«Ханчжоу Нучжоу технологиялық тобы» ЖШС.

Кеңейткіштер айналмалы машиналарды басқару үшін қысымды төмендетуді пайдалана алады. Кеңейткішті орнатудың ықтимал артықшылықтарын қалай бағалау керектігі туралы ақпаратты мына жерден табуға болады.
Әдетте химиялық өңдеу өнеркәсібінде (ХӨӨ) «жоғары қысымды сұйықтықтарды қысымнан босату қажет болатын қысымды басқару клапандарында көп мөлшерде энергия ысырап болады» [1]. Әртүрлі техникалық және экономикалық факторларға байланысты бұл энергияны генераторларды немесе басқа айналмалы машиналарды басқару үшін пайдалануға болатын айналмалы механикалық энергияға айналдыру қажет болуы мүмкін. Сығылмайтын сұйықтықтар (сұйықтықтар) үшін бұл гидравликалық энергияны қалпына келтіру турбинасы (HPRT; 1-сілтемені қараңыз) арқылы жүзеге асырылады. Сығылатын сұйықтықтар (газдар) үшін кеңейткіш қолайлы машина болып табылады.
Кеңейткіштер - сұйық каталитикалық крекинг (FCC), тоңазыту, табиғи газ қалалық клапандары, ауаны бөлу немесе пайдаланылған газдардың шығарындылары сияқты көптеген табысты қолданылуы бар жетілген технология. Негізінде, қысымы төмендетілген кез келген газ ағынын кеңейткішті басқару үшін пайдалануға болады, бірақ «энергия шығыны газ ағынының қысым қатынасына, температурасына және ағын жылдамдығына тікелей пропорционалды» [2], сондай-ақ техникалық және экономикалық орындылығына байланысты. Кеңейткішті енгізу: Процесс осы және басқа факторларға, мысалы, жергілікті энергия бағаларына және өндірушінің қолайлы жабдықтардың болуына байланысты.
Турбоэкстандер (турбинаға ұқсас жұмыс істейді) ең танымал экспандер түрі болғанымен (1-сурет), әртүрлі технологиялық жағдайларға жарамды басқа да түрлері бар. Бұл мақалада экспандерлердің негізгі түрлері мен олардың компоненттері таныстырылады және әртүрлі ТБИ бөлімшелеріндегі операциялық менеджерлердің, кеңесшілердің немесе энергетикалық аудиторлардың экспандерді орнатудың ықтимал экономикалық және экологиялық пайдасын қалай бағалай алатыны қорытындыланады.
Геометриясы мен функциясы бойынша айтарлықтай ерекшеленетін кедергі жолақтарының көптеген түрлері бар. Негізгі түрлері 2-суретте көрсетілген, ал әрбір түрі төменде қысқаша сипатталған. Қосымша ақпарат алу үшін, сондай-ақ әрбір түрдің жұмыс күйін нақты диаметрлер мен нақты жылдамдықтарға негізделген салыстыратын графиктерді Анықтама бөлімінен қараңыз. 3.
Поршеньді турбодетандер. Поршеньді және айналмалы поршеньді турбодетандерлер кері айналатын іштен жану қозғалтқышы сияқты жұмыс істейді, жоғары қысымды газды сіңіреді және оның жинақталған энергиясын иінді біліктің көмегімен айналмалы энергияға айналдырады.
Турбоэкранды сүйреңіз. Тежегіш турбиналық экспандер айналмалы элементтің шеткі бөлігіне бекітілген шелек қанаттары бар концентрлік ағын камерасынан тұрады. Олар су дөңгелектері сияқты жасалған, бірақ концентрлік камералардың көлденең қимасы кірістен шығысқа дейін артады, бұл газдың кеңеюіне мүмкіндік береді.
Радиалды турбодетандер. Радиалды ағынды турбодетандерлердің осьтік кірісі және радиалды шығысы бар, бұл газдың турбина дөңгелекшесі арқылы радиалды түрде кеңеюіне мүмкіндік береді. Сол сияқты, осьтік ағынды турбиналар газды турбина дөңгелегі арқылы кеңейтеді, бірақ ағын бағыты айналу осіне параллель болып қалады.
Бұл мақалада радиалды және осьтік турбокеңейткіштерге, олардың әртүрлі кіші түрлеріне, компоненттеріне және экономикасына назар аударылады.
Турбодетандер жоғары қысымды газ ағынынан энергияны алып, оны жетек жүктемесіне айналдырады. Әдетте жүктеме білікке қосылған компрессор немесе генератор болып табылады. Компрессоры бар турбодетандер сығылған сұйықтықты қажет ететін технологиялық ағынның басқа бөліктеріндегі сұйықтықты қысады, осылайша басқа жағдайда ысырап болатын энергияны пайдалану арқылы зауыттың жалпы тиімділігін арттырады. Генератор жүктемесі бар турбодетандер энергияны электр энергиясына айналдырады, оны басқа зауыт процестерінде пайдалануға немесе сату үшін жергілікті желіге қайтаруға болады.
Турбодетандер генераторлары турбина дөңгелегінен генераторға тікелей жетек білігімен немесе беріліс қатынасы арқылы турбина дөңгелегінен генераторға кіріс жылдамдығын тиімді түрде төмендететін беріліс қорабы арқылы жабдықталуы мүмкін. Тікелей жетек турбодетандерлері тиімділік, ауқым және техникалық қызмет көрсету шығындары бойынша артықшылықтар ұсынады. Беріліс қорабының турбодетандерлері ауырырақ және үлкен ауқым, қосалқы жабдықты майлау және тұрақты техникалық қызмет көрсетуді қажет етеді.
Ағынды турбокеңейткіштер радиалды немесе осьтік турбиналар түрінде жасалуы мүмкін. Радиалды ағынды кеңейткіштерде газ ағыны турбинадан айналу осінен радиалды түрде шығатындай етіп осьтік кіріс және радиалды шығыс бар. Осьтік турбиналар газдың айналу осі бойымен осьтік түрде ағуына мүмкіндік береді. Осьтік ағынды турбиналар газ ағынынан энергияны кіріс бағыттаушы қалақшалар арқылы кеңейткіш дөңгелегіне шығарады, ал кеңейту камерасының көлденең қимасының ауданы тұрақты жылдамдықты сақтау үшін біртіндеп артады.
Турбодетандер генераторы үш негізгі компоненттен тұрады: турбина дөңгелегі, арнайы мойынтіректер және генератор.
Турбина дөңгелегі. Турбина дөңгелектері көбінесе аэродинамикалық тиімділікті оңтайландыру үшін арнайы жасалған. Турбина дөңгелегінің дизайнына әсер ететін қолданбалы айнымалыларға кіріс/шығыс қысымы, кіріс/шығыс температурасы, көлемдік ағын және сұйықтық қасиеттері жатады. Сығымдау коэффициенті бір сатыда төмендету үшін тым жоғары болған кезде, бірнеше турбина дөңгелегі бар турбодетандер қажет. Радиалды және осьтік турбина дөңгелектерін көп сатылы ретінде жобалауға болады, бірақ осьтік турбина дөңгелектерінің осьтік ұзындығы әлдеқайда қысқа және сондықтан ықшам. Көп сатылы радиалды ағынды турбиналарға газдың осьтіктен радиалдыға және кері осьтікке ағуы қажет, бұл осьтік ағынды турбиналарға қарағанда үйкеліс шығындарын жоғарылатады.
мойынтіректер. Мойынтірек дизайны турбодетандердің тиімді жұмыс істеуі үшін өте маңызды. Турбодетандер конструкцияларына қатысты мойынтіректер түрлері кеңінен өзгереді және майлы мойынтіректер, сұйық пленкалы мойынтіректер, дәстүрлі шарлы мойынтіректер және магнитті мойынтіректер болуы мүмкін. Әрбір әдістің 1-кестеде көрсетілгендей өзіндік артықшылықтары мен кемшіліктері бар.
Көптеген турбодетандер өндірушілері өздерінің бірегей артықшылықтарына байланысты магниттік мойынтіректер ретінде «таңдау подшипнигі» ретінде таңдайды. Магниттік мойынтіректер турбодетандердің динамикалық компоненттерінің үйкеліссіз жұмысын қамтамасыз етеді, бұл машинаның қызмет ету мерзімі ішінде пайдалану және техникалық қызмет көрсету шығындарын айтарлықтай азайтады. Олар сондай-ақ осьтік және радиалды жүктемелердің кең ауқымына және шамадан тыс кернеу жағдайларына төтеп беруге арналған. Олардың жоғары бастапқы шығындары өмірлік цикл шығындарының әлдеқайда төмен болуымен өтеледі.
динамо. Генератор турбинаның айналмалы энергиясын алып, оны электромагниттік генераторды (индукциялық генератор немесе тұрақты магнит генераторы болуы мүмкін) пайдаланып пайдалы электр энергиясына айналдырады. Индукциялық генераторлардың номиналды жылдамдығы төмен, сондықтан жоғары жылдамдықты турбина қолданбалары беріліс қорабын қажет етеді, бірақ тор жиілігіне сәйкес келетіндей етіп жобалануы мүмкін, бұл өндірілген электр энергиясын беру үшін айнымалы жиілік жетегін (АЖЖ) пайдалану қажеттілігін жояды. Екінші жағынан, тұрақты магнитті генераторларды турбинаға тікелей білік арқылы қосуға және айнымалы жиілік жетегін пайдаланып торға қуат беруге болады. Генератор жүйеде қолжетімді білік қуатына негізделген максималды қуат беру үшін жасалған.
Тығыздағыштар. Тығыздағыш турбодеңгейткіш жүйесін жобалау кезінде де маңызды компонент болып табылады. Жоғары тиімділікті сақтау және қоршаған орта стандарттарына сәйкес келу үшін жүйелерді технологиялық газдың ағып кетуінің алдын алу үшін тығыздау керек. Турбодеңгейткіштер динамикалық немесе статикалық тығыздағыштармен жабдықталуы мүмкін. Лабиринт тығыздағыштары және құрғақ газ тығыздағыштары сияқты динамикалық тығыздағыштар айналмалы біліктің айналасында, әдетте турбина дөңгелегі, мойынтіректер және генератор орналасқан машинаның қалған бөлігі арасында тығыздағышпен қамтамасыз етеді. Динамикалық тығыздағыштар уақыт өте келе тозады және олардың дұрыс жұмыс істейтініне көз жеткізу үшін үнемі техникалық қызмет көрсетуді және тексеруді қажет етеді. Турбодеңгейткіштің барлық компоненттері бір корпуста болған кезде, статикалық тығыздағыштарды корпустан шығатын кез келген сымдар, соның ішінде генераторға, магниттік мойынтіректер жетектеріне немесе датчиктерге арналған сымдар үшін пайдалануға болады. Бұл ауа өткізбейтін тығыздағыштар газдың ағып кетуінен тұрақты қорғанысты қамтамасыз етеді және техникалық қызмет көрсетуді немесе жөндеуді қажет етпейді.
Процесс тұрғысынан алғанда, кеңейткішті орнатудың негізгі талабы - жабдықтың қалыпты жұмысын қамтамасыз ету үшін жеткілікті ағынмен, қысымның төмендеуімен және пайдаланылуымен төмен қысымды жүйеге жоғары қысымды сығылатын (конденсацияланбайтын) газ беру. Жұмыс параметрлері қауіпсіз және тиімді деңгейде сақталады.
Қысымды төмендету функциясы тұрғысынан кеңейткішті Джоуль-Томсон (JT) клапанын, сондай-ақ дроссель клапанын ауыстыру үшін пайдалануға болады. JT клапаны изентропиялық жолмен қозғалатындықтан, ал кеңейткіш дерлік изентропиялық жолмен қозғалатындықтан, соңғысы газдың энтальпиясын төмендетеді және энтальпия айырмашылығын білік қуатына айналдырады, осылайша JT клапанына қарағанда төмен шығыс температурасын тудырады. Бұл мақсат газ температурасын төмендету болып табылатын криогендік процестерде пайдалы.
Егер шығыс газының температурасында төменгі шегі болса (мысалы, газ температурасы қату, гидратация немесе материалдық жобалаудың ең төменгі температурасынан жоғары болуы керек декомпрессионды станцияда), кем дегенде бір қыздырғыш қосылуы керек. Газ температурасын басқарыңыз. Алдын ала қыздырғыш кеңейткіштің жоғарғы жағында орналасқан кезде, берілетін газдан алынған энергияның бір бөлігі кеңейткіште де қалпына келтіріледі, осылайша оның қуат шығысын арттырады. Шығыс температурасын бақылау қажет болатын кейбір конфигурацияларда жылдам басқаруды қамтамасыз ету үшін кеңейткіштен кейін екінші қайта қыздырғышты орнатуға болады.
3-суретте JT клапанын ауыстыру үшін қолданылатын алдын ала қыздырғышы бар кеңейткіш генераторының жалпы блок-схемасының жеңілдетілген диаграммасы көрсетілген.
Басқа процесс конфигурацияларында кеңейткіште қалпына келтірілген энергияны тікелей компрессорға беруге болады. Кейде «командирлер» деп аталатын бұл машиналарда әдетте бір немесе бірнеше біліктермен байланыстырылған кеңейту және сығымдау сатылары болады, олар екі сатылы арасындағы жылдамдық айырмашылығын реттейтін беріліс қорабын да қамтуы мүмкін. Сондай-ақ, ол сығымдау сатысына көбірек қуат беру үшін қосымша қозғалтқышты қамтуы мүмкін.
Төменде жүйенің дұрыс жұмыс істеуі мен тұрақтылығын қамтамасыз ететін ең маңызды компоненттердің кейбірі келтірілген.
Айналма клапан немесе қысымды төмендететін клапан. Айналма клапан турбодеңгейткіш жұмыс істемей тұрған кезде (мысалы, техникалық қызмет көрсету немесе апаттық жағдайда) жұмысты жалғастыруға мүмкіндік береді, ал қысымды төмендететін клапан жалпы ағын кеңейткіштің жобалық қуатынан асып кеткен кезде артық газды беру үшін үздіксіз жұмыс істеу үшін қолданылады.
Апаттық өшіру клапаны (ЭӨК). ЭӨК клапандары механикалық зақымдануды болдырмау үшін апаттық жағдайда кеңейткішке газ ағынын бұғаттау үшін қолданылады.
Аспаптар мен басқару элементтері. Бақылауға алынатын маңызды айнымалыларға кіріс және шығыс қысымы, ағын жылдамдығы, айналу жылдамдығы және шығыс қуаты жатады.
Шамадан тыс жылдамдықпен жүргізу. Құрылғы турбинаға ағынды тоқтатады, бұл турбина роторының баяулауына әкеледі, осылайша жабдықты зақымдауы мүмкін күтпеген технологиялық жағдайларға байланысты шамадан тыс жылдамдықтан қорғайды.
Қысыммен жұмыс істейтін қауіпсіздік клапаны (ҚҚК). ҚҚК көбінесе құбырлар мен төмен қысымды жабдықтарды қорғау үшін турбокеңейткіштен кейін орнатылады. ҚҚК ең ауыр жағдайларға, әдетте айналма клапанның ашылмауына төтеп беретіндей етіп жасалған болуы керек. Егер қолданыстағы қысымды төмендету станциясына кеңейткіш қосылса, технологиялық жобалау тобы қолданыстағы ҚҚК жеткілікті қорғанысты қамтамасыз ететінін анықтауы керек.
Қыздырғыш. Қыздырғыштар турбинадан өтетін газдың температураның төмендеуін өтейді, сондықтан газды алдын ала қыздыру керек. Оның негізгі функциясы - газдың температурасын минималды мәннен жоғары ұстап тұру үшін көтерілетін газ ағынының температурасын арттыру. Температураны көтерудің тағы бір артықшылығы - қуат шығысын арттыру, сондай-ақ жабдықтың форсункаларына кері әсер етуі мүмкін коррозияның, конденсацияның немесе гидраттардың алдын алу. Жылу алмастырғыштары бар жүйелерде (3-суретте көрсетілгендей) газ температурасы әдетте қыздырылған сұйықтықтың алдын ала қыздырғышқа ағынын реттеу арқылы басқарылады. Кейбір конструкцияларда жылу алмастырғыштың орнына жалын қыздырғышын немесе электр қыздырғышын пайдалануға болады. Қыздырғыштар JT клапан станциясында бұрыннан бар болуы мүмкін, ал кеңейткішті қосу қосымша қыздырғыштарды орнатуды қажет етпеуі мүмкін, керісінше қыздырылған сұйықтық ағынын арттыруы мүмкін.
Майлау майы және тығыздағыш газ жүйелері. Жоғарыда айтылғандай, кеңейткіштер әртүрлі тығыздағыш конструкцияларын пайдалана алады, бұл үшін майлағыштар мен тығыздағыш газдар қажет болуы мүмкін. Қажет болған жағдайда, майлағыш май технологиялық газдармен жанасқан кезде жоғары сапа мен тазалықты сақтауы керек, ал майдың тұтқырлығы деңгейі майланған мойынтіректердің қажетті жұмыс диапазонында қалуы керек. Тығыздалған газ жүйелері әдетте мойынтірек қорабынан шыққан майдың кеңейту қорабына түсуіне жол бермеу үшін майлау құрылғысымен жабдықталған. Көмірсутек өнеркәсібінде қолданылатын компандерлердің арнайы қолданылуы үшін майлау майы және тығыздағыш газ жүйелері әдетте API 617 [5] 4-бөлім сипаттамаларына сәйкес жасалған.
Айнымалы жиілік жетегі (АЖЖ). Генератор индукцияланған кезде, әдетте айнымалы ток (АЖЖ) сигналын пайдалану жиілігіне сәйкестендіру үшін АЖЖ қосылады. Әдетте, айнымалы жиілік жетектеріне негізделген конструкциялар беріліс қораптарын немесе басқа механикалық компоненттерді пайдаланатын конструкцияларға қарағанда жалпы тиімділік жоғарырақ. АЖЖ негізіндегі жүйелер сонымен қатар кеңейткіш білігінің жылдамдығының өзгеруіне әкелуі мүмкін кең ауқымды технологиялық өзгерістерді қабылдай алады.
Трансмиссия. Кейбір кеңейткіш конструкцияларында кеңейткіштің жылдамдығын генератордың номиналды жылдамдығына дейін төмендету үшін беріліс қорабы қолданылады. Беріліс қорабын пайдалану құны жалпы тиімділікті төмендетеді және сондықтан қуат шығынын төмендетеді.
Кеңейткішке баға сұрауын (RFQ) дайындаған кезде, процесс инженері алдымен келесі ақпаратты қоса алғанда, жұмыс жағдайларын анықтауы керек:
Механикалық инженерлер көбінесе басқа инженерлік пәндерден алынған деректерді пайдалана отырып, кеңейткіш генераторының сипаттамалары мен сипаттамаларын толтырады. Бұл деректерге мыналар кіруі мүмкін:
Техникалық сипаттамаларда сонымен қатар өндіруші тендер процесінің бөлігі ретінде ұсынған құжаттар мен сызбалардың тізімі және жеткізу көлемі, сондай-ақ жоба талап ететін қолданылатын сынақ процедуралары болуы керек.
Өндіруші тендер процесінің бөлігі ретінде ұсынатын техникалық ақпарат, әдетте, келесі элементтерді қамтуы керек:
Егер ұсыныстың кез келген аспектісі бастапқы сипаттамалардағыдан өзгеше болса, өндіруші ауытқулардың тізімін және ауытқулардың себептерін де ұсынуы керек.
Ұсыныс келіп түскеннен кейін, жобаны әзірлеу тобы сәйкестікке қойылатын сұранысты қарап, ауытқулардың техникалық тұрғыдан негізделгенін анықтауы керек.
Ұсыныстарды бағалау кезінде ескеру қажет басқа техникалық мәселелерге мыналар жатады:
Соңында, экономикалық талдау жүргізу қажет. Әртүрлі нұсқалар әртүрлі бастапқы шығындарға әкелуі мүмкін болғандықтан, жобаның ұзақ мерзімді экономикасы мен инвестициялардың кірістілігін салыстыру үшін ақша ағыны немесе өмірлік цикл шығындарын талдау ұсынылады. Мысалы, бастапқы инвестицияның жоғары болуы ұзақ мерзімді перспективада өнімділіктің артуымен немесе техникалық қызмет көрсету талаптарының төмендеуімен өтелуі мүмкін. Талдаудың осы түрі бойынша нұсқауларды «Сілтемелер» бөлімінен қараңыз. 4.
Турбодепандер-генератордың барлық қолданбалары белгілі бір қолданбада қалпына келтірілуі мүмкін жалпы энергия мөлшерін анықтау үшін бастапқы жалпы потенциалды қуатты есептеуді қажет етеді. Турбодепандер генераторы үшін қуат потенциалы изентропиялық (тұрақты энтропия) процесс ретінде есептеледі. Бұл үйкеліссіз қайтымды адиабаталық процесті қарастыру үшін тамаша термодинамикалық жағдай, бірақ бұл нақты энергия потенциалын бағалаудың дұрыс процесі.
Изентропиялық потенциалдық энергия (ИПЭ) турбодетандатордың кірісі мен шығысындағы меншікті энтальпия айырмашылығын және нәтижесін массалық ағын жылдамдығына көбейту арқылы есептеледі. Бұл потенциалдық энергия изентропиялық шама ретінде өрнектеледі (теңдеу (1)):
IPP = ( хинлет – h(i,e)) × ṁ x ŋ (1)
мұндағы h(i,e) – изентропиялық шығыс температурасын ескеретін меншікті энтальпия, ал ṁ – массалық ағын жылдамдығы.
Изентропиялық потенциалдық энергияны потенциалдық энергияны бағалау үшін пайдалануға болатын болса да, барлық нақты жүйелер үйкеліс, жылу және басқа да қосымша энергия шығындарын қамтиды. Осылайша, нақты қуат потенциалын есептеу кезінде келесі қосымша кіріс деректерін ескеру қажет:
Турбодеңгейткіштің көптеген қолданбаларында жоғарыда аталған құбырдың қатып қалуы сияқты қажетсіз мәселелердің алдын алу үшін температура минималды деңгейде шектеледі. Табиғи газ ағып жатқан жерлерде гидраттар әрдайым дерлік болады, яғни турбодеңгейткіштің немесе дроссель клапанының төменгі жағындағы құбыр шығыс температурасы 0°C-тан төмен түссе, ішкі және сыртқы жағынан қатып қалады. Мұздың пайда болуы ағынның шектелуіне әкелуі мүмкін және сайып келгенде жүйені еріту үшін өшіруі мүмкін. Осылайша, «қалаған» шығыс температурасы шынайы потенциалдық қуат сценарийін есептеу үшін қолданылады. Дегенмен, сутегі сияқты газдар үшін температура шегі әлдеқайда төмен, себебі сутегі криогендік температураға (-253°C) жеткенше газдан сұйықтыққа өзгермейді. Меншікті энтальпияны есептеу үшін осы қалаған шығыс температурасын пайдаланыңыз.
Турбодетандер жүйесінің тиімділігін де ескеру қажет. Қолданылатын технологияға байланысты жүйенің тиімділігі айтарлықтай өзгеруі мүмкін. Мысалы, турбинадан генераторға айналмалы энергияны беру үшін редукторды пайдаланатын турбодетандер турбинадан генераторға тікелей жетекті пайдаланатын жүйеге қарағанда үйкеліс шығындарын көбірек сезінеді. Турбодетандер жүйесінің жалпы тиімділігі пайызбен көрсетіледі және турбодетандердің нақты қуат әлеуетін бағалау кезінде ескеріледі. Нақты қуат әлеуеті (PP) келесідей есептеледі:
PP = (hinlet – hexit) × ṁ x ṅ (2)
Табиғи газ қысымын төмендетудің қолданылуын қарастырайық. ABC магистральдық құбырдан табиғи газды тасымалдайтын және оны жергілікті муниципалитеттерге тарататын қысымды төмендету станциясын басқарады және күтіп ұстайды. Бұл станцияда газдың кіріс қысымы 40 бар, ал шығыс қысымы 8 бар. Алдын ала қыздырылған кіріс газының температурасы 35°C, бұл құбырдың қатып қалуын болдырмау үшін газды алдын ала қыздырады. Сондықтан шығыс газының температурасы 0°C-тан төмен түспейтіндей етіп бақылануы керек. Бұл мысалда қауіпсіздік коэффициентін арттыру үшін ең төменгі шығыс температурасы ретінде 5°C қолданамыз. Нормаланған көлемдік газ ағынының жылдамдығы 50 000 Нм3/сағ. Қуат потенциалын есептеу үшін барлық газ турбо кеңейткіш арқылы ағады деп есептейміз және максималды қуат шығысын есептейміз. Келесі есептеуді пайдаланып, жалпы қуат шығыс потенциалын бағалаңыз: