Οι διαστολείς μπορούν να χρησιμοποιήσουν τη μείωση της πίεσης για την κίνηση περιστρεφόμενων μηχανών. Πληροφορίες σχετικά με τον τρόπο αξιολόγησης των πιθανών οφελών από την εγκατάσταση ενός διαστολέα μπορείτε να βρείτε εδώ.
Συνήθως στη βιομηχανία χημικών διεργασιών (CPI), «μεγάλη ποσότητα ενέργειας σπαταλιέται σε βαλβίδες ελέγχου πίεσης όπου τα υγρά υψηλής πίεσης πρέπει να αποσυμπιεστούν» [1]. Ανάλογα με διάφορους τεχνικούς και οικονομικούς παράγοντες, μπορεί να είναι επιθυμητό να μετατραπεί αυτή η ενέργεια σε περιστρεφόμενη μηχανική ενέργεια, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κίνηση γεννητριών ή άλλων περιστρεφόμενων μηχανών. Για ασυμπίεστα ρευστά (υγρά), αυτό επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας έναν υδραυλικό στρόβιλο ανάκτησης ενέργειας (HPRT· βλέπε αναφορά 1). Για συμπιέσιμα υγρά (αέρια), ένας διαστολέας είναι μια κατάλληλη μηχανή.
Οι διαστολείς είναι μια ώριμη τεχνολογία με πολλές επιτυχημένες εφαρμογές, όπως η καταλυτική πυρόλυση ρευστού (FCC), η ψύξη, οι βαλβίδες πόλης φυσικού αερίου, ο διαχωρισμός αέρα ή οι εκπομπές καυσαερίων. Κατ' αρχήν, οποιοδήποτε ρεύμα αερίου με μειωμένη πίεση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κίνηση ενός διαστολέα, αλλά «η παραγόμενη ενέργεια είναι άμεσα ανάλογη με την αναλογία πίεσης, τη θερμοκρασία και τον ρυθμό ροής του ρεύματος αερίου» [2], καθώς και με την τεχνική και οικονομική σκοπιμότητα. Εφαρμογή Διαστολέα: Η διαδικασία εξαρτάται από αυτούς και άλλους παράγοντες, όπως οι τοπικές τιμές ενέργειας και η διαθεσιμότητα κατάλληλου εξοπλισμού από τον κατασκευαστή.
Παρόλο που ο στροβιλοδιαστολέας (που λειτουργεί παρόμοια με μια τουρμπίνα) είναι ο πιο γνωστός τύπος διαστολέα (Σχήμα 1), υπάρχουν και άλλοι τύποι κατάλληλοι για διαφορετικές συνθήκες διεργασίας. Αυτό το άρθρο εισάγει τους κύριους τύπους διαστολέων και τα εξαρτήματά τους και συνοψίζει τον τρόπο με τον οποίο οι διευθυντές λειτουργιών, οι σύμβουλοι ή οι ενεργειακοί ελεγκτές σε διάφορα τμήματα του CPI μπορούν να αξιολογήσουν τα πιθανά οικονομικά και περιβαλλοντικά οφέλη από την εγκατάσταση ενός διαστολέα.
Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι ζωνών αντίστασης που ποικίλλουν σημαντικά ως προς τη γεωμετρία και τη λειτουργία τους. Οι κύριοι τύποι παρουσιάζονται στο Σχήμα 2 και κάθε τύπος περιγράφεται συνοπτικά παρακάτω. Για περισσότερες πληροφορίες, καθώς και για γραφήματα που συγκρίνουν την κατάσταση λειτουργίας κάθε τύπου με βάση συγκεκριμένες διαμέτρους και συγκεκριμένες ταχύτητες, ανατρέξτε στη Βοήθεια. 3.
Στροβιλοδιαστολέας με έμβολο. Οι στροβιλοδιαστολείς με έμβολα και περιστροφικά έμβολα λειτουργούν σαν κινητήρας εσωτερικής καύσης αντίστροφης περιστροφής, απορροφώντας αέριο υψηλής πίεσης και μετατρέποντας την αποθηκευμένη ενέργειά του σε περιστροφική ενέργεια μέσω του στροφαλοφόρου άξονα.
Σύρετε τον εκτονωτή στροβίλου. Ο εκτονωτής στροβίλου πέδησης αποτελείται από έναν ομόκεντρο θάλαμο ροής με πτερύγια κάδου προσαρτημένα στην περιφέρεια του περιστρεφόμενου στοιχείου. Είναι σχεδιασμένα με τον ίδιο τρόπο όπως οι υδραυλικοί τροχοί, αλλά η διατομή των ομόκεντρων θαλάμων αυξάνεται από την είσοδο στην έξοδο, επιτρέποντας στο αέριο να εκτονωθεί.
Ακτινικός στροβιλοδιαστολέας. Οι στροβιλοδιαστολείς ακτινικής ροής έχουν μια αξονική είσοδο και μια ακτινική έξοδο, επιτρέποντας στο αέριο να διαστέλλεται ακτινικά μέσω της πτερωτής του στροβίλου. Ομοίως, οι στρόβιλοι αξονικής ροής διαστέλλουν αέριο μέσω του τροχού του στροβίλου, αλλά η κατεύθυνση της ροής παραμένει παράλληλη με τον άξονα περιστροφής.
Αυτό το άρθρο εστιάζει σε ακτινικούς και αξονικούς στροβιλοδιαστολείς, συζητώντας τους διάφορους υποτύπους, τα εξαρτήματά τους και την οικονομική τους αξία.
Ένας στροβιλοδιαστολέας εξάγει ενέργεια από ένα ρεύμα αερίου υψηλής πίεσης και τη μετατρέπει σε φορτίο κίνησης. Συνήθως το φορτίο είναι ένας συμπιεστής ή γεννήτρια συνδεδεμένη σε έναν άξονα. Ένας στροβιλοδιαστολέας με συμπιεστή συμπιέζει ρευστό σε άλλα μέρη του ρεύματος διεργασίας που απαιτούν συμπιεσμένο ρευστό, αυξάνοντας έτσι τη συνολική απόδοση της εγκατάστασης χρησιμοποιώντας ενέργεια που διαφορετικά θα σπαταλούνταν. Ένας στροβιλοδιαστολέας με φορτίο γεννήτριας μετατρέπει την ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε άλλες διεργασίες της εγκατάστασης ή να επιστραφεί στο τοπικό δίκτυο για πώληση.
Οι γεννήτριες στροβιλοδιαστολέα μπορούν να εξοπλιστούν είτε με έναν άξονα άμεσης κίνησης από τον τροχό του στροβίλου στη γεννήτρια είτε μέσω ενός κιβωτίου ταχυτήτων που μειώνει αποτελεσματικά την ταχύτητα εισόδου από τον τροχό του στροβίλου στη γεννήτρια μέσω μιας σχέσης μετάδοσης. Οι στροβιλοδιαστολείς άμεσης κίνησης προσφέρουν πλεονεκτήματα στην απόδοση, το αποτύπωμα και το κόστος συντήρησης. Οι στροβιλοδιαστολείς με κιβώτιο ταχυτήτων είναι βαρύτεροι και απαιτούν μεγαλύτερο αποτύπωμα, βοηθητικό εξοπλισμό λίπανσης και τακτική συντήρηση.
Οι στροβιλοδιαστολείς ροής μπορούν να κατασκευαστούν με τη μορφή ακτινικών ή αξονικών στροβίλων. Οι ακτινικοί διαστολείς ροής περιέχουν μια αξονική είσοδο και μια ακτινική έξοδο έτσι ώστε η ροή αερίου να εξέρχεται από τον στρόβιλο ακτινικά από τον άξονα περιστροφής. Οι αξονικοί στρόβιλοι επιτρέπουν στο αέριο να ρέει αξονικά κατά μήκος του άξονα περιστροφής. Οι αξονικοί στρόβιλοι ροής εξάγουν ενέργεια από τη ροή αερίου μέσω των οδηγών πτερυγίων εισόδου στον τροχό διαστολέα, με την εγκάρσια διατομή του θαλάμου διαστολής να αυξάνεται σταδιακά για να διατηρείται σταθερή η ταχύτητα.
Μια γεννήτρια στροβιλοδιαστολέα αποτελείται από τρία κύρια εξαρτήματα: έναν τροχό στροβίλου, ειδικά ρουλεμάν και μια γεννήτρια.
Τροχός στροβίλου. Οι τροχοί στροβίλου συχνά σχεδιάζονται ειδικά για τη βελτιστοποίηση της αεροδυναμικής απόδοσης. Οι μεταβλητές εφαρμογής που επηρεάζουν τον σχεδιασμό του τροχού στροβίλου περιλαμβάνουν την πίεση εισόδου/εξόδου, τη θερμοκρασία εισόδου/εξόδου, τη ροή όγκου και τις ιδιότητες του ρευστού. Όταν ο λόγος συμπίεσης είναι πολύ υψηλός για να μειωθεί σε ένα στάδιο, απαιτείται ένας στροβιλοδιαστολέας με πολλαπλούς τροχούς στροβίλου. Τόσο οι ακτινικοί όσο και οι αξονικοί τροχοί στροβίλου μπορούν να σχεδιαστούν ως πολυβάθμιοι, αλλά οι αξονικοί τροχοί στροβίλου έχουν πολύ μικρότερο αξονικό μήκος και επομένως είναι πιο συμπαγείς. Οι πολυβάθμιοι στρόβιλοι ακτινικής ροής απαιτούν ροή αερίου από αξονική σε ακτινική και πίσω σε αξονική, δημιουργώντας υψηλότερες απώλειες τριβής από τους στροβίλους αξονικής ροής.
ρουλεμάν. Ο σχεδιασμός των ρουλεμάν είναι κρίσιμος για την αποτελεσματική λειτουργία ενός στροβιλοδιαστολέα. Οι τύποι ρουλεμάν που σχετίζονται με τα σχέδια στροβιλοδιαστολέων ποικίλλουν σημαντικά και μπορούν να περιλαμβάνουν ρουλεμάν λαδιού, ρουλεμάν υγρής μεμβράνης, παραδοσιακά ρουλεμάν και μαγνητικά ρουλεμάν. Κάθε μέθοδος έχει τα δικά της πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα, όπως φαίνεται στον Πίνακα 1.
Πολλοί κατασκευαστές στροβιλοδιαστολέων επιλέγουν μαγνητικά ρουλεμάν ως το «ρουλεμάν επιλογής» τους λόγω των μοναδικών πλεονεκτημάτων τους. Τα μαγνητικά ρουλεμάν διασφαλίζουν τη λειτουργία χωρίς τριβή των δυναμικών εξαρτημάτων του στροβιλοδιαστολέα, μειώνοντας σημαντικά το κόστος λειτουργίας και συντήρησης καθ' όλη τη διάρκεια ζωής του μηχανήματος. Είναι επίσης σχεδιασμένα για να αντέχουν σε ένα ευρύ φάσμα αξονικών και ακτινικών φορτίων και συνθηκών υπερφόρτωσης. Το υψηλότερο αρχικό κόστος τους αντισταθμίζεται από το πολύ χαμηλότερο κόστος κύκλου ζωής.
Δυναμό. Η γεννήτρια λαμβάνει την περιστροφική ενέργεια της τουρμπίνας και τη μετατρέπει σε χρήσιμη ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιώντας μια ηλεκτρομαγνητική γεννήτρια (η οποία μπορεί να είναι μια επαγωγική γεννήτρια ή μια γεννήτρια μόνιμου μαγνήτη). Οι επαγωγικές γεννήτριες έχουν χαμηλότερη ονομαστική ταχύτητα, επομένως οι εφαρμογές υψηλής ταχύτητας τουρμπίνας απαιτούν κιβώτιο ταχυτήτων, αλλά μπορούν να σχεδιαστούν ώστε να ταιριάζουν με τη συχνότητα του δικτύου, εξαλείφοντας την ανάγκη για μια μονάδα μεταβλητής συχνότητας (VFD) για την παροχή της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας. Οι γεννήτριες μόνιμου μαγνήτη, από την άλλη πλευρά, μπορούν να συνδεθούν απευθείας στον άξονα με την τουρμπίνα και να μεταδώσουν ισχύ στο δίκτυο μέσω μιας μονάδας μεταβλητής συχνότητας. Η γεννήτρια έχει σχεδιαστεί για να παρέχει μέγιστη ισχύ με βάση την ισχύ του άξονα που είναι διαθέσιμη στο σύστημα.
Σφραγίδες. Η στεγανοποίηση είναι επίσης ένα κρίσιμο στοιχείο κατά το σχεδιασμό ενός συστήματος στροβιλοδιαστολέα. Για να διατηρηθεί η υψηλή απόδοση και να πληρούνται τα περιβαλλοντικά πρότυπα, τα συστήματα πρέπει να σφραγίζονται για την αποφυγή πιθανών διαρροών αερίου διεργασίας. Οι στροβιλοδιαστολείς μπορούν να εξοπλιστούν με δυναμικές ή στατικές σφραγίδες. Οι δυναμικές σφραγίδες, όπως οι σφραγίδες λαβυρίνθου και οι σφραγίδες ξηρού αερίου, παρέχουν μια σφράγιση γύρω από έναν περιστρεφόμενο άξονα, συνήθως μεταξύ του τροχού του στροβίλου, των ρουλεμάν και του υπόλοιπου μηχανήματος όπου βρίσκεται η γεννήτρια. Οι δυναμικές σφραγίδες φθείρονται με την πάροδο του χρόνου και απαιτούν τακτική συντήρηση και επιθεώρηση για να διασφαλιστεί η σωστή λειτουργία τους. Όταν όλα τα εξαρτήματα του στροβιλοδιαστολέα περιέχονται σε ένα μόνο περίβλημα, οι στατικές σφραγίδες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την προστασία τυχόν αγωγών που εξέρχονται από το περίβλημα, συμπεριλαμβανομένων της γεννήτριας, των μαγνητικών ρουλεμάν ή των αισθητήρων. Αυτές οι αεροστεγείς σφραγίδες παρέχουν μόνιμη προστασία από διαρροές αερίου και δεν απαιτούν συντήρηση ή επισκευή.
Από άποψη διεργασίας, η κύρια απαίτηση για την εγκατάσταση ενός διαστολέα είναι η παροχή συμπιέσιμου (μη συμπυκνώσιμου) αερίου υψηλής πίεσης σε ένα σύστημα χαμηλής πίεσης με επαρκή ροή, πτώση πίεσης και αξιοποίηση για τη διατήρηση της κανονικής λειτουργίας του εξοπλισμού. Οι παράμετροι λειτουργίας διατηρούνται σε ασφαλές και αποτελεσματικό επίπεδο.
Όσον αφορά τη λειτουργία μείωσης πίεσης, ο διαστολέας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αντικαταστήσει τη βαλβίδα Joule-Thomson (JT), γνωστή και ως βαλβίδα πεταλούδας. Δεδομένου ότι η βαλβίδα JT κινείται κατά μήκος μιας ισεντροπικής διαδρομής και ο διαστολέας κινείται κατά μήκος μιας σχεδόν ισεντροπικής διαδρομής, η τελευταία μειώνει την ενθαλπία του αερίου και μετατρέπει τη διαφορά ενθαλπίας σε ισχύ άξονα, παράγοντας έτσι χαμηλότερη θερμοκρασία εξόδου από τη βαλβίδα JT. Αυτό είναι χρήσιμο σε κρυογονικές διεργασίες όπου ο στόχος είναι η μείωση της θερμοκρασίας του αερίου.
Εάν υπάρχει χαμηλότερο όριο στη θερμοκρασία εξόδου του αερίου (για παράδειγμα, σε έναν σταθμό αποσυμπίεσης όπου η θερμοκρασία του αερίου πρέπει να διατηρείται πάνω από το μηδέν, την ενυδάτωση ή την ελάχιστη θερμοκρασία σχεδιασμού υλικού), πρέπει να προστεθεί τουλάχιστον ένας θερμαντήρας. Ελέγξτε τη θερμοκρασία του αερίου. Όταν ο προθερμαντήρας βρίσκεται ανάντη του διαστολέα, μέρος της ενέργειας από το αέριο τροφοδοσίας ανακτάται επίσης στον διαστολέα, αυξάνοντας έτσι την ισχύ εξόδου του. Σε ορισμένες διαμορφώσεις όπου απαιτείται έλεγχος θερμοκρασίας εξόδου, μπορεί να εγκατασταθεί ένας δεύτερος αναθερμαντήρας μετά τον διαστολέα για να παρέχει ταχύτερο έλεγχο.
Στο Σχήμα 3 φαίνεται ένα απλοποιημένο διάγραμμα του γενικού διαγράμματος ροής μιας γεννήτριας διαστολής με προθερμαντήρα που χρησιμοποιείται για την αντικατάσταση μιας βαλβίδας JT.
Σε άλλες διαμορφώσεις διεργασίας, η ενέργεια που ανακτάται στον διαστολέα μπορεί να μεταφερθεί απευθείας στον συμπιεστή. Αυτά τα μηχανήματα, που μερικές φορές ονομάζονται «εντολείς», συνήθως διαθέτουν στάδια διαστολής και συμπίεσης που συνδέονται με έναν ή περισσότερους άξονες, οι οποίοι μπορεί επίσης να περιλαμβάνουν ένα κιβώτιο ταχυτήτων για τη ρύθμιση της διαφοράς ταχύτητας μεταξύ των δύο σταδίων. Μπορεί επίσης να περιλαμβάνει έναν επιπλέον κινητήρα για την παροχή περισσότερης ισχύος στο στάδιο συμπίεσης.
Παρακάτω παρατίθενται ορισμένα από τα πιο σημαντικά εξαρτήματα που διασφαλίζουν την ορθή λειτουργία και τη σταθερότητα του συστήματος.
Βαλβίδα παράκαμψης ή βαλβίδα μείωσης πίεσης. Η βαλβίδα παράκαμψης επιτρέπει τη συνέχιση της λειτουργίας όταν ο στροβιλοδιαστολέας δεν λειτουργεί (για παράδειγμα, για συντήρηση ή σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης), ενώ η βαλβίδα μείωσης πίεσης χρησιμοποιείται για συνεχή λειτουργία για την παροχή περίσσειας αερίου όταν η συνολική ροή υπερβαίνει την σχεδιασμένη χωρητικότητα του διαστολέα.
Βαλβίδα διακοπής έκτακτης ανάγκης (ESD). Οι βαλβίδες ESD χρησιμοποιούνται για να εμποδίσουν τη ροή αερίου στον διαστολέα σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης, ώστε να αποφευχθούν μηχανικές βλάβες.
Όργανα και χειριστήρια. Σημαντικές μεταβλητές προς παρακολούθηση περιλαμβάνουν την πίεση εισόδου και εξόδου, τον ρυθμό ροής, την ταχύτητα περιστροφής και την ισχύ εξόδου.
Οδήγηση με υπερβολική ταχύτητα. Η συσκευή διακόπτει τη ροή προς τον στρόβιλο, προκαλώντας επιβράδυνση του ρότορα του στροβίλου, προστατεύοντας έτσι τον εξοπλισμό από υπερβολικές ταχύτητες λόγω απρόβλεπτων συνθηκών διεργασίας που θα μπορούσαν να προκαλέσουν ζημιά στον εξοπλισμό.
Βαλβίδα Ασφαλείας Πίεσης (PSV). Οι PSV συχνά εγκαθίστανται μετά από έναν στροβιλοδιαστολέα για την προστασία των αγωγών και του εξοπλισμού χαμηλής πίεσης. Ο PSV πρέπει να έχει σχεδιαστεί ώστε να αντέχει στις πιο σοβαρές απρόβλεπτες καταστάσεις, οι οποίες συνήθως περιλαμβάνουν την αστοχία ανοίγματος της βαλβίδας παράκαμψης. Εάν προστεθεί ένας διαστολέας σε έναν υπάρχοντα σταθμό μείωσης πίεσης, η ομάδα σχεδιασμού της διεργασίας πρέπει να καθορίσει εάν ο υπάρχον PSV παρέχει επαρκή προστασία.
Θερμαντήρας. Οι θερμαντήρες αντισταθμίζουν την πτώση θερμοκρασίας που προκαλείται από τη διέλευση του αερίου μέσω του στροβίλου, επομένως το αέριο πρέπει να προθερμανθεί. Η κύρια λειτουργία τους είναι να αυξάνουν τη θερμοκρασία της ανερχόμενης ροής αερίου για να διατηρούν τη θερμοκρασία του αερίου που εξέρχεται από τον διαστολέα πάνω από μια ελάχιστη τιμή. Ένα άλλο πλεονέκτημα της αύξησης της θερμοκρασίας είναι η αύξηση της ισχύος εξόδου, καθώς και η πρόληψη της διάβρωσης, της συμπύκνωσης ή των ενυδατώσεων που θα μπορούσαν να επηρεάσουν αρνητικά τα ακροφύσια του εξοπλισμού. Σε συστήματα που περιέχουν εναλλάκτες θερμότητας (όπως φαίνεται στο Σχήμα 3), η θερμοκρασία του αερίου συνήθως ελέγχεται ρυθμίζοντας τη ροή του θερμαινόμενου υγρού στον προθερμαντήρα. Σε ορισμένα σχέδια, μπορεί να χρησιμοποιηθεί θερμαντήρας φλόγας ή ηλεκτρικός θερμαντήρας αντί για εναλλάκτη θερμότητας. Οι θερμαντήρες μπορεί να υπάρχουν ήδη σε έναν υπάρχοντα σταθμό βαλβίδων JT και η προσθήκη ενός διαστολέα μπορεί να μην απαιτεί την εγκατάσταση πρόσθετων θερμαντήρων, αλλά μάλλον την αύξηση της ροής του θερμαινόμενου υγρού.
Συστήματα λιπαντικού λαδιού και στεγανοποιητικού αερίου. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, οι διαστολείς μπορούν να χρησιμοποιούν διαφορετικά σχέδια στεγανοποίησης, τα οποία μπορεί να απαιτούν λιπαντικά και στεγανοποιητικά αέρια. Όπου είναι εφικτό, το λιπαντικό λάδι πρέπει να διατηρεί υψηλή ποιότητα και καθαρότητα όταν έρχεται σε επαφή με τα αέρια διεργασίας και το επίπεδο ιξώδους λαδιού πρέπει να παραμένει εντός του απαιτούμενου εύρους λειτουργίας των λιπανμένων ρουλεμάν. Τα συστήματα στεγανοποιημένου αερίου είναι συνήθως εξοπλισμένα με μια συσκευή λίπανσης λαδιού για να αποτρέπεται η είσοδος λαδιού από το κιβώτιο ρουλεμάν στο κιβώτιο διαστολής. Για ειδικές εφαρμογές συμπιεστών που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία υδρογονανθράκων, τα συστήματα λιπαντικού λαδιού και στεγανοποιητικού αερίου σχεδιάζονται συνήθως σύμφωνα με τις προδιαγραφές API 617 [5] Μέρος 4.
Μετατροπέας συχνότητας (VFD). Όταν η γεννήτρια είναι επαγωγική, συνήθως ενεργοποιείται ένας VFD για να ρυθμίσει το σήμα εναλλασσόμενου ρεύματος (AC) ώστε να ταιριάζει με τη συχνότητα του δικτύου. Συνήθως, τα σχέδια που βασίζονται σε μετατροπείς συχνότητας έχουν υψηλότερη συνολική απόδοση από τα σχέδια που χρησιμοποιούν κιβώτια ταχυτήτων ή άλλα μηχανικά εξαρτήματα. Τα συστήματα που βασίζονται σε VFD μπορούν επίσης να προσαρμόσουν ένα ευρύτερο φάσμα αλλαγών διεργασίας που μπορούν να οδηγήσουν σε αλλαγές στην ταχύτητα του άξονα διαστολής.
Μετάδοση κίνησης. Ορισμένα σχέδια διαστολέων χρησιμοποιούν κιβώτιο ταχυτήτων για να μειώσουν την ταχύτητα του διαστολέα στην ονομαστική ταχύτητα της γεννήτριας. Το κόστος χρήσης ενός κιβωτίου ταχυτήτων είναι η χαμηλότερη συνολική απόδοση και επομένως η χαμηλότερη ισχύς εξόδου.
Κατά την προετοιμασία μιας αίτησης προσφοράς (RFQ) για έναν διαστολέα, ο μηχανικός διεργασίας πρέπει πρώτα να καθορίσει τις συνθήκες λειτουργίας, συμπεριλαμβανομένων των ακόλουθων πληροφοριών:
Οι μηχανολόγοι μηχανικοί συχνά συμπληρώνουν τις προδιαγραφές και τις προδιαγραφές των γεννητριών διαστολής χρησιμοποιώντας δεδομένα από άλλους κλάδους της μηχανικής. Αυτά τα δεδομένα εισόδου μπορεί να περιλαμβάνουν τα ακόλουθα:
Οι προδιαγραφές πρέπει επίσης να περιλαμβάνουν έναν κατάλογο εγγράφων και σχεδίων που παρέχονται από τον κατασκευαστή στο πλαίσιο της διαδικασίας υποβολής προσφορών και το αντικείμενο της προμήθειας, καθώς και τις ισχύουσες διαδικασίες δοκιμών όπως απαιτείται από το έργο.
Οι τεχνικές πληροφορίες που παρέχονται από τον κατασκευαστή στο πλαίσιο της διαδικασίας υποβολής προσφορών θα πρέπει γενικά να περιλαμβάνουν τα ακόλουθα στοιχεία:
Εάν οποιαδήποτε πτυχή της πρότασης διαφέρει από τις αρχικές προδιαγραφές, ο κατασκευαστής πρέπει επίσης να παράσχει έναν κατάλογο αποκλίσεων και τους λόγους για τις αποκλίσεις.
Μόλις ληφθεί μια πρόταση, η ομάδα ανάπτυξης του έργου πρέπει να εξετάσει το αίτημα συμμόρφωσης και να καθορίσει εάν οι αποκλίσεις είναι τεχνικά δικαιολογημένες.
Άλλες τεχνικές παραμέτρους που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά την αξιολόγηση προτάσεων περιλαμβάνουν:
Τέλος, πρέπει να διεξαχθεί οικονομική ανάλυση. Επειδή οι διαφορετικές επιλογές μπορεί να οδηγήσουν σε διαφορετικά αρχικά κόστη, συνιστάται η διεξαγωγή ανάλυσης ταμειακών ροών ή κόστους κύκλου ζωής για τη σύγκριση των μακροπρόθεσμων οικονομικών αποτελεσμάτων του έργου και της απόδοσης της επένδυσης. Για παράδειγμα, μια υψηλότερη αρχική επένδυση μπορεί να αντισταθμιστεί μακροπρόθεσμα από αυξημένη παραγωγικότητα ή μειωμένες απαιτήσεις συντήρησης. Ανατρέξτε στην ενότητα «Αναφορές» για οδηγίες σχετικά με αυτόν τον τύπο ανάλυσης. 4.
Όλες οι εφαρμογές στροβιλοδιαστολέα-γεννήτριας απαιτούν έναν αρχικό υπολογισμό συνολικής δυναμικής ισχύος για να προσδιοριστεί η συνολική ποσότητα διαθέσιμης ενέργειας που μπορεί να ανακτηθεί σε μια συγκεκριμένη εφαρμογή. Για μια γεννήτρια στροβιλοδιαστολέα, το δυναμικό ισχύος υπολογίζεται ως μια ισεντροπική (σταθερή εντροπία) διαδικασία. Αυτή είναι η ιδανική θερμοδυναμική κατάσταση για την εξέταση μιας αναστρέψιμης αδιαβατικής διαδικασίας χωρίς τριβή, αλλά είναι η σωστή διαδικασία για την εκτίμηση του πραγματικού ενεργειακού δυναμικού.
Η ισεντροπική δυναμική ενέργεια (IPP) υπολογίζεται πολλαπλασιάζοντας την ειδική διαφορά ενθαλπίας στην είσοδο και την έξοδο του στροβιλοδιαστολέα και πολλαπλασιάζοντας το αποτέλεσμα με τον ρυθμό ροής μάζας. Αυτή η δυναμική ενέργεια θα εκφραστεί ως ισεντροπική ποσότητα (Εξίσωση (1)):
IPP = ( hinlet – h(i,e)) × ṁ x ŋ (1)
όπου h(i,e) είναι η ειδική ενθαλπία λαμβάνοντας υπόψη την ισεντροπική θερμοκρασία εξόδου και ṁ είναι ο ρυθμός ροής μάζας.
Παρόλο που η ισεντροπική δυναμική ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εκτίμηση της δυναμικής ενέργειας, όλα τα πραγματικά συστήματα περιλαμβάνουν τριβή, θερμότητα και άλλες δευτερεύουσες απώλειες ενέργειας. Έτσι, κατά τον υπολογισμό της πραγματικής δυναμικής ισχύος, θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη τα ακόλουθα πρόσθετα δεδομένα εισόδου:
Στις περισσότερες εφαρμογές στροβιλοδιαστολέων, η θερμοκρασία περιορίζεται στο ελάχιστο για να αποφευχθούν ανεπιθύμητα προβλήματα, όπως το πάγωμα των σωλήνων που αναφέρθηκε προηγουμένως. Όπου ρέει φυσικό αέριο, σχεδόν πάντα υπάρχουν ένυδρα άλατα, πράγμα που σημαίνει ότι ο αγωγός κατάντη ενός στροβιλοδιαστολέα ή βαλβίδας πεταλούδας θα παγώσει εσωτερικά και εξωτερικά εάν η θερμοκρασία εξόδου πέσει κάτω από τους 0°C. Ο σχηματισμός πάγου μπορεί να οδηγήσει σε περιορισμό της ροής και τελικά να διακόψει τη λειτουργία του συστήματος για απόψυξη. Έτσι, η «επιθυμητή» θερμοκρασία εξόδου χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό ενός πιο ρεαλιστικού σεναρίου πιθανής ισχύος. Ωστόσο, για αέρια όπως το υδρογόνο, το όριο θερμοκρασίας είναι πολύ χαμηλότερο επειδή το υδρογόνο δεν αλλάζει από αέριο σε υγρό μέχρι να φτάσει σε κρυογονική θερμοκρασία (-253°C). Χρησιμοποιήστε αυτήν την επιθυμητή θερμοκρασία εξόδου για να υπολογίσετε την ειδική ενθαλπία.
Πρέπει επίσης να λαμβάνεται υπόψη η απόδοση του συστήματος στροβιλοδιαστολέα. Ανάλογα με την τεχνολογία που χρησιμοποιείται, η απόδοση του συστήματος μπορεί να διαφέρει σημαντικά. Για παράδειγμα, ένας στροβιλοδιαστολέας που χρησιμοποιεί μειωτήρα για τη μεταφορά περιστροφικής ενέργειας από τον στρόβιλο στη γεννήτρια θα παρουσιάσει μεγαλύτερες απώλειες τριβής από ένα σύστημα που χρησιμοποιεί άμεση κίνηση από τον στρόβιλο στη γεννήτρια. Η συνολική απόδοση ενός συστήματος στροβιλοδιαστολέα εκφράζεται ως ποσοστό και λαμβάνεται υπόψη κατά την αξιολόγηση του πραγματικού δυναμικού ισχύος του στροβιλοδιαστολέα. Το πραγματικό δυναμικό ισχύος (PP) υπολογίζεται ως εξής:
PP = (inlet – hexit) × ṁ x ṅ (2)
Ας δούμε την εφαρμογή της εκτόνωσης πίεσης φυσικού αερίου. Η ABC λειτουργεί και συντηρεί έναν σταθμό μείωσης πίεσης που μεταφέρει φυσικό αέριο από τον κύριο αγωγό και το διανέμει στους τοπικούς δήμους. Σε αυτόν τον σταθμό, η πίεση εισόδου αερίου είναι 40 bar και η πίεση εξόδου είναι 8 bar. Η προθερμασμένη θερμοκρασία εισόδου αερίου είναι 35°C, η οποία προθερμαίνει το αέριο για να αποτρέψει το πάγωμα του αγωγού. Επομένως, η θερμοκρασία εξόδου αερίου πρέπει να ελέγχεται έτσι ώστε να μην πέσει κάτω από τους 0°C. Σε αυτό το παράδειγμα θα χρησιμοποιήσουμε 5°C ως ελάχιστη θερμοκρασία εξόδου για να αυξήσουμε τον συντελεστή ασφαλείας. Ο κανονικοποιημένος ογκομετρικός ρυθμός ροής αερίου είναι 50.000 Nm3/h. Για να υπολογίσουμε το δυναμικό ισχύος, θα υποθέσουμε ότι όλο το αέριο ρέει μέσω του turbo expander και θα υπολογίσουμε τη μέγιστη ισχύ εξόδου. Εκτιμήστε το συνολικό δυναμικό ισχύος εξόδου χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο υπολογισμό:
Ώρα δημοσίευσης: 25 Μαΐου 2024