Stækkar geta notað þrýstingslækkun til að keyra snúningsvélar. Upplýsingar um hvernig eigi að meta mögulegan ávinning af því að setja upp útvíkkun er að finna hér.
Venjulega í efnafræðsluiðnaðinum (vísitölu neysluverðs), „er mikið magn af orku sóað í þrýstingsstýringarventil þar sem þungþrýstingsvökvi verður að vera þunglyndi“ [1]. Það fer eftir ýmsum tæknilegum og efnahagslegum þáttum, það getur verið æskilegt að breyta þessari orku í snúnings vélrænni orku, sem hægt er að nota til að keyra rafala eða aðrar snúningsvélar. Fyrir ósamþjöppanlegan vökva (vökva) er þetta náð með því að nota vökvaorkubata hverfl (HPRT; sjá tilvísun 1). Fyrir þjöppunarvökva (lofttegundir) er stækkari viðeigandi vél.
Expanders er þroskuð tækni með mörgum árangursríkum forritum eins og vökva hvata sprungum (FCC), kælingu, jarðgaslokum, loftskilju eða útblásturslosun. Í meginatriðum er hægt að nota hvaða gasstraum með minni þrýstingi til að reka stækkara, en „orkan er í beinu hlutfalli við þrýstingshlutfall, hitastig og rennslishraða gasstraumsins“ [2], svo og tæknileg og efnahagsleg hagkvæmni. Framkvæmd stækkunar: Ferlið fer eftir þessum og öðrum þáttum, svo sem staðbundnu orkuverði og framboði framleiðandans á viðeigandi búnaði.
Þrátt fyrir að turboexpander (sem virkar á svipaðan hátt og hverfill) sé þekktasta tegund stækkunar (mynd 1), þá eru til aðrar gerðir sem henta við mismunandi ferli. Þessi grein kynnir helstu tegundir stækkara og íhluta þeirra og dregur saman hvernig rekstrarstjórar, ráðgjafar eða orkuendurskoðendur í ýmsum vísitölu neysluverðs geta metið hugsanlegan efnahagslegan og umhverfislegan ávinning af því að setja upp stækkunaraðila.
Það eru til margar mismunandi gerðir af mótspyrnuböndum sem eru mjög breytilegar í rúmfræði og virkni. Helstu gerðir eru sýndar á mynd 2 og hverri gerð er stuttlega lýst hér að neðan. Fyrir frekari upplýsingar, svo og myndrit sem bera saman rekstrarstöðu hverrar tegundar út frá sérstökum þvermál og sérstökum hraða, sjá hjálp. 3.
Piston Turboexpander. Stimpla og snúnings stimpla turboexpanders starfa eins og öfug snúningur brunahreyfla, taka upp háþrýstingsgas og breyta geymdri orku sinni í snúningsorku í gegnum sveifarásina.
Dragðu túrbó stækkunaraðila. Bremsu túrbínan stækkar samanstendur af sammiðja rennslishólfinu með fötu fins fest við jaðar snúningsþáttarins. Þau eru hönnuð á sama hátt og vatnshjól, en þversnið sammiðja hólfanna eykst frá inntaki til innstungu, sem gerir gasinu kleift að stækka.
Radial turboexpander. Radial flæði turboexpanders eru með axial inntak og geislamyndun, sem gerir gasinu kleift að stækka geislamyndun í gegnum hverfluna. Að sama skapi stækka axial rennslis hverfla gas í gegnum hverflahjólið, en flæði stefna er samsíða snúningsásnum.
Þessi grein fjallar um geislamyndun og axial turboexpanders og ræðir um ýmsar undirgerðir þeirra, íhluti og hagfræði.
Turboexpander dregur út orku úr háþrýstingsgasstraumi og breytir því í drifálag. Venjulega er álagið þjöppu eða rafall tengdur við skaft. Turboexpander með þjöppu þjappar vökva í öðrum hlutum vinnslustraumsins sem krefst þjöppunarvökva og eykur þannig heildarvirkni plöntunnar með því að nota orku sem annars er til spillis. Turboexpander með rafallálag breytir orkunni í rafmagn, sem hægt er að nota í öðrum plöntuferlum eða fara aftur í staðbundið rist til sölu.
TurboExpander rafala er hægt að útbúa annað hvort beinan drifskaft frá hverflahjólinu til rafallsins, eða í gegnum gírkassa sem dregur í raun úr inntakshraða frá hverflahjólinu til rafallsins í gegnum gírhlutfall. Beint drif turboexpanders bjóða upp á kosti í skilvirkni, fótspor og viðhaldskostnaði. Turboexpanders í gírkassa eru þyngri og þurfa stærra fótspor, smurningarbúnað og reglulegt viðhald.
Hægt er að búa til rennslis í gegnum turboexpanders í formi geislamyndunar eða axial hverfla. Radial flæði stækkar innihalda axial inntak og geislamyndun þannig að gasflæðið fer út úr hverfinu geislamyndun frá snúningsásinni. Axial hverfla gerir gasi kleift að renna axial meðfram snúningsás. Axial flæði hverfla draga orku frá gasflæðinu í gegnum inntaksleiðbeiningar til stækkunarhjólsins, þar sem þversniðssvæði stækkunarhólfsins eykst smám saman til að viðhalda stöðugum hraða.
Turboexpander rafall samanstendur af þremur meginþáttum: hverflahjóli, sérstökum legum og rafall.
Hverflahjól. Túrbínuhjól eru oft hönnuð sérstaklega til að hámarka loftaflfræðileg skilvirkni. Notkunarbreytur sem hafa áhrif á hönnun hverflahjóls fela í sér inntak/innstunguþrýsting, hitastig inntaks/útstreymis, rúmmálsrennsli og vökvaeiginleikar. Þegar þjöppunarhlutfallið er of hátt til að minnka á einu stigi, er krafist túrbóexpander með mörgum hverflahjólum. Hægt er að hanna bæði geislamyndunar- og axial hverfla hjól sem fjögurra þrepa, en axial hverflahjól hafa mun styttri axial lengd og eru því samningur. Fjölþrep geislamyndunar hverfla krefst þess að gas streymi frá axial til geislamyndunar og aftur í axial, sem skapar hærra núningstap en axial rennandi hverfla.
legur. Með því að bera hönnun er mikilvægt fyrir skilvirka notkun turboexpander. Með því að bera gerðir sem tengjast hönnun turboexpander er mjög mismunandi og getur innihaldið olíu legur, fljótandi kvikmyndalög, hefðbundnar kúlulög og segulmagnaðir legur. Hver aðferð hefur sína kosti og galla, eins og sýnt er í töflu 1.
Margir framleiðendur TurboExpander velja segulmagnaðir sem „val þeirra“ vegna einstaka kosti þeirra. Segullagar tryggja núningsfrjálsa notkun á kraftmiklum íhlutum TurboExpander og dregur verulega úr rekstrar- og viðhaldskostnaði yfir líftíma vélarinnar. Þau eru einnig hönnuð til að standast breitt úrval af axial og geislamyndun og aðstæðum á ofnum. Hærri upphafskostnaður þeirra vegur upp á móti mun lægri líftíma kostnaði.
Dynamo. Rafallinn tekur snúningsorkuna á hverflinum og breytir því í gagnlega raforku með rafsegulrafstöð (sem getur verið örvunarrafall eða varanlegur segul rafall). Innleiðingarrafstöðvar hafa lægri hlutfall hraða, svo háhraða hverfla forrit þurfa gírkassa, en hægt er að hanna til að passa við tíðni ristanna og útrýma þörfinni fyrir breytilega tíðnisdrif (VFD) til að útvega myndaða rafmagn. Varanlegir segulframleiðendur geta aftur á móti verið hægt að tengja beint við hverfilinn og senda afl til ristarinnar í gegnum breytilega tíðni drif. Rafallinn er hannaður til að skila hámarksafli út frá skaftafli sem er tiltækt í kerfinu.
Innsigli. Innsiglið er einnig mikilvægur þáttur þegar hannað er turboexpander kerfi. Til að viðhalda mikilli skilvirkni og uppfylla umhverfisstaðla verður að innsigla kerfi til að koma í veg fyrir mögulega gasleka. TurboExpanders er hægt að útbúa með kraftmiklum eða kyrrstæðum innsigli. Dynamísk innsigli, svo sem völundarhússigli og þurr gasþéttingar, veita innsigli umhverfis snúningsskaft, venjulega milli hverflahjólsins, legur og restina af vélinni þar sem rafallinn er staðsettur. Dynamísk selir slitna með tímanum og þurfa reglulega viðhald og skoðun til að tryggja að þær virki sem skyldi. Þegar allir turboexpander íhlutir eru að finna í einu húsnæði, er hægt að nota truflanir innsigli til að vernda allar leiðir sem fara út úr húsnæðinu, þar með talið til rafallsins, segulmagnandi drifs eða skynjara. Þessar loftþéttu innsigli veita varanlega vernd gegn gasleka og þurfa ekkert viðhald eða viðgerð.
Frá ferli sjónarmiði er aðalskilyrðið um að setja upp stækkunaraðila að veita háþrýstingsþrýstingsþjöppun (ekki meðvitað) gas til lágþrýstingskerfi með nægilegt flæði, þrýstingsfall og nýtingu til að viðhalda eðlilegri notkun búnaðarins. Starfsfæribreytum er haldið á öruggu og skilvirku stigi.
Hvað varðar þrýstings minnkandi virkni er hægt að nota stækkarann til að skipta um Joule-Thomson (JT) lokann, einnig þekktur sem inngjöf lokinn. Þar sem JT loki færist eftir ísentropískum slóð og stækkarinn færist eftir næstum ísentropískum slóð, dregur það síðarnefnda úr sér andrúmsloftið á gasinu og breytir mismuninn á andrúmslofti í skaftkraft og framleiðir þar með lægri útrásarhita en JT loki. Þetta er gagnlegt í kryógenaferlum þar sem markmiðið er að draga úr hitastigi gassins.
Ef það eru lægri mörk á hitastigi útrásarinnar (til dæmis í þrýstingsstöð þar sem gashitastiginu verður að vera yfir frostmarki, vökva eða lágmarkshitastig hönnunar), verður að bæta við að minnsta kosti einum hitara. stjórna gashitastiginu. Þegar forheitið er staðsett andstreymis stækkunarinnar er einhver orkan frá fóðurgasinu einnig endurheimt í stækkunaraðilanum og eykur þannig afköst hans. Í sumum stillingum þar sem krafist er hitastigseftirlits er hægt að setja upp aðra upphæð eftir að stækka til að veita hraðari stjórn.
Á mynd 3 sýnir einfölduð skýringarmynd af almennu flæðiritinu af stækkunarrafstöð með forhitari sem notaður er til að skipta um JT loki.
Í öðrum ferlstillingum er hægt að flytja orkuna sem endurheimt er í stækkaranum beint til þjöppunnar. Þessar vélar, stundum kallaðar „Yfirmenn“, hafa venjulega stækkun og þjöppunarstig tengda með einni eða fleiri stokka, sem getur einnig falið í sér gírkassa til að stjórna hraðamunnum á milli stiganna tveggja. Það getur einnig falið í sér viðbótar mótor til að veita meiri kraft á þjöppunarstigið.
Hér að neðan eru nokkrir mikilvægustu þættirnir sem tryggja rétta notkun og stöðugleika kerfisins.
Hliðarbrautarloki eða þrýstingur minnkandi loki. Hliðarbrautarlokinn gerir kleift að halda áfram þegar túrbátinn er ekki að starfa (til dæmis til viðhalds eða neyðarástands), á meðan þrýstingslækkandi loki er notaður til stöðugrar notkunar til að veita umfram gas þegar heildarstreymi fer yfir hönnunargetu stækkunarinnar.
Neyðar lokunarventill (ESD). ESD lokar eru notaðir til að hindra flæði gassins í stækkarinn í neyðartilvikum til að forðast vélrænni skemmdir.
Hljóðfæri og stjórntæki. Mikilvægar breytur til að fylgjast með innihalda inntak og útrás þrýsting, rennslishraða, snúningshraða og afköst.
Ekið á óhóflegum hraða. Tækið dregur úr flæði til hverflunnar, sem veldur því að hverfla snúningurinn hægir á sér og verndar þar með búnaðinn fyrir of miklum hraða vegna óvæntra aðstæðna sem gætu skemmt búnaðinn.
Þrýstingsöryggisventill (PSV). PSV eru oft settir upp eftir túrbóexpander til að vernda leiðslur og lágþrýstingsbúnað. PSV verður að vera hannað til að standast alvarlegustu viðbúnaðinn, sem venjulega felur í sér bilun hjá framhjá lokanum til að opna. Ef stækkari er bætt við núverandi þrýstingslækkunarstöð verður ferlihönnunarteymið að ákvarða hvort núverandi PSV veitir fullnægjandi vernd.
Hitari. Hitara bætir fyrir hitastigsfallið af völdum gassins sem fer í gegnum hverfluna, þannig að gasið verður að vera hitað. Meginhlutverk þess er að auka hitastig hækkandi gasflæðis til að viðhalda hitastigi gassins sem skilur út stækkarinn yfir lágmarksgildi. Annar ávinningur af því að hækka hitastigið er að auka afköst og koma í veg fyrir tæringu, þéttingu eða vökva sem gætu haft slæm áhrif á stúta búnaðar. Í kerfum sem innihalda hitaskipti (eins og sýnt er á mynd 3) er gashitastiginu venjulega stjórnað með því að stjórna flæði hitaðs vökva í forheitið. Í sumum hönnun er hægt að nota logahitara eða rafmagns hitara í stað hitaskipta. Hitara gæti þegar verið til í núverandi JT loki stöð og að bæta við stækkari gæti ekki þurft að setja upp viðbótarhitara, heldur auka flæði hitaðs vökva.
Smurningaolía og innsigli gaskerfi. Eins og getið er hér að ofan geta stækkarar notað mismunandi innsiglihönnun, sem geta krafist smurefna og þéttingar lofttegunda. Ef við á verður smurolían að viðhalda háum gæðum og hreinleika þegar það er í snertingu við lofttegundir og olíusiglan verður að vera innan nauðsynlegs starfssviðs smurða legur. Lokað gaskerfi eru venjulega búin með smurningarbúnaði til að koma í veg fyrir að olíu frá burðarboxinu komist inn í stækkunarkassann. Fyrir sérstaka notkun á samskiptum sem notuð eru í kolvetnisiðnaðinum eru smurolía og innsigli gaskerfi venjulega hönnuð til að API 617 [5] 4. hluti.
Breytileg tíðni drif (VFD). Þegar rafallinn er örvun er venjulega kveikt á VFD til að stilla skiptisstrauminn (AC) merki til að passa við tíðni gagnsemi. Venjulega hafa hönnun byggð á breytilegum tíðni drifum meiri heildarvirkni en hönnun sem notar gírkassa eða aðra vélrænni íhluti. VFD-byggð kerfi geta einnig komið til móts við fjölbreyttari ferli breytingar sem geta leitt til breytinga á hraða stækkunar.
Smit. Sumar stækkunarhönnun nota gírkassa til að draga úr hraða stækkunarinnar í hlutfallshraða rafallsins. Kostnaðurinn við notkun gírkassa er lægri heildarvirkni og því lægri afköst.
Þegar undirbúningur beiðni um tilvitnun (RFQ) fyrir stækkunaraðila verður vinnsluverkfræðingurinn fyrst að ákvarða rekstrarskilyrði, þar með talið eftirfarandi upplýsingar:
Vélrænir verkfræðingar ljúka oft forskriftir og forskriftir með stækkunarrafstöðinni með því að nota gögn frá öðrum verkfræðilegum greinum. Þessi aðföng geta innihaldið eftirfarandi:
Forskriftirnar verða einnig að innihalda lista yfir skjöl og teikningar sem framleiðandi veitir sem hluta af útboðsferlinu og umfang framboðs, svo og viðeigandi prófunaraðferðir eins og krafist er í verkefninu.
Tæknilegar upplýsingar sem framleiðandi veitir sem hluti af útboðsferlinu ættu yfirleitt að innihalda eftirfarandi þætti:
Ef einhver þáttur í tillögunni er frábrugðinn upphaflegum forskriftum verður framleiðandinn einnig að leggja fram lista yfir frávik og ástæður frávikanna.
Þegar tillaga er móttekin verður verkefnaþróunarteymið að fara yfir beiðnina um samræmi og ákvarða hvort dreifni sé tæknilega réttlætanleg.
Önnur tæknileg sjónarmið sem þarf að hafa í huga við mat á tillögum eru:
Að lokum þarf að framkvæma efnahagslega greiningu. Vegna þess að mismunandi valkostir geta leitt til mismunandi upphafskostnaðar er mælt með því að framleitt verði sjóðsstreymi eða greining á kostnaðarferli til að bera saman hagfræði verkefnisins og arðsemi fjárfestingarinnar. Til dæmis getur hærri upphafsfjárfesting verið á móti til langs tíma með aukinni framleiðni eða minni viðhaldskröfum. Sjá „Tilvísanir“ fyrir leiðbeiningar um þessa tegund greiningar. 4.
Öll turboexpander-framleiðandi forrit þurfa upphaflega heildar mögulega orkuútreikning til að ákvarða heildarmagn tiltækrar orku sem hægt er að endurheimta í tiltekinni notkun. Fyrir turboexpander rafall er aflmöguleiki reiknaður sem isentropic (stöðugt óreiðu) ferli. Þetta er kjörið hitafræðilegt ástand til að íhuga afturkræfan adiabatic ferli án núnings, en það er rétt ferli til að meta raunverulegan orku möguleika.
Isentropic möguleg orka (IPP) er reiknuð með því að margfalda sérstaka enthalpy mismuninn við inntak og innstungu túrbátsins og margfalda niðurstöðuna með massastreymishraða. Þessi mögulega orka verður gefin upp sem isentropic magn (jöfnu (1)):
IPP = (Hinlet - H (I, E)) × ṁ x ŋ (1)
Þar sem H (I, E) er sértækur enthalpy með hliðsjón af hitastigi Isentropic innstungu og ṁ er massastreymi.
Þrátt fyrir að hægt sé að nota Isentropic mögulega orku til að meta mögulega orku, fela öll raunveruleg kerfi til núnings, hita og annars viðbótar orkutaps. Þannig, við útreikning á raunverulegum krafti möguleika, ætti að taka eftirfarandi viðbótargögn með í reikninginn:
Í flestum turboexpander forritum er hitastigið takmarkað við lágmark til að koma í veg fyrir óæskileg vandamál eins og frysting pípu sem nefnd er fyrr. Þar sem jarðgas flæðir eru vökvar næstum alltaf til staðar, sem þýðir að leiðslan niður fyrir túrbóexpander eða inngjöf loki mun frysta innbyrðis og utanaðkomandi ef hitastig innstungunnar lækkar undir 0 ° C. Ísmyndun getur leitt til flæðistakmarkana og lokað að lokum kerfinu til að afþjappa. Þannig er „óskað“ útrásarhitinn notaður til að reikna raunhæfari mögulega valdasvið. Hins vegar, fyrir lofttegundir eins og vetni, er hitastigsmörkin mun lægri vegna þess að vetni breytist ekki frá gasi í vökva fyrr en það nær kryógenhita (-253 ° C). Notaðu þennan viðkomandi útrásarhitastig til að reikna sérstaka enthalpy.
Einnig verður að huga að skilvirkni turboexpander kerfisins. Það fer eftir tækni sem notuð er, skilvirkni kerfisins getur verið mjög breytileg. Sem dæmi má nefna að turboexpander sem notar lækkunarbúnað til að flytja snúningsorku frá hverflinum til rafallsins mun upplifa meira núningstap en kerfi sem notar beina drif frá hverflinum til rafallsins. Heildar skilvirkni turboexpander kerfisins er gefin upp sem prósentu og er tekið tillit til við mat á raunverulegum krafti turboexpander. Raunverulegur aflmöguleiki (PP) er reiknaður á eftirfarandi hátt:
PP = (Hinlet - Hexit) × ṁ x ṅ (2)
Við skulum líta á beitingu léttir á jarðgasi. ABC rekur og viðheldur þrýstingslækkunarstöð sem flytur jarðgas frá aðalleiðslunni og dreifir henni til sveitarfélaga. Á þessari stöð er gasinntaksþrýstingur 40 bar og útrásarþrýstingur er 8 bar. Forhitaður hitastig inntaksloftsins er 35 ° C, sem forhitar gasið til að koma í veg fyrir frystingu leiðslna. Þess vegna verður að stjórna hitastigi útrásarinnar þannig að það fellur ekki undir 0 ° C. Í þessu dæmi munum við nota 5 ° C sem lágmarks útrásarhita til að auka öryggisstuðulinn. Normaliserað rennslisrennslishraði er 50.000 nm3/klst. Til að reikna út aflmöguleika munum við gera ráð fyrir að allt gas streymi í gegnum túrbó stækkarinn og reikni hámarksafköst. Metið heildarafköst möguleika með eftirfarandi útreikningi:
Post Time: maí-25-2024