Hedatzaileek presio-murrizketa erabil dezakete biraketa-makinak mugitzeko. Hedatzaile bat instalatzearen balizko onurak nola ebaluatu jakiteko informazioa hemen aurki daiteke.
Normalean, prozesu kimikoen industrian (KPI), "energia kopuru handia xahutzen da presio-kontrol balbuletan, non presio handiko fluidoak despresurizatu behar diren" [1]. Hainbat faktore tekniko eta ekonomikoren arabera, komenigarria izan daiteke energia hori energia mekaniko birakari bihurtzea, eta hori sorgailuak edo beste makina birakari batzuk mugitzeko erabil daiteke. Fluido konprimaezinetarako (likidoak), hori energia hidrauliko berreskuratzeko turbina bat (HPRT; ikus 1. erreferentzia) erabiliz lortzen da. Likido konprimagarrietarako (gasak), hedatzailea makina egokia da.
Hedatzaileak teknologia heldua dira, aplikazio arrakastatsu askorekin, hala nola, fluidoen katalisi-cracking-a (FCC), hoztea, gas naturalaren hiri-balbulak, airearen bereizketa edo ihes-isuriak. Printzipioz, presio murriztuko edozein gas-korronte erabil daiteke hedatzaile bat mugitzeko, baina "energia-irteera zuzenean proportzionala da gas-korrontearen presio-erlazioarekin, tenperaturarekin eta emari-tasarekin" [2], baita bideragarritasun tekniko eta ekonomikoarekin ere. Hedatzailearen inplementazioa: Prozesua faktore horien eta beste batzuen araberakoa da, hala nola, tokiko energia-prezioen eta fabrikatzaileak ekipamendu egokiak izatearen eskuragarritasunaren araberakoa.
Turbohedatzailea (turbina baten antzera funtzionatzen duena) hedatzaile mota ezagunena bada ere (1. irudia), prozesu-baldintza desberdinetarako egokiak diren beste mota batzuk ere badaude. Artikulu honek hedatzaile mota nagusiak eta haien osagaiak aurkezten ditu eta CPIko hainbat dibisiotako eragiketa-kudeatzaileek, aholkulariek edo energia-ikuskatzaileek nola ebaluatu ditzaketen hedatzaile bat instalatzearen onura ekonomiko eta ingurumeneko potentzialak laburbiltzen ditu.
Erresistentzia-banda mota asko daude, geometria eta funtzio aldetik oso desberdinak. Mota nagusiak 2. irudian ageri dira, eta mota bakoitza laburki deskribatzen da jarraian. Informazio gehiago lortzeko, baita mota bakoitzaren funtzionamendu-egoera diametro eta abiadura espezifikoetan oinarrituta alderatzen duten grafikoak ikusteko ere, ikus Laguntza. 3.
Pistoi-turbohedatzailea. Pistoi- eta biraketa-pistoi-turbohedatzaileek alderantzizko biraketa-birako barne-errekuntzako motor baten antzera funtzionatzen dute, presio handiko gasa xurgatu eta biltegiratutako energia biraketa-energia bihurtuz birabarkiaren bidez.
Arrastatu turbo-hedatzailea. Balazta-turbina-hedatzaileak fluxu-ganbera zentrokide bat du, elementu birakariaren periferian lotutako ontzi-hegatsekin. Ur-gurpilen modu berean diseinatuta daude, baina ganbera zentrokideen zeharkako sekzioa sarreratik irteerara handitzen da, gasa hedatzea ahalbidetuz.
Turbohedatzaile erradiala. Fluxu erradialdun turbohedatzaileek sarrera axial bat eta irteera axial bat dituzte, gasa turbinaren inpellerrean zehar erradialki hedatzea ahalbidetuz. Era berean, fluxu axialdun turbinek gasa turbinaren gurpilaren bidez hedatzen dute, baina fluxuaren norabidea biraketa-ardatzarekiko paraleloa izaten jarraitzen du.
Artikulu honek turbohedatzaile erradial eta axialetan jartzen du arreta, haien azpimota, osagai eta ekonomia desberdinak aztertuz.
Turbohedatzaile batek presio handiko gas-jario batetik energia ateratzen du eta karga bihurtzen du. Normalean karga ardatz bati konektatutako konpresore edo sorgailu bat da. Konpresore bat duen turbohedatzaile batek fluidoa konprimitzen du prozesu-jarioaren beste atal batzuetan, fluido konprimitua behar dutenetan, eta horrela, plantaren eraginkortasun orokorra handitzen du, bestela alferrik galduko litzatekeen energia erabiliz. Sorgailu-karga bat duen turbohedatzaile batek energia elektrizitate bihurtzen du, eta hori beste planta-prozesu batzuetan erabil daiteke edo tokiko sarera itzuli saltzeko.
Turbohedatzaile-sorgailuak turbina-gurpiletik sorgailura zuzeneko transmisio-ardatz batekin edo turbina-gurpiletik sorgailura sarrera-abiadura engranaje-erlazio baten bidez eraginkortasunez murrizten duen kaxa baten bidez hornitu daitezke. Transmisio zuzeneko turbohedatzaileek abantailak eskaintzen dituzte eraginkortasunean, azaleran eta mantentze-kostuetan. Kaxa-turbohedatzaileak astunagoak dira eta azalera handiagoa, lubrifikazio-ekipo osagarriak eta mantentze-lan erregularrak behar dituzte.
Fluxu-turbina hedatzaileak turbina erradial edo axialen moduan egin daitezke. Fluxu erradial hedatzaileek sarrera axial bat eta irteera erradial bat dituzte, gas-fluxua turbinatik erradialki irteten den moduan biraketa-ardatzetik. Turbina axialek gasa axialki isurtzea ahalbidetzen dute biraketa-ardatzean zehar. Fluxu axialeko turbinek gas-fluxutik energia ateratzen dute sarrerako gida-palen bidez hedatzaile-gurpilera, hedapen-ganberaren zeharkako sekzioaren azalera pixkanaka handitzen delarik abiadura konstantea mantentzeko.
Turbohedatzaile-sorgailu batek hiru osagai nagusi ditu: turbina-gurpila, errodamendu bereziak eta sorgailu bat.
Turbina-gurpila. Turbina-gurpilak askotan bereziki diseinatuta daude aerodinamika-eraginkortasuna optimizatzeko. Turbina-gurpilen diseinuan eragina duten aplikazio-aldagaien artean daude sarrera/irteerako presioa, sarrera/irteerako tenperatura, bolumen-fluxua eta fluidoen propietateak. Konpresio-erlazioa etapa batean murrizteko altuegia denean, turbina-gurpil anitz dituen turbohedatzaile bat behar da. Turbina-gurpil erradialak eta axialak etapa anitzeko gisa diseinatu daitezke, baina turbina-gurpil axialek ardatz-luzera askoz laburragoa dute eta, beraz, trinkoagoak dira. Etapa anitzeko fluxu erradial-turbinek gasa axialetik erradialera eta axialera itzultzea behar dute, eta horrek fluxu axial-turbinek baino marruskadura-galera handiagoak sortzen ditu.
errodamenduak. Errodamenduen diseinua funtsezkoa da turbohedatzaile baten funtzionamendu eraginkorrerako. Turbohedatzaileen diseinuekin lotutako errodamendu motak oso aldakorrak dira eta olio-errodamenduak, likido-filmeko errodamenduak, bola-errodamendu tradizionalak eta errodamendu magnetikoak izan daitezke. Metodo bakoitzak bere abantailak eta desabantailak ditu, 1. taulan agertzen den bezala.
Turbohedatzaileen fabrikatzaile askok errodamendu magnetikoak aukeratzen dituzte "aukerazko errodamendu" gisa, dituzten abantaila bereziengatik. Errodamendu magnetikoek turbohedatzailearen osagai dinamikoen marruskadurarik gabeko funtzionamendua bermatzen dute, makinaren bizitza osoan zehar funtzionamendu eta mantentze-kostuak nabarmen murriztuz. Gainera, karga axial eta erradial ugari eta gehiegizko tentsio-baldintzak jasateko diseinatuta daude. Hasierako kostu handiagoak bizi-zikloaren kostu askoz txikiagoek konpentsatzen dituzte.
dinamoa. Sorgailuak turbinaren biraketa-energia hartu eta energia elektriko erabilgarri bihurtzen du sorgailu elektromagnetiko bat erabiliz (indukzio-sorgailua edo iman iraunkorreko sorgailua izan daitekeena). Indukzio-sorgailuek abiadura nominal txikiagoa dute, beraz, abiadura handiko turbina-aplikazioek engranaje-kutxa bat behar dute, baina sarearen maiztasunarekin bat etortzeko diseinatu daitezke, sortutako elektrizitatea hornitzeko maiztasun aldakorreko unitate (VFD) baten beharra ezabatuz. Iman iraunkorreko sorgailuak, berriz, zuzenean ardatzez turbinari akopla daitezke eta potentzia sarera transmititu maiztasun aldakorreko unitate baten bidez. Sorgailua sisteman eskuragarri dagoen ardatz-potentzian oinarrituta potentzia maximoa emateko diseinatuta dago.
Zigiluak. Zigilua ere osagai kritikoa da turbohedatzaile sistema bat diseinatzerakoan. Eraginkortasun handia mantentzeko eta ingurumen-arauak betetzeko, sistemak zigilatu egin behar dira prozesuko gas-ihesak saihesteko. Turbohedatzaileak zigilu dinamiko edo estatikoekin hornitu daitezke. Zigilu dinamikoek, hala nola labirinto-zigiluek eta gas lehorreko zigiluek, zigilu bat eskaintzen dute ardatz birakari baten inguruan, normalean turbina-gurpilaren, errodamenduen eta sorgailua dagoen gainerako makinaren artean. Zigilu dinamikoek denborarekin higatzen dira eta mantentze-lanak eta ikuskapen erregularrak behar dituzte behar bezala funtzionatzen dutela ziurtatzeko. Turbohedatzailearen osagai guztiak karkasa bakarrean daudenean, zigilu estatikoak erabil daitezke karkasatik irteten diren edozein kable babesteko, sorgailura, errodamendu magnetikoen unitateetara edo sentsoreetara doazenak barne. Zigilu hermetiko hauek gas-ihesen aurkako babes iraunkorra eskaintzen dute eta ez dute mantentze-lan edo konponketarik behar.
Prozesuaren ikuspuntutik, hedatzaile bat instalatzeko lehen mailako baldintza presio handiko gas konprimagarria (ez-kondentsagarria) presio baxuko sistema batera hornitzea da, ekipamenduaren funtzionamendu normala mantentzeko nahikoa den emari, presio-jaitsiera eta erabilerarekin. Funtzionamendu-parametroak maila seguru eta eraginkor batean mantentzen dira.
Presioa murrizteko funtzioari dagokionez, hedatzailea Joule-Thomson (JT) balbula ordezkatzeko erabil daiteke, balbula-balbula bezala ere ezagutzen dena. JT balbula bide isoentropiko batetik mugitzen denez eta hedatzailea bide ia isoentropiko batetik, azken honek gasaren entalpia murrizten du eta entalpia-diferentzia ardatz-potentzia bihurtzen du, eta horrela irteera-tenperatura JT balbula baino baxuagoa sortzen du. Hau erabilgarria da prozesu kriogenikoetan, non helburua gasaren tenperatura murriztea den.
Irteerako gasaren tenperaturaren muga baxuagoa badago (adibidez, deskonpresio-estazio batean, non gasaren tenperatura izozte-, hidratazio- edo gutxieneko materialaren diseinu-tenperaturaren gainetik mantendu behar den), gutxienez berogailu bat gehitu behar da. gasaren tenperatura kontrolatzeko. Aurreberogailua hedatzailearen aurreko aldean dagoenean, elikadura-gasaren energiaren zati bat ere berreskuratzen da hedatzailean, eta horrela bere potentzia handituz. Irteerako tenperaturaren kontrola behar den konfigurazio batzuetan, bigarren berriro berogailu bat instala daiteke hedatzailearen ondoren, kontrol azkarragoa emateko.
3. irudian, JT balbula bat ordezkatzeko erabiltzen den aurreberogailudun hedatzaile-sorgailu baten fluxu-diagrama orokorraren diagrama sinplifikatua ageri da.
Beste prozesu konfigurazio batzuetan, hedatzailean berreskuratutako energia zuzenean konpresoreari transferi dakioke. Makina hauek, batzuetan "komandante" deitzen direnak, normalean ardatz batez edo gehiagoz konektatutako hedapen eta konpresio etapak izaten dituzte, eta bi etaparen arteko abiadura aldea erregulatzeko engranaje-kaxa bat ere izan dezakete. Motor gehigarri bat ere izan dezake konpresio etapari potentzia gehiago emateko.
Jarraian, sistemaren funtzionamendu egokia eta egonkortasuna bermatzen duten osagai garrantzitsuenetako batzuk azaltzen dira.
Bypass balbula edo presioa murrizteko balbula. Bypass balbulak funtzionamendua jarraitzea ahalbidetzen du turbohedatzailea funtzionatzen ez dagoenean (adibidez, mantentze-lanetarako edo larrialdi batengatik), eta presioa murrizteko balbula, berriz, etengabeko funtzionamendurako erabiltzen da, soberako gasa hornitzeko, fluxu osoa hedatzailearen diseinu-ahalmena gainditzen duenean.
Larrialdietako itxiera-balbula (ESD). ESD balbulak larrialdietan zabaltzailera sartzen den gas-fluxua blokeatzeko erabiltzen dira, kalte mekanikoak saihesteko.
Tresnak eta kontrolak. Monitoreatu beharreko aldagai garrantzitsuen artean daude sarrera eta irteerako presioa, emaria, biraketa-abiadura eta irteerako potentzia.
Abiadura handiegian gidatzea. Gailuak turbinara doan fluxua mozten du, turbinaren errotorea motelduz, eta horrela, ekipamendua prozesu-baldintza ustekabeen ondoriozko abiadura handietatik babestuz, ekipamendua kaltetu dezaketenak.
Presio Segurtasun Balbula (PSV). PSV-ak turbohedatzaile baten ondoren instalatzen dira askotan, hodiak eta presio baxuko ekipoak babesteko. PSV-a kontingentzia larrienei aurre egiteko diseinatu behar da, eta horien artean, normalean, bypass balbularen irekiera huts egitea dago. Presio murrizteko estazio bati hedatzaile bat gehitzen bazaio, prozesuaren diseinu taldeak zehaztu behar du ea dagoen PSV-ak babes egokia eskaintzen duen.
Berogailua. Berogailuek turbinatik igarotzean gasa gertatzen den tenperatura-jaitsiera konpentsatzen dute, beraz, gasa aurrez berotu behar da. Bere funtzio nagusia igotzen ari den gas-fluxuaren tenperatura handitzea da, hedatzailetik irteten den gasaren tenperatura gutxieneko balio baten gainetik mantentzeko. Tenperatura igotzearen beste abantaila bat potentzia-irteera handitzea da, baita korrosioa, kondentsazioa edo ekipamenduen toberetan kalte egin dezaketen hidratoak saihestea ere. Bero-trukagailuak dituzten sistemetan (3. irudian erakusten den bezala), gasaren tenperatura normalean berotutako likidoaren fluxua aurreberogailura erregulatuz kontrolatzen da. Diseinu batzuetan, sugar-berogailu edo berogailu elektriko bat erabil daiteke bero-trukagailu baten ordez. Berogailuak dagoeneko egon daitezke JT balbula-estazio batean, eta hedatzaile bat gehitzeak ez du berogailu gehigarririk instalatu beharrik, baizik eta berotutako fluidoaren fluxua handitu beharrean.
Lubrifikazio-olioa eta zigilatze-gas sistemak. Goian aipatu bezala, hedatzaileek zigilatze-diseinu desberdinak erabil ditzakete, eta horrek lubrifikatzaileak eta zigilatze-gasak behar izan ditzake. Dagokionean, lubrifikazio-olioak kalitate eta purutasun handia mantendu behar du prozesuko gasekin kontaktuan dagoenean, eta olioaren biskositate-maila lubrifikatutako errodamenduen funtzionamendu-tarte egokian mantendu behar da. Zigilatutako gas sistemek normalean olio-lubrifikazio gailu bat izaten dute, errodamendu-kaxako olioa hedapen-kaxan sartzea saihesteko. Hidrokarburoen industrian erabiltzen diren konpanderren aplikazio berezietarako, lubrifikazio-olioa eta zigilatze-gas sistemak normalean API 617 [5] 4. zatiko zehaztapenen arabera diseinatzen dira.
Maiztasun aldakorreko unitatea (VFD). Sorgailua indukziozkoa denean, VFD bat pizten da normalean korronte alternoko (AC) seinalea maiztasun publikoarekin bat etortzeko doitzeko. Normalean, maiztasun aldakorreko unitateetan oinarritutako diseinuek eraginkortasun orokorra handiagoa dute engranaje-kaxak edo beste osagai mekaniko batzuk erabiltzen dituzten diseinuekin alderatuta. VFD-n oinarritutako sistemek prozesu-aldaketa sorta zabalagoa ere onartu dezakete, eta horrek hedatzailearen ardatzaren abiaduran aldaketak eragin ditzake.
Transmisioa. Hedatzaile-diseinu batzuek engranaje-kaxa bat erabiltzen dute hedatzailearen abiadura sorgailuaren abiadura nominalera murrizteko. Engranaje-kaxa bat erabiltzearen kostua eraginkortasun orokorra txikiagoa da eta, beraz, potentzia-irteera txikiagoa.
Hedatzaile baten aurrekontu eskaera (RFQ) prestatzerakoan, prozesu-ingeniariak lehenik funtzionamendu-baldintzak zehaztu behar ditu, honako informazio hau barne:
Ingeniari mekanikoek sarritan zabaltzaile-sorgailuen zehaztapenak eta zehaztapenak osatzen dituzte beste ingeniaritza-diziplina batzuetako datuak erabiliz. Ekarpen horien artean honako hauek egon daitezke:
Zehaztapenek lizitazio-prozesuaren barruan fabrikatzaileak emandako dokumentuen eta marrazkien zerrenda eta hornidura-eremua ere barne hartu behar dituzte, baita proiektuak eskatzen dituen proba-prozedura aplikagarriak ere.
Fabrikatzaileak lizitazio prozesuaren barruan emandako informazio teknikoak, oro har, elementu hauek izan beharko lituzke:
Proposamenaren alderdiren bat jatorrizko zehaztapenetatik desberdina bada, fabrikatzaileak desbideratzeen zerrenda eta desbideratze horien arrazoiak ere eman beharko ditu.
Behin proposamena jasota, proiektuaren garapen taldeak eskaera berrikusi beharko du betetzea egiaztatzeko eta aldaketak teknikoki justifikatuta dauden ala ez zehaztu.
Proposamenak ebaluatzerakoan kontuan hartu beharreko beste alderdi tekniko batzuk hauek dira:
Azkenik, analisi ekonomiko bat egin behar da. Aukera desberdinek hasierako kostu desberdinak ekar ditzaketenez, gomendagarria da diru-fluxuaren edo bizi-zikloaren kostuen analisi bat egitea, proiektuaren epe luzerako ekonomia eta inbertsioaren itzulera alderatzeko. Adibidez, hasierako inbertsio handiagoa epe luzera konpentsatu daiteke produktibitatea handitzeak edo mantentze-lanen murrizketak. Ikus "Erreferentziak" analisi mota honi buruzko argibideak lortzeko. 4.
Turbohedatzaile-sorgailu aplikazio guztiek hasierako potentzial potentzial osoaren kalkulu bat behar dute aplikazio jakin batean berreskura daitekeen energia kopuru osoa zehazteko. Turbohedatzaile-sorgailu baten kasuan, potentzia potentziala prozesu isoentropiko (entropia konstanteko) gisa kalkulatzen da. Marruskadurarik gabeko prozesu adiabatiko itzulgarri bat kontsideratzeko egoera termodinamiko aproposa da, baina benetako energia potentziala kalkulatzeko prozesu zuzena da.
Energia potentzial isoentropikoa (IPP) turbohedatzailearen sarreran eta irteeran dagoen entalpia espezifikoaren diferentzia biderkatuz eta emaitza masa-fluxuarekin biderkatuz kalkulatzen da. Energia potentzial hori kantitate isoentropiko gisa adieraziko da ((1) ekuazioa):
IPP = (hinlet – h(i,e)) × ṁ x ŋ (1)
non h(i,e) irteerako tenperatura isoentropikoa kontuan hartzen duen entalpia espezifikoa den eta ṁ masa-fluxuaren tasa.
Energia potentzial isoentropikoa energia potentziala kalkulatzeko erabil daitekeen arren, sistema erreal guztiek marruskadura, beroa eta bestelako energia-galera osagarriak dituzte. Beraz, benetako potentzia-potentziala kalkulatzerakoan, sarrera-datu gehigarri hauek kontuan hartu behar dira:
Turbohedatzaileen aplikazio gehienetan, tenperatura minimora mugatzen da, aurretik aipatutako hodien izoztea bezalako nahi ez diren arazoak saihesteko. Gas naturala isurtzen den lekuetan, hidratoak ia beti egoten dira, eta horrek esan nahi du turbohedatzaile edo throttle balbula baten beheko hodiak barrutik eta kanpotik izoztuko direla irteerako tenperatura 0 °C-tik behera jaisten bada. Izotzaren sorrerak fluxua murriztea eragin dezake eta, azkenean, sistema desizoztu dezake. Horrela, "nahi den" irteerako tenperatura erabiltzen da potentzia-eszenatoki errealistagoa kalkulatzeko. Hala ere, hidrogenoa bezalako gasen kasuan, tenperatura-muga askoz txikiagoa da, hidrogenoa ez baita gasetik likidora aldatzen tenperatura kriogenikora (-253 °C) iritsi arte. Erabili nahi den irteerako tenperatura hau entalpia espezifikoa kalkulatzeko.
Turbohedatzaile sistemaren eraginkortasuna ere kontuan hartu behar da. Erabilitako teknologiaren arabera, sistemaren eraginkortasuna nabarmen alda daiteke. Adibidez, turbinatik sorgailura biraketa-energia transferitzeko erredukzio-engranaje bat erabiltzen duen turbohedatzaile batek turbinatik sorgailura zuzeneko transmisioa erabiltzen duen sistema batek baino marruskadura-galera handiagoak izango ditu. Turbohedatzaile sistema baten eraginkortasun orokorra ehuneko gisa adierazten da eta kontuan hartzen da turbohedatzailearen benetako potentzia-potentziala ebaluatzerakoan. Benetako potentzia-potentziala (PP) honela kalkulatzen da:
PP = (hinlet – hexit) × ṁ x ṅ (2)
Ikus dezagun gas naturalaren presioaren arintzearen aplikazioa. ABCk presioa murrizteko estazio bat kudeatzen eta mantentzen du, gas naturala gasbide nagusitik garraiatzen duena eta tokiko udalerrietara banatzen duena. Estazio honetan, gasaren sarrerako presioa 40 bar da eta irteerakoa 8 bar. Aurrez berotutako sarrerako gasaren tenperatura 35 °C da, eta horrek gasa aurrez berotzen du gasbidea izoztea saihesteko. Beraz, irteerako gasaren tenperatura kontrolatu behar da 0 °C-tik behera ez jaisteko. Adibide honetan, 5 °C erabiliko dugu irteerako gutxieneko tenperatura gisa segurtasun faktorea handitzeko. Normalizatutako gas-emari bolumenikoa 50.000 Nm3/h da. Potentzia-potentziala kalkulatzeko, gas guztia turbo-hedatzailetik igarotzen dela suposatuko dugu eta irteerako potentzia maximoa kalkulatuko dugu. Kalkulatu irteerako potentzial osoa kalkulu hau erabiliz:
Argitaratze data: 2024ko maiatzaren 25a