HANGZHOU NUZHUO TECHNOLOGY GROUP CO.,LTD.

Pengembang boleh menggunakan pengurangan tekanan untuk memacu mesin berputar. Maklumat tentang cara menilai potensi manfaat memasang pemanjang boleh didapati di sini.
Biasanya dalam industri proses kimia (CPI), "sejumlah besar tenaga dibazirkan dalam injap kawalan tekanan di mana bendalir tekanan tinggi mesti dinyahtekanan" [1]. Bergantung pada pelbagai faktor teknikal dan ekonomi, adalah wajar untuk menukar tenaga ini kepada tenaga mekanikal berputar, yang boleh digunakan untuk memacu penjana atau mesin berputar lain. Untuk bendalir (cecair) yang tidak boleh dimampatkan, ini dicapai menggunakan turbin pemulihan tenaga hidraulik (HPRT; lihat rujukan 1). Untuk cecair (gas) yang boleh dimampatkan, pengembang adalah mesin yang sesuai.
Pengembang merupakan teknologi matang dengan banyak aplikasi yang berjaya seperti peretakan pemangkin bendalir (FCC), penyejukan, injap bandar gas asli, pemisahan udara atau pelepasan ekzos. Pada prinsipnya, sebarang aliran gas dengan tekanan yang dikurangkan boleh digunakan untuk memacu pengembang, tetapi "output tenaga adalah berkadar terus dengan nisbah tekanan, suhu dan kadar aliran aliran gas" [2], serta kebolehlaksanaan teknikal dan ekonomi. Pelaksanaan Pengembang: Proses ini bergantung pada faktor-faktor ini dan faktor-faktor lain, seperti harga tenaga tempatan dan ketersediaan peralatan yang sesuai oleh pengeluar.
Walaupun turboexpander (berfungsi serupa dengan turbin) merupakan jenis pengembang yang paling terkenal (Rajah 1), terdapat jenis lain yang sesuai untuk keadaan proses yang berbeza. Artikel ini memperkenalkan jenis utama pengembang dan komponennya serta meringkaskan bagaimana pengurus operasi, perunding atau juruaudit tenaga dalam pelbagai bahagian IHP boleh menilai potensi faedah ekonomi dan alam sekitar daripada memasang pengembang.
Terdapat banyak jenis jalur rintangan yang sangat berbeza dari segi geometri dan fungsi. Jenis utama ditunjukkan dalam Rajah 2, dan setiap jenis diterangkan secara ringkas di bawah. Untuk maklumat lanjut, serta graf yang membandingkan status operasi setiap jenis berdasarkan diameter tertentu dan kelajuan tertentu, lihat Bantuan. 3.
Pengembang turbo omboh. Pengembang turbo omboh dan omboh berputar beroperasi seperti enjin pembakaran dalaman berputar terbalik, menyerap gas tekanan tinggi dan menukar tenaga tersimpannya kepada tenaga putaran melalui aci engkol.
Seret pengembang turbo. Pengembang turbin brek terdiri daripada ruang aliran sepusat dengan sirip baldi yang dipasang pada pinggir elemen berputar. Ia direka bentuk dengan cara yang sama seperti roda air, tetapi keratan rentas ruang sepusat meningkat dari salur masuk ke salur keluar, membolehkan gas mengembang.
Pengembang turbo jejari. Pengembang turbo aliran jejari mempunyai salur masuk paksi dan salur keluar jejari, yang membolehkan gas mengembang secara jejari melalui pendesak turbin. Begitu juga, turbin aliran paksi mengembang gas melalui roda turbin, tetapi arah aliran kekal selari dengan paksi putaran.
Artikel ini memberi tumpuan kepada turboexpander jejarian dan paksi, membincangkan pelbagai subjenis, komponen dan ekonomi mereka.
Pengembang turbo mengekstrak tenaga daripada aliran gas bertekanan tinggi dan menukarkannya kepada beban pemacu. Biasanya beban tersebut ialah pemampat atau penjana yang disambungkan kepada aci. Pengembang turbo dengan pemampat memampatkan bendalir di bahagian lain aliran proses yang memerlukan bendalir termampat, sekali gus meningkatkan kecekapan keseluruhan loji dengan menggunakan tenaga yang sebaliknya dibazirkan. Pengembang turbo dengan beban penjana menukarkan tenaga tersebut kepada elektrik, yang boleh digunakan dalam proses loji lain atau dikembalikan kepada grid tempatan untuk dijual.
Penjana turbopengembang boleh dilengkapi sama ada dengan aci pemacu terus dari roda turbin ke penjana, atau melalui kotak gear yang berkesan mengurangkan kelajuan input dari roda turbin ke penjana melalui nisbah gear. Turbopengembang pacuan terus menawarkan kelebihan dalam kecekapan, jejak dan kos penyelenggaraan. Turbopengembang kotak gear lebih berat dan memerlukan jejak yang lebih besar, peralatan tambahan pelinciran dan penyelenggaraan berkala.
Pengembang turbo aliran terus boleh dibuat dalam bentuk turbin jejari atau paksi. Pengembang aliran jejari mengandungi salur masuk paksi dan salur keluar jejari supaya aliran gas keluar dari turbin secara jejarian dari paksi putaran. Turbin aksial membenarkan gas mengalir secara paksi di sepanjang paksi putaran. Turbin aliran aksial mengekstrak tenaga daripada aliran gas melalui bilah panduan salur masuk ke roda pengembang, dengan luas keratan rentas ruang pengembangan meningkat secara beransur-ansur untuk mengekalkan kelajuan malar.
Penjana turboexpander terdiri daripada tiga komponen utama: roda turbin, galas khas dan penjana.
Roda turbin. Roda turbin sering direka bentuk khusus untuk mengoptimumkan kecekapan aerodinamik. Pembolehubah aplikasi yang mempengaruhi reka bentuk roda turbin termasuk tekanan masuk/keluar, suhu masuk/keluar, aliran isipadu dan sifat bendalir. Apabila nisbah mampatan terlalu tinggi untuk dikurangkan dalam satu peringkat, turboexpander dengan berbilang roda turbin diperlukan. Kedua-dua roda turbin jejari dan paksi boleh direka bentuk sebagai roda berbilang peringkat, tetapi roda turbin paksi mempunyai panjang paksi yang jauh lebih pendek dan oleh itu lebih padat. Turbin aliran jejari berbilang peringkat memerlukan gas untuk mengalir dari paksi ke jejari dan kembali ke paksi, menghasilkan kehilangan geseran yang lebih tinggi daripada turbin aliran paksi.
galas. Reka bentuk galas adalah penting untuk operasi turboexpander yang cekap. Jenis galas yang berkaitan dengan reka bentuk turboexpander sangat berbeza dan boleh termasuk galas minyak, galas filem cecair, galas bebola tradisional dan galas magnet. Setiap kaedah mempunyai kelebihan dan kekurangannya sendiri, seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 1.
Banyak pengeluar turboexpander memilih galas magnet sebagai "galas pilihan" mereka kerana kelebihan uniknya. Galas magnet memastikan operasi bebas geseran komponen dinamik turboexpander, sekali gus mengurangkan kos operasi dan penyelenggaraan dengan ketara sepanjang hayat mesin. Ia juga direka bentuk untuk menahan pelbagai beban paksi dan jejari serta keadaan tekanan lampau. Kos permulaan yang lebih tinggi diimbangi oleh kos kitaran hayat yang jauh lebih rendah.
dinamo. Penjana mengambil tenaga putaran turbin dan menukarkannya kepada tenaga elektrik yang berguna menggunakan penjana elektromagnet (yang boleh menjadi penjana induksi atau penjana magnet kekal). Penjana induksi mempunyai kelajuan undian yang lebih rendah, jadi aplikasi turbin berkelajuan tinggi memerlukan kotak gear, tetapi boleh direka bentuk untuk memadankan frekuensi grid, menghapuskan keperluan untuk pemacu frekuensi boleh ubah (VFD) untuk membekalkan elektrik yang dijana. Sebaliknya, penjana magnet kekal boleh digandingkan terus dengan aci ke turbin dan menghantar kuasa ke grid melalui pemacu frekuensi boleh ubah. Penjana direka bentuk untuk menghantar kuasa maksimum berdasarkan kuasa aci yang tersedia dalam sistem.
Pengedap. Pengedap juga merupakan komponen penting semasa mereka bentuk sistem turboexpander. Untuk mengekalkan kecekapan yang tinggi dan memenuhi piawaian alam sekitar, sistem mesti dimeteraikan untuk mencegah kebocoran gas proses yang berpotensi. Turboexpander boleh dilengkapi dengan pengedap dinamik atau statik. Pengedap dinamik, seperti pengedap labirin dan pengedap gas kering, menyediakan pengedap di sekeliling aci berputar, biasanya di antara roda turbin, galas dan seluruh mesin tempat penjana berada. Pengedap dinamik haus dari semasa ke semasa dan memerlukan penyelenggaraan dan pemeriksaan berkala untuk memastikan ia berfungsi dengan baik. Apabila semua komponen turboexpander terkandung dalam satu perumah, pengedap statik boleh digunakan untuk melindungi sebarang wayar yang keluar dari perumah, termasuk ke penjana, pemacu galas magnetik atau sensor. Pengedap kedap udara ini memberikan perlindungan kekal daripada kebocoran gas dan tidak memerlukan penyelenggaraan atau pembaikan.
Dari sudut proses, keperluan utama untuk memasang pengembang adalah untuk membekalkan gas boleh mampat (tidak boleh terkondensasi) bertekanan tinggi kepada sistem tekanan rendah dengan aliran, penurunan tekanan dan penggunaan yang mencukupi untuk mengekalkan operasi peralatan yang normal. Parameter operasi dikekalkan pada tahap yang selamat dan cekap.
Dari segi fungsi pengurangan tekanan, pengembang boleh digunakan untuk menggantikan injap Joule-Thomson (JT), juga dikenali sebagai injap pendikit. Oleh kerana injap JT bergerak di sepanjang laluan isentropik dan pengembang bergerak di sepanjang laluan hampir isentropik, yang terakhir mengurangkan entalpi gas dan menukar perbezaan entalpi kepada kuasa aci, sekali gus menghasilkan suhu keluar yang lebih rendah daripada injap JT. Ini berguna dalam proses kriogenik di mana matlamatnya adalah untuk mengurangkan suhu gas.
Jika terdapat had yang lebih rendah pada suhu gas keluar (contohnya, di stesen penyahmampatan di mana suhu gas mesti dikekalkan melebihi suhu beku, penghidratan atau suhu reka bentuk bahan minimum), sekurang-kurangnya satu pemanas mesti ditambah. Kawal suhu gas. Apabila prapemanas terletak di hulu pengembang, sebahagian daripada tenaga daripada gas suapan juga dipulihkan dalam pengembang, sekali gus meningkatkan output kuasanya. Dalam beberapa konfigurasi di mana kawalan suhu keluar diperlukan, pemanas semula kedua boleh dipasang selepas pengembang untuk memberikan kawalan yang lebih pantas.
Dalam Rajah, Rajah 3 menunjukkan gambarajah ringkas bagi gambarajah aliran umum penjana pengembang dengan prapemanas yang digunakan untuk menggantikan injap JT.
Dalam konfigurasi proses lain, tenaga yang diperoleh semula dalam pengembang boleh dipindahkan terus ke pemampat. Mesin-mesin ini, kadangkala dipanggil "komander", biasanya mempunyai peringkat pengembangan dan pemampatan yang disambungkan oleh satu atau lebih aci, yang mungkin juga termasuk kotak gear untuk mengawal selia perbezaan kelajuan antara dua peringkat. Ia juga boleh termasuk motor tambahan untuk memberikan lebih banyak kuasa kepada peringkat pemampatan.
Berikut adalah beberapa komponen terpenting yang memastikan operasi dan kestabilan sistem yang betul.
Injap pintasan atau injap pengurang tekanan. Injap pintasan membolehkan operasi diteruskan apabila pengembang turbo tidak beroperasi (contohnya, untuk penyelenggaraan atau kecemasan), manakala injap pengurang tekanan digunakan untuk operasi berterusan bagi membekalkan gas berlebihan apabila jumlah aliran melebihi kapasiti reka bentuk pengembang.
Injap penutup kecemasan (ESD). Injap ESD digunakan untuk menyekat aliran gas ke dalam pengembang dalam keadaan kecemasan bagi mengelakkan kerosakan mekanikal.
Instrumen dan kawalan. Pembolehubah penting untuk dipantau termasuk tekanan masuk dan keluar, kadar aliran, kelajuan putaran dan output kuasa.
Memandu pada kelajuan yang berlebihan. Peranti ini memotong aliran ke turbin, menyebabkan rotor turbin menjadi perlahan, sekali gus melindungi peralatan daripada kelajuan yang berlebihan disebabkan oleh keadaan proses yang tidak dijangka yang boleh merosakkan peralatan.
Injap Keselamatan Tekanan (PSV). PSV sering dipasang selepas turboexpander untuk melindungi saluran paip dan peralatan tekanan rendah. PSV mesti direka bentuk untuk menahan kemungkinan yang paling teruk, yang biasanya termasuk kegagalan injap pintasan untuk dibuka. Jika pengembang ditambah pada stesen pengurangan tekanan sedia ada, pasukan reka bentuk proses mesti menentukan sama ada PSV sedia ada memberikan perlindungan yang mencukupi.
Pemanas. Pemanas mengimbangi penurunan suhu yang disebabkan oleh gas yang melalui turbin, jadi gas mesti dipanaskan terlebih dahulu. Fungsi utamanya adalah untuk meningkatkan suhu aliran gas yang meningkat untuk mengekalkan suhu gas sehingga pengembang melebihi nilai minimum. Satu lagi manfaat meningkatkan suhu adalah untuk meningkatkan output kuasa serta mencegah kakisan, pemeluwapan atau hidrat yang boleh menjejaskan muncung peralatan secara negatif. Dalam sistem yang mengandungi penukar haba (seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3), suhu gas biasanya dikawal dengan mengawal aliran cecair yang dipanaskan ke dalam prapemanas. Dalam sesetengah reka bentuk, pemanas api atau pemanas elektrik boleh digunakan sebagai ganti penukar haba. Pemanas mungkin sudah wujud di stesen injap JT sedia ada, dan penambahan pengembang mungkin tidak memerlukan pemasangan pemanas tambahan, tetapi sebaliknya meningkatkan aliran bendalir yang dipanaskan.
Sistem minyak pelincir dan gas pengedap. Seperti yang dinyatakan di atas, pengembang boleh menggunakan reka bentuk pengedap yang berbeza, yang mungkin memerlukan pelincir dan gas pengedap. Jika berkenaan, minyak pelincir mesti mengekalkan kualiti dan ketulenan yang tinggi apabila bersentuhan dengan gas proses, dan tahap kelikatan minyak mesti kekal dalam julat operasi yang diperlukan untuk galas pelincir. Sistem gas pengedap biasanya dilengkapi dengan peranti pelinciran minyak untuk mengelakkan minyak daripada kotak galas daripada memasuki kotak pengembangan. Untuk aplikasi khas pengkompaun yang digunakan dalam industri hidrokarbon, sistem minyak pelincir dan gas pengedap biasanya direka bentuk mengikut spesifikasi API 617 [5] Bahagian 4.
Pemacu frekuensi boleh ubah (VFD). Apabila penjana digerakkan secara induksi, VFD biasanya dihidupkan untuk melaraskan isyarat arus ulang-alik (AC) agar sepadan dengan frekuensi utiliti. Biasanya, reka bentuk berdasarkan pemacu frekuensi boleh ubah mempunyai kecekapan keseluruhan yang lebih tinggi daripada reka bentuk yang menggunakan kotak gear atau komponen mekanikal lain. Sistem berasaskan VFD juga boleh menampung pelbagai perubahan proses yang lebih luas yang boleh mengakibatkan perubahan dalam kelajuan aci pengembang.
Transmisi. Sesetengah reka bentuk pengembang menggunakan kotak gear untuk mengurangkan kelajuan pengembang kepada kelajuan undian penjana. Kos penggunaan kotak gear adalah kecekapan keseluruhan yang lebih rendah dan oleh itu output kuasa yang lebih rendah.
Apabila menyediakan permintaan sebut harga (RFQ) untuk pengembang, jurutera proses mesti menentukan keadaan operasi terlebih dahulu, termasuk maklumat berikut:
Jurutera mekanikal sering melengkapkan spesifikasi dan spesifikasi penjana pengembang menggunakan data daripada disiplin kejuruteraan lain. Input ini mungkin termasuk yang berikut:
Spesifikasi juga mesti merangkumi senarai dokumen dan lukisan yang disediakan oleh pengilang sebagai sebahagian daripada proses tender dan skop pembekalan, serta prosedur ujian yang berkenaan seperti yang dikehendaki oleh projek.
Maklumat teknikal yang diberikan oleh pengilang sebagai sebahagian daripada proses tender secara amnya hendaklah merangkumi elemen berikut:
Jika mana-mana aspek cadangan berbeza daripada spesifikasi asal, pengilang juga mesti menyediakan senarai penyimpangan dan sebab-sebab penyimpangan tersebut.
Sebaik sahaja cadangan diterima, pasukan pembangunan projek mesti menyemak permintaan pematuhan dan menentukan sama ada varians itu wajar dari segi teknikal.
Pertimbangan teknikal lain yang perlu dipertimbangkan semasa menilai cadangan termasuk:
Akhir sekali, analisis ekonomi perlu dijalankan. Oleh kerana pilihan yang berbeza mungkin mengakibatkan kos awal yang berbeza, adalah disyorkan agar analisis aliran tunai atau kos kitaran hayat dijalankan untuk membandingkan ekonomi jangka panjang projek dan pulangan pelaburan. Contohnya, pelaburan awal yang lebih tinggi mungkin diimbangi dalam jangka masa panjang oleh peningkatan produktiviti atau pengurangan keperluan penyelenggaraan. Lihat “Rujukan” untuk arahan tentang analisis jenis ini. 4.
Semua aplikasi penjana turboexpander memerlukan pengiraan kuasa potensi jumlah awal untuk menentukan jumlah tenaga tersedia yang boleh dipulihkan dalam aplikasi tertentu. Bagi penjana turboexpander, potensi kuasa dikira sebagai proses isentropik (entropi malar). Ini adalah situasi termodinamik yang ideal untuk mempertimbangkan proses adiabatik boleh balik tanpa geseran, tetapi ia adalah proses yang betul untuk menganggarkan potensi tenaga sebenar.
Tenaga keupayaan isentropik (IPP) dikira dengan mendarabkan perbezaan entalpi tentu di bahagian masuk dan keluar turboexpander dan mendarabkan hasilnya dengan kadar aliran jisim. Tenaga keupayaan ini akan dinyatakan sebagai kuantiti isentropik (Persamaan (1)):
IPP = ( hinlet – h(i,e)) × ṁ x ŋ (1)
di mana h(i,e) ialah entalpi tentu dengan mengambil kira suhu keluar isentropik dan ṁ ialah kadar aliran jisim.
Walaupun tenaga keupayaan isentropik boleh digunakan untuk menganggarkan tenaga keupayaan, semua sistem sebenar melibatkan geseran, haba dan kehilangan tenaga sampingan yang lain. Oleh itu, apabila mengira keupayaan kuasa sebenar, data input tambahan berikut harus diambil kira:
Dalam kebanyakan aplikasi turboexpander, suhu dihadkan kepada minimum untuk mengelakkan masalah yang tidak diingini seperti pembekuan paip yang dinyatakan sebelum ini. Di tempat gas asli mengalir, hidrat hampir selalu terdapat, bermakna saluran paip di hilir turboexpander atau injap pendikit akan membeku secara dalaman dan luaran jika suhu keluar jatuh di bawah 0°C. Pembentukan ais boleh mengakibatkan sekatan aliran dan akhirnya menutup sistem untuk dinyahbeku. Oleh itu, suhu keluar yang "dikehendaki" digunakan untuk mengira senario kuasa berpotensi yang lebih realistik. Walau bagaimanapun, untuk gas seperti hidrogen, had suhu adalah jauh lebih rendah kerana hidrogen tidak berubah daripada gas kepada cecair sehingga mencapai suhu kriogenik (-253°C). Gunakan suhu keluar yang dikehendaki ini untuk mengira entalpi tertentu.
Kecekapan sistem turboexpander juga mesti dipertimbangkan. Bergantung pada teknologi yang digunakan, kecekapan sistem boleh berbeza-beza dengan ketara. Contohnya, turboexpander yang menggunakan gear pengurangan untuk memindahkan tenaga putaran dari turbin ke penjana akan mengalami kehilangan geseran yang lebih besar daripada sistem yang menggunakan pemacu terus dari turbin ke penjana. Kecekapan keseluruhan sistem turboexpander dinyatakan sebagai peratusan dan diambil kira semasa menilai potensi kuasa sebenar turboexpander. Potensi kuasa sebenar (PP) dikira seperti berikut:
PP = (hinlet – hexit) × ṁ x ṅ (2)
Mari kita lihat aplikasi pelepasan tekanan gas asli. ABC mengendalikan dan menyelenggara stesen pengurangan tekanan yang mengangkut gas asli dari saluran paip utama dan mengagihkannya ke majlis perbandaran tempatan. Di stesen ini, tekanan masuk gas ialah 40 bar dan tekanan keluar ialah 8 bar. Suhu gas masuk yang telah dipanaskan terlebih dahulu ialah 35°C, yang memanaskan gas untuk mengelakkan pembekuan saluran paip. Oleh itu, suhu gas keluar mesti dikawal supaya ia tidak jatuh di bawah 0°C. Dalam contoh ini, kita akan menggunakan 5°C sebagai suhu keluar minimum untuk meningkatkan faktor keselamatan. Kadar aliran gas volumetrik ternormalisasi ialah 50,000 Nm3/j. Untuk mengira potensi kuasa, kita akan menganggap bahawa semua gas mengalir melalui pengembang turbo dan mengira output kuasa maksimum. Anggarkan jumlah potensi output kuasa menggunakan pengiraan berikut: