บริษัท หางโจว นูจั่ว เทคโนโลยี กรุ๊ป จำกัด

เครื่องขยายสามารถใช้การลดแรงดันเพื่อขับเคลื่อนเครื่องจักรที่หมุนได้ ข้อมูลเกี่ยวกับวิธีประเมินประโยชน์ที่อาจได้รับจากการติดตั้งเครื่องขยายสามารถดูได้ที่นี่
โดยทั่วไปในอุตสาหกรรมกระบวนการทางเคมี (CPI) “พลังงานจำนวนมากจะสูญเสียไปในวาล์วควบคุมความดันซึ่งของเหลวที่มีแรงดันสูงจะต้องถูกทำให้ลดความดัน” [1] ขึ้นอยู่กับปัจจัยทางเทคนิคและเศรษฐกิจต่างๆ อาจเป็นที่ต้องการที่จะแปลงพลังงานนี้เป็นพลังงานกลหมุนซึ่งสามารถใช้ในการขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือเครื่องจักรหมุนอื่นๆ สำหรับของเหลวที่ไม่สามารถบีบอัดได้ (ของเหลว) จะทำโดยใช้กังหันกู้คืนพลังงานไฮดรอลิก (HPRT; ดูเอกสารอ้างอิง 1) สำหรับของเหลวที่สามารถบีบอัดได้ (ก๊าซ) เครื่องขยายเป็นเครื่องจักรที่เหมาะสม
เครื่องขยายกำลังเป็นเทคโนโลยีที่ครบเครื่องและมีการใช้งานที่ประสบความสำเร็จมากมาย เช่น การแตกร้าวด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาของไหล (FCC) ระบบทำความเย็น วาล์วก๊าซธรรมชาติ การแยกอากาศ หรือการปล่อยไอเสีย ตามหลักการแล้ว สามารถใช้กระแสก๊าซใดๆ ที่มีความดันลดลงเพื่อขับเคลื่อนเครื่องขยายกำลังได้ แต่ "ผลผลิตพลังงานนั้นแปรผันตรงกับอัตราส่วนความดัน อุณหภูมิ และอัตราการไหลของกระแสก๊าซ" [2] เช่นเดียวกับความเป็นไปได้ทางเทคนิคและเศรษฐกิจ การนำเครื่องขยายกำลังไปใช้: กระบวนการนี้ขึ้นอยู่กับปัจจัยเหล่านี้และปัจจัยอื่นๆ เช่น ราคาพลังงานในท้องถิ่น และความพร้อมใช้งานของอุปกรณ์ที่เหมาะสมของผู้ผลิต
แม้ว่าเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ (ซึ่งทำงานคล้ายกับกังหัน) จะเป็นเอ็กซ์แพนเดอร์ประเภทที่รู้จักกันดีที่สุด (รูปที่ 1) แต่ยังมีประเภทอื่นๆ ที่เหมาะสำหรับเงื่อนไขกระบวนการที่แตกต่างกัน บทความนี้จะแนะนำประเภทหลักของเอ็กซ์แพนเดอร์และส่วนประกอบของเอ็กซ์แพนเดอร์ และสรุปว่าผู้จัดการฝ่ายปฏิบัติการ ที่ปรึกษา หรือผู้ตรวจสอบพลังงานในแผนกต่างๆ ของ CPI จะประเมินประโยชน์ทางเศรษฐกิจและสิ่งแวดล้อมที่อาจเกิดขึ้นจากการติดตั้งเอ็กซ์แพนเดอร์ได้อย่างไร
มีแถบต้านทานหลายประเภทที่แตกต่างกันอย่างมากในด้านรูปทรงและฟังก์ชัน ประเภทหลักๆ แสดงไว้ในรูปที่ 2 และแต่ละประเภทจะอธิบายโดยย่อด้านล่าง สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม รวมถึงกราฟเปรียบเทียบสถานะการทำงานของแต่ละประเภทตามเส้นผ่านศูนย์กลางเฉพาะและความเร็วเฉพาะ โปรดดูวิธีใช้ 3
เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์แบบลูกสูบ เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์แบบลูกสูบและแบบลูกสูบหมุนทำงานเหมือนเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบหมุนย้อนกลับ โดยดูดซับก๊าซแรงดันสูงและแปลงพลังงานที่เก็บไว้เป็นพลังงานหมุนผ่านเพลาข้อเหวี่ยง
ลากตัวขยายเทอร์โบ ตัวขยายเทอร์ไบน์เบรกประกอบด้วยห้องไหลแบบร่วมศูนย์ที่มีครีบถังติดอยู่กับขอบขององค์ประกอบหมุน ครีบเหล่านี้ได้รับการออกแบบในลักษณะเดียวกับล้อน้ำ แต่หน้าตัดของห้องร่วมศูนย์จะเพิ่มขึ้นจากทางเข้าไปยังทางออก ทำให้ก๊าซสามารถขยายตัวได้
เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์แบบเรเดียล เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์แบบไหลในแนวรัศมีจะมีทางเข้าแนวแกนและทางออกแนวรัศมี ทำให้ก๊าซขยายตัวในแนวรัศมีผ่านใบพัดกังหัน ในทำนองเดียวกัน กังหันแบบไหลในแนวแกนจะขยายก๊าซผ่านใบพัดกังหัน แต่ทิศทางการไหลจะยังคงขนานกับแกนหมุน
บทความนี้เน้นที่เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์แบบรัศมีและแนวแกน โดยจะหารือถึงประเภทย่อย ส่วนประกอบ และเศรษฐศาสตร์ต่างๆ ของเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์แต่ละชนิด
เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์จะดึงพลังงานจากกระแสก๊าซแรงดันสูงและแปลงพลังงานดังกล่าวให้เป็นภาระขับเคลื่อน โดยทั่วไปภาระจะเป็นคอมเพรสเซอร์หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับเพลา เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ที่มีคอมเพรสเซอร์จะบีบอัดของเหลวในส่วนอื่นๆ ของกระแสกระบวนการที่ต้องการของเหลวอัด จึงเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของโรงงานโดยใช้พลังงานที่สูญเสียไป เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ที่มีโหลดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะแปลงพลังงานดังกล่าวเป็นไฟฟ้า ซึ่งสามารถนำไปใช้ในกระบวนการอื่นๆ ของโรงงานหรือส่งกลับไปยังระบบไฟฟ้าท้องถิ่นเพื่อขายได้
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์สามารถติดตั้งเพลาขับตรงจากใบพัดกังหันไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้า หรือผ่านกล่องเกียร์ที่ช่วยลดความเร็วอินพุตจากใบพัดกังหันไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพผ่านอัตราทดเกียร์ เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์แบบขับเคลื่อนตรงมีข้อได้เปรียบในด้านประสิทธิภาพ พื้นที่ และต้นทุนการบำรุงรักษา เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์แบบกล่องเกียร์นั้นหนักกว่าและต้องใช้พื้นที่มากกว่า อุปกรณ์เสริมการหล่อลื่น และการบำรุงรักษาเป็นประจำ
เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์แบบไหลผ่านสามารถทำเป็นกังหันแบบเรเดียลหรือแบบแกน เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์แบบไหลผ่านประกอบด้วยทางเข้าแนวแกนและทางออกแนวแกนเพื่อให้การไหลของก๊าซออกจากกังหันในแนวรัศมีจากแกนหมุน กังหันแนวแกนช่วยให้ก๊าซไหลตามแนวแกนตามแกนหมุน กังหันแนวแกนดึงพลังงานจากการไหลของก๊าซผ่านใบพัดนำทางทางเข้าไปยังวงล้อเอ็กซ์แพนเดอร์ โดยพื้นที่หน้าตัดของห้องขยายจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นเพื่อรักษาความเร็วคงที่
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ประกอบด้วยส่วนประกอบหลักสามส่วน ได้แก่ ใบกังหัน ตลับลูกปืนพิเศษ และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
กังหันน้ำ กังหันน้ำมักได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพอากาศพลศาสตร์ ตัวแปรการใช้งานที่ส่งผลต่อการออกแบบกังหันน้ำ ได้แก่ แรงดันทางเข้า/ทางออก อุณหภูมิทางเข้า/ทางออก การไหลของปริมาตร และคุณสมบัติของของไหล เมื่ออัตราส่วนการอัดสูงเกินกว่าจะลดลงในขั้นตอนเดียว จำเป็นต้องใช้เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ที่มีกังหันน้ำหลายใบพัด ทั้งกังหันแนวรัศมีและแนวแกนสามารถออกแบบให้เป็นแบบหลายใบพัดได้ แต่กังหันแนวแกนมีความยาวแนวแกนสั้นกว่ามาก จึงกะทัดรัดกว่า กังหันน้ำแบบไหลในแนวรัศมีหลายใบพัดต้องใช้ก๊าซในการไหลจากแนวแกนไปยังแนวรัศมีและไหลกลับมายังแนวแกน ทำให้เกิดการสูญเสียแรงเสียดทานมากกว่ากังหันแบบไหลในแนวแกน
ตลับลูกปืน การออกแบบตลับลูกปืนมีความสำคัญต่อการทำงานที่มีประสิทธิภาพของเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ ตลับลูกปืนประเภทต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์มีความหลากหลายและอาจรวมถึงตลับลูกปืนน้ำมัน ตลับลูกปืนฟิล์มเหลว ตลับลูกปืนลูกบอลแบบดั้งเดิม และตลับลูกปืนแม่เหล็ก แต่ละวิธีมีข้อดีและข้อเสียของตัวเอง ดังแสดงในตารางที่ 1
ผู้ผลิตเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์หลายรายเลือกใช้ตลับลูกปืนแม่เหล็กเป็น "ตลับลูกปืนที่เลือกใช้" เนื่องจากมีข้อได้เปรียบเฉพาะตัว ตลับลูกปืนแม่เหล็กช่วยให้ส่วนประกอบไดนามิกของเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ทำงานได้โดยไม่มีแรงเสียดทาน จึงช่วยลดต้นทุนการดำเนินงานและการบำรุงรักษาได้อย่างมากตลอดอายุการใช้งานของเครื่องจักร นอกจากนี้ ตลับลูกปืนแม่เหล็กยังได้รับการออกแบบให้ทนต่อแรงกดตามแนวแกนและแนวรัศมีได้หลากหลาย รวมถึงสภาวะที่มีแรงกดดันมากเกินไป ต้นทุนเริ่มต้นที่สูงขึ้นนั้นถูกชดเชยด้วยต้นทุนตลอดอายุการใช้งานที่ต่ำกว่ามาก
ไดนาโม เครื่องกำเนิดไฟฟ้าใช้พลังงานหมุนของกังหันและแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าที่มีประโยชน์โดยใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแม่เหล็กไฟฟ้า (ซึ่งอาจเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเหนี่ยวนำหรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแม่เหล็กถาวร) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเหนี่ยวนำมีความเร็วที่กำหนดต่ำกว่า ดังนั้นการใช้งานกังหันความเร็วสูงจึงต้องใช้กล่องเกียร์ แต่สามารถออกแบบให้ตรงกับความถี่ของกริดได้ จึงไม่จำเป็นต้องใช้ไดรฟ์ความถี่แปรผัน (VFD) เพื่อจ่ายไฟฟ้าที่ผลิตได้ ในทางกลับกัน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแม่เหล็กถาวรสามารถต่อเพลาเข้ากับกังหันโดยตรงและส่งพลังงานไปยังกริดผ่านไดรฟ์ความถี่แปรผัน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้รับการออกแบบให้ส่งพลังงานสูงสุดตามพลังงานเพลาที่มีอยู่ในระบบ
ซีล ซีลเป็นส่วนประกอบที่สำคัญในการออกแบบระบบเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ เพื่อรักษาประสิทธิภาพสูงและเป็นไปตามมาตรฐานด้านสิ่งแวดล้อม ระบบจะต้องได้รับการปิดผนึกเพื่อป้องกันการรั่วไหลของก๊าซในกระบวนการที่อาจเกิดขึ้น เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์สามารถติดตั้งซีลแบบไดนามิกหรือแบบคงที่ได้ ซีลแบบไดนามิก เช่น ซีลเขาวงกตและซีลก๊าซแห้ง ทำหน้าที่ปิดผนึกรอบเพลาหมุน โดยทั่วไปจะอยู่ระหว่างใบพัดกังหัน ตลับลูกปืน และส่วนอื่นๆ ของเครื่องจักรที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าตั้งอยู่ ซีลแบบไดนามิกจะสึกหรอไปตามกาลเวลาและต้องได้รับการบำรุงรักษาและตรวจสอบเป็นประจำเพื่อให้แน่ใจว่าทำงานได้อย่างถูกต้อง เมื่อส่วนประกอบของเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ทั้งหมดอยู่ในตัวเรือนเดียว สามารถใช้ซีลแบบคงที่เพื่อป้องกันสายนำใดๆ ที่ออกจากตัวเรือนได้ รวมถึงไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ไดรฟ์ตลับลูกปืนแม่เหล็ก หรือเซ็นเซอร์ ซีลกันอากาศเหล่านี้ให้การป้องกันการรั่วไหลของก๊าซอย่างถาวรและไม่ต้องบำรุงรักษาหรือซ่อมแซม
จากมุมมองของกระบวนการ ข้อกำหนดหลักในการติดตั้งเครื่องขยายคือการจ่ายก๊าซอัดแรงดันสูง (ไม่ควบแน่น) ไปยังระบบแรงดันต่ำที่มีอัตราการไหล การลดแรงดัน และการใช้ประโยชน์ที่เพียงพอเพื่อรักษาการทำงานปกติของอุปกรณ์ พารามิเตอร์การทำงานจะได้รับการรักษาไว้ในระดับที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ
ในแง่ของฟังก์ชันการลดความดัน ตัวขยายสามารถใช้แทนวาล์ว Joule-Thomson (JT) หรือที่เรียกอีกอย่างว่าวาล์วปีกผีเสื้อ เนื่องจากวาล์ว JT เคลื่อนที่ไปตามเส้นทางไอเซนโทรปิกและตัวขยายเคลื่อนที่ไปตามเส้นทางที่เกือบจะเป็นไอเซนโทรปิก ตัวขยายจึงลดเอนทัลปีของก๊าซและแปลงความแตกต่างของเอนทัลปีเป็นกำลังเพลา จึงทำให้มีอุณหภูมิทางออกต่ำกว่าวาล์ว JT ซึ่งมีประโยชน์ในกระบวนการแช่แข็งที่มีเป้าหมายเพื่อลดอุณหภูมิของก๊าซ
หากมีขีดจำกัดอุณหภูมิของก๊าซทางออกที่ต่ำกว่า (ตัวอย่างเช่น ในสถานีลดความดันซึ่งจะต้องรักษาอุณหภูมิของก๊าซให้สูงกว่าจุดเยือกแข็ง ภาวะไฮเดรต หรืออุณหภูมิขั้นต่ำของวัสดุที่ออกแบบไว้) จะต้องเพิ่มเครื่องทำความร้อนอย่างน้อยหนึ่งเครื่องเพื่อควบคุมอุณหภูมิของก๊าซ เมื่อเครื่องอุ่นล่วงหน้าตั้งอยู่เหนือตัวขยาย พลังงานบางส่วนจากก๊าซป้อนจะถูกกู้คืนในตัวขยายด้วย จึงเพิ่มกำลังส่งออกของตัวขยาย ในบางการกำหนดค่าที่จำเป็นต้องควบคุมอุณหภูมิทางออก สามารถติดตั้งเครื่องอุ่นซ้ำเครื่องที่สองหลังตัวขยายเพื่อให้ควบคุมได้เร็วขึ้น
รูปที่ 3 แสดงแผนภาพง่าย ๆ ของแผนภาพการไหลทั่วไปของเครื่องกำเนิดขยายด้วยเครื่องอุ่นล่วงหน้าที่ใช้แทนวาล์ว JT
ในการกำหนดค่ากระบวนการอื่น ๆ พลังงานที่กู้คืนในเครื่องขยายสามารถถ่ายโอนไปยังคอมเพรสเซอร์ได้โดยตรง เครื่องจักรเหล่านี้บางครั้งเรียกว่า "คอมมานเดอร์" โดยปกติจะมีขั้นตอนการขยายและการบีบอัดที่เชื่อมต่อด้วยเพลาหนึ่งเพลาหรือมากกว่า ซึ่งอาจรวมถึงกล่องเกียร์เพื่อควบคุมความแตกต่างของความเร็วระหว่างสองขั้นตอน อาจมีมอเตอร์เพิ่มเติมเพื่อส่งกำลังเพิ่มเติมให้กับขั้นตอนการบีบอัด
ด้านล่างนี้เป็นส่วนประกอบบางส่วนที่สำคัญที่สุดที่ช่วยให้มั่นใจถึงการทำงานที่เหมาะสมและเสถียรภาพของระบบ
วาล์วบายพาสหรือวาล์วลดแรงดัน วาล์วบายพาสช่วยให้การทำงานดำเนินต่อไปได้เมื่อเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ไม่ทำงาน (เช่น เพื่อการบำรุงรักษาหรือกรณีฉุกเฉิน) ในขณะที่วาล์วลดแรงดันใช้สำหรับการทำงานต่อเนื่องเพื่อจ่ายก๊าซส่วนเกินเมื่ออัตราการไหลรวมเกินขีดความสามารถที่ออกแบบไว้ของเอ็กซ์แพนเดอร์
วาล์วปิดฉุกเฉิน (ESD) วาล์ว ESD ใช้เพื่อปิดกั้นการไหลของแก๊สเข้าไปในเครื่องขยายในกรณีฉุกเฉิน เพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายทางกล
เครื่องมือและการควบคุม ตัวแปรสำคัญที่ต้องตรวจสอบ ได้แก่ แรงดันทางเข้าและทางออก อัตราการไหล ความเร็วในการหมุน และกำลังไฟฟ้าขาออก
การขับรถด้วยความเร็วเกินกำหนด อุปกรณ์จะตัดกระแสน้ำที่ไหลไปยังกังหัน ทำให้โรเตอร์กังหันทำงานช้าลง จึงป้องกันอุปกรณ์ไม่ให้ทำงานด้วยความเร็วเกินกำหนดอันเนื่องมาจากสภาวะของกระบวนการที่ไม่คาดคิด ซึ่งอาจทำให้อุปกรณ์เสียหายได้
วาล์วระบายแรงดัน (PSV) มักติดตั้ง PSV หลังเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์เพื่อป้องกันท่อและอุปกรณ์แรงดันต่ำ PSV ต้องได้รับการออกแบบให้ทนทานต่อเหตุการณ์ร้ายแรงที่สุด ซึ่งโดยทั่วไปรวมถึงความล้มเหลวในการเปิดวาล์วบายพาส หากมีการเพิ่มตัวขยายลงในสถานีลดแรงดันที่มีอยู่ ทีมออกแบบกระบวนการจะต้องพิจารณาว่า PSV ที่มีอยู่ให้การป้องกันที่เพียงพอหรือไม่
เครื่องทำความร้อน เครื่องทำความร้อนจะชดเชยอุณหภูมิที่ลดลงอันเนื่องมาจากก๊าซที่ไหลผ่านกังหัน ดังนั้นจึงต้องอุ่นก๊าซไว้ก่อน หน้าที่หลักของเครื่องทำความร้อนคือเพิ่มอุณหภูมิของก๊าซที่ไหลขึ้นเพื่อรักษาอุณหภูมิของก๊าซที่ออกจากตัวขยายให้สูงกว่าค่าต่ำสุด ประโยชน์อีกประการหนึ่งของการเพิ่มอุณหภูมิคือเพิ่มกำลังไฟฟ้าออก ตลอดจนป้องกันการกัดกร่อน การควบแน่น หรือไฮเดรตที่อาจส่งผลเสียต่อหัวฉีดอุปกรณ์ ในระบบที่มีตัวแลกเปลี่ยนความร้อน (ดังที่แสดงในรูปที่ 3) อุณหภูมิของก๊าซมักจะถูกควบคุมโดยการควบคุมการไหลของของเหลวที่ได้รับความร้อนเข้าไปในตัวอุ่นล่วงหน้า ในการออกแบบบางแบบ สามารถใช้เครื่องทำความร้อนแบบเปลวไฟหรือเครื่องทำความร้อนไฟฟ้าแทนเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนได้ เครื่องทำความร้อนอาจมีอยู่ในสถานีวาล์ว JT ที่มีอยู่แล้ว และการเพิ่มตัวขยายอาจไม่จำเป็นต้องติดตั้งเครื่องทำความร้อนเพิ่มเติม แต่จะเพิ่มการไหลของของเหลวที่ได้รับความร้อนแทน
ระบบน้ำมันหล่อลื่นและก๊าซซีล ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น ตัวขยายสามารถใช้การออกแบบซีลที่แตกต่างกัน ซึ่งอาจต้องใช้สารหล่อลื่นและก๊าซซีล ในกรณีที่ใช้ได้ น้ำมันหล่อลื่นจะต้องคงคุณภาพและความบริสุทธิ์สูงเมื่อสัมผัสกับก๊าซกระบวนการ และระดับความหนืดของน้ำมันจะต้องอยู่ภายในช่วงการทำงานที่จำเป็นของตลับลูกปืนหล่อลื่น โดยทั่วไป ระบบก๊าซซีลจะติดตั้งอุปกรณ์หล่อลื่นน้ำมันเพื่อป้องกันไม่ให้น้ำมันจากกล่องตลับลูกปืนเข้าไปในกล่องขยาย สำหรับการใช้งานพิเศษของคอมแพนเดอร์ที่ใช้ในอุตสาหกรรมไฮโดรคาร์บอน โดยทั่วไป ระบบน้ำมันหล่อลื่นและก๊าซซีลจะได้รับการออกแบบตามข้อกำหนด API 617 [5] ส่วนที่ 4
ไดรฟ์ความถี่แปรผัน (VFD) เมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเป็นแบบเหนี่ยวนำ โดยทั่วไป VFD จะเปิดขึ้นเพื่อปรับสัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ให้ตรงกับความถี่ของระบบไฟฟ้า โดยทั่วไปแล้ว การออกแบบที่ใช้ไดรฟ์ความถี่แปรผันจะมีประสิทธิภาพโดยรวมสูงกว่าการออกแบบที่ใช้กล่องเกียร์หรือส่วนประกอบทางกลอื่นๆ ระบบที่ใช้ VFD ยังสามารถรองรับการเปลี่ยนแปลงกระบวนการได้หลากหลายขึ้น ซึ่งอาจส่งผลให้ความเร็วเพลาขยายเปลี่ยนแปลงไป
ระบบส่งกำลัง แบบขยายบางแบบใช้กล่องเกียร์เพื่อลดความเร็วของตัวขยายให้เท่ากับความเร็วที่กำหนดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ต้นทุนของการใช้กล่องเกียร์คือประสิทธิภาพโดยรวมที่ลดลง และส่งผลให้กำลังไฟฟ้าที่ส่งออกลดลงด้วย
ในการเตรียมคำขอใบเสนอราคา (RFQ) สำหรับเครื่องขยาย วิศวกรกระบวนการจะต้องกำหนดเงื่อนไขการทำงานก่อน รวมถึงข้อมูลต่อไปนี้:
วิศวกรเครื่องกลมักจะใช้ข้อมูลจากสาขาวิศวกรรมอื่นๆ เพื่อกรอกรายละเอียดและข้อมูลจำเพาะของเครื่องขยายสัญญาณ ข้อมูลอินพุตเหล่านี้อาจรวมถึงข้อมูลต่อไปนี้:
ข้อมูลจำเพาะยังต้องมีรายการเอกสารและภาพวาดที่ผู้ผลิตจัดเตรียมให้เป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการประมูลและขอบเขตของการจัดหา ตลอดจนขั้นตอนการทดสอบที่เกี่ยวข้องตามที่โครงการกำหนด
ข้อมูลทางเทคนิคที่ผู้ผลิตให้มาเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการประมูลโดยทั่วไปควรมีองค์ประกอบต่อไปนี้:
หากข้อเสนอมีข้อใดข้อหนึ่งแตกต่างจากข้อกำหนดเดิม ผู้ผลิตจะต้องจัดทำรายการข้อเบี่ยงเบนและเหตุผลสำหรับการเบี่ยงเบนนั้นด้วย
เมื่อได้รับข้อเสนอแล้ว ทีมพัฒนาโครงการจะต้องตรวจสอบคำร้องขอการปฏิบัติตามและพิจารณาว่าความแตกต่างนั้นมีเหตุผลทางเทคนิคหรือไม่
ข้อควรพิจารณาทางเทคนิคอื่น ๆ ที่ต้องพิจารณาเมื่อประเมินข้อเสนอ ได้แก่:
สุดท้ายนี้ จำเป็นต้องดำเนินการวิเคราะห์ทางเศรษฐกิจ เนื่องจากตัวเลือกที่แตกต่างกันอาจส่งผลให้เกิดต้นทุนเริ่มต้นที่แตกต่างกัน จึงขอแนะนำให้ดำเนินการวิเคราะห์กระแสเงินสดหรือต้นทุนตลอดอายุการใช้งานเพื่อเปรียบเทียบเศรษฐศาสตร์ในระยะยาวและผลตอบแทนจากการลงทุนของโครงการ ตัวอย่างเช่น การลงทุนเริ่มต้นที่สูงขึ้นอาจได้รับการชดเชยในระยะยาวด้วยผลผลิตที่เพิ่มขึ้นหรือความต้องการในการบำรุงรักษาที่ลดลง ดู "เอกสารอ้างอิง" สำหรับคำแนะนำเกี่ยวกับการวิเคราะห์ประเภทนี้ 4.
การใช้งานเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ทั้งหมดจำเป็นต้องมีการคำนวณกำลังไฟฟ้ารวมเบื้องต้นเพื่อกำหนดปริมาณพลังงานทั้งหมดที่มีอยู่ซึ่งสามารถกู้คืนได้ในการใช้งานเฉพาะ สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ ศักยภาพพลังงานจะคำนวณโดยใช้กระบวนการไอเซนโทรปิก (เอนโทรปีคงที่) นี่คือสถานการณ์ทางอุณหพลศาสตร์ในอุดมคติสำหรับการพิจารณาขั้นตอนอะเดียแบติกแบบกลับคืนได้โดยไม่มีแรงเสียดทาน แต่เป็นกระบวนการที่ถูกต้องสำหรับการประมาณศักยภาพพลังงานที่แท้จริง
พลังงานศักย์ไอเซนโทรปิก (IPP) คำนวณได้โดยการคูณความแตกต่างของเอนทัลปีจำเพาะที่ทางเข้าและทางออกของเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ และคูณผลลัพธ์ด้วยอัตราการไหลของมวล พลังงานศักย์นี้จะแสดงเป็นปริมาณไอเซนโทรปิก (สมการ (1)):
IPP = ( แผ่นหิน – h(i,e)) × ṁ x ŋ (1)
โดยที่ h(i,e) คือเอนทัลปีจำเพาะโดยคำนึงถึงอุณหภูมิทางออกไอเซนโทรปิกและ ṁ คืออัตราการไหลของมวล
แม้ว่าพลังงานศักย์ไอเซนโทรปิกสามารถนำมาใช้เพื่อประมาณพลังงานศักย์ได้ แต่ระบบจริงทั้งหมดเกี่ยวข้องกับแรงเสียดทาน ความร้อน และการสูญเสียพลังงานเสริมอื่นๆ ดังนั้น เมื่อคำนวณศักย์กำลังจริง ควรพิจารณาข้อมูลอินพุตเพิ่มเติมต่อไปนี้:
ในการใช้งานเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ส่วนใหญ่ อุณหภูมิจะถูกจำกัดให้น้อยที่สุดเพื่อป้องกันปัญหาที่ไม่พึงประสงค์ เช่น ท่อแข็งตัวดังที่กล่าวไว้ข้างต้น ในกรณีที่มีก๊าซธรรมชาติไหล ไฮเดรตมักจะปรากฏอยู่เกือบตลอดเวลา ซึ่งหมายความว่าท่อที่อยู่ปลายน้ำของเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์หรือวาล์วปีกผีเสื้อจะแข็งตัวทั้งภายในและภายนอกหากอุณหภูมิทางออกลดลงต่ำกว่า 0°C การก่อตัวของน้ำแข็งอาจส่งผลให้การไหลถูกจำกัด และสุดท้ายระบบจะปิดเพื่อละลายน้ำแข็ง ดังนั้น อุณหภูมิทางออก "ที่ต้องการ" จึงใช้เพื่อคำนวณสถานการณ์พลังงานที่มีศักยภาพที่สมจริงยิ่งขึ้น อย่างไรก็ตาม สำหรับก๊าซ เช่น ไฮโดรเจน ขีดจำกัดอุณหภูมิจะต่ำกว่ามาก เนื่องจากไฮโดรเจนจะไม่เปลี่ยนจากก๊าซเป็นของเหลวจนกว่าจะถึงอุณหภูมิเยือกแข็ง (-253°C) ใช้ค่าอุณหภูมิทางออกที่ต้องการนี้เพื่อคำนวณเอนทัลปีที่เฉพาะเจาะจง
นอกจากนี้ ยังต้องพิจารณาถึงประสิทธิภาพของระบบเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ด้วย โดยประสิทธิภาพระบบอาจแตกต่างกันอย่างมาก ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีที่ใช้ ตัวอย่างเช่น เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ที่ใช้เกียร์ลดรอบในการถ่ายโอนพลังงานหมุนจากกังหันไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้า จะสูญเสียแรงเสียดทานมากกว่าระบบที่ใช้ระบบขับเคลื่อนตรงจากกังหันไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ประสิทธิภาพโดยรวมของระบบเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์จะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ และนำมาพิจารณาเมื่อประเมินศักยภาพพลังงานที่แท้จริงของเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ ศักยภาพพลังงานที่แท้จริง (PP) คำนวณได้ดังนี้:
PP = (หินหิน – เฮกซิท) × ṁ x ṅ (2)
มาดูการประยุกต์ใช้การลดความดันของก๊าซธรรมชาติกัน ABC ดำเนินการและบำรุงรักษาสถานีลดความดันที่ขนส่งก๊าซธรรมชาติจากท่อส่งหลักและกระจายไปยังเทศบาลในพื้นที่ ที่สถานีนี้ ความดันก๊าซขาเข้าคือ 40 บาร์และความดันทางออกคือ 8 บาร์ อุณหภูมิก๊าซขาเข้าที่อุ่นไว้ล่วงหน้าคือ 35°C ซึ่งอุ่นก๊าซไว้ล่วงหน้าเพื่อป้องกันไม่ให้ท่อแข็งตัว ดังนั้น จึงต้องควบคุมอุณหภูมิก๊าซทางออกไม่ให้ต่ำกว่า 0°C ในตัวอย่างนี้ เราจะใช้ 5°C เป็นอุณหภูมิทางออกขั้นต่ำเพื่อเพิ่มปัจจัยด้านความปลอดภัย อัตราการไหลของก๊าซตามปริมาตรที่ปรับมาตรฐานคือ 50,000 Nm3/ชม. ในการคำนวณศักย์ไฟฟ้า เราจะถือว่าก๊าซทั้งหมดไหลผ่านเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์และคำนวณกำลังไฟฟ้าออกสูงสุด ประเมินศักย์ไฟฟ้าออกทั้งหมดโดยใช้การคำนวณต่อไปนี้: