Egilea: Lukas Bijikli, Produktuen Zorroaren Kudeatzailea, Engranaje Integratuen Transmisioak, I+G CO2 Konpresioa eta Bero Ponpak, Siemens Energy.
Urte askotan, Engranaje Integratuko Konpresoreak (IGC) izan dira airea bereizteko instalazioetarako aukeratu diren teknologiak. Batez ere haien eraginkortasun handiagatik da, eta horrek zuzenean oxigenoaren, nitrogenoaren eta gas geldoaren kostuak murriztea dakar. Hala ere, deskarbonizazioan gero eta arreta handiagoa jartzeak eskakizun berriak ezartzen dizkie IPCei, batez ere eraginkortasunari eta araudi-malgutasunari dagokionez. Kapital-gastua faktore garrantzitsua izaten jarraitzen du instalazioen operadoreentzat, batez ere enpresa txiki eta ertainetan.
Azken urteotan, Siemens Energyk hainbat ikerketa eta garapen (I+G) proiektu abiarazi ditu, airearen bereizketa merkatuaren behar aldakorrei erantzuteko IGC gaitasunak zabaltzeko helburuarekin. Artikulu honek egindako diseinu hobekuntza espezifiko batzuk azpimarratzen ditu eta aldaketa hauek gure bezeroen kostu eta karbono murrizketa helburuak betetzen nola lagun dezaketen aztertzen du.
Gaur egungo aire-bereizketa unitate gehienek bi konpresore dituzte: aire-konpresore nagusi bat (MAC) eta aire-konpresore bultzatzaile bat (BAC). Aire-konpresore nagusiak normalean aire-fluxu osoa konprimitzen du presio atmosferikotik gutxi gorabehera 6 bar-era. Fluxu horren zati bat gehiago konprimitzen da BAC-en, 60 bar-eko presioraino.
Energia iturriaren arabera, konpresorea normalean lurrun-turbina batek edo motor elektriko batek mugitzen du. Lurrun-turbina bat erabiltzean, bi konpresoreak turbina berak mugitzen ditu bi ardatz-muturren bidez. Eskema klasikoan, tarteko engranaje bat instalatzen da lurrun-turbinaren eta HACren artean (1. irudia).
Bai elektrikoki bultzatutako sistemetan, bai lurrun-turbinek bultzatutakoetan, konpresorearen eraginkortasuna deskarbonizaziorako palanka indartsua da, unitatearen energia-kontsumoan zuzenean eragiten baitu. Hau bereziki garrantzitsua da lurrun-turbinek bultzatutako MGPentzat, lurruna ekoizteko bero gehiena erregai fosilen bidezko galdaretan lortzen baita.
Motor elektrikoek lurrun-turbinen transmisioen alternatiba ekologikoagoa eskaintzen duten arren, askotan kontrol-malgutasunaren behar handiagoa dago. Gaur egun eraikitzen ari diren aire-bereizketa planta moderno asko sare elektrikora konektatuta daude eta energia berriztagarrien erabilera maila altua dute. Australian, adibidez, hainbat amoniako planta berde eraikitzeko asmoa dago, aire-bereizketa unitateak (ASU) erabiliko dituztenak amoniakoaren sintesirako nitrogenoa ekoizteko eta inguruko haize- eta eguzki-parkeetatik elektrizitatea jasotzea espero da. Planta hauetan, araudi-malgutasuna funtsezkoa da energia-sorkuntzan gertatzen diren gorabehera naturalak konpentsatzeko.
Siemens Energy-k lehenengo IGC (lehen VK bezala ezagutzen zena) garatu zuen 1948an. Gaur egun, enpresak 2.300 unitate baino gehiago ekoizten ditu mundu osoan, eta horietako asko 400.000 m3/h-tik gorako emari-tasak dituzten aplikazioetarako diseinatuta daude. Gure MGP modernoek orduko 1,2 milioi metro kubiko arteko emaria dute eraikin bakarrean. Horien artean, kontsola-konpresoreen engranajerik gabeko bertsioak daude, 2,5 edo handiagoak diren presio-erlazioekin etapa bakarreko bertsioetan eta 6 arteko presio-erlazioekin serieko bertsioetan.
Azken urteotan, IGC eraginkortasunaren, araudi-malgutasunaren eta kapital-kostuen eskaerei erantzuteko, diseinu-hobekuntza nabarmen batzuk egin ditugu, behean laburbilduta daudenak.
Lehen MAC fasean erabili ohi diren hainbat inpultsatzaileren eraginkortasun aldakorra handitzen da palaren geometria aldatuz. Inpultsatzaile berri honekin, % 89ra arteko eraginkortasun aldakorrak lor daitezke ohiko LS difusoreekin konbinatuta, eta % 90etik gorakoak difusore hibridoen belaunaldi berriarekin konbinatuta.
Gainera, inpultsatzaileak 1,3 baino handiagoa den Mach zenbakia du, eta horrek lehen etapari potentzia-dentsitate eta konpresio-erlazio handiagoa ematen dio. Horrek hiru etapako MAC sistemetako engranajeek transmititu behar duten potentzia ere murrizten du, eta horrek diametro txikiagoko engranajeak eta zuzeneko transmisioko kaxak erabiltzea ahalbidetzen du lehen etapetan.
Tradizionalki luzera osoko LS palen difusorearekin alderatuta, hurrengo belaunaldiko difusore hibridoak % 2,5eko eszena-eraginkortasun handiagoa eta % 3ko kontrol-faktorea ditu. Igoera hori palak nahastuz lortzen da (hau da, palak altuera osoko eta altuera partzialeko ataletan banatzen dira). Konfigurazio honetan.
Inpultsorearen eta difusorearen arteko fluxu-irteera palaren altueraren zati batek murrizten du, LS difusore konbentzional baten palak baino inpultsoretik hurbilago dagoen zati batean. LS difusore konbentzional batean bezala, luzera osoko palaren aurreko ertzak inpultsoretik distantzia berera daude, inpultsorearen eta difusorearen arteko elkarrekintza saihesteko, eta horrek palak kaltetu ditzake.
Palen altuera partzialki handitzeak, inpeltzailetik gertuago, fluxuaren norabidea hobetzen du pultsazio-eremuaren ondoan. Luzera osoko palen atalaren aurreko ertzak LS difusore konbentzional baten diametro bera mantentzen duenez, throttle line-a ez da aldatzen, aplikazio eta doikuntza sorta zabalagoa ahalbidetuz.
Ur injekzioak xurgapen hodiko aire korrontean ur tantak injektatzea dakar. Tantak lurrundu eta prozesuko gas korrontearen beroa xurgatzen dute, eta horrela konpresio faserako sarrerako tenperatura murrizten da. Horren ondorioz, potentzia isoentropikoaren beharrak murrizten dira eta eraginkortasuna % 1 baino gehiago handitzen da.
Engranaje-ardatza gogortzeak azalera-unitateko tentsio onargarria handitzea ahalbidetzen du, eta horrek hortzen zabalera murriztea ahalbidetzen du. Horrek engranaje-kaxaren galera mekanikoak % 25eraino murrizten ditu, eta ondorioz, eraginkortasun orokorra % 0,5eraino handitzen da. Gainera, konpresore nagusiaren kostuak % 1eraino murriztu daitezke, metal gutxiago erabiltzen baita engranaje-kaxa handian.
Errodadura honek 0,25eko fluxu-koefizientearekin (φ) funtziona dezake eta 65 graduko errodadura-errodak baino % 6ko altuera handiagoa ematen du. Horrez gain, fluxu-koefizientea 0,25era iristen da, eta IGC makinaren fluxu bikoitzeko diseinuan, bolumen-emaria 1,2 milioi m3/h edo 2,4 milioi m3/h-ra ere iristen da.
Phi balio handiago batek diametro txikiagoko inpellerra erabiltzea ahalbidetzen du bolumen-emari berdinean, eta horrela konpresore nagusiaren kostua % 4 arte murriztu daiteke. Lehen faseko inpellerraren diametroa are gehiago murriztu daiteke.
Altuera handiagoa lortzen da inpultsorearen 75°-ko deformazio angeluari esker, eta horrek irteerako zirkunferentzia-abiaduraren osagaia handitzen du eta, beraz, Eulerren ekuazioaren arabera altuera handiagoa ematen du.
Abiadura handiko eta eraginkortasun handiko inpulsoreekin alderatuta, inpulsorearen eraginkortasuna apur bat murriztu egiten da espiralean dauden galera handiagoak direla eta. Hori konpentsatu daiteke tamaina ertaineko barraskilo bat erabiliz. Hala ere, espiral horiek gabe ere, % 87ra arteko eraginkortasun aldakorra lor daiteke 1.0 Mach zenbakiarekin eta 0.24 fluxu koefizientearekin.
Boluta txikiagoak beste boluta batzuekin talkak saihesteko aukera ematen du engranaje handiaren diametroa murrizten denean. Operadoreek kostuak aurreztu ditzakete 6 poloko motor batetik abiadura handiagoko 4 poloko motor batera (1000 bira/min-tik 1500 bira/min-ra) aldatuz, engranajearen gehienezko abiadura gainditu gabe. Gainera, engranaje helikoidal eta handien materialen kostuak murriztu ditzake.
Oro har, konpresore nagusiak % 2 aurreztu dezake kapital-kostuetan, eta motorrak ere % 2 aurreztu dezake kapital-kostuetan. Boluta trinkoak apur bat gutxiago eraginkorrak direnez, erabiltzeko erabakia neurri handi batean bezeroaren lehentasunen araberakoa da (kostua vs. eraginkortasuna) eta proiektuz proiektu ebaluatu behar da.
Kontrol gaitasunak handitzeko, IGV hainbat etapatan instala daiteke. Hori guztiz kontrakoa da aurreko IGC proiektuekin alderatuta, lehen fasera arte IGVak bakarrik barne hartzen baitzituzten.
IGCren aurreko iterazioetan, zurrunbilo-koefizientea (hau da, bigarren IGV-aren angelua lehenengo IGV1-aren angeluaz zatituta) konstante mantentzen zen, fluxua aurreranzkoa (angelua > 0°, altuera murrizten) edo alderantzizko zurrunbiloa (angelua < 0°) izan arren. °-ko presioa handitzen da). Hau desabantaila da, angeluaren zeinua zurrunbilo positiboen eta negatiboen artean aldatzen baita.
Konfigurazio berriak bi zurrunbilo-erlazio desberdin erabiltzea ahalbidetzen du makina aurrerako eta atzerako zurrunbilo-moduan dagoenean, eta horrela kontrol-eremua % 4 handituz, eraginkortasuna konstante mantenduz.
BACetan erabili ohi den inpellerrean LS difusore bat sartuz, etapa anitzeko eraginkortasuna % 89ra igo daiteke. Honek, beste eraginkortasun-hobekuntza batzuekin batera, BAC etapetako kopurua murrizten du, trenaren eraginkortasun orokorra mantenduz. Etapa kopurua murrizteak intercooler baten, prozesuko gas-hodi lotutakoen eta errotore eta estatoreko osagaien beharra ezabatzen du, eta horrek % 10eko kostu-aurrezpena dakar. Gainera, kasu askotan posible da aire-konpresore nagusia eta booster-konpresorea makina bakarrean konbinatzea.
Aurretik aipatu bezala, tarteko engranaje bat behar izaten da normalean lurrun-turbinaren eta VACaren artean. Siemens Energy-ren IGC diseinu berriarekin, engranaje hau engranaje-kaxan integra daiteke pinoi-ardatzaren eta engranaje handiaren (4 engranaje) artean ardatz bat gehituz. Horrek linearen kostu osoa (konpresore nagusia gehi ekipamendu lagungarria) % 4 arte murriztu dezake.
Gainera, 4 pinoiko engranajeak alternatiba eraginkorragoa dira korritze-motor trinkoekin alderatuta, aire-konpresore nagusi handietan 6 poloko motorretatik 4 poloko motorretara aldatzeko (bolutaren talka egiteko aukera badago edo pinoiaren gehienezko abiadura murriztuko bada).
Haien erabilera gero eta ohikoagoa da industria-deskarbonizaziorako garrantzitsuak diren hainbat merkatutan, besteak beste, bero-ponpak eta lurrun-konpresioa, baita CO2 konpresioa karbonoa harrapatzeko, erabiltzeko eta biltegiratzeko (CCUS) garapenetan ere.
Siemens Energy-k IGCak diseinatu eta ustiatzen historia luzea du. Goian aipatutako (eta beste) ikerketa eta garapen ahaleginek frogatzen duten bezala, makina hauek etengabe berritzeko konpromisoa hartu dugu aplikazioen behar bereziak asetzeko eta kostu txikiagoak, eraginkortasuna areagotzea eta iraunkortasun handiagoa lortzeko merkatuaren eskaera gero eta handiagoak asetzeko. KT2
Argitaratze data: 2024ko apirilaren 28a