Gall ehangwyr ddefnyddio gostyngiad pwysau i yrru peiriannau cylchdroi. Gellir gweld gwybodaeth ar sut i werthuso buddion posibl gosod estynnwr yma.
Yn nodweddiadol yn y diwydiant prosesau cemegol (CPI), “mae llawer iawn o egni yn cael ei wastraffu mewn falfiau rheoli pwysau lle mae'n rhaid iselder hylifau pwysedd uchel” [1]. Yn dibynnu ar amrywiol ffactorau technegol ac economaidd, gallai fod yn ddymunol trosi'r egni hwn yn egni mecanyddol cylchdroi, y gellir ei ddefnyddio i yrru generaduron neu beiriannau cylchdroi eraill. Ar gyfer hylifau anghyson (hylifau), cyflawnir hyn gan ddefnyddio tyrbin adfer ynni hydrolig (HPRT; gweler Cyfeirnod 1). Ar gyfer hylifau cywasgadwy (nwyon), mae expander yn beiriant addas.
Mae ehangwyr yn dechnoleg aeddfed gyda llawer o gymwysiadau llwyddiannus fel cracio catalytig hylif (FCC), rheweiddio, falfiau dinas nwy naturiol, gwahanu aer neu allyriadau gwacáu. Mewn egwyddor, gellir defnyddio unrhyw ffrwd nwy â llai o bwysau i yrru expander, ond “mae'r allbwn ynni yn gymesur yn uniongyrchol â chymhareb pwysau, tymheredd a chyfradd llif y llif nwy” [2], yn ogystal â ymarferoldeb technegol ac economaidd. Gweithredu Expander: Mae'r broses yn dibynnu ar y ffactorau hyn a ffactorau eraill, megis prisiau ynni lleol ac argaeledd y gwneuthurwr o offer addas.
Er mai'r turbexpander (sy'n gweithredu yn yr un modd â thyrbin) yw'r math mwyaf adnabyddus o expander (Ffigur 1), mae yna fathau eraill sy'n addas ar gyfer gwahanol amodau proses. Mae'r erthygl hon yn cyflwyno'r prif fathau o ehangwyr a'u cydrannau ac yn crynhoi sut y gall rheolwyr gweithrediadau, ymgynghorwyr neu archwilwyr ynni mewn amrywiol adrannau CPI werthuso buddion economaidd ac amgylcheddol posibl gosod expander.
Mae yna lawer o wahanol fathau o fandiau gwrthiant sy'n amrywio'n fawr o ran geometreg a swyddogaeth. Dangosir y prif fathau yn Ffigur 2, a disgrifir pob math yn fyr isod. Am ragor o wybodaeth, yn ogystal â graffiau sy'n cymharu'r statws gweithredu o bob math yn seiliedig ar ddiamedrau penodol a chyflymder penodol, gweler help. 3.
Piston turbexpander. Mae turbexpanders piston a chylchdro piston yn gweithredu fel injan hylosgi mewnol gwrthdroi, gan amsugno nwy pwysedd uchel a throsi ei egni wedi'i storio yn egni cylchdro trwy'r crankshaft.
Llusgwch yr expander turbo. Mae'r expander tyrbin brêc yn cynnwys siambr llif consentrig gydag esgyll bwced ynghlwm wrth gyrion yr elfen gylchdroi. Fe'u dyluniwyd yn yr un modd ag olwynion dŵr, ond mae croestoriad y siambrau consentrig yn cynyddu o gilfach i allfa, gan ganiatáu i'r nwy ehangu.
Turbexpander rheiddiol. Mae gan turbexpanders llif rheiddiol gilfach echelinol ac allfa reiddiol, sy'n caniatáu i'r nwy ehangu'n radical trwy'r impeller tyrbin. Yn yr un modd, mae tyrbinau llif echelinol yn ehangu nwy trwy olwyn y tyrbin, ond mae cyfeiriad y llif yn parhau i fod yn gyfochrog ag echel y cylchdro.
Mae'r erthygl hon yn canolbwyntio ar turbexpanders rheiddiol ac echelinol, gan drafod eu gwahanol isdeipiau, cydrannau ac economeg.
Mae turbexpander yn tynnu egni o nant nwy pwysedd uchel ac yn ei droi'n llwyth gyrru. Yn nodweddiadol mae'r llwyth yn gywasgydd neu'n generadur wedi'i gysylltu â siafft. Mae turbexpander â chywasgydd yn cywasgu hylif mewn rhannau eraill o'r llif proses sy'n gofyn am hylif cywasgedig, a thrwy hynny gynyddu effeithlonrwydd cyffredinol y planhigyn trwy ddefnyddio egni sy'n cael ei wastraffu fel arall. Mae turbexpander gyda llwyth generadur yn trosi'r egni yn drydan, y gellir ei ddefnyddio mewn prosesau planhigion eraill neu ei ddychwelyd i'r grid lleol ar werth.
Gall generaduron turbexpander fod â naill ai siafft gyriant uniongyrchol o'r olwyn tyrbin i'r generadur, neu trwy flwch gêr sy'n lleihau'r cyflymder mewnbwn o olwyn y tyrbin i'r generadur trwy gymhareb gêr i bob pwrpas. Mae turbexpanders gyriant uniongyrchol yn cynnig manteision mewn costau effeithlonrwydd, ôl troed a chynnal a chadw. Mae turboxpanders blwch gêr yn drymach ac mae angen ôl troed mwy, offer ategol iro mwy, a chynnal a chadw rheolaidd.
Gellir gwneud turbexpanders llifo drwodd ar ffurf tyrbinau rheiddiol neu echelinol. Mae ehangwyr llif rheiddiol yn cynnwys cilfach echelinol ac allfa reiddiol fel bod y llif nwy yn gadael y tyrbin yn radical o echel cylchdro. Mae tyrbinau echelinol yn caniatáu i nwy lifo'n echelinol ar hyd echel y cylchdro. Mae tyrbinau llif echelinol yn tynnu egni o'r llif nwy trwy fanes canllaw mewnfa i'r olwyn expander, gydag ardal drawsdoriadol y siambr ehangu yn cynyddu'n raddol i gynnal cyflymder cyson.
Mae generadur turboxpander yn cynnwys tair prif gydran: olwyn tyrbin, berynnau arbennig a generadur.
Olwyn tyrbin. Mae olwynion tyrbinau yn aml wedi'u cynllunio'n benodol i wneud y gorau o effeithlonrwydd aerodynamig. Mae newidynnau cymhwysiad sy'n effeithio ar ddyluniad olwyn tyrbin yn cynnwys pwysau mewnfa/allfa, tymheredd mewnfa/allfa, llif cyfaint, ac eiddo hylif. Pan fydd y gymhareb cywasgu yn rhy uchel i gael ei lleihau mewn un cam, mae angen turbexpander ag olwynion tyrbin lluosog. Gellir cynllunio olwynion tyrbin rheiddiol ac echelinol fel rhai aml-gam, ond mae gan olwynion tyrbin echelinol hyd echelinol llawer byrrach ac felly maent yn fwy cryno. Mae tyrbinau llif rheiddiol aml -haen yn gofyn am nwy i lifo o echelinol i reiddiol ac yn ôl i echelinol, gan greu colledion ffrithiant uwch na thyrbinau llif echelinol.
Bearings. Mae dyluniad dwyn yn hanfodol i weithrediad effeithlon turbexpander. Mae mathau dwyn sy'n gysylltiedig â dyluniadau turbexpander yn amrywio'n fawr a gallant gynnwys Bearings Olew, Bearings Ffilm Hylif, Bearings Pêl Traddodiadol, a Bearings Magnetig. Mae gan bob dull ei fanteision a'i anfanteision ei hun, fel y dangosir yn Nhabl 1.
Mae llawer o wneuthurwyr TurboXpander yn dewis Bearings magnetig fel eu “dwyn dewis” oherwydd eu manteision unigryw. Mae berynnau magnetig yn sicrhau bod cydrannau deinamig y turbexpander yn cael eu gweithredu heb ffrithiant, gan leihau costau gweithredu a chynnal a chadw yn sylweddol dros oes y peiriant. Maent hefyd wedi'u cynllunio i wrthsefyll ystod eang o lwythi echelinol a rheiddiol ac amodau gor -orlif. Mae eu costau cychwynnol uwch yn cael eu gwrthbwyso gan gostau cylch bywyd llawer is.
Dynamo. Mae'r generadur yn cymryd egni cylchdro'r tyrbin ac yn ei droi'n egni trydanol defnyddiol gan ddefnyddio generadur electromagnetig (a all fod yn generadur sefydlu neu'n generadur magnet parhaol). Mae gan generaduron sefydlu gyflymder â sgôr is, felly mae angen blwch gêr ar gymwysiadau tyrbin cyflym, ond gellir eu cynllunio i gyd -fynd ag amledd y grid, gan ddileu'r angen am yriant amledd amrywiol (VFD) i gyflenwi'r trydan a gynhyrchir. Ar y llaw arall, gall generaduron magnet parhaol gael eu siafft yn uniongyrchol ynghyd â'r tyrbin a throsglwyddo pŵer i'r grid trwy yriant amledd amrywiol. Mae'r generadur wedi'i gynllunio i gyflawni'r pŵer mwyaf yn seiliedig ar y pŵer siafft sydd ar gael yn y system.
Morloi. Mae'r sêl hefyd yn elfen hanfodol wrth ddylunio system turbeexpander. Er mwyn cynnal effeithlonrwydd uchel a chwrdd â safonau amgylcheddol, rhaid selio systemau i atal gollyngiadau nwy proses posibl. Gall turbexpanders fod â morloi deinamig neu statig. Mae morloi deinamig, fel morloi labyrinth a morloi nwy sych, yn darparu sêl o amgylch siafft gylchdroi, yn nodweddiadol rhwng olwyn y tyrbin, berynnau a gweddill y peiriant lle mae'r generadur wedi'i leoli. Mae morloi deinamig yn gwisgo allan dros amser ac mae angen eu cynnal a'u harolygu'n rheolaidd i sicrhau eu bod yn gweithredu'n iawn. Pan fydd yr holl gydrannau turboxpander wedi'u cynnwys mewn un tai, gellir defnyddio morloi statig i amddiffyn unrhyw arweinwyr sy'n gadael y tai, gan gynnwys i'r generadur, gyriannau dwyn magnetig, neu synwyryddion. Mae'r morloi aerglos hyn yn darparu amddiffyniad parhaol rhag gollwng nwy ac nid oes angen cynnal a chadw nac atgyweirio arnynt.
O safbwynt proses, y prif ofyniad ar gyfer gosod expander yw cyflenwi nwy cywasgadwy pwysedd uchel (na ellir ei annenol) i system pwysedd isel gyda llif digonol, cwymp pwysau a defnydd i gynnal gweithrediad arferol yr offer. Mae paramedrau gweithredu yn cael eu cynnal ar lefel ddiogel ac effeithlon.
O ran swyddogaeth lleihau pwysau, gellir defnyddio'r expander i ddisodli'r falf Joule-Thomson (JT), a elwir hefyd yn falf llindag. Gan fod y falf JT yn symud ar hyd llwybr isentropig a bod yr expander yn symud ar hyd llwybr bron yn isentropig, mae'r olaf yn lleihau enthalpi y nwy ac yn trosi'r gwahaniaeth enthalpi yn bŵer siafft, a thrwy hynny gynhyrchu tymheredd allfa is na'r falf JT. Mae hyn yn ddefnyddiol mewn prosesau cryogenig lle mai'r nod yw lleihau tymheredd y nwy.
Os oes terfyn is ar dymheredd nwy'r allfa (er enghraifft, mewn gorsaf ddatgywasgiad lle mae'n rhaid cynnal tymheredd y nwy uwchlaw'r rhewi, hydradiad, neu isafswm tymheredd dylunio deunydd), rhaid ychwanegu o leiaf un gwresogydd. rheoli tymheredd y nwy. Pan fydd y cynhesydd wedi'i leoli i fyny'r afon o'r expander, mae peth o'r egni o'r nwy bwyd anifeiliaid hefyd yn cael ei adfer yn yr expander, a thrwy hynny gynyddu ei allbwn pŵer. Mewn rhai cyfluniadau lle mae angen rheoli tymheredd allfa, gellir gosod ail ailgynhesu ar ôl yr ehangydd i ddarparu rheolaeth gyflymach.
Yn Ffig. Mae Ffigur 3 yn dangos diagram symlach o'r diagram llif cyffredinol o generadur expander gyda'r cyn -wresogydd yn cael ei ddefnyddio i ddisodli falf JT.
Mewn cyfluniadau prosesau eraill, gellir trosglwyddo'r egni a adferwyd yn yr expander yn uniongyrchol i'r cywasgydd. Fel rheol, mae gan y peiriannau hyn, a elwir weithiau'n “reolwyr”, gamau ehangu a chywasgu wedi'u cysylltu gan un neu fwy o siafftiau, a all hefyd gynnwys blwch gêr i reoleiddio'r gwahaniaeth cyflymder rhwng y ddau gam. Gall hefyd gynnwys modur ychwanegol i ddarparu mwy o bwer i'r cam cywasgu.
Isod mae rhai o'r cydrannau pwysicaf sy'n sicrhau gweithrediad a sefydlogrwydd cywir y system.
Falf ffordd osgoi neu falf lleihau pwysau. Mae'r falf ffordd osgoi yn caniatáu i weithrediad barhau pan nad yw'r turbexpander yn gweithredu (er enghraifft, ar gyfer cynnal a chadw neu argyfwng), tra bod y falf sy'n lleihau pwysau yn cael ei defnyddio ar gyfer gweithredu'n barhaus i gyflenwi nwy gormodol pan fydd cyfanswm y llif yn fwy na chynhwysedd dylunio'r expander.
Falf cau brys (ESD). Defnyddir falfiau ESD i rwystro llif y nwy i'r expander mewn argyfwng er mwyn osgoi difrod mecanyddol.
Offerynnau a rheolyddion. Ymhlith y newidynnau pwysig i'w monitro mae pwysau mewnfa ac allfa, cyfradd llif, cyflymder cylchdroi, ac allbwn pŵer.
Gyrru ar gyflymder gormodol. Mae'r ddyfais yn torri llif i'r tyrbin, gan beri i'r rotor tyrbin arafu, a thrwy hynny amddiffyn yr offer rhag cyflymderau gormodol oherwydd amodau proses annisgwyl a allai niweidio'r offer.
Falf Diogelwch Pwysau (PSV). Mae PSVs yn aml yn cael eu gosod ar ôl turbexpander i amddiffyn piblinellau ac offer gwasgedd isel. Rhaid i'r PSV gael ei ddylunio i wrthsefyll yr argyfyngau mwyaf difrifol, sydd fel rheol yn cynnwys methiant y falf ffordd osgoi i agor. Os ychwanegir expander at orsaf lleihau pwysau sy'n bodoli, rhaid i'r tîm dylunio prosesau benderfynu a yw'r PSV presennol yn darparu amddiffyniad digonol.
Gwresogydd. Mae gwresogyddion yn gwneud iawn am y cwymp tymheredd a achosir gan y nwy sy'n mynd trwy'r tyrbin, felly mae'n rhaid cynhesu’r nwy ymlaen llaw. Ei brif swyddogaeth yw cynyddu tymheredd y llif nwy sy'n codi i gynnal tymheredd y nwy gan adael yr ehangydd uwchlaw isafswm gwerth. Budd arall o godi'r tymheredd yw cynyddu allbwn pŵer yn ogystal ag atal cyrydiad, cyddwysiad neu hydradau a allai effeithio'n andwyol ar nozzles offer. Mewn systemau sy'n cynnwys cyfnewidwyr gwres (fel y dangosir yn Ffigur 3), mae'r tymheredd nwy fel arfer yn cael ei reoli trwy reoleiddio llif yr hylif wedi'i gynhesu i'r cyn -wresogydd. Mewn rhai dyluniadau, gellir defnyddio gwresogydd fflam neu wresogydd trydan yn lle cyfnewidydd gwres. Efallai y bydd gwresogyddion eisoes yn bodoli mewn gorsaf falf JT bresennol, ac efallai na fydd angen gosod gwresogyddion ychwanegol ar ychwanegu expander, ond yn hytrach cynyddu llif yr hylif wedi'i gynhesu.
Systemau Olew a Nwy Sêl iro. Fel y soniwyd uchod, gall ehangwyr ddefnyddio gwahanol ddyluniadau sêl, a allai fod angen ireidiau a selio nwyon. Lle bo hynny'n berthnasol, rhaid i'r olew iro gynnal ansawdd a phurdeb uchel pan fydd mewn cysylltiad â nwyon proses, a rhaid i'r lefel gludedd olew aros o fewn yr ystod weithredol ofynnol o gyfeiriannau iro. Mae systemau nwy wedi'u selio fel arfer yn cynnwys dyfais iro olew i atal olew o'r blwch dwyn rhag mynd i mewn i'r blwch ehangu. Ar gyfer cymwysiadau arbennig o gymudwyr a ddefnyddir yn y diwydiant hydrocarbon, mae systemau olew lube a nwy morloi fel arfer wedi'u cynllunio i fanylebau Rhan 4 API 617 [5].
Gyriant Amledd Amrywiol (VFD). Pan fydd y generadur yn ymsefydlu, mae VFD fel arfer yn cael ei droi ymlaen i addasu'r signal cerrynt eiledol (AC) i gyd -fynd â'r amledd cyfleustodau. Yn nodweddiadol, mae gan ddyluniadau sy'n seiliedig ar yriannau amledd amrywiol effeithlonrwydd cyffredinol uwch na dyluniadau sy'n defnyddio blychau gêr neu gydrannau mecanyddol eraill. Gall systemau sy'n seiliedig ar VFD hefyd ddarparu ar gyfer ystod ehangach o newidiadau proses a all arwain at newidiadau yng nghyflymder siafft expander.
Trosglwyddiad. Mae rhai dyluniadau expander yn defnyddio blwch gêr i leihau cyflymder yr expander i gyflymder graddedig y generadur. Cost defnyddio blwch gêr yw effeithlonrwydd cyffredinol is ac felly allbwn pŵer is.
Wrth baratoi cais am ddyfynbris (RFQ) ar gyfer expander, rhaid i'r peiriannydd proses bennu'r amodau gweithredu yn gyntaf, gan gynnwys y wybodaeth ganlynol:
Mae peirianwyr mecanyddol yn aml yn cwblhau manylebau a manylebau generadur expander gan ddefnyddio data o ddisgyblaethau peirianneg eraill. Gall y mewnbynnau hyn gynnwys y canlynol:
Rhaid i'r manylebau hefyd gynnwys rhestr o ddogfennau a lluniadau a ddarperir gan y gwneuthurwr fel rhan o'r broses dendro a chwmpas y cyflenwad, yn ogystal â gweithdrefnau prawf cymwys fel sy'n ofynnol gan y prosiect.
Yn gyffredinol, dylai'r wybodaeth dechnegol a ddarperir gan y gwneuthurwr fel rhan o'r broses dendro gynnwys yr elfennau canlynol:
Os yw unrhyw agwedd ar y cynnig yn wahanol i'r manylebau gwreiddiol, rhaid i'r gwneuthurwr hefyd ddarparu rhestr o wyriadau a'r rhesymau dros y gwyriadau.
Unwaith y derbynnir cynnig, rhaid i'r tîm datblygu prosiect adolygu'r cais am gydymffurfio a phenderfynu a oes cyfiawnhad yn dechnegol yn dechnegol.
Ymhlith yr ystyriaethau technegol eraill i'w hystyried wrth werthuso cynigion mae:
Yn olaf, mae angen cynnal dadansoddiad economaidd. Oherwydd y gall gwahanol opsiynau arwain at wahanol gostau cychwynnol, argymhellir perfformio llif arian neu ddadansoddiad cost cylch bywyd i gymharu economeg hirdymor y prosiect ac enillion ar fuddsoddiad. Er enghraifft, gellir gwrthbwyso buddsoddiad cychwynnol uwch yn y tymor hir gan fwy o gynhyrchiant neu ofynion cynnal a chadw is. Gweler “Cyfeiriadau” am gyfarwyddiadau ar y math hwn o ddadansoddiad. 4.
Mae angen cyfrifiad pŵer posibl cychwynnol ar bob cymwysiad turbexpander-generadur i bennu cyfanswm yr egni sydd ar gael y gellir ei adfer mewn cais penodol. Ar gyfer generadur turbexpander, mae'r potensial pŵer yn cael ei gyfrif fel proses isentropig (entropi cyson). Dyma'r sefyllfa thermodynamig ddelfrydol ar gyfer ystyried proses adiabatig gildroadwy heb ffrithiant, ond dyma'r broses gywir ar gyfer amcangyfrif y potensial ynni gwirioneddol.
Mae egni potensial isentropig (IPP) yn cael ei gyfrif trwy luosi'r gwahaniaeth enthalpi penodol yng nghilfach ac allfa'r turbeexpander a lluosi'r canlyniad â'r gyfradd llif màs. Mynegir yr egni potensial hwn fel maint isentropig (Hafaliad (1)):
Ipp = (hinlet - h (i, e)) × ṁ x ŋ (1)
lle mai h (i, e) yw'r enthalpi penodol gan ystyried tymheredd yr allfa isentropig ac ṁ yw'r gyfradd llif màs.
Er y gellir defnyddio egni potensial isentropig i amcangyfrif egni posibl, mae'r holl systemau go iawn yn cynnwys ffrithiant, gwres a cholledion ynni ategol eraill. Felly, wrth gyfrifo'r potensial pŵer gwirioneddol, dylid ystyried y data mewnbwn ychwanegol canlynol:
Yn y mwyafrif o gymwysiadau TurboXpander, mae'r tymheredd wedi'i gyfyngu i isafswm i atal problemau diangen fel rhewi pibellau a grybwyllwyd yn gynharach. Lle mae nwy naturiol yn llifo, mae hydradau bron bob amser yn bresennol, sy'n golygu y bydd y biblinell i lawr yr afon o turbexpander neu falf llindag yn rhewi yn fewnol ac yn allanol os bydd tymheredd yr allfa yn disgyn o dan 0 ° C. Gall ffurfio iâ arwain at gyfyngiad llif ac yn y pen draw cau'r system i ddadrewi. Felly, defnyddir y tymheredd allfa “a ddymunir” i gyfrifo senario pŵer potensial mwy realistig. Fodd bynnag, ar gyfer nwyon fel hydrogen, mae'r terfyn tymheredd yn llawer is oherwydd nad yw hydrogen yn newid o nwy i hylif nes ei fod yn cyrraedd tymheredd cryogenig (-253 ° C). Defnyddiwch y tymheredd allfa a ddymunir i gyfrifo'r enthalpi penodol.
Rhaid ystyried effeithlonrwydd y system turbeexpander hefyd. Yn dibynnu ar y dechnoleg a ddefnyddir, gall effeithlonrwydd system amrywio'n sylweddol. Er enghraifft, bydd turbexpander sy'n defnyddio gêr lleihau i drosglwyddo egni cylchdro o'r tyrbin i'r generadur yn profi mwy o golledion ffrithiant na system sy'n defnyddio gyriant uniongyrchol o'r tyrbin i'r generadur. Mynegir effeithlonrwydd cyffredinol system turbeexpander fel canran ac fe'i hystyrir wrth asesu potensial pŵer gwirioneddol y turbexpander. Mae'r potensial pŵer gwirioneddol (PP) yn cael ei gyfrif fel a ganlyn:
Pp = (hinlet - hecsit) × ṁ x ṅ (2)
Gadewch i ni edrych ar gymhwyso rhyddhad pwysau nwy naturiol. Mae ABC yn gweithredu ac yn cynnal gorsaf lleihau pwysau sy'n cludo nwy naturiol o'r brif biblinell ac yn ei dosbarthu i fwrdeistrefi lleol. Yn yr orsaf hon, mae'r pwysau mewnfa nwy yn 40 bar ac mae'r pwysau allfa yn 8 bar. Y tymheredd nwy mewnfa wedi'i gynhesu ymlaen llaw yw 35 ° C, sy'n cynhesu’r nwy i atal rhewi piblinellau. Felly, rhaid rheoli tymheredd nwy allfa fel nad yw'n disgyn o dan 0 ° C. Yn yr enghraifft hon byddwn yn defnyddio 5 ° C fel y tymheredd allfa isaf i gynyddu'r ffactor diogelwch. Y gyfradd llif nwy cyfeintiol wedi'i normaleiddio yw 50,000 nm3/h. I gyfrifo'r potensial pŵer, byddwn yn tybio bod yr holl nwy yn llifo trwy'r expander turbo ac yn cyfrifo'r allbwn pŵer uchaf. Amcangyfrifwch gyfanswm y potensial allbwn pŵer gan ddefnyddio'r cyfrifiad canlynol:
Amser Post: Mai-25-2024