HANGZHOU NUZHUO TECHNOLOGY GROUP CO.,LTD.

Ang mga expander makagamit og pressure reduction aron mapadagan ang nagtuyok nga mga makina. Makita dinhi ang impormasyon kon unsaon pagtimbang-timbang ang posibleng mga benepisyo sa pag-instalar og extender.
Kasagaran sa industriya sa proseso sa kemikal (CPI), "daghang enerhiya ang mausik sa mga balbula sa pagkontrol sa presyur diin ang mga pluwido nga taas og presyur kinahanglan nga i-depressurize" [1]. Depende sa lainlaing mga hinungdan sa teknikal ug ekonomiya, mahimong maayo nga i-convert kini nga enerhiya ngadto sa nagtuyok nga enerhiya sa mekanikal, nga magamit sa pagpadagan sa mga generator o uban pang nagtuyok nga mga makina. Alang sa dili mapilit nga mga pluwido (likido), kini makab-ot gamit ang usa ka hydraulic energy recovery turbine (HPRT; tan-awa ang reperensya 1). Alang sa mapilit nga mga likido (gas), ang expander usa ka angay nga makina.
Ang mga expander usa ka hamtong nga teknolohiya nga adunay daghang malampuson nga mga aplikasyon sama sa fluid catalytic cracking (FCC), refrigeration, natural gas city valves, air separation o exhaust emissions. Sa prinsipyo, ang bisan unsang gas stream nga adunay pagkunhod sa presyur mahimong magamit sa pagpadagan sa usa ka expander, apan "ang output sa enerhiya direktang proporsyonal sa pressure ratio, temperatura ug flow rate sa gas stream" [2], ingon man sa teknikal ug ekonomikanhong posibilidad. Implementasyon sa Expander: Ang proseso nagdepende niini ug uban pang mga hinungdan, sama sa lokal nga presyo sa enerhiya ug ang pagkaanaa sa tiggama sa angay nga kagamitan.
Bisan tuod ang turboexpander (nga naglihok nga susama sa turbine) mao ang labing nailhan nga klase sa expander (Figure 1), adunay uban pang mga klase nga angay alang sa lainlaing mga kondisyon sa proseso. Kini nga artikulo nagpaila sa mga nag-unang klase sa expander ug sa ilang mga sangkap ug nagsumaryo kung giunsa sa mga operations manager, consultant o energy auditor sa lainlaing mga dibisyon sa CPI ang pagtimbang-timbang sa potensyal nga mga benepisyo sa ekonomiya ug kalikopan sa pag-instalar og expander.
Daghang lain-laing klase sa resistance bands nga managlahi kaayo sa geometry ug function. Ang mga nag-unang klase gipakita sa Figure 2, ug ang matag klase mubo nga gihulagway sa ubos. Alang sa dugang nga impormasyon, ingon man mga graph nga nagtandi sa operating status sa matag klase base sa piho nga mga diametro ug piho nga mga katulin, tan-awa ang Tabang. 3.
Piston turboexpander. Ang piston ug rotary piston turboexpanders naglihok sama sa usa ka reverse-rotating internal combustion engine, nga mosuhop sa high-pressure gas ug mag-convert sa natipigan nga enerhiya niini ngadto sa rotational energy pinaagi sa crankshaft.
I-drag ang turbo expander. Ang brake turbine expander gilangkoban sa usa ka concentric flow chamber nga adunay mga bucket fins nga gilakip sa periphery sa rotating element. Kini gidisenyo sa parehas nga paagi sa mga water wheel, apan ang cross-section sa mga concentric chamber modako gikan sa inlet ngadto sa outlet, nga nagtugot sa gas nga molapad.
Radial turboexpander. Ang mga radial flow turboexpander adunay axial inlet ug radial outlet, nga nagtugot sa gas nga molapad sa radial agi sa turbine impeller. Sa susama, ang axial flow turbine molapad sa gas agi sa turbine wheel, apan ang direksyon sa pag-agos magpabilin nga parallel sa axis sa rotation.
Kini nga artikulo nagpunting sa radial ug axial turboexpanders, nga naghisgot sa ilang lainlaing mga subtype, mga sangkap, ug ekonomiya.
Ang turboexpander mokuha og enerhiya gikan sa high-pressure gas stream ug i-convert kini ngadto sa drive load. Kasagaran ang load usa ka compressor o generator nga konektado sa shaft. Ang turboexpander nga adunay compressor mo-compress sa pluwido sa ubang mga bahin sa process stream nga nanginahanglan og compressed fluid, sa ingon nagdugang sa kinatibuk-ang efficiency sa planta pinaagi sa paggamit sa enerhiya nga nasayang. Ang turboexpander nga adunay generator load mo-convert sa enerhiya ngadto sa elektrisidad, nga magamit sa ubang mga proseso sa planta o ibalik sa lokal nga grid para ibaligya.
Ang mga turboexpander generator mahimong adunay direktang drive shaft gikan sa turbine wheel ngadto sa generator, o pinaagi sa gearbox nga epektibong nagpamenos sa input speed gikan sa turbine wheel ngadto sa generator pinaagi sa gear ratio. Ang direct drive turboexpanders nagtanyag og mga bentaha sa efficiency, footprint ug maintenance costs. Ang gearbox turboexpanders mas bug-at ug nanginahanglan og mas dako nga footprint, lubrication auxiliary equipment, ug regular nga maintenance.
Ang mga flow-through turboexpander mahimong himoon sa porma sa radial o axial turbine. Ang radial flow expanders adunay axial inlet ug radial outlet aron ang gas flow mogawas sa turbine nga radial gikan sa axis of rotation. Ang mga axial turbine motugot sa gas nga moagos nga axial subay sa axis of rotation. Ang mga axial flow turbine mokuha og enerhiya gikan sa gas flow pinaagi sa inlet guide vanes ngadto sa expander wheel, diin ang cross-sectional area sa expansion chamber anam-anam nga motaas aron mapadayon ang makanunayon nga gikusgon.
Ang usa ka turboexpander generator gilangkoban sa tulo ka nag-unang sangkap: usa ka turbine wheel, espesyal nga mga bearings ug usa ka generator.
Ligid sa turbine. Ang mga ligid sa turbine sagad gidisenyo aron ma-optimize ang aerodynamic efficiency. Ang mga variable sa aplikasyon nga makaapekto sa disenyo sa ligid sa turbine naglakip sa inlet/outlet pressure, inlet/outlet temperature, volume flow, ug fluid properties. Kung ang compression ratio taas ra kaayo nga dili maminusan sa usa ka yugto, gikinahanglan ang usa ka turboexpander nga adunay daghang ligid sa turbine. Ang radial ug axial turbine wheel mahimong idisenyo nga multi-stage, apan ang axial turbine wheel adunay mas mubo nga axial length ug busa mas compact. Ang multistage radial flow turbine nanginahanglan og gas aron moagos gikan sa axial ngadto sa radial ug balik sa axial, nga makamugna og mas taas nga friction losses kaysa sa axial flow turbine.
mga bearings. Ang disenyo sa bearing importante sa episyente nga operasyon sa usa ka turboexpander. Ang mga klase sa bearing nga may kalabotan sa mga disenyo sa turboexpander managlahi ug mahimong maglakip sa oil bearings, liquid film bearings, tradisyonal nga ball bearings, ug magnetic bearings. Ang matag pamaagi adunay kaugalingon nga mga bentaha ug disbentaha, sama sa gipakita sa Talaan 1.
Daghang mga tiggama og turboexpander ang mipili sa magnetic bearings isip ilang "bearing of choice" tungod sa ilang talagsaon nga mga bentaha. Ang magnetic bearings nagsiguro sa walay friction nga operasyon sa mga dynamic components sa turboexpander, nga makapakunhod pag-ayo sa mga gasto sa operasyon ug pagmentinar sa tibuok kinabuhi sa makina. Gidisenyo usab kini aron makasugakod sa lain-laing mga axial ug radial loads ug mga kondisyon sa overstress. Ang ilang mas taas nga inisyal nga gasto gibawi sa mas ubos nga gasto sa life cycle.
dinamo. Ang generator mokuha sa rotational energy sa turbine ug mo-convert niini ngadto sa mapuslanong electrical energy gamit ang electromagnetic generator (nga mahimong induction generator o permanent magnet generator). Ang induction generators adunay mas ubos nga rated speed, busa ang high speed turbine applications nanginahanglan og gearbox, apan mahimong idisenyo aron mohaom sa grid frequency, nga magwagtang sa panginahanglan alang sa variable frequency drive (VFD) aron masuplayan ang namugna nga kuryente. Ang permanent magnet generators, sa laing bahin, mahimong direktang ikonektar sa shaft sa turbine ug ipadala ang kuryente ngadto sa grid pinaagi sa variable frequency drive. Ang generator gidisenyo aron maghatag og maximum nga kuryente base sa shaft power nga anaa sa sistema.
Mga Selyo. Ang selyo usa usab ka kritikal nga sangkap sa pagdesinyo sa usa ka sistema sa turboexpander. Aron mapadayon ang taas nga kahusayan ug matuman ang mga sumbanan sa kalikopan, ang mga sistema kinahanglan nga selyohan aron malikayan ang potensyal nga pagtulo sa gas sa proseso. Ang mga Turboexpander mahimong adunay mga dynamic o static nga mga selyo. Ang mga dynamic nga selyo, sama sa mga labyrinth seal ug dry gas seal, naghatag usa ka selyo sa palibot sa usa ka nagtuyok nga shaft, kasagaran taliwala sa turbine wheel, mga bearings ug ang nahabilin nga makina diin nahimutang ang generator. Ang mga dynamic nga selyo madaot sa paglabay sa panahon ug nanginahanglan regular nga pagmentinar ug inspeksyon aron masiguro nga kini naglihok sa husto. Kung ang tanan nga mga sangkap sa turboexpander naa sa usa ka balay, ang mga static nga selyo magamit aron mapanalipdan ang bisan unsang mga lead nga mogawas sa balay, lakip ang generator, magnetic bearing drive, o mga sensor. Kini nga mga airtight seal naghatag permanente nga proteksyon batok sa pagtulo sa gas ug wala magkinahanglan og pagmentinar o pag-ayo.
Gikan sa punto de bista sa proseso, ang pangunang kinahanglanon sa pag-instalar og expander mao ang pagsuplay og high-pressure compressible (non-condensable) nga gas ngadto sa low-pressure system nga adunay igong agos, pressure drop ug paggamit aron mapadayon ang normal nga operasyon sa kagamitan. Ang mga parameter sa operasyon gimentinar sa luwas ug episyente nga lebel.
Kon bahin sa pressure reducing function, ang expander magamit aron ilisan ang Joule-Thomson (JT) valve, nga nailhan usab nga throttle valve. Tungod kay ang JT valve naglihok subay sa isentropic path ug ang expander naglihok subay sa halos isentropic path, ang expander nagpamenos sa enthalpy sa gas ug nag-convert sa enthalpy difference ngadto sa shaft power, sa ingon nagpatungha og mas ubos nga outlet temperature kaysa sa JT valve. Kini mapuslanon sa mga cryogenic process diin ang tumong mao ang pagpaubos sa temperatura sa gas.
Kon adunay mas ubos nga limitasyon sa temperatura sa outlet gas (pananglitan, sa usa ka decompression station diin ang temperatura sa gas kinahanglan nga ipadayon nga labaw sa pagyelo, hydration, o minimum nga temperatura sa disenyo sa materyal), labing menos usa ka heater ang kinahanglan idugang. Kontrolaha ang temperatura sa gas. Kon ang preheater nahimutang sa ibabaw sa expander, ang pipila sa enerhiya gikan sa feed gas makuha usab sa expander, sa ingon nagdugang sa output sa kuryente niini. Sa pipila ka mga configuration diin gikinahanglan ang pagkontrol sa temperatura sa outlet, ang ikaduhang reheater mahimong ma-install pagkahuman sa expander aron makahatag og mas paspas nga kontrol.
Sa Fig. 3, ang Figure 3 nagpakita sa gipasimple nga diagram sa kinatibuk-ang flow diagram sa usa ka expander generator nga adunay preheater nga gigamit sa pag-ilis sa JT valve.
Sa ubang mga konpigurasyon sa proseso, ang enerhiya nga nakuha sa expander mahimong direktang ibalhin ngadto sa compressor. Kini nga mga makina, usahay gitawag nga "commanders", kasagaran adunay mga yugto sa pagpalapad ug kompresyon nga konektado sa usa o daghan pang mga shaft, nga mahimo usab nga maglakip sa usa ka gearbox aron makontrol ang kalainan sa katulin tali sa duha ka yugto. Mahimo usab kini nga maglakip sa usa ka dugang nga motor aron makahatag og dugang nga gahum sa yugto sa kompresyon.
Sa ubos mao ang pipila sa labing importante nga mga sangkap nga nagsiguro sa hustong operasyon ug kalig-on sa sistema.
Balbula nga pang-bypass o balbula nga pangpamenos sa presyur. Ang balbula nga pang-bypass nagtugot sa operasyon nga magpadayon kung ang turboexpander wala nag-operate (pananglitan, alang sa maintenance o usa ka emerhensya), samtang ang balbula nga pangpamenos sa presyur gigamit alang sa padayon nga operasyon aron masuplayan ang sobra nga gas kung ang kinatibuk-ang pag-agos molapas sa kapasidad sa disenyo sa expander.
Balbula sa pagsira sa emerhensya (ESD). Ang mga balbula sa ESD gigamit aron babagan ang pag-agos sa gas ngadto sa expander panahon sa emerhensya aron malikayan ang mekanikal nga kadaot.
Mga instrumento ug kontrol. Ang mga importanteng baryable nga bantayan naglakip sa presyur sa inlet ug outlet, gikusgon sa pag-agos, katulin sa pagtuyok, ug output sa kuryente.
Pagmaneho sa sobra nga katulin. Ang aparato moputol sa agos paingon sa turbine, hinungdan nga mohinay ang rotor sa turbine, sa ingon mapanalipdan ang kagamitan gikan sa sobra nga katulin tungod sa wala damha nga mga kondisyon sa proseso nga mahimong makadaot sa kagamitan.
Pressure Safety Valve (PSV). Ang mga PSV kasagarang gi-install human sa turboexpander aron mapanalipdan ang mga pipeline ug mga kagamitan nga ubos ang presyur. Ang PSV kinahanglan nga gidisenyo aron makasugakod sa labing grabe nga mga contingency, nga kasagaran naglakip sa pagkapakyas sa bypass valve sa pag-abli. Kung ang usa ka expander idugang sa usa ka kasamtangan nga pressure reduction station, ang process design team kinahanglan nga motino kung ang kasamtangan nga PSV naghatag ba og igong proteksyon.
Heater. Ang mga heater mo-compensate sa pag-ubos sa temperatura nga gipahinabo sa gas nga moagi sa turbine, busa ang gas kinahanglan nga ipainit pag-usab. Ang pangunang gimbuhaton niini mao ang pagpataas sa temperatura sa nagkataas nga agos sa gas aron mapadayon ang temperatura sa gas nga magbilin sa expander nga labaw sa minimum nga kantidad. Laing benepisyo sa pagpataas sa temperatura mao ang pagdugang sa output sa kuryente ingon man pagpugong sa kaagnasan, condensation, o hydrates nga mahimong makaapekto sa mga nozzle sa kagamitan. Sa mga sistema nga adunay mga heat exchanger (sama sa gipakita sa Figure 3), ang temperatura sa gas kasagaran gikontrol pinaagi sa pag-regulate sa agos sa gipainit nga likido ngadto sa preheater. Sa pipila ka mga disenyo, ang usa ka flame heater o electric heater mahimong gamiton imbes nga usa ka heat exchanger. Ang mga heater mahimong anaa na sa usa ka kasamtangan nga JT valve station, ug ang pagdugang og expander mahimong dili magkinahanglan og pag-instalar og dugang nga mga heater, apan hinoon pagdugang sa agos sa gipainit nga pluwido.
Mga sistema sa lana nga pang-lubricate ug gas nga pang-seal. Sama sa nahisgotan na, ang mga expander mahimong mogamit ug lain-laing mga disenyo sa seal, nga mahimong magkinahanglan ug mga lubricant ug mga sealing gas. Kung magamit, ang lana nga pang-lubricate kinahanglan nga magmintinar sa taas nga kalidad ug kaputli kung makontak sa mga process gas, ug ang lebel sa viscosity sa lana kinahanglan nga magpabilin sulod sa gikinahanglan nga operating range sa mga lubricated bearings. Ang mga sealed gas system kasagaran adunay oil lubrication device aron mapugngan ang lana gikan sa bearing box nga makasulod sa expansion box. Alang sa mga espesyal nga aplikasyon sa mga compander nga gigamit sa industriya sa hydrocarbon, ang mga sistema sa lana nga pang-lubricate ug gas nga pang-seal kasagaran gidisenyo sumala sa mga espesipikasyon sa API 617 [5] Part 4.
Variable frequency drive (VFD). Kung ang generator gi-induction, usa ka VFD ang kasagarang i-on aron i-adjust ang alternating current (AC) signal aron mohaom sa utility frequency. Kasagaran, ang mga disenyo nga gibase sa variable frequency drive adunay mas taas nga kinatibuk-ang efficiency kaysa sa mga disenyo nga naggamit og gearbox o uban pang mekanikal nga mga sangkap. Ang mga sistema nga nakabase sa VFD mahimo usab nga modawat sa mas lapad nga han-ay sa mga pagbag-o sa proseso nga mahimong moresulta sa mga pagbag-o sa katulin sa expander shaft.
Transmisyon. Ang ubang mga disenyo sa expander naggamit og gearbox aron pakunhuran ang gikusgon sa expander ngadto sa gitakdang gikusgon sa generator. Ang gasto sa paggamit og gearbox mas ubos ang kinatibuk-ang kahusayan ug busa mas ubos ang output sa kuryente.
Sa pag-andam og request for quotation (RFQ) para sa usa ka expander, kinahanglan una nga mahibal-an sa process engineer ang mga kondisyon sa operasyon, lakip ang mosunod nga impormasyon:
Ang mga mechanical engineer kasagarang mokompleto sa mga espesipikasyon ug espesipikasyon sa expander generator gamit ang datos gikan sa ubang mga disiplina sa inhenyeriya. Kini nga mga input mahimong maglakip sa mosunod:
Ang mga espesipikasyon kinahanglan usab nga maglakip sa usa ka lista sa mga dokumento ug mga drowing nga gihatag sa tiggama isip kabahin sa proseso sa tender ug sa gilapdon sa suplay, ingon man ang magamit nga mga pamaagi sa pagsulay nga gikinahanglan sa proyekto.
Ang teknikal nga impormasyon nga gihatag sa tiggama isip kabahin sa proseso sa tender kinahanglan nga maglakip sa mosunod nga mga elemento:
Kon adunay aspeto sa sugyot nga lahi sa orihinal nga mga detalye, ang tiggama kinahanglan usab nga mohatag og lista sa mga pagtipas ug ang mga hinungdan sa mga pagtipas.
Sa higayon nga madawat na ang usa ka proposal, ang project development team kinahanglan nga morepaso sa hangyo alang sa pagsunod ug motino kung ang mga kalainan teknikal nga makatarunganon.
Ang ubang teknikal nga mga konsiderasyon nga angay hunahunaon sa pagtimbang-timbang sa mga sugyot naglakip sa:
Sa katapusan, kinahanglan nga himuon ang usa ka pag-analisa sa ekonomiya. Tungod kay ang lainlaing mga kapilian mahimong moresulta sa lainlaing mga inisyal nga gasto, girekomenda nga himuon ang usa ka pag-analisa sa gasto sa cash flow o life cycle aron itandi ang dugay nga ekonomiya sa proyekto ug ang balik sa puhunan. Pananglitan, ang mas taas nga inisyal nga puhunan mahimong mabayran sa dugay nga panahon pinaagi sa pagtaas sa produktibidad o pagkunhod sa mga kinahanglanon sa pagmentinar. Tan-awa ang "Mga Pakisayran" alang sa mga instruksyon bahin niini nga klase sa pag-analisa. 4.
Ang tanang aplikasyon sa turboexpander-generator nagkinahanglan og inisyal nga kalkulasyon sa kinatibuk-ang potensyal nga gahum aron mahibal-an ang kinatibuk-ang gidaghanon sa magamit nga enerhiya nga mahimong mabawi sa usa ka partikular nga aplikasyon. Alang sa usa ka turboexpander generator, ang potensyal sa gahum gikalkulo isip usa ka isentropic (kanunay nga entropy) nga proseso. Kini ang sulundon nga thermodynamic nga sitwasyon alang sa pagkonsiderar sa usa ka mabalik nga proseso sa adiabatic nga walay friction, apan kini ang husto nga proseso alang sa pagbanabana sa tinuud nga potensyal sa enerhiya.
Ang isentropic potential energy (IPP) gikalkulo pinaagi sa pagpadaghan sa specific enthalpy difference sa inlet ug outlet sa turboexpander ug pagpadaghan sa resulta sa mass flow rate. Kini nga potential energy ipahayag isip isentropic quantity (Equation (1)):
IPP = ( hinlet – h(i,e)) × ṁ x ŋ (1)
diin ang h(i,e) mao ang espesipikong enthalpy nga gikonsiderar ang isentropic outlet temperature ug ang ṁ mao ang mass flow rate.
Bisan tuod ang isentropic potential energy magamit sa pagbanabana sa potential energy, ang tanang tinuod nga sistema naglambigit sa friction, kainit, ug uban pang ancillary energy losses. Busa, sa pagkalkulo sa tinuod nga power potential, ang mosunod nga dugang nga input data kinahanglan nga tagdon:
Sa kadaghanan sa mga aplikasyon sa turboexpander, ang temperatura limitado sa minimum aron malikayan ang dili gusto nga mga problema sama sa pagyelo sa tubo nga nahisgotan na. Kung asa moagos ang natural nga gas, halos kanunay nga naa ang mga hydrate, nga nagpasabut nga ang pipeline sa ubos sa turboexpander o throttle valve moyelo sa sulod ug gawas kung ang temperatura sa outlet moubos sa 0°C. Ang pagporma sa yelo mahimong moresulta sa pagpugong sa pag-agos ug sa katapusan mohunong sa sistema sa pagtunaw. Busa, ang "gitinguha" nga temperatura sa outlet gigamit aron makalkulo ang usa ka mas realistiko nga senaryo sa potensyal nga gahum. Bisan pa, alang sa mga gas sama sa hydrogen, ang limitasyon sa temperatura mas ubos tungod kay ang hydrogen dili mausab gikan sa gas ngadto sa likido hangtod nga makaabot kini sa cryogenic temperature (-253°C). Gamita kini nga gitinguha nga temperatura sa outlet aron makalkulo ang piho nga enthalpy.
Kinahanglan usab nga tagdon ang kahusayan sa sistema sa turboexpander. Depende sa teknolohiya nga gigamit, ang kahusayan sa sistema mahimong magkalainlain pag-ayo. Pananglitan, ang usa ka turboexpander nga naggamit og reduction gear aron ibalhin ang enerhiya sa rotasyon gikan sa turbine ngadto sa generator makasinati og mas dako nga pagkawala sa friction kaysa sa usa ka sistema nga naggamit og direktang pagmaneho gikan sa turbine ngadto sa generator. Ang kinatibuk-ang kahusayan sa usa ka sistema sa turboexpander gipahayag isip usa ka porsyento ug gikonsiderar sa pagtimbang-timbang sa aktuwal nga potensyal sa gahum sa turboexpander. Ang aktuwal nga potensyal sa gahum (PP) gikalkulo sama sa mosunod:
PP = (hinlet – hexit) × ṁ x ṅ (2)
Atong tan-awon ang aplikasyon sa natural gas pressure relief. Ang ABC nagpadagan ug nagmintinar sa usa ka pressure reduction station nga nagdala sa natural gas gikan sa main pipeline ug nag-apod-apod niini ngadto sa mga lokal nga munisipyo. Niini nga estasyon, ang gas inlet pressure kay 40 bar ug ang outlet pressure kay 8 bar. Ang preheated inlet gas temperature kay 35°C, nga mopainit sa gas aron malikayan ang pagyelo sa pipeline. Busa, ang outlet gas temperature kinahanglan nga kontrolon aron dili kini mahulog ubos sa 0°C. Niini nga pananglitan atong gamiton ang 5°C isip minimum outlet temperature aron madugangan ang safety factor. Ang normalized volumetric gas flow rate kay 50,000 Nm3/h. Aron makalkulo ang power potential, atong hunahunaon nga ang tanang gas moagos agi sa turbo expander ug makalkulo ang maximum power output. Banabanaa ang total power output potential gamit ang mosunod nga kalkulasyon: