Zabaltzaileek presioaren murrizketa erabil dezakete makina birakariak gidatzeko. Egoera bat instalatzearen onura potentzialak ebaluatzeko informazioa hemen aurki daiteke.
Prozesu kimikoen industrian (KPI), "energia kopuru handia galtzen da presio kontroleko balbuletan presio handiko fluidoek depresuratu behar duten" [1]. Hainbat faktore tekniko eta ekonomikoren arabera, desiragarria izan daiteke energia bihurtzea energia mekaniko bihurtzea, sorgailuak edo beste makina birakariak gidatzeko erabil daitekeena. Fluido ulertezinak (likidoak), energia hidraulikoen berreskurapen turbina erabiliz lortzen da (HPRT; ikus 1. erreferentzia). Likido konprimitzaileentzat (gasak), zabaltzailea makina egokia da.
Zabaltzaileak sistema helduak dira, hala nola, fluidoen katalitika pitzadura (FCC), hozte, gas naturalaren hiriko balbula, aire bereizketa edo ihes emisioak. Printzipioz, presio murriztua duen edozein gas korronte erabil daiteke zabaltzailea gidatzeko, baina "Energiaren irteera gasaren presio-erlazioaren, tenperatura eta fluxu-tasaren" [2], baita bideragarritasun teknikoa eta ekonomikoa ere. Zabaltzaileen inplementazioa: Prozesua faktore horien araberakoa da, hala nola, tokiko energiaren prezioak eta fabrikatzailearen ekipamendu egokien erabilgarritasuna.
TurboExpander (turbina baten antzekoa) turbinaren antzekoa) zabaltzaile mota ezagunena da (1. irudia), badira prozesu baldintza desberdinetarako egokiak diren beste mota batzuk. Artikulu honek zabaltzaile mota nagusiak eta horien osagaiak aurkezten ditu eta CPI zatiketako hainbat energiaren kudeatzaileek, aholkulariek edo energiaren ikuskatzaileek nola ebaluatu dezakete zabaltzailea instalatzearen ekonomia eta ingurumen-onurak izan ditzakete.
Geometrian eta funtzioan asko aldatzen diren erresistentzia banda mota ugari daude. Mota nagusiak 2. irudian agertzen dira, eta mota bakoitza jarraian deskribatzen da. Informazio gehiago lortzeko, baita diametro zehatzetan eta abiadura zehatzen arabera mota bakoitzaren funtzionamendu egoera konparatzen duten grafikoak ere, ikus laguntza. 3
Pistoi turboexpander. Pistoi eta pistoi birakaria Turboexpanders-ek alderantzizko biraketa barneko errekuntzako motorra bezala funtzionatzen du, presio handiko gasa xurgatuz eta gordetako energia birakariaren bidez biratzailearen bidez bihurtzea.
Arrastatu turbo zabaltzailea. Balazta turbinaren zabaltzailea fluxu ganbera kontzentrikoa da, elementu birakariaren periferian erantsitako ontziak. Ur gurpilen modu berean diseinatuta daude, baina ganbara kontzentrikoen zeharkako atala sarreratik irteerara handitzen da, gasa zabaltzeko aukera emanez.
TurboExpander erradiala. Fluxu erradial turboexpanders sarrera axial bat eta irteera erradiala dute, gasari turbina bultzatzailearen bidez erradikalki zabaltzeko aukera emanez. Era berean, aroxiko fluxu turbinak turbina gurpilaren bidez gasa zabaltzen dute, baina fluxu norabidea biraketa ardatzaren paraleloan jarraitzen du.
Artikulu honek TurboExpanders erradial eta axialetan oinarritzen da, beren subtipoak, osagaiak eta ekonomia eztabaidatzen.
Turboexpanderrek presio handiko gas korronte batetik energia ateratzen du eta disko karga bihurtzen du. Normalean karga ardatz batera konektatutako konpresorea edo sorgailua da. Konpresore bat duen turboexpander batek fluidoa konprimitu gabeko fluidoa eskatzen duen prozesuko korrontearen beste atal batzuetan konprimitzen du, eta, horrela, landarearen eraginkortasun orokorra areagotzen da, bestela alferrik galtzen den energia erabiliz. Sorgailuaren karga duen turboez batek energia elektrizitate bihurtzen du, beste landare-prozesu batzuetan erabil daitekeela edo tokiko sarera itzul daitekeela salgai.
Turboexpander sorgailuek turbina gurpilaren zuzeneko ardatz batekin hornituta egon daitezke turbinaren gurpilaren sorgailura, edo engranaje-kutxa baten bidez, turbina gurpiletik sorgailura modu eraginkorrean murrizten duten engranaje-kutxa bidez. Zuzeneko disko turboexpanders-ek abantailak eskaintzen ditu eraginkortasunean, aztarna eta mantentze kostuak. Gearbox turboexpanders astunagoak dira eta aztarna handiagoa, lubrifikaziorako ekipamendu osagarriak eta ohiko mantentze-lanak behar dituzte.
Turboexpanders fluxua turbina erradial edo axialen moduan egin daiteke. Fluxu erradialen zabaltzaileek sarrerako axial bat eta irteera erradial bat dute, hala nola, gas-fluxuak turbina biribilki biribilki irteeratik ateratzen du biraketa ardatzetik. Axial turbinasek gasaren ardatzaren ardatzaren ardatzaren ardatzean isurtzea ahalbidetzen dute. Fluxu axialen turbinak gasaren fluxutik ateratzen dira sarrerako gida-gida Zabaltzaileen gurpilaren bidez, hedapen ganberaren zeharkako eremua handitzen da pixkanaka abiadura etengabe mantentzeko.
Turboexpander sorgailua hiru osagai nagusik osatzen dute: turbina gurpila, errodamendu bereziak eta sorgailua.
Turbina gurpila. Turbina gurpilak maiz diseinatuta daude, eraginkortasun aerodinamikoa optimizatzeko. Turbina gurpilen diseinuan eragina duten aplikazioen aldagaiak sarrerako / irteerako presioa, sarrera / irteera tenperatura, bolumen fluxua eta fluidoen propietateak daude. Konpresio-erlazioa altua denean etapa batean murrizteko, turboExpander bat turbina gurpilekin behar da. Turbina erradial eta axialen gurpilak fase anitzekoak dira, baina turbina gurpil axialek luzera axial laburragoa dute eta, beraz, trinkoagoak dira. Fluxu erradial erradialeko turbinak substantzia bat axialetik erradialera isurtzen dute eta axialera, marruskadura galera handiagoak sortuz fluxu axialen turbinak baino.
errodamenduak. Errodamenduzko diseinua kritikoa da turboexpanderren funtzionamendu eraginkorrarentzat. Turboexpander diseinuekin lotutako errodadura motak asko aldatzen dira eta petrolio errodamenduak, zinema likidoak, errodamendu tradizionalak eta errodamendu magnetikoak izan ditzakete. Metodo bakoitzak bere abantailak eta desabantailak ditu, 1. taulan erakusten den moduan.
Turboexpander fabrikatzaile askok errodamendu magnetikoak hautatzen dituzte beren abantaila bereziak direla eta. Errodamendu magnetikoek Turboexpanderren osagai dinamikoen marruskadura gabeko funtzionamendua bermatzen dute, makinaren bizitzaren gaineko funtzionamendu eta mantentze kostuak nabarmen murriztuz. Karga axial eta erradial ugari jasateko diseinatuta daude. Hasierako kostu altuagoak bizitza zikloaren kostu txikiagoak direla eta konpentsatzen dira.
Dynamo. Sorgailuak turbinaren energia birakaria hartzen du eta energia elektriko erabilgarria bihurtzen du sorgailu elektromagnetiko bat erabiliz (indukzio sorgailua edo iman sorgailu iraunkorra izan daiteke). Indukzio sorgailuek abiadura txikiagoa dute, beraz, abiadura handiko turbina aplikazioek engranaje-kutxa bat behar dute, baina sareko maiztasunarekin bat etor dadin diseinatuta egon daiteke, sortutako elektrizitatea hornitzeko maiztasun-unitate aldakorreko (VFD) beharra ezabatzeko. Imaneko sorgailu iraunkorrak, bestalde, zuzenean ardatza izan daitezke turbinarekin lotu eta sareko potentzia transmititu maiztasun aldakorreko unitate baten bidez. Sorgailua sisteman eskuragarri dagoen ardatz-potentziaren arabera gehieneko potentzia emateko diseinatuta dago.
Zigiluak. Zigilua ere osagai kritikoa da turboexpander sistema diseinatzerakoan. Eraginkortasun handia mantentzeko eta ingurumen estandarrak betetzeko, sistemak zigilatu behar dira prozesu potentzialen gasak saihesteko. Turboexpanders zigilu dinamiko edo estatikoez hornituta egon daitezke. Zigilu dinamikoek, hala nola labirinto zigiluak eta gas lehorreko zigiluak, zigilu bat ematen dute ardatz biratu baten inguruan, normalean turbina gurpilaren, errodamenduen eta sorgailua dagoen gainerako makinaren artean. Zigilu dinamikoak denboran zehar higatzen dira eta ohiko mantentzea eta ikuskapena behar dituzte behar bezala funtzionatzen dutela ziurtatzeko. TurboExpanderreko osagai guztiak etxebizitza bakarrean daudenean, zigilu estatikoak erabil daitezke etxebizitzara irteteko edozein ekitaldirentzat, sorgailua, errodadura magnetikoko unitateak edo sentsoreak barne. Zigilu hermetiko hauek gasaren ihesaren aurkako babes iraunkorra eskaintzen dute eta ez dute mantentze edo konponketarik behar.
Prozesuen ikuspuntutik, zabaltzailea instalatzeko baldintza nagusia presio handiko (ez da kondentsagarria) hornitzea presio baxuko sistema batera hornitzea da, fluxu, presio-jaitsiera eta erabilera ekipamenduaren funtzionamendu normala mantentzeko. Eragiketa parametroak maila seguru eta eraginkorrean mantentzen dira.
Presio murrizteko funtzioari dagokionez, zaborra Joule-Thomson (JT) balbula ordezkatzeko erabil daiteke, throttle balbula bezala ere ezaguna. JT balbula bide isentropiko batetik mugitzen denez eta zabaltzaileak bide ia isentropiko batetik mugitzen denez, bigarrenak gasaren entalpia murrizten du eta entalpia aldea ardatz-potentziara bihurtzen du eta, horrela, JT balbula baino txikiagoa den tenperatura ekoizten du. Hau prozesu kriogenikoetan erabilgarria da, non garen tenperatura murriztea da.
Irteerako gasaren tenperaturan muga txikiagoa bada (adibidez, gasaren tenperatura izoztearen, hidratazioaren edo gutxieneko materialen diseinuaren tenperaturaren gainetik mantendu behar den deskonpresio geltokian), gutxienez berogailu bat gehitu behar da. Kontrolatu gasaren tenperatura. Aurrealdea zabaltzailea uxatu denean, elikagaien gasaren energia ere zabaltzen da zabalkunean, eta, horrela, bere potentzia irteera handitzen da. Konfigurazio batzuetan, irteerako tenperaturaren kontrola beharrezkoa den, bigarren entsegua instalatu daiteke zabaltzailearen ondoren kontrol azkarragoa eskaintzeko.
3. irudian 3. irudian Expander sorgailu baten fluxu orokorraren diagrama sinplifikatua erakusten da JT balbula ordezkatzeko erabiltzen den aurreheztrerarekin.
Prozesuen konfigurazio batzuetan, zabalduan berreskuratutako energia zuzenean transferitu daiteke konpresoreari. Makina hauek, batzuetan, "komandanteak" deitzen direnak, normalean ardatz bat edo gehiagok lotutako konpresio faseak izan ohi dituzte, bi etapen arteko abiadura aldea erregulatzeko engranaje-kutxa ere izan dezaketenak. Motor osagarria ere izan dezake konpresio faseari energia gehiago emateko.
Jarraian, sistemaren funtzionamendu egokia eta egonkortasuna bermatzen duten osagai garrantzitsuenetako batzuk daude.
Bypass balbula edo presioa murrizteko balbula. Bypass balbula turboexpander-a funtzionatzen ez duenean funtzionatzen du (adibidez, mantentze-lanetarako edo larrialdietarako), eta presio murrizteko balbula etengabeko funtzionamendua erabiltzen da, gehiegizko gasa hornitzeko, zabaltzailearen diseinu-ahalmena gainditzen duenean.
Larrialdietarako itzaltzeko balbula (ESD). ESD balbulak larrialdi batean zabaldutako gasaren fluxua blokeatzeko erabiltzen dira kalte mekanikoak ekiditeko.
Tresnak eta kontrolak. Monitorearen aldagai garrantzitsuak sarrerako eta irteerako presioa, emaria, biraketa abiadura eta potentzia irteera daude.
Gehiegizko abiaduran gidatzea. Gailuak turbinaren fluxua mozten du, turbina errotorea motelduz, eta, horrela, ekipamendua gehiegizko abiaduratik babestu zuen ekipamendua kaltetu dezaketen prozesu baldintza onak direla eta.
Presioaren segurtasun balbula (PSV). PSVak turboExpanderren ondoren instalatzen dira kanalizazio eta presio baxuko ekipamenduak babesteko. PSVa kontingentziarik larrienak jasateko diseinatu behar da, normalean saihesbidearen balbula irekitzea. Zabaltzaile bat lehendik dagoen presioaren murrizketa-geltokira gehitzen bada, prozesuaren diseinu taldeak zehaztu behar du lehendik dagoen PSV-k babes egokia ematen duen ala ez.
Berogailua. Berogailuak turbinatik igarotako gasak eragindako tenperatura jaitsiera konpentsatzen du, beraz, gasa berotu egin behar da. Bere funtzio nagusia da igotzeko gas-fluxuaren tenperatura handitzea gasaren tenperatura mantentzeko, zabaltzaileak gutxieneko balio baten gainetik utziz. Tenperatura igotzeko beste abantaila bat potentzia irteera handitzea da, baita korrosio, kondentsazio edo hidratoek ekipamendu toberak eragin ditzakete. Bero-trukagailuak dituzten sistemetan (3. irudian erakusten den moduan), gasaren tenperatura normalean kontrolatzen da berotutako likidoaren berotzeko fluxua. Diseinu batzuetan, sugar berogailu edo berogailu elektrikoa erabil daiteke bero-trukagailu baten ordez. Berogailuak lehendik dauden JT balbula geltokian egon daitezke eta zabaltzaile bat gehitzeak ezingo du berogailu gehigarriak instalatu behar, baizik eta berotu fluidoaren fluxua handituz.
Olio eta zigilu gas sistemak lubrifikatzea. Arestian aipatu bezala, zabaltzaileek zigilu diseinu desberdinak erabil ditzakete, lubrifikatzaileak eta zigilatzea izan ditzaketenak. Hala badagokio, olio lubrifikatzaileak kalitate handiko eta garbitasunari eutsi behar dio prozesuko gasekin harremanetan daudenean, eta petrolioaren biskositate mailak lubrifikatutako errodamenduak behar dituen funtzionamendu-eremuan egon behar du. Zigilatutako gas sistemak normalean olio-lubrifikazio gailua hornituta daude, errodamendu-koadrotik hedapen-koadroan sartzea saihesteko. Hidrokarburoen industrian erabilitako konpandatzaileen aplikazio berezietarako, lube olioa eta zigilu gas sistemak normalean 617 [5] APIaren zehaztapenak diseinatuta daude.
Maiztasun aldakorreko unitatea (VFD). Sorgailua indukzioa denean, VFD bat aktibatuta dago normalean alternatiba korrontea (AC) seinalea egokitzeko erabilgarritasun maiztasunarekin bat egiteko. Normalean, maiztasun aldakorreko unitateetan oinarritutako diseinuek eraginkortasun orokor handiagoa dute engranaje-kutxak edo osagai mekaniko batzuk erabiltzen dituzten diseinuak baino. VFD-oinarritutako sistemek prozesu-aldaketa zabalago bat ere har dezakete, zabaltzaileen ardatz abiaduraren aldaketak sor ditzaketenak.
Transmisio. Zabaltzaileen diseinu batzuek engranaje-kutxa erabiltzen dute zabaltzailearen abiadura sorgailuraren abiadura murrizteko. Engranaje-kutxa erabiltzearen kostua eraginkortasun orokorra txikiagoa da eta, beraz, potentzia txikiagoa da.
Zabaltzeko komatxo bat (RFQ) eskaera prestatzean, prozesu-ingeniariak funtzionamendu baldintzak zehaztu behar ditu lehenik eta behin, informazio hau barne:
Ingeniari mekanikoek sarritan zabaltzaileen sorgailuen zehaztapenak eta zehaztapenak osatzen dituzte beste ingeniaritza diziplina batzuetako datuak erabiliz. Sarrera hauek honako hauek izan ditzakete:
Zehaztapenek fabrikatzaileak eskaintzen dituen dokumentu eta marrazkien zerrenda ere izan behar du, eskaintza-eremuaren eta hornidura-eremuaren zati gisa, baita Proiektuak eskatzen duen proba prozedurak ere.
Fabrikatzaileak eskaintzen duen informazio teknikoak, oro har, elementu hauek izan beharko lituzke:
Proposamenaren edozein alderdiren bat jatorrizko zehaztapenetatik desberdina bada, fabrikatzaileak desbideratzeen zerrenda eta desbideratzeen arrazoiak ere eman behar ditu.
Proposamen bat jaso ondoren, proiektuaren garapen taldeak betetzeko eskaera berrikusi behar du eta aldaerak teknikoki justifikatuta dauden ala ez zehazteko.
Proposamenak ebaluatzean kontuan hartu beharreko beste gogoeta tekniko batzuk hauek dira:
Azkenik, azterketa ekonomikoa egin behar da. Aukera ezberdinek hasierako kostu desberdinak sor ditzaketelako, gomendagarria da dirua emaria edo bizitza zikloko kostuen azterketa egitea proiektuaren epe luzerako ekonomia konparatzeko eta inbertsioari itzultzeko. Adibidez, hasierako inbertsio handiagoa epe luzera konpentsatu daiteke produktibitate handiagoarekin edo mantentze-eskakizun murriztuen bidez. Ikus "Erreferentziak" analisi mota honi buruzko argibideak lortzeko. 4.
Turboexebrander-sorgailuko aplikazio guztiek hasierako potentzia potentzialaren kalkulua behar dute, aplikazio jakin batean berreskura daitekeen energia erabilgarri dagoen zenbateko osoa zehazteko. Turboexpander sorgailurako, potentzialaren potentziala isentropiko (entropia konstante) prozesu gisa kalkulatzen da. Marruskadurarik gabeko prozesu adiabatiko itzulgarria izan daitezen egoera termodinamiko egokia da, baina benetako energia potentziala kalkulatzeko prozesu zuzena da.
Energia potentzialaren (IPP) isentropikoen arteko aldea turboexpandeko sarrera eta irteerarako berariazko aldea biderkatuz kalkulatzen da eta emaitza masa-fluxuaren tasaren bidez biderkatuz. Energia potentzial hori kantitate isentropiko gisa adieraziko da (ekuazioa (1)):
Ipp = (hinlet - h (i, e)) × ṁ x ŋ (1)
H (i, e) entalpia espezifikoa da kontuan hartuta isentlinaren tenperatura isentropikoa kontuan hartuta eta ṁ masa-fluxuaren tasa da.
Energia potentzialentea izan daitekeen energia potentziala estimatzeko erabil daiteke, sistema erreal guztiek marruskadura, beroa eta energia-galera osagarriak dakartza. Horrela, benetako potentzia potentziala kalkulatzean, sarrerako datu osagarriak kontuan hartu beharko lirateke:
TurboExpander aplikazio gehienetan, tenperatura gutxienekoa da lehenago aipatutako hodien izozteak bezalako arazoak saihesteko. Gas naturalaren fluxuak, hidratoak ia beti daude, hau da, turboExpanderren edo throttle balbula baten beheko hoditeria barrutik eta kanpotik izoztuko dela irteerako tenperatura 0 ºC-tik behera geratzen bada. Izotz eraketak fluxu murrizketa ekar dezake eta, azken batean, sistema itzaltzeko itzali dezake. Horrela, "nahi den" irteerako tenperatura potentzial potentzialaren agertoki errealagoa kalkulatzeko erabiltzen da. Hala ere, hidrogenoa bezalako gasetarako, tenperatura muga askoz txikiagoa da hidrogenoa ez baita gasik likido batetik aldatzen tenperatura kriogenikora iritsi arte (-253 ° C). Erabili nahi duzun irteera-tenperatura hau entalpia espezifikoa kalkulatzeko.
Turboexpanderren sistemaren eraginkortasuna ere kontuan hartu behar da. Erabilitako teknologiaren arabera, sistemaren eraginkortasuna nabarmen alda daiteke. Adibidez, turboExpander batek turbinaren energia birsortzaileak sorgailura transferitzeko energia murrizteko tresnak erabiltzen dituena. Turboexpander sistema baten eraginkortasun orokorra ehuneko gisa adierazten da eta turboexpanderren benetako potentziala ebaluatzean kontuan hartzen da. Benetako potentzia potentziala (PP) honela kalkulatzen da:
Pp = (hinlet - hexit) × ṁ x ṅ (2)
Ikus dezagun gas naturalaren presioaren erliebea aplikatzea. ABC-k presio-murrizketa-geltokia mantentzen du eta gas naturala kanalizazio nagusitik garraiatzen du eta bertako udalerrietara banatzen du. Geltoki honetan, gasaren sarrerako presioa 40 barra da eta irteerako presioa 8 barra da. Aurrez berotu gabeko sarrerako tenperatura 35 ° C da, gasoak berotzen ditu hoditeria izoztea ekiditeko. Hori dela eta, irteerako gasaren tenperatura kontrolatu behar da, 0 ºC-tik beherako ez dadin. Adibide honetan 5 ° C erabiliko ditugu segurtasun faktorea handitzeko gutxieneko irteera-tenperatura gisa. Gas bolumetrikoko fluxu normalizatua 50.000 NM3 / h da. Potentzia potentziala kalkulatzeko, suposatuko dugu gas guztiak turbo zabaltzera isurtzen direla eta potentzia gehieneko irteera kalkulatzea. Kalkulatu potentzia osoaren potentziala kalkulatu ondorengo kalkulua erabiliz:
Posta: 2012ko maiatza-25-24