Wapanuaji wanaweza kutumia kupunguzwa kwa shinikizo kuendesha mashine zinazozunguka. Habari juu ya jinsi ya kutathmini faida zinazowezekana za kusanikisha extender zinaweza kupatikana hapa.
Kawaida katika Sekta ya Mchakato wa Kemikali (CPI), "nishati kubwa hupotea katika valves za kudhibiti shinikizo ambapo maji ya shinikizo kubwa lazima yawe na unyogovu" [1]. Kulingana na mambo anuwai ya kiufundi na kiuchumi, inaweza kuhitajika kubadilisha nishati hii kuwa nishati ya mitambo, ambayo inaweza kutumika kuendesha jenereta au mashine zingine zinazozunguka. Kwa maji yasiyoweza kubadilika (vinywaji), hii inafanikiwa kwa kutumia turbine ya kufufua nishati ya majimaji (HPRT; tazama kumbukumbu 1). Kwa vinywaji vyenye kushinikiza (gesi), expander ni mashine inayofaa.
Vipandikizi ni teknolojia ya kukomaa na matumizi mengi ya mafanikio kama vile ngozi ya kichocheo cha maji (FCC), jokofu, valves za jiji la gesi asilia, utenganisho wa hewa au uzalishaji wa kutolea nje. Kimsingi, mkondo wowote wa gesi na shinikizo iliyopunguzwa inaweza kutumika kuendesha upanuzi, lakini "pato la nishati ni sawa na uwiano wa shinikizo, joto na kiwango cha mtiririko wa gesi" [2], pamoja na uwezekano wa kiufundi na kiuchumi. Utekelezaji wa Expander: Mchakato unategemea mambo haya na mengine, kama bei ya nishati ya ndani na kupatikana kwa mtengenezaji wa vifaa vinavyofaa.
Ingawa turboexpander (inafanya kazi sawa na turbine) ndio aina inayojulikana zaidi ya upanuzi (Mchoro 1), kuna aina zingine zinazofaa kwa hali tofauti za mchakato. Nakala hii inaleta aina kuu za wapanuzi na vifaa vyao na muhtasari wa jinsi wasimamizi wa shughuli, washauri au wakaguzi wa nishati katika mgawanyiko tofauti wa CPI wanaweza kutathmini faida za kiuchumi na mazingira za kusanikisha.
Kuna aina nyingi tofauti za bendi za upinzani ambazo hutofautiana sana katika jiometri na kazi. Aina kuu zinaonyeshwa kwenye Mchoro 2, na kila aina imeelezewa kwa kifupi hapo chini. Kwa habari zaidi, pamoja na grafu kulinganisha hali ya kufanya kazi ya kila aina kulingana na kipenyo maalum na kasi maalum, angalia Msaada. 3.
Piston turboexpander. Piston na rotary piston turboexpanders hufanya kazi kama injini ya mwako wa ndani inayozunguka, inachukua gesi yenye shinikizo kubwa na kubadilisha nishati yake iliyohifadhiwa kuwa nishati ya mzunguko kupitia crankshaft.
Buruta upanuzi wa turbo. Upanuzi wa turbine ya kuvunja una chumba cha mtiririko wa kiwango cha juu na mapezi ya ndoo iliyowekwa kwenye pembezoni ya kitu kinachozunguka. Zimeundwa kwa njia ile ile kama magurudumu ya maji, lakini sehemu ya msalaba wa vyumba vya kujilimbikizia huongezeka kutoka kwa njia ya kuingiza, ikiruhusu gesi kupanuka.
Radial turboexpander. Turboexpanders ya mtiririko wa radial ina kuingiza axial na njia ya radial, ikiruhusu gesi kupanua radially kupitia msukumo wa turbine. Vivyo hivyo, turbines za mtiririko wa axial hupanua gesi kupitia gurudumu la turbine, lakini mwelekeo wa mtiririko unabaki sambamba na mhimili wa mzunguko.
Nakala hii inazingatia turboexpanders ya radial na axial, kujadili subtypes zao, vifaa, na uchumi.
Turboexpander huondoa nishati kutoka kwa mkondo wa gesi yenye shinikizo kubwa na kuibadilisha kuwa mzigo wa gari. Kawaida mzigo ni compressor au jenereta iliyounganishwa na shimoni. Turboexpander na compressor inasisitiza giligili katika sehemu zingine za mkondo wa mchakato ambao unahitaji maji yaliyoshinikwa, na hivyo kuongeza ufanisi wa jumla wa mmea kwa kutumia nishati ambayo hupotea vingine. Turboexpander na mzigo wa jenereta hubadilisha nishati kuwa umeme, ambayo inaweza kutumika katika michakato mingine ya mmea au kurudi kwenye gridi ya ndani inayouzwa.
Jenereta za turboexpander zinaweza kuwekwa na shimoni ya gari moja kwa moja kutoka kwa gurudumu la turbine hadi jenereta, au kupitia sanduku la gia ambalo hupunguza kwa kasi kasi ya pembejeo kutoka kwa gurudumu la turbine hadi jenereta kupitia uwiano wa gia. TurboexPanders ya moja kwa moja hutoa faida katika ufanisi, alama za miguu na gharama za matengenezo. TurboexPanders ya Gearbox ni nzito na zinahitaji alama kubwa, vifaa vya usaidizi wa lubrication, na matengenezo ya kawaida.
Mtiririko-kupitia turboexpanders unaweza kufanywa kwa njia ya turbines za radial au axial. Vipeperushi vya mtiririko wa radial vyenye kuingiza axial na njia ya radial ili mtiririko wa gesi hutoka turbine radially kutoka mhimili wa mzunguko. Turbines za axial huruhusu gesi kutiririka sana kwenye mhimili wa mzunguko. Turbines za mtiririko wa axial huondoa nishati kutoka kwa mtiririko wa gesi kupitia mwongozo wa kuingiza kwa gurudumu la kupanua, na eneo la sehemu ya chumba cha upanuzi polepole kuongezeka ili kudumisha kasi ya kila wakati.
Jenereta ya turboexpander ina vifaa vitatu kuu: gurudumu la turbine, fani maalum na jenereta.
Gurudumu la turbine. Magurudumu ya turbine mara nyingi hubuniwa mahsusi ili kuongeza ufanisi wa aerodynamic. Viwango vya matumizi ambavyo vinaathiri muundo wa gurudumu la turbine ni pamoja na shinikizo la kuingiza/nje, joto la kuingiza/nje, mtiririko wa kiasi, na mali ya maji. Wakati uwiano wa compression ni juu sana kupunguzwa katika hatua moja, turboexpander iliyo na magurudumu mengi ya turbine inahitajika. Magurudumu yote ya radial na axial turbine yanaweza kubuniwa kama ya hatua nyingi, lakini magurudumu ya turbine ya axial yana urefu mfupi wa axial na kwa hivyo ni ngumu zaidi. Turbines za mtiririko wa radi ya multistage zinahitaji gesi kutiririka kutoka axial hadi radial na nyuma kwa axial, na kusababisha upotezaji wa msuguano wa hali ya juu kuliko turbines za mtiririko wa axial.
kubeba. Ubunifu wa kuzaa ni muhimu kwa operesheni bora ya turboexpander. Aina za kuzaa zinazohusiana na miundo ya turboexpander hutofautiana sana na inaweza kujumuisha fani za mafuta, fani za filamu kioevu, fani za mpira wa jadi, na fani za sumaku. Kila njia ina faida na hasara zake, kama inavyoonyeshwa kwenye Jedwali 1.
Watengenezaji wengi wa turboexpander huchagua fani za sumaku kama "kuzaa kwa chaguo" kwa sababu ya faida zao za kipekee. Mabomba ya sumaku yanahakikisha uendeshaji wa bure wa vifaa vya nguvu vya turboexpander, hupunguza sana gharama za kufanya kazi na matengenezo juu ya maisha ya mashine. Pia imeundwa kuhimili anuwai ya mizigo ya axial na radial na hali ya kupindukia. Gharama zao za juu za mwanzo hutolewa na gharama za chini za mzunguko wa maisha.
Dynamo. Jenereta inachukua nishati ya mzunguko wa turbine na kuibadilisha kuwa nishati muhimu ya umeme kwa kutumia jenereta ya umeme (ambayo inaweza kuwa jenereta ya induction au jenereta ya sumaku ya kudumu). Jenereta za induction zina kasi ya chini iliyokadiriwa, kwa hivyo matumizi ya kasi ya turbine yanahitaji sanduku la gia, lakini inaweza kubuniwa kulinganisha mzunguko wa gridi ya taifa, kuondoa hitaji la gari la frequency la kutofautisha (VFD) kusambaza umeme unaozalishwa. Jenereta za sumaku za kudumu, kwa upande mwingine, zinaweza kuwa shimoni moja kwa moja pamoja na turbine na kusambaza nguvu kwenye gridi ya taifa kupitia gari la frequency la kutofautisha. Jenereta imeundwa kutoa nguvu ya juu kulingana na nguvu ya shimoni inayopatikana kwenye mfumo.
Mihuri. Muhuri pia ni sehemu muhimu wakati wa kubuni mfumo wa turboexpander. Ili kudumisha ufanisi mkubwa na kufikia viwango vya mazingira, mifumo lazima iwe muhuri ili kuzuia uvujaji wa gesi. TurboexPanders inaweza kuwa na vifaa vya mihuri ya nguvu au tuli. Mihuri ya nguvu, kama vile mihuri ya labyrinth na mihuri ya gesi kavu, hutoa muhuri kuzunguka shimoni inayozunguka, kawaida kati ya gurudumu la turbine, fani na mashine iliyobaki ambayo jenereta iko. Mihuri ya nguvu huvaa kwa wakati na inahitaji matengenezo ya mara kwa mara na ukaguzi ili kuhakikisha kuwa zinafanya kazi vizuri. Wakati vifaa vyote vya turboexpander vipo katika nyumba moja, mihuri ya tuli inaweza kutumika kulinda miongozo yoyote inayoongoza kwa nyumba, pamoja na jenereta, anatoa za kuzaa sumaku, au sensorer. Mihuri hii isiyo na hewa hutoa kinga ya kudumu dhidi ya uvujaji wa gesi na hazihitaji matengenezo au matengenezo.
Kwa mtazamo wa mchakato, hitaji la msingi la kusanikisha upanuzi ni kusambaza gesi yenye shinikizo kubwa (isiyoweza kufikiwa) kwa mfumo wa shinikizo la chini na mtiririko wa kutosha, kushuka kwa shinikizo na utumiaji wa kudumisha operesheni ya kawaida ya vifaa. Vigezo vya kufanya kazi vinatunzwa kwa kiwango salama na bora.
Kwa upande wa kazi ya kupunguza shinikizo, upanuzi unaweza kutumika kuchukua nafasi ya valve ya Joule-Thomson (JT), pia inajulikana kama valve ya throttle. Kwa kuwa valve ya JT inaenda kwenye njia ya isentropic na upanuzi unaenda kwenye njia karibu ya isentropic, mwisho hupunguza enthalpy ya gesi na hubadilisha tofauti ya enthalpy kuwa nguvu ya shimoni, na hivyo kutoa joto la chini kuliko valve ya JT. Hii ni muhimu katika michakato ya cryogenic ambapo lengo ni kupunguza joto la gesi.
Ikiwa kuna kikomo cha chini juu ya joto la gesi (kwa mfano, katika kituo cha mtengano ambapo joto la gesi lazima litunzwe juu ya kufungia, hydration, au kiwango cha chini cha joto la vifaa), angalau hita moja lazima iongezwe. kudhibiti joto la gesi. Wakati preheater iko juu ya upanuzi, nishati kadhaa kutoka kwa gesi ya kulisha pia hupatikana katika upanuzi, na hivyo kuongeza nguvu yake. Katika usanidi fulani ambapo udhibiti wa joto unahitajika, reheater ya pili inaweza kusanikishwa baada ya upanuzi kutoa udhibiti wa haraka.
Katika Mtini. Kielelezo 3 kinaonyesha mchoro uliorahisishwa wa mchoro wa mtiririko wa jumla wa jenereta ya upanuzi na preheater inayotumiwa kuchukua nafasi ya valve ya JT.
Katika usanidi mwingine wa mchakato, nishati inayopatikana kwenye upanuzi inaweza kuhamishiwa moja kwa moja kwa compressor. Mashine hizi, wakati mwingine huitwa "makamanda", kawaida huwa na upanuzi na hatua za kushinikiza zilizounganishwa na shimoni moja au zaidi, ambayo inaweza pia kujumuisha sanduku la gia kudhibiti tofauti ya kasi kati ya hatua hizo mbili. Inaweza pia kujumuisha gari la ziada kutoa nguvu zaidi kwa hatua ya kushinikiza.
Hapo chini kuna vitu muhimu zaidi ambavyo vinahakikisha operesheni sahihi na utulivu wa mfumo.
Valve ya kupita au shinikizo ya kupunguza shinikizo. Valve ya kupita inaruhusu operesheni kuendelea wakati turboexpander haifanyi kazi (kwa mfano, kwa matengenezo au dharura), wakati shinikizo la kupunguza shinikizo linatumika kwa operesheni inayoendelea kusambaza gesi ya ziada wakati mtiririko wa jumla unazidi uwezo wa muundo wa upanuzi.
Valve ya kuzima dharura (ESD). Valves za ESD hutumiwa kuzuia mtiririko wa gesi kwenye upanuzi katika dharura ili kuzuia uharibifu wa mitambo.
Vyombo na udhibiti. Lahaja muhimu za kufuatilia ni pamoja na shinikizo la kuingiza na nje, kiwango cha mtiririko, kasi ya mzunguko, na pato la nguvu.
Kuendesha kwa kasi kubwa. Kifaa hupunguza mtiririko wa turbine, na kusababisha rotor ya turbine kupungua, na hivyo kulinda vifaa kutoka kwa kasi kubwa kutokana na hali ya mchakato isiyotarajiwa ambayo inaweza kuharibu vifaa.
Valve ya usalama wa shinikizo (PSV). PSV mara nyingi huwekwa baada ya turboexpander kulinda bomba na vifaa vya chini vya shinikizo. PSV lazima iliyoundwa kuhimili dharura kali zaidi, ambazo kawaida ni pamoja na kutofaulu kwa valve ya kupita kufungua. Ikiwa upanuzi umeongezwa kwa kituo cha kupunguza shinikizo, timu ya muundo wa mchakato lazima iamue ikiwa PSV iliyopo hutoa ulinzi wa kutosha.
Heater. Hita hulipa kushuka kwa joto linalosababishwa na gesi inayopita kupitia turbine, kwa hivyo gesi lazima ifungwe. Kazi yake kuu ni kuongeza joto la mtiririko wa gesi kuongezeka ili kudumisha joto la gesi ikiacha upanuzi juu ya thamani ya chini. Faida nyingine ya kuongeza joto ni kuongeza pato la umeme na pia kuzuia kutu, fidia, au hydrate ambazo zinaweza kuathiri vibaya vifaa vya nozzles. Katika mifumo iliyo na ubadilishanaji wa joto (kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 3), joto la gesi kawaida hudhibitiwa kwa kudhibiti mtiririko wa kioevu moto ndani ya preheater. Katika miundo mingine, hita ya moto au heater ya umeme inaweza kutumika badala ya exchanger ya joto. Hita zinaweza kuwa tayari zipo katika kituo kilichopo cha JT Valve, na kuongeza kiboreshaji kunaweza kuhitaji kusanikisha hita za ziada, lakini badala ya kuongeza mtiririko wa maji moto.
Mafuta ya mafuta na mifumo ya gesi ya muhuri. Kama ilivyoelezwa hapo juu, wapanuaji wanaweza kutumia miundo tofauti ya muhuri, ambayo inaweza kuhitaji mafuta na gesi kuziba. Inapotumika, mafuta ya kulainisha lazima yatunze ubora wa hali ya juu na usafi wakati unawasiliana na gesi za mchakato, na kiwango cha mnato wa mafuta lazima zibaki ndani ya safu inayohitajika ya kubeba mafuta. Mifumo ya gesi iliyotiwa muhuri kawaida huwekwa na kifaa cha kulainisha mafuta ili kuzuia mafuta kutoka kwa sanduku la kuzaa kuingia kwenye sanduku la upanuzi. Kwa matumizi maalum ya vifaa vinavyotumiwa katika tasnia ya hydrocarbon, mafuta ya mafuta na mifumo ya gesi ya muhuri kawaida imeundwa kwa API 617 [5] sehemu ya 4.
Hifadhi ya frequency ya kutofautisha (VFD). Wakati jenereta ni induction, VFD kawaida hubadilishwa ili kurekebisha ishara ya sasa (AC) ili kufanana na mzunguko wa matumizi. Kawaida, miundo kulingana na anatoa za frequency za kutofautisha zina ufanisi mkubwa zaidi kuliko miundo inayotumia sanduku za gia au vifaa vingine vya mitambo. Mifumo inayotegemea VFD inaweza pia kubeba anuwai ya mabadiliko ya michakato ambayo inaweza kusababisha mabadiliko katika kasi ya shimoni ya kupanua.
Uambukizaji. Miundo mingine ya kupanua hutumia sanduku la gia kupunguza kasi ya upanuzi kwa kasi iliyokadiriwa ya jenereta. Gharama ya kutumia sanduku la gia ni ufanisi wa chini na kwa hivyo pato la nguvu ya chini.
Wakati wa kuandaa ombi la Nukuu (RFQ) kwa mtangazaji, mhandisi wa mchakato lazima kwanza aamue hali ya kufanya kazi, pamoja na habari ifuatayo:
Wahandisi wa mitambo mara nyingi hukamilisha maelezo ya jenereta ya kupanua na maelezo kwa kutumia data kutoka kwa taaluma zingine za uhandisi. Pembejeo hizi zinaweza kujumuisha yafuatayo:
Maelezo hayo lazima pia ni pamoja na orodha ya hati na michoro iliyotolewa na mtengenezaji kama sehemu ya mchakato wa zabuni na upeo wa usambazaji, pamoja na taratibu zinazotumika za mtihani kama inavyotakiwa na mradi.
Habari ya kiufundi iliyotolewa na mtengenezaji kama sehemu ya mchakato wa zabuni inapaswa kujumuisha vitu vifuatavyo:
Ikiwa sehemu yoyote ya pendekezo hutofautiana na maelezo ya asili, mtengenezaji lazima pia atoe orodha ya kupotoka na sababu za kupotoka.
Mara tu pendekezo litakapopokelewa, timu ya maendeleo ya mradi lazima ichunguze ombi la kufuata na kuamua ikiwa tofauti zinahesabiwa haki.
Mawazo mengine ya kiufundi ya kuzingatia wakati wa kutathmini mapendekezo ni pamoja na:
Mwishowe, uchambuzi wa kiuchumi unahitaji kufanywa. Kwa sababu chaguzi tofauti zinaweza kusababisha gharama tofauti za awali, inashauriwa kuwa mtiririko wa pesa au uchambuzi wa gharama ya maisha ufanyike kulinganisha uchumi wa muda mrefu wa mradi na kurudi kwenye uwekezaji. Kwa mfano, uwekezaji wa juu zaidi unaweza kusambazwa kwa muda mrefu na uzalishaji ulioongezeka au mahitaji ya matengenezo yaliyopunguzwa. Tazama "Marejeo" kwa maagizo juu ya aina hii ya uchambuzi. 4.
Maombi yote ya turboexpander-jenereta yanahitaji hesabu ya jumla ya nguvu ili kuamua jumla ya nishati inayopatikana ambayo inaweza kupatikana katika programu fulani. Kwa jenereta ya turboexpander, uwezo wa nguvu huhesabiwa kama mchakato wa isentropic (mara kwa mara). Hii ndio hali bora ya thermodynamic kwa kuzingatia mchakato wa kubadilika wa adiabatic bila msuguano, lakini ni mchakato sahihi wa kukadiria uwezo halisi wa nishati.
Nishati ya uwezo wa isentropic (IPP) imehesabiwa kwa kuzidisha tofauti maalum ya enthalpy kwenye kuingiza na njia ya turboexpander na kuzidisha matokeo kwa kiwango cha mtiririko wa wingi. Nishati hii inayowezekana itaonyeshwa kama idadi ya isentropic (equation (1)):
Ipp = (hinlet - h (i, e)) × ṁ x ŋ (1)
Ambapo h (i, e) ni enthalpy maalum kwa kuzingatia hali ya joto ya isentropic na ṁ ni kiwango cha mtiririko wa wingi.
Ingawa nishati ya uwezo wa isentropic inaweza kutumika kukadiria nishati inayowezekana, mifumo yote halisi inahusisha msuguano, joto, na upotezaji mwingine wa nishati. Kwa hivyo, wakati wa kuhesabu uwezo halisi wa nguvu, data ifuatayo ya pembejeo inapaswa kuzingatiwa:
Katika matumizi mengi ya turboexpander, hali ya joto ni mdogo kwa kiwango cha chini kuzuia shida zisizohitajika kama kufungia bomba zilizotajwa hapo awali. Ambapo gesi asilia inapita, hydrate karibu kila wakati iko, ikimaanisha kuwa bomba la chini la turboexpander au valve ya throttle itafungia ndani na nje ikiwa joto la nje litashuka chini ya 0 ° C. Uundaji wa barafu unaweza kusababisha kizuizi cha mtiririko na mwishowe kufunga mfumo ili kupunguka. Kwa hivyo, joto la "taka" linatumika kuhesabu hali ya nguvu ya kweli. Walakini, kwa gesi kama vile haidrojeni, kikomo cha joto ni chini sana kwa sababu haidrojeni haibadilika kutoka gesi hadi kioevu hadi ifikie joto la cryogenic (-253 ° C). Tumia joto hili linalotaka kuhesabu enthalpy maalum.
Ufanisi wa mfumo wa turboexpander lazima pia uzingatiwe. Kulingana na teknolojia inayotumiwa, ufanisi wa mfumo unaweza kutofautiana sana. Kwa mfano, turboexpander ambayo hutumia gia ya kupunguza kuhamisha nishati ya mzunguko kutoka turbine kwenda kwa jenereta itapata hasara kubwa kuliko mfumo ambao hutumia gari moja kwa moja kutoka turbine hadi jenereta. Ufanisi wa jumla wa mfumo wa turboexpander unaonyeshwa kama asilimia na huzingatiwa wakati wa kukagua uwezo halisi wa nguvu ya turboexpander. Uwezo halisi wa nguvu (PP) umehesabiwa kama ifuatavyo:
Pp = (hinlet - hexit) × ṁ x ṅ (2)
Wacha tuangalie matumizi ya unafuu wa shinikizo la gesi asilia. ABC inafanya kazi na kudumisha kituo cha kupunguza shinikizo ambacho husafirisha gesi asilia kutoka kwa bomba kuu na kuisambaza kwa manispaa za mitaa. Katika kituo hiki, shinikizo la kuingiza gesi ni bar 40 na shinikizo la nje ni bar 8. Joto la gesi iliyowekwa tayari ni 35 ° C, ambayo huweka gesi ili kuzuia kufungia bomba. Kwa hivyo, joto la gesi ya kuuza lazima lidhibitiwe ili isianguke chini ya 0 ° C. Katika mfano huu tutatumia 5 ° C kama kiwango cha chini cha joto ili kuongeza sababu ya usalama. Kiwango cha kawaida cha mtiririko wa gesi ya volumetric ni 50,000 nm3/h. Ili kuhesabu uwezo wa nguvu, tutadhani kwamba gesi zote hutiririka kupitia kiboreshaji cha turbo na kuhesabu pato la nguvu ya juu. Kadiria jumla ya uwezo wa pato la nguvu kwa kutumia hesabu ifuatayo:
Wakati wa chapisho: Mei-25-2024