Tiel, la "dezirata" elireja temperaturo estas uzata por kalkuli pli realisman eblan potencan scenon. Tamen, por gasoj kiel hidrogeno, la temperaturlimo estas multe pli malalta ĉar hidrogeno ne ŝanĝiĝas de gaso al likvaĵo ĝis ĝi atingas kriogenan temperaturon (-253 ° C). Uzu ĉi tiun deziratan elirejan temperaturon por kalkuli la specifan entalpion.
La efikeco de la turbo -ekspansia sistemo ankaŭ devas esti pripensita. Depende de la uzata teknologio, sistema efikeco povas varii signife. Ekzemple, turboxpander, kiu uzas reduktan ilaron por translokigi rotacian energion de la turbino al la generatoro, spertos pli grandajn frotajn perdojn ol sistemo, kiu uzas rektan veturadon de la turbino al la generatoro. La totala efikeco de turbo -ekspansia sistemo estas esprimita kiel procento kaj estas pripensita kiam oni taksas la efektivan potencon de la turboxpander. La efektiva potenca potenco (PP) estas kalkulita jene:
PP = (Hinlet - Hexit) × ṁ X ṅ (2)
Ni rigardu la aplikon de reliefo de natura gaso. ABC funkciigas kaj konservas preman reduktan stacion, kiu transportas naturan gason de la ĉefa dukto kaj distribuas ĝin al lokaj municipoj. Ĉe ĉi tiu stacidomo, la gasa enireja premo estas 40 bar kaj la elireja premo estas 8 bar. La antaŭhejtita enira gasa temperaturo estas 35 ° C, kiu varmigas la gason por malebligi frostigon de dukto. Tial la elireja gasa temperaturo devas esti kontrolita tiel ke ĝi ne falas sub 0 ° C. En ĉi tiu ekzemplo ni uzos 5 ° C kiel la minimuman elirejan temperaturon por pliigi la sekurecan faktoron. La normaligita volumetra gasfluo estas 50.000 nm3/h. Por kalkuli la potencon, ni supozos, ke ĉiuj gasoj fluas tra la turbo -ekspansio kaj kalkulas la maksimuman potencon. Taksi la totalan potencan potencon per la sekva kalkulo:
Afiŝotempo: majo-25-2024