HANGZHOU NUZHUO TÆKNIFÉLAG CO., LTD.

Útvíkkunarvélar geta notað þrýstingslækkun til að knýja snúningsvélar. Upplýsingar um hvernig meta má hugsanlegan ávinning af því að setja upp útvíkkunarvélar er að finna hér.
Í efnaiðnaði er algengt að „mikil orka fari til spillis í þrýstistýringarlokum þar sem þrýstingur á háþrýstivökvum verður að vera lækkaður“ [1]. Það getur verið æskilegt að breyta þessari orku í snúningsorku, sem hægt er að nota til að knýja rafal eða aðrar snúningsvélar, allt eftir ýmsum tæknilegum og efnahagslegum þáttum. Fyrir óþjappanlega vökva (vökva) er þetta gert með því að nota vökvaorkuendurheimtartúrbínu (HPRT; sjá tilvísun 1). Fyrir þjappanlega vökva (lofttegundir) er þenslubúnaður hentug vél.
Þenslutæki eru þroskuð tækni með mörgum farsælum notkunarmöguleikum eins og vökvahvatasprungu (FCC), kælingu, lokar fyrir jarðgas, loftskiljun eða útblásturslosun. Í meginatriðum er hægt að nota hvaða gasstraum sem er með lækkaðan þrýsting til að knýja þenslutæki, en „orkuframleiðslan er í beinu hlutfalli við þrýstingshlutfall, hitastig og flæðishraða gasstraumsins“ [2], sem og tæknilega og efnahagslega hagkvæmni. Innleiðing þenslutækis: Ferlið fer eftir þessum og öðrum þáttum, svo sem staðbundnu orkuverði og framboði framleiðanda á viðeigandi búnaði.
Þótt túrbóþenslubúnaðurinn (sem virkar á svipaðan hátt og túrbína) sé þekktasta gerðin af þenslubúnaði (mynd 1), þá eru til aðrar gerðir sem henta fyrir mismunandi ferlisaðstæður. Þessi grein kynnir helstu gerðir þenslubúnaða og íhluti þeirra og dregur saman hvernig rekstrarstjórar, ráðgjafar eða orkuendurskoðendur í ýmsum deildum CPI geta metið hugsanlegan efnahagslegan og umhverfislegan ávinning af því að setja upp þenslubúnað.
Það eru til margar mismunandi gerðir af mótstöðuböndum sem eru mjög mismunandi að lögun og virkni. Helstu gerðirnar eru sýndar á mynd 2 og hver gerð er stuttlega lýst hér að neðan. Fyrir frekari upplýsingar, sem og gröf sem bera saman rekstrarstöðu hverrar gerðar út frá tilteknum þvermálum og tilteknum hraða, sjá hjálp. 3.
Stimpilþensluvél. Stimpil- og snúningsstimpilþensluvélar virka eins og öfugsnúnings brunahreyfill, taka í sig háþrýstingsgas og breyta geymdri orku þess í snúningsorku í gegnum sveifarásinn.
Dragðu túrbínudreifarann. Bremsuþurrbínudreifarinn samanstendur af sammiðja flæðishólfi með fötuflögum sem eru festir við jaðar snúningshlutans. Þau eru hönnuð á sama hátt og vatnshjól, en þversnið sammiðja hólfanna eykst frá inntaki að úttaki, sem gerir gasinu kleift að þenjast út.
Geislaþenslu ...
Þessi grein fjallar um geisla- og ásalega túrbóþensluvélar og ræðir ýmsar undirgerðir þeirra, íhluti og hagfræði.
Þensluvél með þjöppu dregur orku úr háþrýstingsgasstraumi og breytir henni í drifkraft. Venjulega er álagið þjöppu eða rafall sem er tengdur við ás. Þensluvél með þjöppu þjappar vökva í öðrum hlutum vinnslustraumsins sem krefjast þjappaðs vökva og eykur þannig heildarnýtni verksmiðjunnar með því að nota orku sem annars væri sóuð. Þensluvél með rafallsálagi breytir orkunni í rafmagn, sem hægt er að nota í öðrum ferlum verksmiðjunnar eða skila aftur inn á staðbundið raforkunet til sölu.
Þenslurafallar með túrbínu geta verið útbúnir annað hvort með beinum drifás frá túrbínuhjólinu að rafalnum, eða í gegnum gírkassa sem dregur á áhrifaríkan hátt úr inntakshraða frá túrbínuhjólinu að rafalnum með gírhlutfalli. Þenslurafallar með beinum drifkrafti bjóða upp á kosti hvað varðar skilvirkni, fótspor og viðhaldskostnað. Þenslurafallar með gírkassa eru þyngri og þurfa stærra fótspor, smurbúnað og reglulegt viðhald.
Gegnrennslisþenslutæki geta verið smíðuð sem radíal- eða ásþenslutæki. Geislaþenslutæki innihalda ás inntak og geislaúttak þannig að gasflæðið fer út úr túrbínunni radíal frá snúningsásnum. Ásþenslutæki leyfa gasi að flæða ás eftir snúningsásnum. Ásþenslutæki draga orku úr gasflæðinu í gegnum inntaksleiðarblöð að þensluhjólinu, þar sem þversniðsflatarmál þensluhólfsins eykst smám saman til að viðhalda stöðugum hraða.
Túrbínuþenslurafall samanstendur af þremur meginhlutum: túrbínuhjóli, sérstökum legum og rafal.
Túrbínuhjól. Túrbínuhjól eru oft hönnuð sérstaklega til að hámarka loftaflfræðilega skilvirkni. Meðal þeirra breytna sem hafa áhrif á hönnun túrbínuhjóla eru inntaks-/úttaksþrýstingur, inntaks-/úttakshiti, rúmmálsflæði og vökvaeiginleikar. Þegar þjöppunarhlutfallið er of hátt til að minnka í einu þrepi þarf túrbínuþensluvél með mörgum túrbínuhjólum. Bæði radíal- og ásþensluhjól geta verið hönnuð sem fjölþrepa túrbínuhjól, en ásþensluhjól hafa mun styttri áslengd og eru því samþjappaðari. Fjölþrepa radíalflæðistúrbína krefjast þess að gas flæði frá ás til radíal og til baka til ás, sem skapar meira núningstap en ásþenslutúrbína.
Legur. Hönnun legna er mikilvæg fyrir skilvirka notkun túrbóþenslubúnaðar. Gerðir legna sem tengjast hönnun túrbóþenslubúnaðar eru mjög mismunandi og geta verið olíulegur, vökvafilmulegur, hefðbundnar kúlulegur og segullegur. Hver aðferð hefur sína kosti og galla, eins og sýnt er í töflu 1.
Margir framleiðendur túrbóþensluvéla velja segullegur sem „kjörlegan lega“ vegna einstakra kosta þeirra. Segullegur tryggja núningslausa notkun á kraftmiklum íhlutum túrbóþensluvélarinnar, sem dregur verulega úr rekstrar- og viðhaldskostnaði yfir líftíma vélarinnar. Þær eru einnig hannaðar til að þola fjölbreytt úrval af ás- og radíalálagi og ofálagi. Hærri upphafskostnaður þeirra er vegaður upp á móti mun lægri líftímakostnaði.
Dynamo. Rafallinn tekur snúningsorku túrbínunnar og breytir henni í gagnlega raforku með því að nota rafsegulrafall (sem getur verið spanrafall eða varanleg segulrafall). Spanaraflar hafa lægri hraða, þannig að notkun á hraðvirkum túrbínum krefst gírkassa, en hægt er að hanna þá til að passa við tíðni raforkukerfisins, sem útrýmir þörfinni fyrir breytilega tíðni drif (VFD) til að útvega rafmagnið sem myndast. Varanlegir segulraflar, hins vegar, geta verið tengdir beint við túrbínuna og sent afl til raforkukerfisins í gegnum breytilega tíðni drif. Rafallinn er hannaður til að skila hámarksafli miðað við það ásafl sem er tiltækt í kerfinu.
Þéttiefni. Þéttiefnið er einnig mikilvægur þáttur við hönnun túrbínuþenslukerfis. Til að viðhalda mikilli skilvirkni og uppfylla umhverfisstaðla verður að innsigla kerfin til að koma í veg fyrir hugsanlegan leka úr ferlisgasi. Túrbínuþenslutæki geta verið útbúin með breytilegum eða kyrrstæðum þéttingum. Breytileg þéttiefni, svo sem völundarhúsþéttiefni og þurrgasþéttiefni, veita þéttiefni umhverfis snúningsás, venjulega á milli túrbínuhjólsins, leganna og restarinnar af vélinni þar sem rafallinn er staðsettur. Breytileg þéttiefni slitna með tímanum og þurfa reglulegt viðhald og skoðun til að tryggja að þau virki rétt. Þegar allir íhlutir túrbínuþenslukerfisins eru í einu húsi er hægt að nota kyrrstæðar þéttiefni til að vernda allar leiðslur sem koma út úr húsinu, þar á meðal að rafallinum, segullegum eða skynjurum. Þessi loftþéttu þéttiefni veita varanlega vörn gegn gasleka og þurfa ekki viðhald eða viðgerðir.
Frá sjónarhóli ferlisins er aðalkrafan fyrir uppsetningu þenslubúnaðar að veita háþrýstingsþjappanlegt (ekki þéttanlegt) gas í lágþrýstingskerfi með nægilegu flæði, þrýstingsfalli og nýtingu til að viðhalda eðlilegri starfsemi búnaðarins. Rekstrarbreytur eru viðhaldnar á öruggu og skilvirku stigi.
Hvað varðar þrýstingslækkunarvirkni er hægt að nota þensluna í stað Joule-Thomson (JT) loka, einnig þekktan sem inngjöfsloka. Þar sem JT lokinn hreyfist eftir ísentropískri braut og þenslurinn hreyfist eftir næstum ísentropískri braut, dregur sá síðarnefndi úr entalpíu gassins og breytir entalpíumismuninum í ásafl, sem framleiðir þannig lægra útrásarhitastig en JT lokinn. Þetta er gagnlegt í lághitaferlum þar sem markmiðið er að lækka hitastig gassins.
Ef neðri mörk eru á hitastigi úttaksgassins (til dæmis í þjöppunarstöð þar sem gashitastigið verður að vera haldið yfir frostmarki, vökvunarhita eða lágmarkshönnunarhitastigi efnisins), verður að bæta við að minnsta kosti einum hitara. Stjórna gashitanum. Þegar forhitarinn er staðsettur fyrir framan þensluna er hluti af orkunni úr fóðrunargasinu einnig endurheimtur í þenslunni, sem eykur afköst hans. Í sumum stillingum þar sem þörf er á stjórnun á úttakshita er hægt að setja upp annan endurhitara eftir þensluna til að veita hraðari stjórnun.
Á mynd 3 er sýnt einfaldað flæðirit af þenslurafalli með forhitara sem notaður er í staðinn fyrir JT-loka.
Í öðrum ferlisstillingum er hægt að flytja orkuna sem endurheimt er í þenslubúnaðinum beint í þjöppuna. Þessar vélar, stundum kallaðar „stjórnendur“, eru yfirleitt með þenslu- og þjöppunarstig sem tengjast með einum eða fleiri ásum, sem geta einnig innihaldið gírkassa til að stjórna hraðamismuninum á milli stiganna tveggja. Hann getur einnig innihaldið viðbótarmótor til að veita þjöppunarstiginu meira afl.
Hér að neðan eru nokkrir mikilvægustu þættirnir sem tryggja rétta virkni og stöðugleika kerfisins.
Hjáveituloki eða þrýstilækkari. Hjáveitulokinn gerir kleift að halda áfram notkun þegar túrbóþenslutækið er ekki í gangi (til dæmis vegna viðhalds eða neyðarástands), en þrýstilækkarinn er notaður fyrir samfellda notkun til að útvega umfram gas þegar heildarflæðið fer yfir hönnunargetu þenslutækisins.
Neyðarloki (ESD). ESD-lokar eru notaðir til að loka fyrir gasflæði inn í þenslutækið í neyðartilvikum til að forðast vélræna skemmdir.
Mælitæki og stjórntæki. Mikilvægar breytur sem þarf að fylgjast með eru meðal annars inntaks- og úttaksþrýstingur, rennslishraði, snúningshraði og afköst.
Akstur á of miklum hraða. Tækið stöðvar flæði til túrbínunnar, sem veldur því að snúningshluti túrbínunnar hægir á sér og verndar þannig búnaðinn fyrir of miklum hraða vegna óvæntra aðstæðna í ferlinu sem gætu skemmt búnaðinn.
Þrýstiöryggisloki (PSV). Þrýstiöryggislokar eru oft settir upp eftir túrbóþenslustöð til að vernda leiðslur og lágþrýstibúnað. Þrýstiöryggislokinn verður að vera hannaður til að þola alvarlegustu aðstæður, sem fela venjulega í sér að hjáveitulokinn opnist ekki. Ef þenslustöð er bætt við núverandi þrýstilækkunarstöð verður hönnunarteymið að ákvarða hvort núverandi þrýstiöryggisloki veiti fullnægjandi vörn.
Hitari. Hitarar bæta upp fyrir hitastigslækkun sem stafar af því að gasið fer í gegnum túrbínuna, þannig að gasið verður að forhita. Helsta hlutverk þeirra er að auka hitastig uppstreymis gasflæðisins til að viðhalda hitastigi gassins sem fer úr þenslubúnaðinum yfir lágmarksgildi. Annar kostur við að hækka hitastigið er að auka afköst og koma í veg fyrir tæringu, þéttingu eða vökva sem gætu haft neikvæð áhrif á stúta búnaðarins. Í kerfum sem innihalda varmaskiptara (eins og sýnt er á mynd 3) er gashitastigið venjulega stjórnað með því að stjórna flæði heits vökva inn í forhitarann. Í sumum hönnunum er hægt að nota logahitara eða rafmagnshitara í stað varmaskiptara. Hitarar geta þegar verið til staðar í núverandi JT lokastöð og viðbót við þenslubúnað gæti ekki krafist þess að setja upp viðbótarhitara, heldur frekar að auka flæði heits vökva.
Smurolía- og þéttigaskerfi. Eins og áður hefur komið fram geta þensluvélar notað mismunandi þéttihönnun, sem getur þurft smurefni og þéttigas. Þar sem við á verður smurolían að viðhalda háum gæðum og hreinleika þegar hún kemst í snertingu við vinnslugas og seigjustig olíunnar verður að vera innan tilskilins rekstrarsviðs fyrir smurðar legur. Þétt gaskerfi eru venjulega búin olíusmurningarbúnaði til að koma í veg fyrir að olía úr legukassanum komist inn í þenslukassann. Fyrir sérstaka notkun þensluvéla sem notaðar eru í kolvetnisiðnaðinum eru smurolía- og þéttigaskerfi venjulega hönnuð samkvæmt API 617 [5] Part 4 forskriftum.
Breytileg tíðnistýring (VFD). Þegar rafallinn er í spanstýringu er tíðnistýring venjulega kveikt á til að stilla riðstraumsmerkið (AC) að tíðninni frá veitunni. Venjulega hafa hönnun sem byggir á breytilegum tíðnistýringum meiri heildarnýtni en hönnun sem notar gírkassa eða aðra vélræna íhluti. Kerfi sem byggja á tíðnistýringu geta einnig tekið við fjölbreyttari ferlum sem geta leitt til breytinga á hraða þensluássins.
Gírskipting. Sumar útvíkkunarvélar nota gírkassa til að lækka hraða útvíkkunarinnar niður í nafnhraða rafstöðvarinnar. Kostnaðurinn við notkun gírkassa er lægri heildarnýtni og þar af leiðandi lægri afköst.
Þegar beiðni um tilboð (RFQ) er útbúin fyrir útvíkkunarbúnað verður verkfræðingurinn fyrst að ákvarða rekstrarskilyrðin, þar á meðal eftirfarandi upplýsingar:
Vélaverkfræðingar nota oft gögn úr öðrum verkfræðigreinum til að útbúa forskriftir fyrir útvíkkunarrafstöðvar og aðrar forskriftir. Þessi gögn geta falið í sér eftirfarandi:
Í forskriftunum skal einnig vera listi yfir skjöl og teikningar sem framleiðandi leggur fram sem hluta af útboðsferlinu og umfang afhendingar, sem og viðeigandi prófunaraðferðir eins og verkefnið krefst.
Tæknilegar upplýsingar sem framleiðandi leggur fram sem hluta af útboðsferlinu ættu almennt að innihalda eftirfarandi þætti:
Ef einhver þáttur tillögunnar er frábrugðinn upprunalegum forskriftum verður framleiðandi einnig að leggja fram lista yfir frávik og ástæður frávikanna.
Þegar tillaga hefur borist verður verkefnateymið að fara yfir beiðnina til að kanna hvort hún sé í samræmi við kröfur og ákvarða hvort frávik séu tæknilega réttlætanleg.
Önnur tæknileg atriði sem þarf að hafa í huga við mat á tillögum eru meðal annars:
Að lokum þarf að framkvæma efnahagsgreiningu. Þar sem mismunandi valkostir geta leitt til mismunandi upphafskostnaðar er mælt með því að framkvæma sjóðstreymis- eða líftímakostnaðargreiningu til að bera saman langtímahagfræði verkefnisins og arðsemi fjárfestingar. Til dæmis getur hærri upphafsfjárfesting verið vegað upp á móti til lengri tíma litið með aukinni framleiðni eða minni viðhaldsþörf. Sjá „Heimildir“ fyrir leiðbeiningar um þessa tegund greiningar. 4.
Öll notkun túrbóþenslurafala krefst upphaflegrar útreiknings á heildarorku til að ákvarða heildarmagn tiltækrar orku sem hægt er að endurheimta í tiltekinni notkun. Fyrir túrbóþenslurafal er orkumöguleikinn reiknaður sem ísentropískt (stöðugt óreiða) ferli. Þetta er kjörin varmafræðileg staða til að íhuga afturkræft atferli án núnings, en það er rétta ferlið til að meta raunverulega orkumöguleika.
Ísentropísk stöðuorka (IPP) er reiknuð með því að margfalda sértæka entalpíumuninn við inntak og úttak túrbóþenslubúnaðarins og margfalda niðurstöðuna með massaflæðishraðanum. Þessi stöðuorka verður tjáð sem ísentropísk stærð (jafna (1)):
IPP = ( hinlet – h(i,e)) × ṁ x ŋ (1)
þar sem h(i,e) er sértæk entalpía að teknu tilliti til ísentropísks útrásarhitastigs og ṁ er massaflæðishraðinn.
Þó að hægt sé að nota ísentropíska stöðuorku til að meta stöðuorku, þá fela öll raunveruleg kerfi í sér núning, hita og annað aukaorkutap. Því ætti að taka tillit til eftirfarandi viðbótarupplýsinga þegar raunveruleg stöðuorka er reiknuð út:
Í flestum forritum túrbóþenslukerfa er hitastigið takmarkað við lágmark til að koma í veg fyrir óæskileg vandamál eins og að pípur frjósi sem áður hefur verið getið. Þar sem jarðgas rennur eru hýdröt næstum alltaf til staðar, sem þýðir að leiðslan niður fyrir túrbóþensluker eða inngjöfarloka frýs að innan og utan ef útrásarhitastigið fer niður fyrir 0°C. Ísmyndun getur leitt til flæðistakmarkana og að lokum stöðvað kerfið til afþýðingar. Þannig er „æskilegt“ útrásarhitastig notað til að reikna út raunhæfari mögulega orkusparnað. Hins vegar, fyrir lofttegundir eins og vetni, eru hitastigsmörkin mun lægri þar sem vetni breytist ekki úr gasi í vökva fyrr en það nær lághita (-253°C). Notið þetta æskilega útrásarhitastig til að reikna út sértæka entalpíu.
Einnig verður að taka tillit til skilvirkni túrbóþenslukerfisins. Skilvirkni kerfisins getur verið mjög mismunandi eftir því hvaða tækni er notuð. Til dæmis mun túrbóþenslukerfi sem notar lækkunargír til að flytja snúningsorku frá túrbínu til rafstöðvarinnar upplifa meiri núningstap en kerfi sem notar beinan drif frá túrbínu til rafstöðvarinnar. Heildarskilvirkni túrbóþenslukerfis er gefin upp sem prósenta og er tekin með í reikninginn þegar raunveruleg aflsgeta túrbóþenslukerfisins er metin. Raunveruleg aflsgeta (PP) er reiknuð út á eftirfarandi hátt:
PP = (hinlet – hexit) × ṁ x ṅ (2)
Við skulum skoða notkun þrýstilækkunar á jarðgasi. ABC rekur og viðheldur þrýstilækkunarstöð sem flytur jarðgas frá aðallögninni og dreifir því til sveitarfélaga. Á þessari stöð er inntaksþrýstingur gassins 40 bör og úttaksþrýstingur 8 bör. Forhitað inntaksgashitastig er 35°C, sem forhitar gasið til að koma í veg fyrir að leiðslan frjósi. Þess vegna verður að stjórna úttaksgashitastiginu þannig að það fari ekki niður fyrir 0°C. Í þessu dæmi notum við 5°C sem lágmarks úttakshitastig til að auka öryggisstuðulinn. Stöðluð rúmmálsflæði gassins er 50.000 Nm3/klst. Til að reikna út aflsgetuna gerum við ráð fyrir að allt gas flæði í gegnum túrbóþensluna og reiknum hámarksaflsframleiðsluna. Áætlum heildaraflsframleiðslugetuna með eftirfarandi útreikningi: