Ekspandè yo ka itilize rediksyon presyon pou fè machin wotasyon mache. Ou ka jwenn enfòmasyon sou kijan pou evalye benefis potansyèl enstalasyon yon ekstandè isit la.
Tipikman nan endistri pwosesis chimik la (CPI), "yon gwo kantite enèji gaspiye nan tiyo kontwòl presyon kote likid ki gen gwo presyon yo dwe depresurize" [1]. Tou depan de plizyè faktè teknik ak ekonomik, li ka dezirab pou konvèti enèji sa a an enèji mekanik wotasyon, ki ka itilize pou fè dèlko oswa lòt machin wotasyon mache. Pou likid enkonpresib (likid), sa reyalize lè l sèvi avèk yon turbin rekiperasyon enèji idwolik (HPRT; gade referans 1). Pou likid konpresib (gaz), yon ekspandè se yon machin ki apwopriye.
Ekspandè yo se yon teknoloji ki byen devlope ak anpil aplikasyon ki reyisi tankou krak katalitik likid (FCC), refrijerasyon, tiyo gaz natirèl vil yo, separasyon lè oswa emisyon gaz echapman. An prensip, nenpòt kouran gaz ki gen presyon redwi ka itilize pou fè yon ekspandè mache, men "pwodiksyon enèji a dirèkteman pwopòsyonèl ak rapò presyon, tanperati ak to koule kouran gaz la" [2], osi byen ke fezabilite teknik ak ekonomik. Aplikasyon Ekspandè: Pwosesis la depann de faktè sa yo ak lòt faktè, tankou pri enèji lokal yo ak disponiblite ekipman apwopriye pa manifakti a.
Malgre ke turboexpandè a (ki fonksyone menm jan ak yon turbin) se kalite expandè ki pi byen koni (Figi 1), gen lòt kalite ki apwopriye pou diferan kondisyon pwosesis. Atik sa a prezante prensipal kalite expandè yo ak konpozan yo epi li rezime kijan responsab operasyon yo, konsiltan yo oswa oditè enèji nan divès divizyon CPI yo ka evalye benefis ekonomik ak anviwònman potansyèl yo nan enstalasyon yon expandè.
Gen anpil diferan kalite bann rezistans ki varye anpil nan jeyometri ak fonksyon. Kalite prensipal yo montre nan Figi 2, epi chak kalite dekri yon ti kras anba a. Pou plis enfòmasyon, ansanm ak graf ki konpare estati fonksyònman chak kalite ki baze sou dyamèt espesifik ak vitès espesifik, gade Èd. 3.
Turboekspandè piston. Turboekspandè piston ak piston wotasyon yo fonksyone tankou yon motè konbisyon entèn ki vire an aryè, absòbe gaz anba gwo presyon epi konvèti enèji ki estoke a an enèji wotasyon atravè vilbreken an.
Trennen ekspansè turbo a. Ekspansè turbin fren an gen ladan l yon chanm koule konsantrik ak najwa bokit tache ak periferi eleman wotasyon an. Yo fèt menm jan ak wou dlo yo, men seksyon kwa chanm konsantrik yo ogmante soti nan antre rive nan sòti, sa ki pèmèt gaz la elaji.
Turboekspandè radyal. Turboekspandè koule radyal yo gen yon antre axial ak yon sòti radial, sa ki pèmèt gaz la elaji radialman atravè turbine a. Menm jan an tou, turbin koule axial yo elaji gaz la atravè wou turbine a, men direksyon koule a rete paralèl ak aks wotasyon an.
Atik sa a konsantre sou turboekspandè radial ak aksyal, li diskite sou divès sou-tip, konpozan ak ekonomi yo.
Yon turboekspandè ekstrè enèji nan yon kouran gaz anba gwo presyon epi konvèti li an yon chaj kondwi. Tipikman chaj la se yon konpresè oswa yon jeneratè ki konekte ak yon aks. Yon turboekspandè ak yon konpresè konprese likid nan lòt pati nan kouran pwosesis la ki bezwen likid konprese, kidonk ogmante efikasite jeneral plant lan lè l sèvi avèk enèji ki otreman ta gaspiye. Yon turboekspandè ak yon chaj jeneratè konvèti enèji a an elektrisite, ki ka itilize nan lòt pwosesis plant lan oswa retounen nan rezo lokal la pou vann.
Jeneratè turboekspandè yo ka ekipe swa ak yon arbr transmisyon dirèk soti nan wou turbin lan rive nan jeneratè a, oswa atravè yon bwat vitès ki efektivman diminye vitès antre a soti nan wou turbin lan rive nan jeneratè a atravè yon rapò vitès. Turboekspandè transmisyon dirèk yo ofri avantaj nan efikasite, anprint ak depans antretyen. Turboekspandè bwat vitès yo pi lou epi yo mande yon pi gwo anprint, ekipman oksilyè wilaj, ak antretyen regilye.
Yo ka fabrike turboekspandè koule-travèse sou fòm turbin radial oswa axial. Ekspandè koule radial yo gen yon antre axial ak yon sòti radial pou koule gaz la soti nan turbin nan yon fason radial soti nan aks wotasyon an. Turbin axial yo pèmèt gaz la koule axialman sou aks wotasyon an. Turbin koule axial yo ekstrè enèji nan koule gaz la atravè palèt gid antre yo rive nan wou ekspandè a, avèk sifas seksyonèl chanm ekspansyon an ki ogmante piti piti pou kenbe yon vitès konstan.
Yon dèlko turboexpander gen twa eleman prensipal: yon wou turbin, kousinen espesyal ak yon dèlko.
Rou turbin. Rou turbin yo souvan fèt espesyalman pou optimize efikasite ayewodinamik. Varyab aplikasyon ki afekte konsepsyon rou turbin yo enkli presyon antre/sòti, tanperati antre/sòti, koule volim, ak pwopriyete likid. Lè rapò konpresyon an twò wo pou redwi nan yon sèl etap, yon turboexpander ak plizyè rou turbin nesesè. Tou de rou turbin radial ak axial yo ka fèt kòm rou milti-etap, men rou turbin axial yo gen yon longè axial pi kout e pakonsekan yo pi kontra enfòmèl ant. Turbin koule radial milti-etap yo bezwen gaz pou koule soti nan axial rive nan radial epi retounen nan axial, sa ki kreye pi gwo pèt friksyon pase turbin koule axial yo.
kousinen. Konsepsyon kousinen an enpòtan anpil pou fonksyònman efikas yon turboexpander. Kalite kousinen ki gen rapò ak konsepsyon turboexpander yo varye anpil epi yo ka gen ladan yo kousinen lwil oliv, kousinen fim likid, kousinen boul tradisyonèl, ak kousinen mayetik. Chak metòd gen avantaj ak dezavantaj pa li, jan yo montre nan Tablo 1.
Anpil manifakti turboexpandè chwazi kousinen mayetik kòm "kousinen pi bon chwa" yo akòz avantaj inik yo. Kousinen mayetik yo asire fonksyònman san friksyon nan konpozan dinamik turboexpandè a, sa ki diminye anpil depans fonksyònman ak antretyen pandan tout lavi machin nan. Yo fèt tou pou reziste yon pakèt chaj aksyal ak radyal ak kondisyon twòp estrès. Pri inisyal ki pi wo yo konpanse pa pri sik lavi ki pi ba anpil.
dinamo. Jeneratè a pran enèji wotasyonèl turbin lan epi konvèti li an enèji elektrik itil lè l sèvi avèk yon jeneratè elektwomayetik (ki kapab yon jeneratè endiksyon oswa yon jeneratè leman pèmanan). Jeneratè endiksyon yo gen yon vitès nominal ki pi ba, kidonk aplikasyon turbin ki gen gwo vitès mande yon bwat vitès, men yo ka fèt pou matche ak frekans rezo a, sa ki elimine nesesite pou yon motè frekans varyab (VFD) pou bay elektrisite ki pwodui a. Jeneratè leman pèmanan yo, nan lòt men an, ka dirèkteman konekte ak arbr turbin lan epi transmèt pouvwa nan rezo a atravè yon motè frekans varyab. Jeneratè a fèt pou delivre maksimòm pouvwa ki baze sou pouvwa arbr ki disponib nan sistèm nan.
Sele yo. Sele a se yon eleman kritik tou lè w ap desine yon sistèm turbo-ekspandè. Pou kenbe yon efikasite ki wo epi satisfè estanda anviwònman yo, sistèm yo dwe sele pou anpeche flit gaz pwosesis potansyèl yo. Turbo-ekspandè yo ka ekipe ak sele dinamik oswa estatik. Sele dinamik, tankou sele labirent ak sele gaz sèk, bay yon sele alantou yon arbr wotasyon, tipikman ant wou turbin lan, kousinen yo ak rès machin nan kote dèlko a ye a. Sele dinamik yo ize sou tan epi yo mande antretyen ak enspeksyon regilye pou asire yo ap fonksyone byen. Lè tout konpozan turbo-ekspandè yo nan yon sèl lojman, sele estatik yo ka itilize pou pwoteje nenpòt fil ki soti nan lojman an, tankou pou dèlko a, kondwi kousinen mayetik yo, oswa detèktè yo. Sele ki byen fèmen sa yo bay pwoteksyon pèmanan kont flit gaz epi yo pa bezwen antretyen oswa reparasyon.
Nan pwen de vi pwosesis la, prensipal egzijans pou enstale yon ekspandè se pou founi gaz konpresib (ki pa kondansab) anba gwo presyon nan yon sistèm anba presyon ak ase koule, gout presyon ak itilizasyon pou kenbe fonksyònman nòmal ekipman an. Paramèt fonksyònman yo kenbe nan yon nivo ki an sekirite epi efikas.
An tèm de fonksyon rediksyon presyon, ekspandè a ka itilize pou ranplase valv Joule-Thomson (JT) a, ke yo rele tou valv papyon an. Piske valv JT a deplase sou yon chemen isentropik epi ekspandè a deplase sou yon chemen prèske isentropik, lèt la diminye entalpi gaz la epi konvèti diferans entalpi a an puisans aks, kidonk pwodui yon tanperati sòti ki pi ba pase valv JT a. Sa itil nan pwosesis kriyojenik kote objektif la se diminye tanperati gaz la.
Si gen yon limit pi ba sou tanperati gaz sòti a (pa egzanp, nan yon estasyon dekonpresyon kote tanperati gaz la dwe kenbe pi wo pase konjelasyon, idratasyon, oswa tanperati minimòm konsepsyon materyèl), yo dwe ajoute omwen yon aparèy chofaj. Kontwole tanperati gaz la. Lè prechofaj la sitiye an amont ekspandè a, yon pati nan enèji ki soti nan gaz alimantasyon an rekipere tou nan ekspandè a, kidonk ogmante pwodiksyon pouvwa li. Nan kèk konfigirasyon kote kontwòl tanperati sòti a nesesè, yo ka enstale yon dezyèm rechofaj apre ekspandè a pou bay yon kontwòl pi rapid.
Nan Fig. 3 montre yon dyagram senplifye nan dyagram koule jeneral yon dèlko ekspansyon ak prechofaj ki itilize pou ranplase yon valv JT.
Nan lòt konfigirasyon pwosesis, enèji ki rekipere nan ekspandè a ka transfere dirèkteman nan konpresè a. Machin sa yo, pafwa yo rele "kòmandan", anjeneral gen etap ekspansyon ak konpresyon ki konekte pa youn oubyen plizyè aks, ki ka gen ladan tou yon bwat vitès pou kontwole diferans vitès ant de etap yo. Li kapab gen ladan tou yon motè adisyonèl pou bay plis puisans nan etap konpresyon an.
Anba la a, gen kèk nan konpozan ki pi enpòtan ki asire bon fonksyònman ak estabilite sistèm nan.
Valv bypass oswa valv rediksyon presyon. Valv bypass la pèmèt operasyon an kontinye lè turboexpandè a pa ap fonksyone (pa egzanp, pou antretyen oswa yon ijans), pandan ke valv rediksyon presyon an itilize pou operasyon kontinyèl pou bay gaz anplis lè koule total la depase kapasite konsepsyon expandè a.
Valv pou fèmen ijans (ESD). Valv ESD yo itilize pou bloke koule gaz la nan ekspandè a nan yon ijans pou evite domaj mekanik.
Enstriman ak kontwòl. Varyab enpòtan pou kontwole yo enkli presyon antre ak sòti, to koule, vitès wotasyon, ak puisans pwodiksyon.
Ap kondui ak twòp vitès. Aparèy la koupe koule nan turbin nan, sa ki lakòz rotor turbin nan ralanti, kidonk pwoteje ekipman an kont vitès twòp akòz kondisyon pwosesis inatandi ki ta ka domaje ekipman an.
Valv Sekirite Presyon (PSV). Yo souvan enstale PSV apre yon turboexpandè pou pwoteje tiyo ak ekipman ba presyon. PSV a dwe fèt pou reziste kontèks ki pi grav yo, ki tipikman gen ladan echèk valv bypass la pou louvri. Si yo ajoute yon expandè nan yon estasyon rediksyon presyon ki deja egziste, ekip konsepsyon pwosesis la dwe detèmine si PSV ki deja egziste a bay yon pwoteksyon adekwa.
Chofaj. Chofaj yo konpanse pou gout tanperati ki koze pa gaz la k ap pase nan turbin lan, kidonk gaz la dwe chofe davans. Fonksyon prensipal li se ogmante tanperati koule gaz k ap monte a pou kenbe tanperati gaz la k ap kite ekspandè a pi wo pase yon valè minimòm. Yon lòt benefis pou ogmante tanperati a se ogmante pwodiksyon pouvwa epi anpeche korozyon, kondansasyon, oswa idrat ki ta ka afekte bouch ekipman yo yon fason negatif. Nan sistèm ki gen echanjeur chalè (jan yo montre nan Figi 3), tanperati gaz la anjeneral kontwole lè yo reglemante koule likid chofe a nan prechofaj la. Nan kèk konsepsyon, yo ka itilize yon chofaj flanm dife oswa yon chofaj elektrik olye de yon echanjeur chalè. Chofaj yo ka deja egziste nan yon estasyon valv JT ki deja egziste, epi ajoute yon ekspandè ka pa mande pou enstale chofaj adisyonèl, men pito ogmante koule likid chofe a.
Sistèm lwil lubrifyan ak gaz sele. Jan nou mansyone pi wo a, ekspandè yo ka itilize diferan modèl sele, ki ka mande lubrifyan ak gaz sele. Kote sa aplikab, lwil lubrifyan an dwe kenbe yon bon kalite ak pite lè l an kontak ak gaz pwosesis yo, epi nivo viskozite lwil la dwe rete nan limit fonksyònman ki nesesè pou kote yo pote ki lubrifye yo. Sistèm gaz sele yo anjeneral ekipe ak yon aparèy wilaj lwil pou anpeche lwil ki soti nan bwat kote yo pote a antre nan bwat ekspansyon an. Pou aplikasyon espesyal konpandè yo itilize nan endistri idrokarbur la, sistèm lwil lubrifyan ak gaz sele yo tipikman fèt dapre espesifikasyon API 617 [5] Pati 4.
Transmisyon frekans varyab (VFD). Lè dèlko a fonksyone ak endiksyon, yo tipikman limen yon VFD pou ajiste siyal kouran altènatif (AC) la pou l matche ak frekans sèvis piblik la. Tipikman, desen ki baze sou transmisyon frekans varyab yo gen yon efikasite jeneral ki pi wo pase desen ki itilize bwat vitès oswa lòt konpozan mekanik. Sistèm ki baze sou VFD yo kapab tou akomode yon seri chanjman pwosesis ki pi laj ki ka lakòz chanjman nan vitès arbr ekspansyon an.
Transmisyon. Gen kèk modèl ekspandè ki itilize yon bwat vitès pou diminye vitès ekspandè a rive nan vitès nominal dèlko a. Pri pou itilize yon bwat vitès se yon efikasite jeneral ki pi ba e pakonsekan yon pwodiksyon pi ba.
Lè enjenyè pwosesis la ap prepare yon demann pou yon sitasyon (RFQ) pou yon ekspandè, li dwe premye detèmine kondisyon fonksyònman yo, ki gen ladan enfòmasyon sa yo:
Enjenyè mekanik yo souvan konplete espesifikasyon dèlko ekspandè ak espesifikasyon lè l sèvi avèk done ki soti nan lòt disiplin jeni. Enfòmasyon sa yo ka gen ladan bagay sa yo:
Espesifikasyon yo dwe gen ladan tou yon lis dokiman ak desen manifakti a bay kòm yon pati nan pwosesis apèl dòf la ak dimansyon ekipman an, ansanm ak pwosedi tès ki aplikab yo jan pwojè a egzije sa.
Enfòmasyon teknik manifakti a bay kòm yon pati nan pwosesis apèl dòf la ta dwe jeneralman gen ladan eleman sa yo:
Si nenpòt aspè nan pwopozisyon an diferan de espesifikasyon orijinal yo, manifakti a dwe bay tou yon lis devyasyon yo ak rezon ki fè devyasyon yo fèt.
Yon fwa yo resevwa yon pwopozisyon, ekip devlopman pwojè a dwe revize demann lan pou konfòmite epi detèmine si varyans yo jistifye teknikman.
Gen lòt konsiderasyon teknik pou konsidere lè w ap evalye pwopozisyon yo, tankou:
Finalman, yon analiz ekonomik nesesè. Piske diferan opsyon ka lakòz diferan pri inisyal, li rekòmande pou fè yon analiz koule lajan kach oswa pri sik lavi pou konpare ekonomi pwojè a sou long tèm ak retou sou envestisman. Pa egzanp, yon envestisman inisyal ki pi wo ka konpanse sou long tèm pa yon ogmantasyon nan pwodiktivite oswa yon rediksyon nan bezwen antretyen. Gade "Referans" pou enstriksyon sou kalite analiz sa a. 4.
Tout aplikasyon turbo-ekspandè-jeneratè mande yon kalkil inisyal potansyèl total pouvwa pou detèmine kantite total enèji disponib ki ka rekipere nan yon aplikasyon patikilye. Pou yon turbo-ekspandè jeneratè, potansyèl pouvwa a kalkile kòm yon pwosesis isentropik (entropi konstan). Sa a se sitiyasyon tèmodinamik ideyal la pou konsidere yon pwosesis adyabatik revèsib san friksyon, men li se pwosesis ki kòrèk la pou estime potansyèl enèji aktyèl la.
Yo kalkile enèji potansyèl isentropik (IPP) lè yo miltipliye diferans entalpi espesifik la nan antre ak sòti turboexpander la epi miltipliye rezilta a pa to koule mas la. Y ap eksprime enèji potansyèl sa a kòm yon kantite isentropik (Ekwasyon (1)):
IPP = ( hinlet – h(i,e)) × ṁ x ŋ (1)
kote h(i,e) se entalpi espesifik la ki pran an kont tanperati sòti isentropik la epi ṁ se to koule mas la.
Malgre ke enèji potansyèl isentropik ka itilize pou estime enèji potansyèl, tout sistèm reyèl yo enplike friksyon, chalè, ak lòt pèt enèji oksilyè. Kidonk, lè w ap kalkile potansyèl pouvwa aktyèl la, ou ta dwe pran an kont done antre adisyonèl sa yo:
Nan pifò aplikasyon turboexpander yo, tanperati a limite a yon minimòm pou anpeche pwoblèm endezirab tankou lè tiyo yo konjele jan nou te mansyone pi bonè a. Kote gaz natirèl ap koule, idrat yo prèske toujou prezan, sa vle di ke tiyo ki an aval yon turboexpander oswa yon valv papyon an pral jele anndan ak deyò si tanperati sòti a desann anba 0°C. Fòmasyon glas ka lakòz yon restriksyon koule epi finalman fèmen sistèm nan pou l deglase. Kidonk, yo itilize tanperati sòti "dezirab" la pou kalkile yon senaryo pouvwa potansyèl ki pi reyalis. Sepandan, pou gaz tankou idwojèn, limit tanperati a pi ba paske idwojèn pa chanje soti nan gaz an likid jiskaske li rive nan tanperati kriyojenik (-253°C). Sèvi ak tanperati sòti dezirab sa a pou kalkile entalpi espesifik la.
Yo dwe konsidere efikasite sistèm turboekspandè a tou. Selon teknoloji yo itilize a, efikasite sistèm nan ka varye anpil. Pa egzanp, yon turboekspandè ki itilize yon angrenaj rediksyon pou transfere enèji wotasyonèl soti nan turbin nan pou ale nan jeneratè a ap fè eksperyans pi gwo pèt friksyon pase yon sistèm ki itilize transmisyon dirèk soti nan turbin nan pou ale nan jeneratè a. Efikasite jeneral yon sistèm turboekspandè eksprime kòm yon pousantaj epi yo pran l an kont lè y ap evalye potansyèl pouvwa reyèl turboekspandè a. Potansyèl pouvwa reyèl la (PP) kalkile jan sa a:
PP = (hinlet – èg) × ṁ x ṅ (2)
Ann gade aplikasyon soulajman presyon gaz natirèl la. ABC opere epi kenbe yon estasyon rediksyon presyon ki transpòte gaz natirèl soti nan tiyo prensipal la epi distribye li nan minisipalite lokal yo. Nan estasyon sa a, presyon antre gaz la se 40 bar epi presyon sòti a se 8 bar. Tanperati antre gaz prechofe a se 35°C, sa ki prechofe gaz la pou anpeche tiyo a jele. Se poutèt sa, tanperati sòti gaz la dwe kontwole pou li pa desann anba 0°C. Nan egzanp sa a, nou pral itilize 5°C kòm tanperati sòti minimòm pou ogmante faktè sekirite a. Debi gaz volimik nòmalize a se 50,000 Nm3/h. Pou kalkile potansyèl puisans lan, nou pral sipoze ke tout gaz la ap koule nan turbo ekspansyonè a epi kalkile maksimòm puisans pwodiksyon an. Estime potansyèl puisans pwodiksyon total la lè l sèvi avèk kalkil sa a:
Dat piblikasyon: 25 me 2024