Прошири могу користити смањење притиска да бисте покренули ротирајуће машине. Информације о томе како да процене потенцијалне предности инсталирања Ектендер-а могу се наћи овде.
Обично у индустрији хемијске процесе (ЦПИ) "велика количина енергије се троши у вентилима за контролу притиска на којима се флуиди под високим притиском морају притиснути" [1]. У зависности од различитих техничких и економских фактора, може бити пожељно претворити ову енергију у ротирајућу механичку енергију која се може користити за вожњу генератора или других ротирајућих машина. За нестижне течности (течности), то се постиже употребом хидрауличке турбине за опоравак енергије (ХПРТ; види Референце 1). За компримирајуће течности (гасове), експандер је погодна машина.
Прошири су зрела технологија са многим успешним апликацијама као што су течна каталитичка пуцања (ФЦЦ), расхладним, градским вентилима природног гаса, одвајање ваздуха или емисије издувних гасова. У принципу, било који гасни ток са сниженим притиском може се користити за покретање експанзије, али "Енергетска излаз је директно пропорционална односу притиска, температурном и протоку тока гаса" [2], као и техничка и економска изводљивост. Имплементација проширења: Процес зависи од ових и других фактора, као што су цијене локалних енергија и доступност произвођача одговарајуће опреме.
Иако је турбоекпандер (функционише слично турбини) најпознатија врста проширења (слика 1), постоје и друге врсте погодне за различите услове процеса. Овај чланак уводи главне врсте проширења и њихових компоненти и резимира како менаџери операција, консултанти или енергетски ревизори у различитим оперативним одељењима могу да процене потенцијалне економске и еколошке користи инсталирања експандер.
Постоје много различитих врста отпора отпорности који су увелико варирали у геометрији и функцији. Главне врсте су приказане на слици 2, а свака врста је укратко описана у наставку. За више информација, као и графикони који упоређују радно стање сваке врсте на основу одређених пречника и специфичних брзина, погледајте Помоћ. 3.
Пистон ТурбоЕкПандер. Клип и ротациони клип ТурбоекПандери раде попут обрнутог ротирајућих унутрашњих мотора, упијајући гас високог притиска и претварање своје складиштене енергије у ротациону енергију кроз радилицу.
Превуците турбо експандер. Проширење кочионе турбине састоји се од концентричног комора за проток са кантима за канте причвршћене на периферију ротирајућег елемента. Дизајнирани су на исти начин као и водени точкови, али пресек концентричних комора повећава се од улаза до излаза, омогућавајући да се гас прошири.
Радиал ТурбоекПендер. Турбоекпоекдери радијални проток имају аксијални улаз и радијалну утичницу, омогућавајући гас да се ради радијално проширила кроз ротор турбине. Слично томе, аксијални проточни турбине проширују гас кроз точкић турбине, али смер протока остаје паралелно са осовином ротације.
Овај се чланак фокусира на радијалне и аксијалне турбоекпендере, расправљајући о својим разним подврстима, компонентама и економији.
Турбоекпандер извлачи енергију са под високим притиском гаса и претвара га у оптерећење погона. Обично је оптерећење компресор или генератор повезан на осовину. Турбоекпандер са компресором компримира течност у осталим деловима процеса тока који захтевају компримовану течност, повећавајући целокупну ефикасност постројења коришћењем енергије која је иначе изгубљена. Турбоекпандер са оптерећењем генератора претвара енергију у електричну енергију која се може користити у осталим постројењима или враћена у локалну мрежу за продају.
Турбоекпандер Генератори могу бити опремљени или осовином са директним погоном од точкића за генератора, или путем мењача који ефикасно смањује брзину уноса од точка турбине до генератора путем преноса. Директни погонски турбоекпоекпендери нуде предности у ефикасној трошковима, отисаку и трошковима одржавања. Мењач Турбоекпоандерс је теже и захтевају веће отисак, помоћна опрема за подмазивање и редовно одржавање.
Проток кроз турбоекпандери могу се извршити у облику радијалних или аксијалних турбине. Радиал Ектдерс протока садрже аксијални улаз и радијалну утичницу, тако да проток гаса излази турбину радијално из осе ротације. Аксијалне турбине омогућавају гасу да се претвори аксијално дуж оси ротације. Аксијални проток турбина Екстраховање енергије из протока гаса кроз улазне водилице са протеримама на точак шире, уз пресек комора за проширење постепено расте за одржавање сталне брзине.
Генератор турбоекпендера састоји се од три главне компоненте: колутински точак, специјални лежајеви и генератор.
Турбински точак. Турбински точкови су често дизајнирани посебно за оптимизацију аеродинамичке ефикасности. Променљиве апликације које утичу на дизајн точкића турбине укључују улазне / излазне притисак, температуру улазне / излазне температуре, проток јачине и својства течности. Када је однос компресије превисок да би се смањио у једној фази, потребан је турбоекпандер са вишеструким турбинским точковима. И радијалне и аксијалне турбинске точкове могу се осмислити као више-фаза, али аксијално турбински точкови имају много краћу аксијалну дужину и зато су компактнији. Мултистаге радијалне турбине за проток захтевају гас да прође од аксијалног на радијални и назад на аксијално, стварајући веће губитке трења него аксијалне турбине.
Лежајеви. Дизајн лежаја је пресудан за ефикасан рад турбоекпандера. Врсте лежаја везане за дизајне турбоекпендера увелико се разликују и могу да укључују лежајеве уља, течне филмске лежајеве, традиционалне кугличне лежајеве и магнетне лежајеве. Свака метода има своје предности и недостатке, као што је приказано у Табели 1.
Многи произвођачи турбоекпендера бирају магнетни лежајеви као њихов "избор избора" због својих јединствених предности. Магнетни лежајеви обезбеђују рад без трења динамичких компоненти ТУРБЕКТЕРАНДЕР-а, значајно смањујући трошкове рада и одржавања у животу машине. Они су такође дизајнирани да издрже широк спектар аксијалних и радијалних оптерећења и услова препуне. Њихови виши почетни трошкови надокнађују се много нижих трошкова животног циклуса.
Динамо. Генератор узима ротациону енергију турбине и претвара га у корисну електричну енергију користећи електромагнетни генератор (који може бити акулционатор или стални генератор магнета). Адукциони генератори имају нижу оцену, тако да су апликације за турбине велике брзине захтевају мењач, али могу се дизајнирати тако да се подударају са фреквенцијом мреже, елиминишући потребу за променљивом фреквенцијском погоном (ВФД) за снабдевање генерисаном електричном енергијом. Стални магнет генератори, с друге стране, могу бити директно осовина повезана са турбинама и преносе снагу на мрежу кроз променљиву фреквенцијски погон. Генератор је дизајниран да испоручи максималну снагу засновану на напади осовине која је доступна у систему.
Печати. Печат је такође критична компонента приликом дизајнирања турбоекпандер система. Да би се одржала висока ефикасност и испуњавање стандарда заштите животне средине, системи морају бити запечаћени како би се спречило пропуштање потенцијалних процеса. Турбоекпоандерс може бити опремљен динамичним или статичким заптивањима. Динамичне бртве, као што су лабиринтне бртве и суве гасне бртве, наведите печат око ротирајуће осовине, обично између турбине, лежајева и остатак машине у којој се налази генератор. Динамичне бртве се током времена током времена исече и захтевају редовно одржавање и инспекцију како би се осигурало да правилно функционишу. Када се све компоненте турбоекпендера садржане у једном кућишту, статичке бртве могу се користити за заштиту било каквих водича излазећи са становањем, укључујући генератор, магнетни носачи и сензоре. Ове зрачне бртве пружају сталну заштиту од цурења гаса и не захтевају без одржавања или поправке.
Са становишта процеса, примарни захтев за инсталирање експанзије је снабдевање притиском на притисак на системским системом са ниским притиском са довољно протока, пад притиска и искоришћења за одржавање нормалног рада опреме. Радни параметри се одржавају на сигурном и ефикасном нивоу.
У погледу функције смањења притиска, проширење се може користити за замену вентила Јоуле-Тхомсон (ЈТ), познат и као вентил за гас. Пошто се ЈТ вентил креће по исентропском путу и проширење се креће уз скоро испричани пут, последња смањује енталпија гаса и разузда ентролпију у снагу осовине, стварајући и на тај начин нижа нижа одлазна температура од МТ вентила. Ово је корисно у криогеним процесима у којима је циљ смањити температуру гаса.
Ако постоји доња граница на температури излазне гасове (на пример, у декомпресијској станици у којој се температура гаса мора задржати изнад замрзавања, хидратације, или минималне температуре дизајна материјала), мора се додати најмање један грејач. Контролишите температуру гаса. Када се презраст налази уз узводно од експандера, неке од енергије из гноја за напајање се такође опорављају у проширењу, чиме се повећава њени излаз снаге. У неким конфигурацијама где је потребна контрола оутлет температуре, други рехататер се може инсталирати након проширења да пружи бржу контролу.
На слици Слика 3 приказује поједностављени дијаграм дијаграма општег протока генератора експандирања са пречом који се користи за замену ЈТ вентила.
У другим конфигурацијама процеса, енергија која се враћа у шипљењу може се пренијети директно на компресор. Ове машине, које се понекад називају "команданти", обично имају ширење и фазе компресије повезане са једним или више осовина, који могу такође да укључују мењач да би се регулисала разлика у брзини између две фазе. Такође може да укључи додатни мотор за пружање више снаге на фазу компресије.
Испод су неке од најважнијих компоненти које обезбеђују правилан рад и стабилност система.
Обилазни вентил или вентил за смањење притиска. Зависни вентил омогућава рад да се настави када турбоекпендер не ради (на пример, за одржавање или хитну помоћ), док се вентил за смањење притиска користи за континуирани рад за снабдевање вишка гаса када укупни проток прелази капацитет пролаза проширења.
Валве за хитне случајеве (ЕСД). ЕСД вентили се користе за блокирање протока гаса у експандер у хитним случајевима како би се избегла механичка оштећења.
Инструменти и контроле. Важне променљиве за монитор укључују улаз и излазни притисак, брзину протока, брзину ротације и излаз снаге.
Вожња по прекомерном брзини. Уређај се смањује проток на турбину, узрокујући да се турбина ротор успори, на тај начин штити опрему од прекомерних брзина због неочекиваних услова процеса који могу оштетити опрему.
Сигурносни вентил за притисак (ПСВ). ПСВ-ови се често постављају након турбоекпандера да заштите цевоводе и опрему ниског притиска. ПСВ мора бити дизајниран да издржи најтеже непредвиђене ситуације, које обично укључују неуспех обилазног вентила за отварање. Ако се додаје екпандер у постојећу станицу за смањење притиска, тим за процесе мора утврдити да ли постојећи ПСВ пружа адекватну заштиту.
Грејач. Грејачи надокнађују пад температуре узроковане гасом који пролази кроз турбину, тако да гас мора бити загрејан. Његова главна функција је повећати температуру растућег тока гаса да бисте одржали температуру гаса који оставља експандер изнад минималне вредности. Још једна корист од подизања температуре је повећати производњу електричне енергије, као и спречавање корозије, кондензације или хидрата или хидрата које могу негативно утицати на млазнице опреме. У системима који садрже измењиваче топлоте (као што је приказано на слици 3), температура гаса се обично контролише регулисањем протока грејне течности у преходно. У неким дизајну се уместо измењивача топлоте може користити грејач пламена или електрични грејач. Гријачи могу већ постојати у постојећој станици ЈТ вентила, а додавање експандира не може захтевати да инсталирају додатне грејаче, већ повећавају проток грејне течности.
Подмазивање нафте и гасних гасова. Као што је горе поменуто, проширивачи могу да користе различите дизајне бртве, који могу захтевати мазива и заптивање гасова. Ако је применљиво, уље за подмазивање мора да одржи висок квалитет и чистоћу када је у контакту са процесним гасовима, а ниво вискозности на уљем мора остати у траженом радном распону подмазаних лежајева. Заптивени гасни системи обично су опремљени уређајем за подмазивање уља да спречи уље из лежајског оквира да уђе у поље за проширење. За посебне примене компанија које се користе у угљоводоничкој индустрији, мазива уља и гасни системи заптивача су обично дизајнирани за АПИ 617 [5] Спецификације део 4.
Променљиви фреквенцијски погон (ВФД). Када је генератор индукција, ВФД је обично укључен да подеси наизменичну струју (АЦ) сигнал да одговара услужној фреквенцији. Типично, дизајни засновани на погонима са променљивим фреквенцијама имају већу општу ефикасност од дизајна који користе мењаче или друге механичке компоненте. Системи засновани на ВФД-у такође могу примити шири спектар промена процеса које могу резултирати променама брзине осовине експандер.
Преношење. Неки дизајни за проширење користе мењач да би се смањила брзина проширења на називну брзину генератора. Трошкови коришћења мењача је нижа укупна ефикасност и зато нижи излаз снаге.
Приликом припрема захтева за цитат (РФК) за проширење, инжењер процеса прво мора да утврди услове рада, укључујући следеће информације:
Машински инжењери често завршене спецификације и спецификације проширења и спецификације користећи податке других инжењерских дисциплина. Ови улази могу да укључују следеће:
Спецификације такође морају да укључују списак докумената и цртежа које је произвођач пружио као део тендерског поступка и обим понуде, као и применљиве поступке испитивања како то захтева пројекат.
Техничке информације које произвођач пружа као део тендерског поступка треба да обухвате следеће елементе:
Ако било који аспект предлога разликује се од оригиналних спецификација, произвођач мора да пружи и списак одступања и разлоге одступања.
Једном када је примљен предлог, тим за развој пројекта мора да преиспита захтев за поштовање и утврђује да ли су варијације технички оправдане.
Остала техничка разматрања за разматрање при процењивању предлога укључују:
Коначно, потребно је спровести економску анализу. Будући да различите опције могу резултирати различитим почетним трошковима, препоручује се да се изврше новчана ток или анализа трошкова животне циклуса да би се упоредила дугорочна економија пројекта и повратак улагања. На пример, већој иницијалној инвестицији може се помакнути дугорочно повећаном продуктивношћу или смањеним захтевима за одржавање. Погледајте "Референце" за упутства о овој врсти анализе. 4.
Све апликације ТУРБЕКСПАНДЕР-ГЕНЕРАТОР захтевају почетну укупну потенцијалну прорачун снаге да би се утврдило укупан износ расположиве енергије која се може вратити у одређеној апликацији. За генератор турбоекпендера, потенцијал снаге се израчунава као процес исентропске (сталне ентропије). Ово је идеална термодинамичка ситуација за разматрање реверзибилног адијабатичког процеса без трења, али је правилан процес процене стварног енергетског потенцијала.
Исентропска потенцијална енергија (ИПП) израчунава се множењем специфичне разлике у улазну и излазу турбоекпендера и множење резултата масовним протоком. Ова потенцијална енергија ће се изразити као исентропска количина (једначина (1)):
ИПП = (ХИНЛЕТ - Х (И, Е)) × м к ŋ (1)
Где је Х (и, Е) специфично хватање у узимању у обзир исентропска излазна температура и м је масовна брзина протока.
Иако се исентропична потенцијална енергија може користити за процену потенцијалне енергије, сви реални системи укључују трење, топлоту и остале губитке од помоћних енергије. Тако, приликом израчуна стварног потенцијала снаге, треба узети у обзир следеће додатне улазне податке:
У већини турбоекпандер апликација температура је ограничена на минимум да се спречи нежељени проблеми као што су раније споменуто замрзавање цеви. Тамо где токови природног гаса, хидрате су готово увек присутни, што значи да ће се цевовод низводно од турбоекпандера или лептир за гас смањити интерно и споља ако се излазне температуре падне испод 0 ° Ц. Формирање леда може резултирати ограничењем протока и на крају искључити систем да одмрзавате. Стога се "жељена" излазна температура користи за израчунавање реалнијег потенцијалног сценарија електричне енергије. Међутим, за гасове као што су водоник, граница температуре је много мања јер се водоник не мења од гаса до течности док не дође до криогене температуре (-253 ° Ц). Користите ову жељену температуру излазне температуре да бисте израчунали специфичне енталпије.
Такође се мора размотрити ефикасност система турбоекпендера. У зависности од коришћене технологије, ефикасност система може значајно да се разликује. На пример, турбоекпендер који користи редукцијски пренос за пренос ротационе енергије са турбине до генератора ће доживети већи губици трења него систем који користи директан погон од турбине до генератора. Укупна ефикасност система турбоекпендера изражена је у проценту и узима се у обзир приликом процене стварног потенцијала напајања турбоекпандера. Стварни потенцијал снаге (ПП) израчунава се на следећи начин:
ПП = (ХИНЛЕТ - ХЕКСИТ) × м к н (2)
Погледајмо примјену рељефног притиска природног гаса. АБЦ послује и одржава станицу за смањење притиска који превози природни гас из главног цевовода и дистрибуира га локалним општинама. На овој станици, притисак улаза гаса је 40 бара, а излазни притисак је 8 бара. Оплочана температура улазне гасове је 35 ° Ц, која унапређује гас да спречи смрзавање цевовода. Стога се температура излазне гасове мора контролисати тако да не падне испод 0 ° Ц. У овом примеру користићемо 5 ° Ц као минималну температуру излазне температуре за повећање фактора сигурности. Нормализовани волуметријски проток гаса је 50.000 Нм3 / х. Да бисмо израчунали потенцијал снаге, претпоставит ћемо да сви гас пролази кроз турбо експандер и израчунава максимални излаз снаге. Процените укупни потенцијал излаза снаге користећи следећу обрачун:
Вријеме поште: мај-25-2024