Expanders ka itilize rediksyon presyon nan kondwi machin wotasyon. Enfòmasyon sou ki jan yo evalye benefis yo potansyèl nan enstale yon ralonj ka jwenn isit la.
Tipikman nan endistri pwosesis chimik la (kpi), "se yon gwo kantite enèji gaspiye nan tiyo kontwòl presyon kote likid presyon ki wo yo dwe depresurize" [1]. Tou depan de divès kalite faktè teknik ak ekonomik, li ka dezirab konvèti enèji sa a nan wotasyon enèji mekanik, ki ka itilize yo kondwi dèlko oswa lòt machin wotasyon. Pou likid enkonprime (likid), sa a reyalize lè l sèvi avèk yon turbine rekiperasyon enèji idwolik (HPRT; gade referans 1). Pou likid konpresibl (gaz), yon ekspansyon se yon machin apwopriye.
Expanders yo se yon teknoloji ki gen matirite ak anpil aplikasyon pou siksè tankou likid katalizè fann (FCC), refrijerasyon, gaz natirèl gaz tiyo, separasyon lè oswa emisyon echapman. Nan prensip, nenpòt ki kouran gaz ki gen presyon redwi ka itilize kondwi yon ekspansyon, men "pwodiksyon an enèji se dirèkteman pwopòsyonèl ak rapò a presyon, tanperati a ak pousantaj koule nan kouran an gaz" [2], osi byen ke posibilite teknik ak ekonomik. Aplikasyon ekspansyon: pwosesis la depann sou sa yo ak lòt faktè, tankou pri enèji lokal yo ak disponiblite manifakti a nan ekipman apwopriye.
Malgre ke turboexpander a (fonksyone menm jan ak yon turbine) se kalite ki pi byen li te ye nan ekspansyon (Figi 1), gen lòt kalite apwopriye pou kondisyon pwosesis diferan. Atik sa a entwodwi kalite prensipal yo nan èkspandè ak eleman yo ak rezime ki jan administratè operasyon yo, konsiltan oswa oditè enèji nan divès divizyon kpi ka evalye potansyèl benefis yo ekonomik ak anviwònman nan enstale yon ekspansyon.
Gen anpil diferan kalite Gwoup Mizik rezistans ki varye anpil nan jeyometri ak fonksyon. Kalite prensipal yo yo montre nan Figi 2, epi yo chak kalite yon ti tan dekri anba a. Pou plis enfòmasyon, osi byen ke graf konpare estati a opere nan chak kalite ki baze sou dyamèt espesifik ak vitès espesifik, gade èd. 3.
Piston turboexpander. Piston ak Rotary Turboexpanders Piston opere tankou yon ranvèse-wotasyon motè combustion entèn yo, absòbe gaz presyon ki wo ak konvèti enèji ki estoke li yo nan enèji wotasyon nan arbr la.
Trennen ekspansyon turbo a. Ekspansyon turbine fren an konsiste de yon chanm koule konsantrik ak najwa bokit tache ak periferik nan eleman nan wotasyon. Yo fèt nan menm fason an kòm wou dlo, men kwa-seksyon an nan chanm yo konsantrik ogmante soti nan Inlet priz, sa ki pèmèt gaz la yo elaji.
Radyal turboexpander. Turboexpanders koule radial gen yon Inlet aksyal ak yon priz radial, sa ki pèmèt gaz la yo elaji radyalman nan turbine turbine. Menm jan tou, turbines koule aksyal elaji gaz nan wou a turbine, men direksyon an nan koule rete paralèl ak aks la nan wotasyon.
Atik sa a konsantre sou radyal ak aksyal turboexpanders, diskite sou divès kalite subtip yo, konpozan, ak ekonomi.
Yon turboexpander Ekstrè enèji ki sòti nan yon kouran gaz-wo presyon ak konvèti li nan yon chaj kondwi. Tipikman chay la se yon COMPRESSOR oswa dèlko ki konekte nan yon arbr. Yon turboexpander ak yon COMPRESSOR konprès likid nan lòt pati nan kouran an pwosesis ki mande pou konprese likid, kidonk ogmante efikasite an jeneral nan plant la lè l sèvi avèk enèji ki se otreman gaspiye. Yon turboexpander ak yon chaj dèlko konvèti enèji a nan elektrisite, ki ka itilize nan lòt pwosesis plant oswa retounen nan griy lokal la pou vann.
Turboexpander dèlko yo ka ekipe ak swa yon arbr kondwi dirèk soti nan wou a turbine nan dèlko a, oswa nan yon bwat ki efektivman diminye vitès la opinyon soti nan wou a turbine nan dèlko a nan yon rapò Kovèti pou. Turboexpanders kondwi dirèk ofri avantaj nan efikasite, anprint ak depans antretyen. Tarbox turboexpanders yo pi lou epi mande pou yon pi gwo anprint, wilaj ekipman oksilyè, ak antretyen regilye.
Flow-a turboexpanders ka fèt nan fòm lan nan radyal oswa axial turbines. Expanders koule radial gen yon inlet aksyal ak yon priz radial sa yo ki koule nan gaz sòti turbine a radyalman soti nan aks la nan wotasyon. Turbines aksyal pèmèt gaz koule axially ansanm aks la nan wotasyon. Turbines koule aksyal ekstrè enèji soti nan koule nan gaz nan Inlet gid van nan wou a ekspansyon, ak zòn nan kwa-rejyonal nan chanm lan ekspansyon piti piti ogmante yo kenbe yon vitès konstan.
Yon dèlko turboexpander konsiste de twa eleman prensipal: yon wou turbine, BEARINGS espesyal ak yon dèlko.
Wou turbine. Wou turbine yo souvan fèt espesyalman pou optimize efikasite aerodynamic. Varyab aplikasyon ki afekte konsepsyon wou turbine gen ladan Inlet/Outlet presyon, Inlet/Outlet Tanperati, Flow Volim, ak Pwopriyete likid. Lè rapò a konpresyon se twò wo yo dwe redwi nan yon sèl etap, se yon turboexpander ak wou turbine miltip obligatwa. Tou de RADIAL ak aks turbine axial ka fèt tankou moun ki milti-etap, men wou turbine aksyal gen yon longè aksyal pi kout epi yo Se poutèt sa yo plis kontra enfòmèl ant. Multistage turbines koule radial mande pou gaz koule soti nan aksyal ak radial ak tounen nan aksyal, kreye pi wo pèt friksyon pase turbines koule aksyal.
BEARINGS. Konsepsyon pote se kritik nan operasyon an efikas nan yon turboexpander. Kalite ki gen rapò ak desen turboexpander varye anpil epi yo ka gen ladan BEARINGS lwil oliv, BEARINGS fim likid, BEARINGS boul tradisyonèl yo, ak BEARINGS mayetik. Chak metòd gen avantaj pwòp li yo ak dezavantaj, jan yo montre nan tablo 1.
Anpil manifakti turboexpander chwazi BEARINGS mayetik kòm "pote nan chwa" akòz avantaj inik yo. BEARINGS mayetik asire operasyon friksyon-gratis nan eleman dinamik turboexpander a, siyifikativman diminye depans fonksyònman ak antretyen sou lavi sa a ki nan machin nan. Yo fèt tou pou kenbe tèt ak yon pakèt domèn aksyal ak radyal ak kondisyon overstress. Pi wo depans inisyal yo konpanse nan pi ba depans sik lavi.
Dynamo. Dèlko a pran enèji nan wotasyon nan turbine a ak konvèti li nan itil enèji elektrik lè l sèvi avèk yon dèlko elektwomayetik (ki kapab yon dèlko endiksyon oswa yon dèlko leman pèmanan). Dèlko endiksyon gen yon vitès pi ba rated, se konsa aplikasyon pou turbine vitès segondè mande pou yon bwat, men yo ka fèt matche ak frekans lan kadriyaj, elimine bezwen pou yon kondwi frekans varyab (VFD) bay elektrisite a pwodwi. Dèlko pèmanan leman, sou lòt men an, yo ka dirèkteman arbr makonnen nan turbine a ak transmèt pouvwa a griy la nan yon kondwi frekans varyab. Se dèlko a ki fèt delivre pouvwa maksimòm ki baze sou pouvwa a arbr ki disponib nan sistèm lan.
Sele. Sele a se tou yon eleman kritik lè konsepsyon yon sistèm turboexpander. Pou kenbe gwo efikasite ak satisfè estanda anviwònman an, sistèm yo dwe sele yo anpeche fwit potansyèl gaz pwosesis. Turboexpanders 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 a turbine, BEARINGS ak rès la nan machin nan kote dèlko a sitiye. Sele dinamik mete deyò sou tan epi mande pou antretyen regilye ak enspeksyon asire yo ap fonksyone byen. Lè tout konpozan turboexpander yo genyen nan yo nan yon lojman sèl, sele estatik ka itilize yo pwoteje nenpòt ki mennen sòti lojman an, ki gen ladan nan dèlko a, kondwi mayetik pote, oswa detèktè. Sa yo sele byen fèmen bay pwoteksyon pèmanan kont flit gaz epi mande pou pa gen okenn antretyen oswa reparasyon.
Soti nan yon plan pwosesis, kondisyon prensipal la pou enstale yon ekspansyon se bay gwo presyon konpresibl (ki pa kondansab) gaz nan yon sistèm ki ba-presyon ak koule ase, gout presyon ak itilizasyon yo kenbe operasyon nòmal nan ekipman an. Paramèt opere yo kenbe nan yon nivo ki san danje epi yo efikas.
An tèm de presyon diminye fonksyon, ka ekspansyon an dwe itilize ranplase Joule-Thomson (JT) valv la, ke yo rele tou valv la Acct. Depi valv la JT deplase sou yon chemen isentropik ak ekspansyon an deplase sou yon chemen prèske isentropik, lèt la diminye enthalpy a nan gaz la ak konvèti diferans lan enthalpy nan pouvwa arbr, kidonk pwodwi yon tanperati ki pi ba priz pase valv la JT. Sa a se itil nan pwosesis kriyojenik kote objektif la se diminye tanperati a nan gaz la.
Si gen yon limit pi ba sou tanperati gaz priz la (pou egzanp, nan yon estasyon dekonpwesyon kote tanperati gaz la dwe konsève pi wo a lè w konjele, hydrasyon, oswa tanperati konsepsyon minimòm materyèl), omwen yon aparèy chofaj dwe ajoute. kontwole tanperati gaz la. Lè se pre -chofe a ki sitiye en nan ekspansyon an, kèk nan enèji ki soti nan gaz la manje tou refè nan ekspansyon an, kidonk ogmante pwodiksyon pouvwa li yo. Nan kèk konfigirasyon kote yo mande kontwòl tanperati priz, yo ka enstale yon dezyèm reheater apre ekspansyon an pou bay kontwòl pi vit.
Nan Fig. Figi 3 montre yon dyagram senplifye nan dyagram nan koule jeneral nan yon dèlko ekspansyon ak precheter itilize ranplase yon valv JT.
Nan lòt konfigirasyon pwosesis, enèji a refè nan ekspansyon an ka transfere dirèkteman nan COMPRESSOR la. Machin sa yo, pafwa yo rele "kòmandan", anjeneral gen ekspansyon ak etap konpresyon ki konekte pa youn oswa plis rasin, ki ka gen ladan tou yon bwat pou kontwole diferans lan vitès ant de etap yo. Li ka gen ladan tou yon motè adisyonèl bay plis pouvwa nan etap nan konpresyon.
Anba a yo se kèk nan eleman ki pi enpòtan ki asire bon operasyon ak estabilite nan sistèm lan.
Valv kontoune oswa presyon diminye valv. Valv la kontoune pèmèt operasyon kontinye lè turboexpander a pa opere (pou egzanp, pou antretyen oswa yon ijans), pandan y ap presyon an diminye valv yo itilize pou operasyon kontinyèl bay gaz depase lè koule nan total depase kapasite konsepsyon ekspansyon an.
Valv are ijans (ESD). Tiyo ESD yo itilize pou bloke koule gaz la nan ekspansyon an nan yon ijans pou evite domaj mekanik.
Enstriman ak kontwòl. Varyab enpòtan pou kontwole gen ladan Inlet ak priz presyon, to koule, vitès wotasyon, ak pwodiksyon pouvwa.
Kondwi nan vitès twòp. Aparèy la koupe koule nan turbine a, sa ki lakòz rotor la turbine yo ralanti, kidonk pwoteje ekipman an soti nan vitès twòp akòz kondisyon pwosesis inatandi ki ta ka domaje ekipman an.
Valv sekirite presyon (PSV). PSV yo souvan enstale apre yon turboexpander pwoteje tuyaux ak ekipman presyon ki ba. PSV a dwe fèt pou kenbe tèt ak éventualité ki pi grav, ki tipikman enkli echèk nan valv la kontoune yo louvri. Si yo ajoute yon ekspansyon nan yon estasyon rediksyon presyon ki egziste deja, ekip konsepsyon pwosesis la dwe detèmine si PSV ki egziste deja a bay bon jan pwoteksyon.
Aparèy chofaj. Aparèy chofaj konpanse pou gout nan tanperati ki te koze pa gaz la pase nan turbine a, se konsa gaz la dwe prechofe. Fonksyon prensipal li se ogmante tanperati a nan koule nan gaz k ap monte yo kenbe tanperati a nan gaz la kite ekspansyon an pi wo a yon valè minimòm. Yon lòt benefis nan ogmante tanperati a se ogmante pwodiksyon pouvwa kòm byen ke anpeche korozyon, kondansasyon, oswa idrat ki ta ka yon move efè sou bouch ekipman yo. Nan sistèm ki gen echanjeur chalè (jan yo montre nan Figi 3), se tanperati a gaz anjeneral kontwole pa reglemante koule nan likid chofe nan pre -chofaj la. Nan kèk desen, ka yon aparèy chofaj flanm dife oswa aparèy chofaj elektrik dwe itilize olye pou yo yon echanjeur chalè. Aparèy chofaj yo ka deja egziste nan yon estasyon valv JT ki deja egziste, epi ajoute yon ekspansyon ka pa mande pou enstale aparèy chofaj adisyonèl, men pito ogmante koule nan likid chofe.
Lubrifyan lwil oliv ak sele sistèm gaz. Kòm mansyone pi wo a, expanders ka itilize diferan desen sele, ki ka mande pou grès machin yo ak gaz poze sele. Kote sa aplikab, lwil la lubrifyan dwe kenbe bon jan kalite segondè ak pite lè an kontak ak gaz pwosesis, ak nivo a viskozite lwil oliv dwe rete nan seri a opere yo mande nan BEARINGS lubrifikasyon. Sistèm gaz sele yo anjeneral ekipe ak yon aparèy wilaj lwil oliv yo anpeche lwil nan bwat la pote soti nan k ap antre nan bwat la ekspansyon. Pou aplikasyon espesyal nan companders yo itilize nan endistri a idrokarbone, lwil oliv lube ak sele gaz yo tipikman ki fèt nan API 617 [5] Pati 4 espesifikasyon.
Varyab frekans kondwi (VFD). Lè dèlko a se endiksyon, se yon VFD tipikman vire sou ajiste altène aktyèl la (AC) siyal matche ak frekans lan sèvis piblik. Tipikman, desen ki baze sou kondui frekans varyab gen pi wo efikasite jeneral pase desen ki sèvi ak bwat oswa lòt konpozan mekanik. Sistèm ki baze sou VFD kapab tou akomode yon seri pi laj nan chanjman pwosesis ki ka rezilta nan chanjman ki fèt nan vitès ekspansyon arbr.
Transmisyon. Gen kèk desen ekspansyon itilize yon bwat pou diminye vitès la nan ekspansyon nan vitès la rated nan dèlko a. Pri a nan lè l sèvi avèk yon bwat se pi ba efikasite an jeneral ak Se poutèt sa pi ba pwodiksyon pouvwa.
Lè w ap prepare yon demann pou sitasyon (RFQ) pou yon ekspansyon, enjenyè nan pwosesis dwe premye detèmine kondisyon sa yo opere, ki gen ladan enfòmasyon sa yo:
Enjenyè mekanik souvan ranpli espesifikasyon dèlko ekspansyon ak espesifikasyon lè l sèvi avèk done ki sòti nan lòt disiplin jeni. Sa yo entrain ka gen ladan sa ki annapre yo:
Espesifikasyon yo dwe gen ladan tou yon lis dokiman ak desen manifakti a kòm yon pati nan pwosesis la sansib ak sijè ki abòde lan nan ekipman pou, kòm byen ke pwosedi tès aplikab jan sa nesesè nan pwojè a.
Enfòmasyon teknik yo bay manifakti a kòm yon pati nan pwosesis la sansib ta dwe jeneralman enkli eleman sa yo:
Si nenpòt aspè nan pwopozisyon an diferan de espesifikasyon orijinal yo, manifakti a dwe tou bay yon lis devyasyon ak rezon ki fè yo pou devyasyon yo.
Yon fwa yo resevwa yon pwopozisyon, ekip devlopman pwojè a dwe revize demann pou konfòmite epi detèmine si divèjans yo teknikman jistifye.
Lòt konsiderasyon teknik yo konsidere lè evalye pwopozisyon yo enkli:
Finalman, yon analiz ekonomik bezwen yo dwe te pote soti. Paske opsyon diferan pouvwa rezilta nan diferan depans inisyal, li rekòmande ke yon koule lajan kach oswa analiz pri sik lavi dwe fèt yo konpare ekonomi alontèm pwojè a epi retounen sou envestisman. Pou egzanp, yon pi wo envestisman inisyal yo ka konpanse nan tèm long la pa ogmante pwodiktivite oswa kondisyon antretyen redwi. Gade "Referans" pou enstriksyon sou kalite analiz sa a. 4.
Tout aplikasyon pou turboexpander-dèlko mande pou yon premye total kalkil pouvwa potansyèl detèmine kantite lajan an total de enèji ki disponib ki ka refè nan yon aplikasyon patikilye. Pou yon dèlko turboexpander, se potansyèl la pouvwa kalkile kòm yon isentropik (konstan entropi) pwosesis. Sa a se sitiyasyon an ideyal tèmodinamik pou konsidere yon pwosesis revèsib adyabatik san yo pa friksyon, men li se pwosesis ki kòrèk la pou estime potansyèl la enèji aktyèl.
ISENTROPIC POTANSYON ENERGY (IPP) kalkile nan miltipliye diferans lan entalp espesifik nan Inlet la ak priz nan turboexpander a ak miltipliye rezilta a pa pousantaj la koule mas. Enèji sa a potansyèl yo pral eksprime kòm yon kantite isentropik (Ekwasyon (1)):
Ipp = (hinlet - h (mwen, e)) × ṁ x ŋ (1)
kote h (mwen, e) se entalpy espesifik la pran an kont tanperati a priz isentropik ak ṁ se pousantaj la koule mas.
Malgre ke enèji potansyèl isentropik ka itilize pou estime enèji potansyèl, tout sistèm reyèl enplike friksyon, chalè, ak lòt pèt enèji Segondè. Se konsa, lè kalkile potansyèl aktyèl la pouvwa, done sa yo opinyon adisyonèl yo ta dwe pran an kont:
Nan pifò aplikasyon pou turboexpander, tanperati a limite a yon minimòm pou anpeche pwoblèm vle tankou konjelasyon tiyo mansyone pi bonè. Ki kote gaz natirèl ap koule, idrat yo prèske toujou prezan, sa vle di ke tiyo a en nan yon turboexpander oswa valv Acct pral friz intern ak deyò si tanperati a priz desann anba 0 ° C. Fòmasyon glas ka rezilta nan restriksyon koule ak finalman fèmen sistèm nan dekonjle. Se konsa, se "vle" tanperati a priz itilize yo kalkile yon senaryo plis reyalis pouvwa potansyèl yo. Sepandan, pou gaz tankou idwojèn, limit tanperati a se pi ba anpil paske idwojèn pa chanje soti nan gaz nan likid jiskaske li rive nan tanperati kriyojenik (-253 ° C). Sèvi ak tanperati priz sa a vle kalkile enthalpy a espesifik.
Yo dwe konsidere efikasite nan sistèm nan turboexpander tou. Tou depan de teknoloji a itilize, efikasite sistèm ka varye anpil. Pou egzanp, yon turboexpander ki sèvi ak yon Kovèti pou rediksyon yo transfere enèji wotasyon soti nan turbine a dèlko a pral fè eksperyans pi gwo pèt friksyon pase yon sistèm ki sèvi ak kondwi dirèk soti nan turbine a dèlko a. Se efikasite an jeneral nan yon sistèm turboexpander eksprime kòm yon pousantaj epi li se te pran an kont lè evalye potansyèl la pouvwa aktyèl nan turboexpander la. Se potansyèl la pouvwa aktyèl (PP) kalkile jan sa a:
Pp = (hinlet - hexit) × ṁ x ṅ (2)
Se pou nou gade nan aplikasyon an nan soulajman presyon gaz natirèl. ABC opere ak kenbe yon estasyon rediksyon presyon ki transpòte gaz natirèl soti nan tiyo prensipal la ak distribye li nan minisipalite lokal yo. Nan estasyon sa a, presyon Inlet gaz la se 40 bar ak presyon nan priz se 8 bar. Tanperati gaz prechofe Inlet la se 35 ° C, ki prechofe gaz la pou anpeche tiyo konjelasyon an. Se poutèt sa, yo dwe tanperati gaz la priz kontwole konsa ke li pa tonbe anba a 0 ° C. Nan egzanp sa a nou pral sèvi ak 5 ° C kòm tanperati a priz minimòm ogmante faktè a sekirite. To normalized gaz la koule joje se 50,000 nm3/h. Pou kalkile potansyèl pouvwa a, nou pral asime ke tout gaz ap koule nan ekspansyon nan turbo ak kalkile pwodiksyon an pouvwa maksimòm. Estime potansyèl total pwodiksyon pouvwa a lè l sèvi avèk kalkil ki anba la a:
Post tan: Me-25-2024