บริษัท หางโจว นูจั่ว เทคโนโลยี กรุ๊ป จำกัด

เครื่องขยายสามารถใช้การลดแรงดันเพื่อขับเคลื่อนเครื่องจักรที่กำลังหมุนได้ สามารถดูข้อมูลเกี่ยวกับวิธีประเมินประโยชน์ที่อาจเกิดขึ้นจากการติดตั้งเครื่องขยายได้ที่นี่
โดยทั่วไปในอุตสาหกรรมกระบวนการทางเคมี (CPI) “พลังงานจำนวนมากจะสูญเสียไปในวาล์วควบคุมความดัน ซึ่งจำเป็นต้องลดความดันของไหลที่มีแรงดันสูง” [1] การแปลงพลังงานนี้เป็นพลังงานกลแบบหมุนอาจเป็นประโยชน์ ขึ้นอยู่กับปัจจัยทางเทคนิคและเศรษฐกิจต่างๆ ซึ่งสามารถนำไปใช้ขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือเครื่องจักรหมุนอื่นๆ ได้ สำหรับของไหลที่ไม่สามารถบีบอัดได้ (ของเหลว) สามารถทำได้โดยใช้กังหันกู้คืนพลังงานไฮดรอลิก (HPRT; ดูเอกสารอ้างอิง 1) สำหรับของเหลวที่สามารถบีบอัดได้ (ก๊าซ) เครื่องขยายเป็นเครื่องจักรที่เหมาะสม
Expander เป็นเทคโนโลยีที่พัฒนาแล้วและมีการประยุกต์ใช้งานที่ประสบความสำเร็จมากมาย เช่น การแตกตัวเร่งปฏิกิริยาของไหล (FCC), ระบบทำความเย็น, วาล์วในเมืองก๊าซธรรมชาติ, การแยกอากาศ หรือการปล่อยไอเสีย โดยหลักการแล้ว กระแสก๊าซใดๆ ที่มีความดันลดลงสามารถนำมาใช้ขับเคลื่อน Expander ได้ แต่ “พลังงานที่ส่งออกจะแปรผันตรงกับอัตราส่วนความดัน อุณหภูมิ และอัตราการไหลของกระแสก๊าซ” [2] รวมถึงความเป็นไปได้ทางเทคนิคและเศรษฐกิจ การนำ Expander ไปใช้งาน: กระบวนการนี้ขึ้นอยู่กับปัจจัยเหล่านี้และปัจจัยอื่นๆ เช่น ราคาพลังงานในท้องถิ่น และความพร้อมใช้งานของอุปกรณ์ที่เหมาะสมของผู้ผลิต
แม้ว่าเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ (ซึ่งทำงานคล้ายกับกังหัน) จะเป็นเอ็กซ์แพนเดอร์ประเภทที่รู้จักกันดีที่สุด (รูปที่ 1) แต่ก็ยังมีเอ็กซ์แพนเดอร์ประเภทอื่นๆ ที่เหมาะกับสภาพกระบวนการที่แตกต่างกัน บทความนี้จะแนะนำประเภทหลักของเอ็กซ์แพนเดอร์และส่วนประกอบต่างๆ และสรุปวิธีที่ผู้จัดการฝ่ายปฏิบัติการ ที่ปรึกษา หรือผู้ตรวจสอบพลังงานในหน่วยงานต่างๆ ของ CPI สามารถประเมินประโยชน์ทางเศรษฐกิจและสิ่งแวดล้อมที่อาจเกิดขึ้นจากการติดตั้งเอ็กซ์แพนเดอร์
มีแถบต้านทานหลายประเภทที่แตกต่างกันอย่างมากทั้งในด้านรูปทรงและการใช้งาน ประเภทหลักๆ แสดงไว้ในรูปที่ 2 และแต่ละประเภทจะอธิบายโดยย่อด้านล่าง สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม รวมถึงกราฟเปรียบเทียบสถานะการทำงานของแต่ละประเภทตามเส้นผ่านศูนย์กลางและความเร็วเฉพาะ โปรดดูที่ส่วนช่วยเหลือ 3
เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์แบบลูกสูบ เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์แบบลูกสูบและแบบลูกสูบหมุนทำงานคล้ายเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบหมุนย้อนกลับ โดยดูดซับก๊าซแรงดันสูงและแปลงพลังงานที่สะสมไว้เป็นพลังงานหมุนผ่านเพลาข้อเหวี่ยง
ลากตัวขยายเทอร์โบ ตัวขยายเทอร์ไบน์เบรกประกอบด้วยห้องไหลแบบคอนเซนตริกพร้อมครีบถังที่ติดอยู่กับขอบของชิ้นส่วนหมุน ครีบเหล่านี้ได้รับการออกแบบในลักษณะเดียวกับกังหันน้ำ แต่หน้าตัดของห้องคอนเซนตริกจะเพิ่มขึ้นจากทางเข้าไปยังทางออก ทำให้ก๊าซสามารถขยายตัวได้
เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์แบบเรเดียล เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์แบบไหลตามแนวรัศมีมีช่องทางเข้าตามแนวแกนและช่องทางออกตามแนวรัศมี ช่วยให้ก๊าซขยายตัวตามแนวรัศมีผ่านใบพัดกังหัน เช่นเดียวกัน กังหันแบบไหลตามแนวแกนจะขยายตัวของก๊าซผ่านใบพัดกังหัน แต่ทิศทางการไหลยังคงขนานกับแกนหมุน
บทความนี้มุ่งเน้นไปที่เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์แบบรัศมีและแนวแกน โดยจะพูดถึงประเภทย่อย ส่วนประกอบ และเศรษฐศาสตร์ต่างๆ ของเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์แต่ละประเภท
เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์จะดึงพลังงานจากกระแสก๊าซแรงดันสูงและแปลงเป็นโหลดขับเคลื่อน โดยทั่วไปโหลดจะเป็นคอมเพรสเซอร์หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับเพลา เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ที่มีคอมเพรสเซอร์จะบีบอัดของเหลวในส่วนอื่นๆ ของกระแสกระบวนการที่ต้องการของเหลวอัด ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของโรงงานโดยการใช้พลังงานที่สูญเสียไป เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ที่มีโหลดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะแปลงพลังงานเป็นไฟฟ้า ซึ่งสามารถนำไปใช้ในกระบวนการอื่นๆ ของโรงงานหรือส่งกลับไปยังระบบจำหน่ายไฟฟ้าท้องถิ่นได้
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์สามารถติดตั้งเพลาขับตรงจากใบพัดกังหันไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้า หรือติดตั้งผ่านชุดเกียร์ที่ช่วยลดความเร็วอินพุตจากใบพัดกังหันไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพผ่านอัตราทดเกียร์ เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์แบบขับเคลื่อนตรงมีข้อได้เปรียบในด้านประสิทธิภาพ พื้นที่ติดตั้ง และต้นทุนการบำรุงรักษา เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์แบบเกียร์บ็อกซ์มีน้ำหนักมากกว่าและต้องใช้พื้นที่ติดตั้งที่ใหญ่กว่า อุปกรณ์เสริมสำหรับการหล่อลื่น และการบำรุงรักษาเป็นประจำ
เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์แบบไหลผ่านสามารถผลิตได้ในรูปแบบกังหันแบบรัศมีหรือแบบแกน ตัวขยายแบบไหลผ่านแบบรัศมีประกอบด้วยทางเข้าตามแนวแกนและทางออกตามแนวแกน ซึ่งก๊าซจะไหลออกจากกังหันในแนวรัศมีจากแกนหมุน กังหันแบบแกนช่วยให้ก๊าซไหลตามแนวแกนตามแนวแกน กังหันแบบแกนจะดึงพลังงานจากการไหลของก๊าซผ่านใบพัดนำทางเข้าไปยังวงล้อเอ็กซ์แพนเดอร์ โดยพื้นที่หน้าตัดของห้องขยายจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นเพื่อรักษาความเร็วให้คงที่
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ประกอบด้วยชิ้นส่วนหลักสามส่วน ได้แก่ ใบกังหัน ตลับลูกปืนพิเศษ และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
ล้อกังหันน้ำ ล้อกังหันน้ำมักได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพด้านอากาศพลศาสตร์ ตัวแปรการใช้งานที่มีผลต่อการออกแบบล้อกังหันน้ำ ได้แก่ แรงดันทางเข้า/ทางออก อุณหภูมิทางเข้า/ทางออก อัตราการไหล และคุณสมบัติของของไหล เมื่ออัตราส่วนการอัดสูงเกินกว่าจะลดลงในขั้นตอนเดียว จำเป็นต้องใช้เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ที่มีล้อกังหันน้ำหลายล้อ ทั้งล้อกังหันแบบรัศมีและแบบแกนสามารถออกแบบให้เป็นแบบหลายขั้นตอนได้ แต่ล้อกังหันแบบแกนจะมีความยาวแกนสั้นกว่ามาก จึงทำให้มีขนาดกะทัดรัดกว่า กังหันแบบไหลในแนวรัศมีหลายขั้นตอนต้องใช้ก๊าซในการไหลจากแนวแกนหนึ่งไปยังอีกแนวแกนหนึ่ง และไหลกลับมายังแนวแกนอีกครั้ง ทำให้เกิดการสูญเสียแรงเสียดทานสูงกว่ากังหันแบบไหลในแนวแกน
ตลับลูกปืน การออกแบบตลับลูกปืนมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำงานอย่างมีประสิทธิภาพของเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ ประเภทของตลับลูกปืนที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์มีความหลากหลาย และอาจรวมถึงตลับลูกปืนน้ำมัน ตลับลูกปืนฟิล์มเหลว ตลับลูกปืนแบบลูกบอลแบบดั้งเดิม และตลับลูกปืนแม่เหล็ก แต่ละวิธีมีข้อดีและข้อเสียแตกต่างกันไป ดังแสดงในตารางที่ 1
ผู้ผลิตเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์หลายรายเลือกใช้ตลับลูกปืนแม่เหล็กเป็น "ตลับลูกปืนที่เลือกใช้" เนื่องจากมีข้อได้เปรียบเฉพาะตัว ตลับลูกปืนแม่เหล็กช่วยให้ส่วนประกอบแบบไดนามิกของเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ทำงานได้อย่างราบรื่นไร้แรงเสียดทาน ช่วยลดต้นทุนการดำเนินงานและการบำรุงรักษาได้อย่างมากตลอดอายุการใช้งาน นอกจากนี้ยังได้รับการออกแบบให้ทนทานต่อแรงกดในแนวแกนและแนวรัศมี รวมถึงสภาวะความเค้นเกินได้หลากหลาย ต้นทุนเริ่มต้นที่สูงขึ้นถูกชดเชยด้วยต้นทุนตลอดอายุการใช้งานที่ต่ำกว่ามาก
ไดนาโม เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะนำพลังงานหมุนของกังหันไปแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าที่มีประโยชน์โดยใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแม่เหล็กไฟฟ้า (ซึ่งอาจเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำหรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแม่เหล็กถาวร) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำมีความเร็วรอบต่ำกว่า ดังนั้นการใช้งานกังหันความเร็วสูงจึงจำเป็นต้องใช้ชุดเกียร์ แต่สามารถออกแบบให้ตรงกับความถี่ของกริดได้ จึงไม่จำเป็นต้องใช้ไดรฟ์ความถี่แปรผัน (VFD) เพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้ ในทางกลับกัน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแม่เหล็กถาวรสามารถเชื่อมต่อเพลาเข้ากับกังหันโดยตรงและส่งกำลังไฟฟ้าไปยังกริดผ่านไดรฟ์ความถี่แปรผัน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้รับการออกแบบให้ส่งกำลังไฟฟ้าสูงสุดตามกำลังไฟฟ้าของเพลาที่มีอยู่ในระบบ
ซีล ซีลยังเป็นส่วนประกอบสำคัญในการออกแบบระบบเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ เพื่อรักษาประสิทธิภาพสูงและเป็นไปตามมาตรฐานสิ่งแวดล้อม ระบบต่างๆ จำเป็นต้องได้รับการซีลเพื่อป้องกันการรั่วไหลของก๊าซในกระบวนการที่อาจเกิดขึ้น เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์สามารถติดตั้งได้ทั้งแบบไดนามิคและแบบสแตติก ซีลแบบไดนามิก เช่น ซีลลาบิรินธ์และซีลก๊าซแห้ง ทำหน้าที่ซีลรอบเพลาหมุน ซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่างใบพัดกังหัน ตลับลูกปืน และส่วนอื่นๆ ของเครื่องจักรซึ่งเป็นที่ตั้งของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซีลแบบไดนามิกจะเสื่อมสภาพไปตามกาลเวลาและจำเป็นต้องได้รับการบำรุงรักษาและตรวจสอบเป็นประจำเพื่อให้แน่ใจว่าทำงานได้อย่างถูกต้อง เมื่อส่วนประกอบทั้งหมดของเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์อยู่ในตัวเรือนเดียวกัน สามารถใช้ซีลสแตติกเพื่อป้องกันสายนำใดๆ ที่ออกจากตัวเรือน รวมถึงไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ไดรฟ์ตลับลูกปืนแม่เหล็ก หรือเซ็นเซอร์ ซีลแบบสุญญากาศเหล่านี้ช่วยป้องกันการรั่วไหลของก๊าซได้อย่างถาวรและไม่จำเป็นต้องบำรุงรักษาหรือซ่อมแซม
จากมุมมองของกระบวนการ ข้อกำหนดหลักในการติดตั้งเครื่องขยายคือการจ่ายก๊าซอัดแรงดันสูง (ไม่ควบแน่น) ไปยังระบบแรงดันต่ำ โดยมีอัตราการไหล ความดันตก และอัตราการใช้ประโยชน์ที่เพียงพอเพื่อรักษาการทำงานปกติของอุปกรณ์ พารามิเตอร์การทำงานต้องได้รับการบำรุงรักษาให้อยู่ในระดับที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ
ในแง่ของฟังก์ชันการลดความดัน ตัวขยายสามารถใช้แทนวาล์วจูล-ทอมสัน (JT) หรือที่รู้จักกันในชื่อวาล์วปีกผีเสื้อได้ เนื่องจากวาล์ว JT เคลื่อนที่ไปตามเส้นทางไอเซนโทรปิก และตัวขยายเคลื่อนที่ไปตามเส้นทางเกือบไอเซนโทรปิก ตัวขยายจะลดเอนทัลปีของก๊าซและแปลงความแตกต่างของเอนทัลปีเป็นกำลังเพลา ส่งผลให้อุณหภูมิทางออกต่ำกว่าวาล์ว JT วิธีนี้มีประโยชน์ในกระบวนการไครโอเจนิกที่มีเป้าหมายเพื่อลดอุณหภูมิของก๊าซ
หากมีขีดจำกัดอุณหภูมิก๊าซทางออกที่ต่ำกว่า (เช่น ในสถานีลดความดันที่ต้องรักษาอุณหภูมิก๊าซให้สูงกว่าจุดเยือกแข็ง ภาวะไฮเดรชั่น หรืออุณหภูมิวัสดุขั้นต่ำตามการออกแบบ) จะต้องเพิ่มเครื่องทำความร้อนอย่างน้อยหนึ่งเครื่องเพื่อควบคุมอุณหภูมิก๊าซ เมื่อเครื่องอุ่นล่วงหน้าตั้งอยู่เหนือตัวขยาย พลังงานบางส่วนจากก๊าซป้อนจะถูกนำกลับมาใช้ในตัวขยายด้วย ซึ่งจะช่วยเพิ่มกำลังขับ ในบางรูปแบบที่จำเป็นต้องควบคุมอุณหภูมิทางออก สามารถติดตั้งเครื่องอุ่นซ้ำตัวที่สองต่อจากตัวขยายเพื่อให้ควบคุมได้เร็วขึ้น
รูปที่ 3 แสดงแผนภาพแบบง่ายของแผนภาพการไหลทั่วไปของเครื่องกำเนิดขยายด้วยเครื่องอุ่นล่วงหน้าที่ใช้แทนวาล์ว JT
ในกระบวนการแบบอื่น พลังงานที่กู้คืนจากเครื่องขยายสามารถถ่ายโอนไปยังคอมเพรสเซอร์ได้โดยตรง เครื่องจักรเหล่านี้ บางครั้งเรียกว่า "คอมมานเดอร์" มักจะมีขั้นตอนการขยายและการบีบอัดเชื่อมต่อกันด้วยเพลาหนึ่งเพลาหรือมากกว่า ซึ่งอาจมีชุดเกียร์เพื่อควบคุมความแตกต่างของความเร็วระหว่างสองขั้นตอน นอกจากนี้ยังอาจมีมอเตอร์เพิ่มเติมเพื่อจ่ายกำลังให้กับขั้นตอนการบีบอัดมากขึ้น
ด้านล่างนี้เป็นส่วนประกอบบางส่วนที่สำคัญที่สุดที่ช่วยให้มั่นใจถึงการทำงานที่เหมาะสมและความเสถียรของระบบ
วาล์วบายพาสหรือวาล์วลดแรงดัน วาล์วบายพาสช่วยให้สามารถทำงานต่อไปได้แม้เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ไม่ทำงาน (เช่น เพื่อการบำรุงรักษาหรือกรณีฉุกเฉิน) ในขณะที่วาล์วลดแรงดันใช้สำหรับการทำงานอย่างต่อเนื่องเพื่อจ่ายก๊าซส่วนเกินเมื่ออัตราการไหลรวมเกินขีดความสามารถที่ออกแบบไว้ของเอ็กซ์แพนเดอร์
วาล์วปิดฉุกเฉิน (ESD) วาล์ว ESD ใช้เพื่อปิดกั้นการไหลของก๊าซเข้าไปในเครื่องขยายในกรณีฉุกเฉิน เพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายทางกล
เครื่องมือและระบบควบคุม ตัวแปรสำคัญที่ต้องตรวจสอบ ได้แก่ แรงดันทางเข้าและทางออก อัตราการไหล ความเร็วรอบ และกำลังไฟฟ้าขาออก
การขับขี่ด้วยความเร็วสูงเกินไป อุปกรณ์จะตัดการไหลของน้ำไปยังกังหัน ทำให้โรเตอร์กังหันทำงานช้าลง ช่วยป้องกันอุปกรณ์จากความเร็วที่มากเกินไปอันเนื่องมาจากสภาวะการทำงานที่ไม่คาดคิด ซึ่งอาจทำให้อุปกรณ์เสียหายได้
วาล์วนิรภัยแรงดัน (PSV) มักติดตั้ง PSV หลังเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์เพื่อป้องกันท่อและอุปกรณ์แรงดันต่ำ PSV ต้องได้รับการออกแบบให้ทนทานต่อสถานการณ์ฉุกเฉินที่รุนแรงที่สุด ซึ่งโดยทั่วไปรวมถึงความล้มเหลวของวาล์วบายพาสที่ไม่สามารถเปิดได้ หากมีการติดตั้งวาล์วขยายแรงดันในสถานีลดแรงดันที่มีอยู่ ทีมออกแบบกระบวนการจะต้องพิจารณาว่า PSV ที่มีอยู่ให้การป้องกันที่เพียงพอหรือไม่
เครื่องทำความร้อน เครื่องทำความร้อนทำหน้าที่ชดเชยอุณหภูมิที่ลดลงอันเนื่องมาจากก๊าซที่ไหลผ่านกังหัน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องอุ่นก๊าซก่อน หน้าที่หลักของเครื่องทำความร้อนคือการเพิ่มอุณหภูมิของอัตราการไหลของก๊าซที่เพิ่มขึ้น เพื่อรักษาอุณหภูมิของก๊าซให้สูงกว่าค่าต่ำสุด ประโยชน์อีกประการหนึ่งของการเพิ่มอุณหภูมิคือการเพิ่มกำลังขับ รวมถึงป้องกันการกัดกร่อน การควบแน่น หรือไฮเดรตที่อาจส่งผลเสียต่อหัวฉีดของอุปกรณ์ ในระบบที่มีเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (ดังแสดงในรูปที่ 3) อุณหภูมิของก๊าซมักจะถูกควบคุมโดยการควบคุมการไหลของของเหลวที่ได้รับความร้อนเข้าสู่เครื่องอุ่นล่วงหน้า ในบางรูปแบบ สามารถใช้เครื่องทำความร้อนแบบเปลวไฟหรือเครื่องทำความร้อนไฟฟ้าแทนเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนได้ เครื่องทำความร้อนอาจมีอยู่ในสถานีวาล์ว JT อยู่แล้ว และการเพิ่มเครื่องขยายอาจไม่จำเป็นต้องติดตั้งเครื่องทำความร้อนเพิ่มเติม แต่จะเพิ่มการไหลของของเหลวที่ได้รับความร้อนแทน
ระบบหล่อลื่นน้ำมันและซีลแก๊ส ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว ตัวขยายสามารถใช้การออกแบบซีลที่แตกต่างกัน ซึ่งอาจต้องใช้สารหล่อลื่นและแก๊สซีล ในกรณีที่เหมาะสม น้ำมันหล่อลื่นต้องคงคุณภาพและความบริสุทธิ์สูงเมื่อสัมผัสกับแก๊สในกระบวนการ และระดับความหนืดของน้ำมันต้องอยู่ในช่วงการทำงานที่กำหนดของตลับลูกปืนที่หล่อลื่น ระบบแก๊สซีลมักติดตั้งอุปกรณ์หล่อลื่นน้ำมันเพื่อป้องกันไม่ให้น้ำมันจากกล่องตลับลูกปืนเข้าไปในกล่องขยาย สำหรับการใช้งานพิเศษของคอมแพนเดอร์ที่ใช้ในอุตสาหกรรมไฮโดรคาร์บอน ระบบหล่อลื่นน้ำมันและแก๊สซีลมักได้รับการออกแบบตามข้อกำหนด API 617 [5] ส่วนที่ 4
ไดรฟ์ความถี่แปรผัน (VFD) เมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเป็นแบบเหนี่ยวนำ โดยทั่วไปแล้ว VFD จะถูกเปิดเพื่อปรับสัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ให้ตรงกับความถี่ไฟฟ้าที่ใช้ โดยทั่วไปแล้ว การออกแบบที่ใช้ไดรฟ์ความถี่แปรผันจะมีประสิทธิภาพโดยรวมสูงกว่าการออกแบบที่ใช้กล่องเกียร์หรือส่วนประกอบทางกลอื่นๆ นอกจากนี้ ระบบที่ใช้ VFD ยังสามารถรองรับการเปลี่ยนแปลงกระบวนการได้หลากหลายขึ้น ซึ่งอาจส่งผลให้ความเร็วเพลาแผ่ขยายเปลี่ยนแปลงไป
ระบบส่งกำลัง การออกแบบเครื่องขยายสัญญาณบางรุ่นใช้กล่องเกียร์เพื่อลดความเร็วของเครื่องขยายสัญญาณให้เท่ากับความเร็วที่กำหนดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ต้นทุนของการใช้กล่องเกียร์คือประสิทธิภาพโดยรวมที่ต่ำกว่า ส่งผลให้กำลังไฟฟ้าที่ส่งออกลดลง
เมื่อเตรียมคำขอใบเสนอราคา (RFQ) สำหรับเครื่องขยาย วิศวกรกระบวนการจะต้องกำหนดเงื่อนไขการทำงานก่อน รวมถึงข้อมูลต่อไปนี้:
วิศวกรเครื่องกลมักจะกรอกรายละเอียดและข้อมูลจำเพาะของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบขยายโดยใช้ข้อมูลจากสาขาวิศวกรรมอื่น ๆ ข้อมูลนำเข้าเหล่านี้อาจรวมถึงข้อมูลต่อไปนี้:
ข้อกำหนดยังต้องรวมถึงรายการเอกสารและภาพวาดที่ผู้ผลิตจัดทำเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการประมูลและขอบเขตของการจัดหา ตลอดจนขั้นตอนการทดสอบที่เกี่ยวข้องตามที่โครงการกำหนด
ข้อมูลทางเทคนิคที่ผู้ผลิตให้มาเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการประมูลโดยทั่วไปควรประกอบด้วยองค์ประกอบต่อไปนี้:
หากข้อเสนอมีประเด็นใดที่แตกต่างไปจากข้อกำหนดเดิม ผู้ผลิตจะต้องจัดทำรายการข้อเบี่ยงเบนและเหตุผลของการเบี่ยงเบนนั้นด้วย
เมื่อได้รับข้อเสนอแล้ว ทีมพัฒนาโครงการจะต้องตรวจสอบคำขอให้ปฏิบัติตามและพิจารณาว่าความแตกต่างนั้นมีเหตุผลทางเทคนิคหรือไม่
ข้อควรพิจารณาทางเทคนิคอื่นๆ ที่ต้องพิจารณาเมื่อประเมินข้อเสนอ ได้แก่:
สุดท้ายนี้ จำเป็นต้องมีการวิเคราะห์ทางเศรษฐกิจ เนื่องจากทางเลือกที่แตกต่างกันอาจส่งผลให้เกิดต้นทุนเริ่มต้นที่แตกต่างกัน จึงขอแนะนำให้ทำการวิเคราะห์กระแสเงินสดหรือต้นทุนตลอดวงจรชีวิต เพื่อเปรียบเทียบเศรษฐศาสตร์และผลตอบแทนจากการลงทุนในระยะยาวของโครงการ ตัวอย่างเช่น การลงทุนเริ่มต้นที่สูงขึ้นอาจถูกชดเชยในระยะยาวด้วยผลผลิตที่เพิ่มขึ้นหรือความต้องการการบำรุงรักษาที่ลดลง ดู “เอกสารอ้างอิง” สำหรับคำแนะนำเกี่ยวกับการวิเคราะห์ประเภทนี้ 4
การใช้งานเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ทั้งหมดจำเป็นต้องมีการคำนวณกำลังไฟฟ้าศักย์รวมเบื้องต้นเพื่อกำหนดปริมาณพลังงานทั้งหมดที่มีอยู่ซึ่งสามารถกู้คืนได้ในการใช้งานเฉพาะ สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ ศักย์ไฟฟ้าจะถูกคำนวณโดยใช้กระบวนการไอเซนโทรปิก (เอนโทรปีคงที่) นี่เป็นสถานการณ์ทางอุณหพลศาสตร์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการพิจารณากระบวนการอะเดียแบติกแบบกลับได้โดยไม่มีแรงเสียดทาน แต่เป็นกระบวนการที่ถูกต้องสำหรับการประมาณค่าศักย์พลังงานที่แท้จริง
พลังงานศักย์ไอเซนโทรปิก (IPP) คำนวณได้โดยการคูณความแตกต่างของเอนทัลปีจำเพาะที่ทางเข้าและทางออกของเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ และคูณผลลัพธ์ด้วยอัตราการไหลของมวล พลังงานศักย์นี้จะแสดงเป็นปริมาณไอเซนโทรปิก (สมการ (1)):
IPP = ( แผ่นหิน – h(i,e)) × ṁ x ŋ (1)
โดยที่ h(i,e) คือเอนทาลปีจำเพาะโดยคำนึงถึงอุณหภูมิทางออกไอเซนโทรปิก และ ṁ คืออัตราการไหลของมวล
แม้ว่าพลังงานศักย์ไอเซนโทรปิกสามารถนำมาใช้ประเมินพลังงานศักย์ได้ แต่ระบบจริงทั้งหมดเกี่ยวข้องกับแรงเสียดทาน ความร้อน และการสูญเสียพลังงานเสริมอื่นๆ ดังนั้น เมื่อคำนวณศักย์กำลังไฟฟ้าจริง ควรพิจารณาข้อมูลอินพุตเพิ่มเติมต่อไปนี้:
ในการใช้งานเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ส่วนใหญ่ อุณหภูมิจะถูกจำกัดให้น้อยที่สุดเพื่อป้องกันปัญหาที่ไม่พึงประสงค์ เช่น ท่อแข็งตัวดังที่ได้กล่าวไปแล้ว ในกรณีที่มีการไหลของก๊าซธรรมชาติ มักจะมีไฮเดรตอยู่เกือบตลอดเวลา ซึ่งหมายความว่าท่อที่อยู่ปลายน้ำของเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์หรือวาล์วปีกผีเสื้อจะแข็งตัวทั้งภายในและภายนอกหากอุณหภูมิทางออกลดลงต่ำกว่า 0°C การก่อตัวของน้ำแข็งอาจส่งผลให้การไหลถูกจำกัด และท้ายที่สุดระบบจะหยุดทำงานเพื่อละลายน้ำแข็ง ดังนั้น อุณหภูมิทางออกที่ “ต้องการ” จึงถูกนำมาใช้เพื่อคำนวณสถานการณ์พลังงานศักย์ที่สมจริงยิ่งขึ้น อย่างไรก็ตาม สำหรับก๊าซอย่างเช่นไฮโดรเจน ขีดจำกัดอุณหภูมิจะต่ำกว่ามาก เนื่องจากไฮโดรเจนจะไม่เปลี่ยนจากก๊าซเป็นของเหลวจนกว่าจะถึงอุณหภูมิเยือกแข็ง (-253°C) ให้ใช้อุณหภูมิทางออกที่ต้องการนี้เพื่อคำนวณเอนทัลปีจำเพาะ
ต้องพิจารณาประสิทธิภาพของระบบเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ด้วย ประสิทธิภาพของระบบอาจแตกต่างกันอย่างมากขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีที่ใช้ ตัวอย่างเช่น เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ที่ใช้เฟืองทดรอบเพื่อถ่ายโอนพลังงานหมุนจากกังหันไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะสูญเสียแรงเสียดทานมากกว่าระบบที่ใช้ระบบขับเคลื่อนโดยตรงจากกังหันไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ประสิทธิภาพโดยรวมของระบบเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์แสดงเป็นเปอร์เซ็นต์และนำมาพิจารณาในการประเมินศักย์ไฟฟ้าจริงของเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ ศักย์ไฟฟ้าจริง (PP) คำนวณได้ดังนี้
PP = (หินหิน – เฮกซิท) × ṁ x ṅ (2)
ลองมาดูการประยุกต์ใช้การลดความดันก๊าซธรรมชาติกัน ABC ดำเนินการและบำรุงรักษาสถานีลดความดันที่ขนส่งก๊าซธรรมชาติจากท่อส่งหลักและกระจายไปยังเทศบาลท้องถิ่น ที่สถานีนี้ ความดันก๊าซขาเข้าอยู่ที่ 40 บาร์ และความดันก๊าซขาออกอยู่ที่ 8 บาร์ อุณหภูมิก๊าซขาเข้าที่อุ่นไว้ล่วงหน้าอยู่ที่ 35°C ซึ่งอุ่นก๊าซเพื่อป้องกันการแข็งตัวของท่อ ดังนั้นจึงต้องควบคุมอุณหภูมิก๊าซขาออกไม่ให้ต่ำกว่า 0°C ในตัวอย่างนี้ เราจะใช้ 5°C เป็นอุณหภูมิขาออกขั้นต่ำเพื่อเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์ความปลอดภัย อัตราการไหลของก๊าซเชิงปริมาตรที่ปรับมาตรฐานแล้วคือ 50,000 Nm3/h ในการคำนวณศักย์ไฟฟ้า เราจะสมมติว่าก๊าซทั้งหมดไหลผ่านเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ และคำนวณกำลังไฟฟ้าขาออกสูงสุด ประเมินศักย์ไฟฟ้าขาออกทั้งหมดโดยใช้การคำนวณต่อไปนี้: