HANGZHOU NUZHUO TECHNOLOGY GROEP CO., LTD.

Expanders kinne drukreduksje brûke om rotearjende masines oan te driuwen. Ynformaasje oer hoe't jo de potinsjele foardielen fan it ynstallearjen fan in extender kinne evaluearje, is hjir te finen.
Typysk wurdt yn 'e gemyske prosesyndustry (CPI) "in grutte hoemannichte enerzjy fergriemd yn drukregelkleppen wêr't hege druk floeistoffen ûntdrukt wurde moatte" [1]. Ofhinklik fan ferskate technyske en ekonomyske faktoaren kin it winsklik wêze om dizze enerzjy om te setten yn rotearjende meganyske enerzjy, dy't brûkt wurde kin om generators of oare rotearjende masines oan te driuwen. Foar net-komprimeerbere floeistoffen (floeistoffen) wurdt dit berikt mei in hydraulyske enerzjywinningsturbine (HPRT; sjoch referinsje 1). Foar komprimeerbere floeistoffen (gassen) is in ekspander in geskikte masine.
Expanders binne in folwoeksen technology mei in protte suksesfolle tapassingen lykas floeistofkatalytyske kraken (FCC), koeling, stedskleppen foar ierdgas, loftskieding of útlaatgassen. Yn prinsipe kin elke gasstream mei fermindere druk brûkt wurde om in expander oan te driuwen, mar "de enerzjyútfier is direkt evenredich mei de drukferhâlding, temperatuer en streamsnelheid fan 'e gasstream" [2], lykas technyske en ekonomyske helberens. Expander Ymplemintaasje: It proses hinget ôf fan dizze en oare faktoaren, lykas lokale enerzjyprizen en de beskikberens fan geskikte apparatuer troch de fabrikant.
Hoewol't de turbo-ekspander (dy't fergelykber wurket mei in turbine) it bekendste type ekspander is (figuer 1), binne d'r oare typen dy't geskikt binne foar ferskate prosesomstannichheden. Dit artikel yntrodusearret de wichtichste typen ekspanders en har komponinten en jout in gearfetting fan hoe't operaasjemanagers, adviseurs of enerzjy-auditors yn ferskate CPI-ôfdielingen de potinsjele ekonomyske en miljeufoardielen fan it ynstallearjen fan in ekspander kinne evaluearje.
Der binne in soad ferskillende soarten wjerstânsbannen dy't sterk ferskille yn geometry en funksje. De wichtichste typen wurde werjûn yn figuer 2, en elk type wurdt hjirûnder koart beskreaun. Foar mear ynformaasje, lykas grafyken dy't de wurkstatus fan elk type fergelykje op basis fan spesifike diameters en spesifike snelheden, sjoch Help. 3.
Piston-turbo-ekspander. Piston- en rotearjende piston-turbo-ekspanders wurkje as in omkearde rotearjende ynterne ferbaarningsmotor, dy't hege-drukgas absorbearret en de opsleine enerzjy omset yn rotearjende enerzjy fia de krukas.
Sleep de turbo-ekspander. De remturbine-ekspander bestiet út in konsintryske streamkeamer mei bakfinnen dy't oan 'e periferie fan it rotearjende elemint befestige binne. Se binne op deselde wize ûntwurpen as wetterwielen, mar de dwerstrochsneed fan 'e konsintryske keamers nimt ta fan ynlaat nei útlaat, wêrtroch't it gas útwreidzje kin.
Radiale turbo-ekspanders. Radiale streamturbo-ekspanders hawwe in aksiale ynlaat en in radiale útlaat, wêrtroch't it gas radiaal útwreidzje kin troch de turbine-impeller. Op deselde wize wreidzje aksiale streamturbines gas út troch it turbinewiel, mar de rjochting fan 'e stream bliuwt parallel oan de rotaasje-as.
Dit artikel rjochtet him op radiale en axiale turbo-ekspanders, en besprekt har ferskate subtypen, komponinten en ekonomyske aspekten.
In turbo-ekspander hellet enerzjy út in hege-druk gasstream en konvertearret it yn in oandriuwlast. Typysk is de lading in kompressor of generator dy't ferbûn is mei in as. In turbo-ekspander mei in kompressor komprimearret floeistof yn oare dielen fan 'e prosesstream dy't komprimearre floeistof nedich binne, wêrtroch't de algemiene effisjinsje fan 'e plant fergruttet troch enerzjy te brûken dy't oars fergriemd wurdt. In turbo-ekspander mei in generatorlast konvertearret de enerzjy yn elektrisiteit, dy't brûkt wurde kin yn oare plantprosessen of weromjûn wurde kin oan it lokale net foar ferkeap.
Turbo-ekspandergenerators kinne wurde foarsjoen fan in direkte oandriuwas fan it turbinewiel nei de generator, of fia in fersnellingsbak dy't de ynfiersnelheid fan it turbinewiel nei de generator effektyf ferminderet fia in fersnellingsbakferhâlding. Direkt oandreaune turbo-ekspanders biede foardielen yn effisjinsje, foetôfdruk en ûnderhâldskosten. Fersnellingsbak-turbo-ekspanders binne swierder en fereaskje in grutter foetôfdruk, smeermiddel-hulpapparatuer en regelmjittich ûnderhâld.
Trochstreamturbo-ekspanders kinne makke wurde yn 'e foarm fan radiale of axiale turbines. Radiale streamekspanders befetsje in axiale ynlaat en in radiale útlaat sadat de gasstream de turbine radiaal ferlit fan 'e rotaasjeas. Axiale turbines litte gas axiaal lâns de rotaasjeas streame. Axiale streamturbines helje enerzjy út 'e gasstream troch ynlaatliedingsblêden nei it ekspanderwiel, wêrby't it dwersdoorsnedegebiet fan 'e útwreidingskeamer stadichoan tanimt om in konstante snelheid te behâlden.
In turbo-ekspandergenerator bestiet út trije haadkomponinten: in turbinewiel, spesjale lagers en in generator.
Turbinetsjil. Turbinetsjillen wurde faak spesifyk ûntworpen om aerodynamyske effisjinsje te optimalisearjen. Tapassingsfariabelen dy't it ûntwerp fan turbinetsjillen beynfloedzje omfetsje ynlaat-/útlaatdruk, ynlaat-/útlaattemperatuer, folumestream en floeistofeigenskippen. As de kompresjeferhâlding te heech is om yn ien etappe te ferminderjen, is in turbo-ekspander mei meardere turbinetsjillen fereaske. Sawol radiale as axiale turbinetsjillen kinne ûntwurpen wurde as mearfase-tsjillen, mar axiale turbinetsjillen hawwe in folle koartere axiale lingte en binne dêrom kompakter. Mearfase radiale streamturbines fereaskje gas om fan axiaal nei radiaal en werom nei axiaal te streamen, wêrtroch hegere wriuwingferliezen ûntsteane as axiale streamturbines.
lagers. Lagerûntwerp is krúsjaal foar de effisjinte wurking fan in turbo-ekspander. Lagertypen dy't relatearre binne oan turbo-ekspanderûntwerpen ferskille sterk en kinne oaljelagers, floeibere filmlagers, tradisjonele kogellagers en magnetyske lagers omfetsje. Elke metoade hat syn eigen foar- en neidielen, lykas te sjen is yn tabel 1.
In protte turbo-ekspanderfabrikanten kieze magnetyske lagers as har "lager fan kar" fanwegen har unike foardielen. Magnetyske lagers soargje foar wriuwingfrije wurking fan 'e dynamyske komponinten fan' e turbo-ekspander, wêrtroch't de eksploitaasje- en ûnderhâldskosten signifikant wurde fermindere oer de libbensduur fan 'e masine. Se binne ek ûntworpen om in breed skala oan aksiale en radiale lesten en oerspanningsomstannichheden te wjerstean. Harren hegere begjinkosten wurde kompensearre troch folle legere libbensduurkosten.
dynamo. De generator nimt de rotaasje-enerzjy fan 'e turbine en konvertearret it yn brûkbere elektryske enerzjy mei in elektromagnetyske generator (dy't in ynduksjegenerator of in permaninte magneetgenerator wêze kin). Ynduksjegenerators hawwe in legere nominale snelheid, dus hege-snelheidsturbine-tapassingen fereaskje in fersnellingsbak, mar kinne ûntworpen wurde om oerien te kommen mei de netfrekwinsje, wêrtroch't in fariabele frekwinsje-oandriuwing (VFD) om de opwekte elektrisiteit te leverjen net nedich is. Permaninte magneetgenerators, oan 'e oare kant, kinne direkt as-keppele wurde oan 'e turbine en stroom oerdrage nei it net fia in fariabele frekwinsje-oandriuwing. De generator is ûntworpen om maksimaal fermogen te leverjen op basis fan it asfermogen dat beskikber is yn it systeem.
Dichten. De sealing is ek in kritysk ûnderdiel by it ûntwerpen fan in turbo-ekspandersysteem. Om hege effisjinsje te behâlden en te foldwaan oan miljeunormen, moatte systemen ôfsletten wurde om potinsjele prosesgaslekken te foarkommen. Turbo-ekspanders kinne wurde foarsjoen fan dynamyske of statyske sealings. Dynamyske sealings, lykas labyrintseals en droege gasseals, soargje foar in sealing om in rotearjende as, typysk tusken it turbinewiel, lagers en de rest fan 'e masine dêr't de generator him befynt. Dynamyske sealings ferslite mei de tiid en fereaskje regelmjittich ûnderhâld en ynspeksje om te soargjen dat se goed funksjonearje. As alle turbo-ekspanderkomponinten yn ien húsfesting binne befette, kinne statyske sealings brûkt wurde om alle liedingen te beskermjen dy't de húsfesting ferlitte, ynklusyf nei de generator, magnetyske lageroandriuwingen of sensoren. Dizze luchtdichte sealings biede permaninte beskerming tsjin gaslekkage en fereaskje gjin ûnderhâld of reparaasje.
Fanút in prosesperspektyf is de primêre eask foar it ynstallearjen fan in ekspander it leverjen fan hege-druk kompressibel (net-kondensearber) gas oan in leechdruksysteem mei foldwaande stream, drukfal en gebrûk om de normale wurking fan 'e apparatuer te behâlden. De wurkingsparameters wurde op in feilich en effisjint nivo hâlden.
Wat de drukferleegjende funksje oanbelanget, kin de ekspander brûkt wurde om de Joule-Thomson (JT) fentyl te ferfangen, ek wol bekend as de gasklep. Om't de JT fentyl lâns in isentropysk paad beweecht en de ekspander lâns in hast isentropysk paad beweecht, ferminderet de lêste de enthalpy fan it gas en konvertearret it enthalpyferskil yn askrêft, wêrtroch in legere útgongstemperatuer ûntstiet as de JT fentyl. Dit is nuttich yn kryogene prosessen wêr't it doel is om de temperatuer fan it gas te ferminderjen.
As der in legere limyt is foar de útlaatgastemperatuer (bygelyks yn in dekompresjestasjon wêr't de gastemperatuer boppe it friespunt, hydrataasje of minimale materiaalûntwerptemperatuer hâlden wurde moat), moat teminsten ien ferwaarmer tafoege wurde. Kontrolearje de gastemperatuer. As de foarferwaarmer stroomop fan 'e ekspander leit, wurdt in part fan 'e enerzjy fan it feedgas ek weromwûn yn 'e ekspander, wêrtroch't de krêftútfier tanimt. Yn guon konfiguraasjes wêr't útlaattemperatuerkontrôle fereaske is, kin in twadde ferwaarmer nei de ekspander ynstalleare wurde om fluggere kontrôle te leverjen.
Yn Fig. Fig. 3 toant in ferienfâldige diagram fan it algemiene streamdiagram fan in ekspandergenerator mei foarferwaarmer dy't brûkt wurdt om in JT-klep te ferfangen.
Yn oare proseskonfiguraasjes kin de enerzjy dy't weromwûn wurdt yn 'e ekspander direkt oerdroegen wurde oan 'e kompressor. Dizze masines, soms "kommandanten" neamd, hawwe meastentiids ekspansje- en kompresjestadia dy't ferbûn binne troch ien of mear assen, dy't ek in fersnellingsbak kinne befetsje om it ferskil yn snelheid tusken de twa stadia te regeljen. It kin ek in ekstra motor befetsje om mear krêft oan 'e kompresjestadium te leverjen.
Hjirûnder binne guon fan 'e wichtichste komponinten dy't soargje foar goede wurking en stabiliteit fan it systeem.
Bypassklep of drukferlegingsklep. De bypassklep lit de wurking trochgean as de turbo-ekspander net wurket (bygelyks foar ûnderhâld of in needgefal), wylst de drukferlegingsklep brûkt wurdt foar trochgeande wurking om oerstallich gas te leverjen as de totale stream de ûntwerpkapasiteit fan 'e ekspander oerskriuwt.
Needôfslutklep (ESD). ESD-kleppen wurde brûkt om de stream fan gas yn 'e ekspander yn in needgefal te blokkearjen om meganyske skea te foarkommen.
Ynstruminten en kontrôles. Wichtige fariabelen om te kontrolearjen binne ynlaat- en útlaatdruk, streamsnelheid, rotaasjesnelheid en útfierfermogen.
Rydt mei te hege snelheid. It apparaat ûnderbrekt de stream nei de turbine, wêrtroch't de turbinerotor stadiger wurdt, en beskermet de apparatuer tsjin te hege snelheden fanwegen ûnferwachte prosesomstannichheden dy't de apparatuer beskeadigje kinne.
Drukfeiligensklep (PSV). PSV's wurde faak ynstalleare nei in turbo-ekspander om pipelines en leechdrukapparatuer te beskermjen. De PSV moat ûntworpen wurde om de swierste ûnfoarsjoenheden te wjerstean, dy't typysk it net iepenjen fan 'e bypassklep omfetsje. As in ekspander tafoege wurdt oan in besteand drukreduksjestasjon, moat it prosesûntwerpteam bepale oft de besteande PSV foldwaande beskerming biedt.
Ferwaarmer. Ferwaarmers kompensearje foar de temperatuerdaling feroarsake troch it gas dat troch de turbine giet, dus it gas moat foarferwaarme wurde. De wichtichste funksje is om de temperatuer fan 'e opkommende gasstream te ferheegjen om de temperatuer fan it gas dat de ekspander ferlit boppe in minimale wearde te hâlden. In oar foardiel fan it ferheegjen fan 'e temperatuer is it ferheegjen fan it fermogen en it foarkommen fan korrosje, kondensaasje of hydraten dy't de nozzles fan apparatuer negatyf kinne beynfloedzje. Yn systemen mei waarmtewikselers (lykas werjûn yn figuer 3), wurdt de gastemperatuer meastentiids kontroleare troch de stream fan ferwaarme floeistof yn 'e foarferwaarmer te regeljen. Yn guon ûntwerpen kin in flamferwaarmer of elektryske ferwaarmer brûkt wurde ynstee fan in waarmtewikseler. Ferwaarmers kinne al bestean yn in besteand JT-klepstasjon, en it tafoegjen fan in ekspander fereasket miskien net it ynstallearjen fan ekstra ferwaarmers, mar leaver it ferheegjen fan 'e stream fan ferwaarme floeistof.
Smeermiddel- en sealinggassystemen. Lykas hjirboppe neamd, kinne ekspanders ferskate sealingûntwerpen brûke, dy't smeermiddels en sealinggassen fereaskje kinne. Wêr fan tapassing moat de smeermiddel in hege kwaliteit en suverens behâlde as it yn kontakt komt mei prosesgassen, en it viskositeitsnivo fan 'e oalje moat binnen it fereaske wurkberik fan smeerde lagers bliuwe. Fersegele gassystemen binne meastentiids foarsjoen fan in oaljesmeerapparaat om te foarkommen dat oalje út 'e lagerkast de útwreidingskast ynkomt. Foar spesjale tapassingen fan ekspanders dy't brûkt wurde yn 'e koalwetterstofyndustry, binne smeermiddel- en sealinggassystemen typysk ûntworpen neffens API 617 [5] Diel 4-spesifikaasjes.
Fariabele frekwinsje-oandriuwing (VFD). As de generator ynduksje is, wurdt typysk in VFD ynskeakele om it wikselstroom (AC) sinjaal oan te passen oan de frekwinsje fan it nutsbedriuw. Typysk hawwe ûntwerpen basearre op fariabele frekwinsje-oandriuwingen in hegere algemiene effisjinsje as ûntwerpen dy't fersnellingsbakken of oare meganyske komponinten brûke. Systemen basearre op VFD kinne ek in breder skala oan prosesferoarings akkommodearje dy't kinne resultearje yn feroaringen yn 'e snelheid fan' e ekspanderas.
Oerdracht. Guon ekspanderûntwerpen brûke in fersnellingsbak om de snelheid fan 'e ekspander te ferminderjen nei de nominale snelheid fan 'e generator. De kosten fan it brûken fan in fersnellingsbak binne in legere totale effisjinsje en dêrom in legere krêftútfier.
By it tarieden fan in offerteoanfraach (RFQ) foar in expander, moat de prosesyngenieur earst de wurkomstannichheden bepale, ynklusyf de folgjende ynformaasje:
Mechanyske yngenieurs foltôgje faak spesifikaasjes en spesifikaasjes fan ekspandergenerators mei gegevens út oare yngenieursdissiplines. Dizze ynput kin it folgjende omfetsje:
De spesifikaasjes moatte ek in list befetsje mei dokuminten en tekeningen dy't troch de fabrikant levere binne as ûnderdiel fan it oanbestegingsproses en de omfang fan 'e levering, lykas ek tapaslike testprosedueres lykas fereaske troch it projekt.
De technyske ynformaasje dy't troch de fabrikant levere wurdt as ûnderdiel fan it oanbestegingsproses moat oer it algemien de folgjende eleminten befetsje:
As in aspekt fan it foarstel ôfwykt fan 'e orizjinele spesifikaasjes, moat de fabrikant ek in list mei ôfwikingen en de redenen foar de ôfwikingen leverje.
Sadree't in foarstel ûntfongen is, moat it projektûntwikkelingsteam it fersyk op neilibjen kontrolearje en bepale oft ôfwikingen technysk rjochtfeardige binne.
Oare technyske oerwagings om te beskôgjen by it evaluearjen fan foarstellen binne ûnder oaren:
Uteinlik moat in ekonomyske analyze útfierd wurde. Omdat ferskate opsjes kinne resultearje yn ferskillende earste kosten, wurdt oanrikkemandearre dat in cashflow- of libbenscycluskostenanalyze útfierd wurdt om de lange-termyn ekonomyske aspekten fan it projekt en it rendemint op ynvestearring te fergelykjen. Bygelyks, in hegere earste ynvestearring kin op lange termyn kompensearre wurde troch ferhege produktiviteit of fermindere ûnderhâldsbehoeften. Sjoch "Referinsjes" foar ynstruksjes oer dit type analyze. 4.
Alle tapassingen fan turbo-ekspander-generators fereaskje in earste berekkening fan it totale potinsjele fermogen om de totale hoemannichte beskikbere enerzjy te bepalen dy't yn in bepaalde tapassing weromwûn wurde kin. Foar in turbo-ekspander-generator wurdt it fermogenspotinsjeel berekkene as in isentropysk (konstante entropie) proses. Dit is de ideale termodynamyske situaasje foar it beskôgjen fan in omkearber adiabatysk proses sûnder wriuwing, mar it is it juste proses foar it skatten fan it werklike enerzjypotinsjeel.
Isentropyske potinsjele enerzjy (IPP) wurdt berekkene troch it spesifike entalpyferskil by de yn- en útgong fan 'e turbo-ekspander te fermannichfâldigjen en it resultaat te fermannichfâldigjen mei de massastreamsnelheid. Dizze potinsjele enerzjy wurdt útdrukt as in isentropyske kwantiteit (Fergeliking (1)):
IPP = ( hinlet – h(i,e)) × ṁ x ŋ (1)
wêrby't h(i,e) de spesifike enthalpy is, rekken hâldend mei de isentropyske útgongstemperatuer en ṁ de massastreamsnelheid is.
Hoewol isentropyske potinsjele enerzjy brûkt wurde kin om potinsjele enerzjy te skatten, hawwe alle echte systemen wriuwing, waarmte en oare bykommende enerzjyferliezen mei. Dêrom moatte by it berekkenjen fan it werklike krêftpotinsjeel de folgjende ekstra ynfiergegevens yn rekken brocht wurde:
Yn de measte turbo-ekspander-tapassingen wurdt de temperatuer beheind ta in minimum om ûnwinske problemen lykas it befriezen fan piipen, lykas earder neamd, te foarkommen. Wêr't ierdgas streamt, binne hast altyd hydraten oanwêzich, wat betsjut dat de piiplieding streamôfwerts fan in turbo-ekspander of gasklep yntern en ekstern befriest as de útgongstemperatuer ûnder 0 °C sakket. Iisfoarming kin liede ta streambeperking en úteinlik it systeem útskeakelje om te ûntdooijen. Dêrom wurdt de "winske" útgongstemperatuer brûkt om in realistysker potinsjeel krêftscenario te berekkenjen. Foar gassen lykas wetterstof is de temperatuergrins lykwols folle leger, om't wetterstof pas fan gas nei floeistof feroaret as it de kryogene temperatuer berikt (-253 °C). Brûk dizze winske útgongstemperatuer om de spesifike enthalpy te berekkenjen.
De effisjinsje fan it turbo-ekspandersysteem moat ek yn oerweging nommen wurde. Ofhinklik fan 'e brûkte technology kin de systeemeffisjinsje flink ferskille. Bygelyks, in turbo-ekspander dy't in reduksjetandwiel brûkt om rotaasje-enerzjy fan 'e turbine nei de generator oer te bringen, sil gruttere wriuwingsferliezen ûnderfine as in systeem dat direkte oandriuwing fan 'e turbine nei de generator brûkt. De totale effisjinsje fan in turbo-ekspandersysteem wurdt útdrukt as persintaazje en wurdt yn rekken brocht by it beoardieljen fan it werklike krêftpotinsjeel fan 'e turbo-ekspander. It werklike krêftpotinsjeel (PP) wurdt as folget berekkene:
PP = (hinlet – hexit) × ṁ x ṅ (2)
Litte wy ris sjen nei de tapassing fan drukferliening fan ierdgas. ABC eksploitearret en ûnderhâldt in drukferminderingsstasjon dat ierdgas fan 'e haadlieding transportearret en it ferspriedt nei lokale gemeenten. By dit stasjon is de gasynlaatdruk 40 bar en de útlaatdruk 8 bar. De foarferwaarme ynlaatgastemperatuer is 35 °C, wat it gas foarferwaarme om te foarkommen dat de lieding befriest. Dêrom moat de útlaatgastemperatuer sa kontroleare wurde dat it net ûnder 0 °C falt. Yn dit foarbyld sille wy 5 °C brûke as de minimale útlaattemperatuer om de feiligensfaktor te ferheegjen. De normalisearre volumetryske gasstreamsnelheid is 50.000 Nm3/oere. Om it krêftpotinsjeel te berekkenjen, sille wy oannimme dat al it gas troch de turbo-ekspander streamt en it maksimale krêftútfier berekkenje. Skat it totale krêftútfierpotinsjeel mei de folgjende berekkening: