Ширкати гурӯҳи технологии Ханчжоу Нучжоу.

Муаллиф: Лукас Биҷикли, Менеҷери портфели маҳсулот, Дискҳои фишанги муттаҳидшуда, Таҳқиқот ва рушди CO2 Compression and Heat Pumps, Siemens Energy.
Солҳои зиёд компрессори фишанги муттаҳидшуда (IGC) технологияи интихобшуда барои нерӯгоҳҳои ҷудокунии ҳаво буд. Ин асосан аз сабаби самаранокии баланди онҳост, ки мустақиман ба коҳиши хароҷоти оксиген, нитроген ва гази инертӣ оварда мерасонад. Бо вуҷуди ин, таваҷҷӯҳи афзоянда ба декарбонизатсия талаботи навро ба IPC, бахусус аз ҷиҳати самаранокӣ ва чандирии танзимкунанда, мегузорад. Хароҷоти сармоягузорӣ барои операторони нерӯгоҳ, бахусус дар корхонаҳои хурду миёна, омили муҳим боқӣ мемонад.
Дар тӯли чанд соли охир, ширкати Siemens Energy якчанд лоиҳаҳои тадқиқотӣ ва рушд (R&D)-ро оғоз кардааст, ки ба васеъ кардани имкониятҳои IGC барои қонеъ кардани ниёзҳои тағйирёбандаи бозори ҷудокунии ҳаво нигаронида шудаанд. Дар ин мақола баъзе беҳбудиҳои мушаххаси тарроҳие, ки мо ворид кардаем, нишон дода шудаанд ва муҳокима карда мешавад, ки чӣ гуна ин тағйирот метавонанд ба ноил шудан ба ҳадафҳои муштариёни мо дар коҳиши хароҷот ва карбон кумак кунанд.
Аксари дастгоҳҳои ҷудокунии ҳаво имрӯз бо ду компрессор муҷаҳҳаз мебошанд: компрессори асосии ҳаво (MAC) ва компрессори ҳавои пурқувват (BAC). Компрессори асосии ҳаво одатан тамоми ҷараёни ҳаворо аз фишори атмосфера то тақрибан 6 бар фишурда мекунад. Сипас, як қисми ин ҷараён дар BAC то фишори то 60 бар фишурда мешавад.
Вобаста ба манбаи энергия, компрессор одатан аз ҷониби турбинаи буғӣ ё муҳаррики барқӣ ба кор андохта мешавад. Ҳангоми истифодаи турбинаи буғӣ, ҳарду компрессор аз ҷониби як турбина тавассути нӯги ду меҳвар ба кор андохта мешаванд. Дар схемаи классикӣ, фишанги мобайнӣ байни турбинаи буғӣ ва HAC насб карда шудааст (Расми 1).
Дар системаҳои бо барқ ​​коркунанда ва турбинаи буғӣ коркунанда, самаранокии компрессор фишанги пуриқтидор барои декарбонизатсия мебошад, зеро он мустақиман ба истеъмоли энергияи агрегат таъсир мерасонад. Ин махсусан барои MGP-ҳое, ки бо турбинаҳои буғӣ кор мекунанд, муҳим аст, зеро қисми зиёди гармӣ барои истеҳсоли буғ дар дегҳои бо сӯзишвории истихроҷшаванда ба даст оварда мешавад.
Гарчанде ки муҳаррикҳои барқӣ алтернативаи сабзтарро ба муҳаррикҳои турбинаҳои буғӣ пешниҳод мекунанд, аксар вақт ба чандирии идоракунӣ ниёз бештар аст. Бисёре аз нерӯгоҳҳои муосири ҷудокунии ҳаво, ки имрӯз сохта мешаванд, ба шабака пайвастанд ва сатҳи баланди истифодаи энергияи барқароршаванда доранд. Масалан, дар Австралия нақшаҳо барои сохтани якчанд нерӯгоҳҳои сабзи аммиак мавҷуданд, ки агрегатҳои ҷудокунии ҳаво (ASU)-ро барои истеҳсоли нитроген барои синтези аммиак истифода мебаранд ва интизор меравад, ки аз нерӯгоҳҳои шамол ва офтобии наздик нерӯи барқ ​​​​гиранд. Дар ин нерӯгоҳҳо, чандирии танзимкунанда барои ҷуброни ноустувории табиии истеҳсоли нерӯи барқ ​​​​муҳим аст.
Ширкати Siemens Energy аввалин IGC (қаблан бо номи VK маъруф буд)-ро соли 1948 таҳия кардааст. Имрӯз ширкат дар саросари ҷаҳон зиёда аз 2300 адад истеҳсол мекунад, ки бисёре аз онҳо барои барномаҳое пешбинӣ шудаанд, ки суръати ҷараёни онҳо аз 400,000 м3/соат зиёд аст. MGP-ҳои муосири мо суръати ҷараёни то 1,2 миллион метри мукааб дар як соат дар як бино доранд. Инҳо версияҳои бефишанги компрессорҳои консолӣ бо таносуби фишор то 2,5 ё бештар аз он дар версияҳои якмарҳилаӣ ва таносуби фишор то 6 дар версияҳои силсилавӣ мебошанд.
Дар солҳои охир, барои қонеъ кардани талаботи афзоянда ба самаранокии IGC, чандирии танзимкунанда ва хароҷоти сармоягузорӣ, мо баъзе беҳбудиҳои назарраси тарроҳиро анҷом додем, ки дар зер ҷамъбаст шудаанд.
Самаранокии тағйирёбандаи як қатор импеллерҳое, ки одатан дар марҳилаи аввали MAC истифода мешаванд, бо тағир додани геометрияи теғ зиёд карда мешавад. Бо ин импеллери нав, самаранокии тағйирёбанда то 89% дар якҷоягӣ бо диффузорҳои анъанавии LS ва беш аз 90% дар якҷоягӣ бо насли нави диффузорҳои гибридӣ ба даст оварда мешавад.
Илова бар ин, импеллер рақами Мах аз 1.3 болотар дорад, ки ба марҳилаи аввал зичии қувва ва таносуби фишурдашавии баландтарро таъмин мекунад. Ин инчунин қувваеро, ки фишангҳо бояд дар системаҳои семарҳилавии MAC интиқол диҳанд, коҳиш медиҳад ва имкон медиҳад, ки дар марҳилаҳои аввал фишангҳои диаметри хурдтар ва қуттиҳои фишанги мустақим истифода шаванд.
Дар муқоиса бо диффузори анъанавии пурраи LS, диффузори гибридии насли оянда самаранокии марҳилавии баландшударо 2,5% ва омили назоратро 3% дорад. Ин афзоиш бо роҳи омезиши теғҳо ба даст оварда мешавад (яъне теғҳо ба қисмҳои пурра ва қисман баландӣ тақсим карда мешаванд). Дар ин конфигуратсия
Ҷараёни ҷараёни байни импеллер ва диффузор бо як қисми баландии теғ, ки нисбат ба теғҳои диффузори анъанавии LS ба импеллер наздиктар аст, кам мешавад. Мисли диффузори анъанавии LS, кунҷҳои пеши теғҳои дарозии пурра аз импеллер баробар дуранд, то аз таъсири мутақобилаи импеллер-диффузор, ки метавонад ба теғҳо зарар расонад, пешгирӣ карда шаванд.
Қисман зиёд кардани баландии теғҳо, ки ба импеллер наздиктаранд, инчунин самти ҷараёнро дар наздикии минтақаи пулсатсия беҳтар мекунад. Азбаски канори пеши қисмати пурраи винт диаметри диффузори анъанавии LS боқӣ мемонад, хатти дроссел бетағйир мемонад, ки имкон медиҳад доираи васеътари истифода ва танзим карда шавад.
Тазриқи об ин ворид кардани қатраҳои об ба ҷараёни ҳаво дар найчаи макидан аст. Қатраҳо бухор мешаванд ва гармиро аз ҷараёни гази коркард ҷаббида мегиранд ва бо ин васила ҳарорати вуруд ба марҳилаи фишурдашавӣ коҳиш меёбад. Ин боиси коҳиши талаботи изентропӣ ва афзоиши самаранокӣ беш аз 1% мегардад.
Сахт кардани меҳвари фишанг ба шумо имкон медиҳад, ки фишори иҷозатдодашударо барои як воҳиди масоҳат зиёд кунед, ки ин ба шумо имкон медиҳад паҳнои дандонро кам кунед. Ин талафоти механикиро дар қуттии фишанг то 25% кам мекунад, ки дар натиҷа самаранокии умумии он то 0,5% афзоиш меёбад. Илова бар ин, хароҷоти компрессори асосӣ метавонад то 1% кам карда шавад, зеро дар қуттии фишанги калон металл камтар истифода мешавад.
Ин чархак метавонад бо коэффитсиенти ҷараён (φ) то 0,25 кор кунад ва нисбат ба чархакҳои 65 дараҷа 6% сарбории бештарро таъмин мекунад. Илова бар ин, коэффитсиенти ҷараён ба 0,25 мерасад ва дар тарҳи дуҷараёни мошини IGC ҷараёни ҳаҷмӣ ба 1,2 миллион м3/соат ё ҳатто 2,4 миллион м3/соат мерасад.
Арзиши баланди phi имкон медиҳад, ки дар ҳамон ҷараёни ҳаҷмӣ аз импеллери диаметри хурдтар истифода шавад ва бо ин васила арзиши компрессори асосиро то 4% кам кунад. Диаметри импеллери марҳилаи аввалро боз ҳам кам кардан мумкин аст.
Сари баландтар тавассути кунҷи каҷшавии 75° чархзананда ба даст оварда мешавад, ки ҷузъи суръати давриро дар баромадгоҳ зиёд мекунад ва ба ин васила мувофиқи муодилаи Эйлер сари баландтарро таъмин мекунад.
Дар муқоиса бо импеллерҳои баландсуръат ва самаранок, самаранокии импеллер аз сабаби талафоти бештар дар волют каме коҳиш меёбад. Инро бо истифода аз як ҳалқаи андозаи миёна ҷуброн кардан мумкин аст. Аммо, ҳатто бе ин волютҳо, самаранокии тағйирёбандаи то 87% -ро бо шумораи Махи 1.0 ва коэффитсиенти ҷараён 0.24 ба даст овардан мумкин аст.
Волютаи хурдтар ба шумо имкон медиҳад, ки ҳангоми кам шудани диаметри фишанги калон аз бархӯрд бо дигар волютаҳо пешгирӣ кунед. Операторҳо метавонанд бо гузаштан аз муҳаррики 6-қутба ба муҳаррики 4-қутбаи баландсуръат (аз 1000 чархзанӣ то 1500 чархзанӣ) бе зиёд кардани суръати максималии фишанги фишанг хароҷотро сарфа кунанд. Илова бар ин, он метавонад хароҷоти маводро барои фишангҳои спиралӣ ва калон кам кунад.
Умуман, компрессори асосӣ метавонад то 2% хароҷоти сармояро сарфа кунад, илова бар ин, муҳаррик низ метавонад 2% хароҷоти сармояро сарфа кунад. Азбаски волютаҳои компактӣ то андозае камтар самараноканд, қарор дар бораи истифодаи онҳо асосан аз афзалиятҳои муштарӣ (арзиш ва самаранокӣ) вобаста аст ва бояд дар асоси лоиҳа ба лоиҳа арзёбӣ карда шавад.
Барои баланд бардоштани қобилиятҳои идоракунӣ, IGV-ро метавон дар пеши якчанд марҳила насб кард. Ин бо лоиҳаҳои қаблии IGC, ки то марҳилаи аввал танҳо IGV-ҳоро дар бар мегирифтанд, комилан фарқ мекунад.
Дар такрорҳои қаблии IGC, коэффитсиенти гирдбод (яъне кунҷи IGV-и дуюм тақсим ба кунҷи IGV1-и аввал) новобаста аз он ки ҷараён ба самти самт (кунҷ > 0°, фишори камшаванда) ё гирдбоди баръакс (кунҷ < 0) буд, доимӣ монд. °, фишор меафзояд). Ин номусоид аст, зеро аломати кунҷ байни гирдбодҳои мусбат ва манфӣ тағйир меёбад.
Конфигуратсияи нав имкон медиҳад, ки ҳангоми дар ҳолати гирдоби пеш ва баръакс будани мошин ду таносуби гуногуни гирдбод истифода шавад ва бо ин васила диапазони идоракуниро 4% зиёд кунад ва ҳамзамон самаранокии доимиро нигоҳ дорад.
Бо ворид кардани диффузори LS барои импеллере, ки маъмулан дар BAC истифода мешавад, самаранокии бисёрзинаро то 89% зиёд кардан мумкин аст. Ин дар якҷоягӣ бо дигар такмилдиҳии самаранокӣ, шумораи марҳилаҳои BAC-ро кам мекунад ва ҳамзамон самаранокии умумии қатораро нигоҳ медорад. Кам кардани шумораи марҳилаҳо ниёз ба интеркулер, лӯлаҳои гази марбут ба раванд ва ҷузъҳои ротор ва статорро аз байн мебарад, ки боиси сарфаи хароҷот дар 10% мегардад. Илова бар ин, дар бисёр мавридҳо имкон дорад, ки компрессори асосии ҳаво ва компрессори пурқувватро дар як дастгоҳ якҷоя кунед.
Тавре ки қаблан зикр гардид, одатан байни турбинаи буғӣ ва VAC фишанги миёна лозим аст. Бо тарҳи нави IGC аз Siemens Energy, ин фишанги бекористиро бо илова кардани меҳвари бекористӣ байни меҳвари пиньон ва фишанги калон (4 фишанг) ба қуттии фишанг муттаҳид кардан мумкин аст. Ин метавонад арзиши умумии хат (компрессори асосӣ ва таҷҳизоти ёрирасон)-ро то 4% кам кунад.
Илова бар ин, фишангҳои 4-пинионӣ алтернативаи самараноктар ба муҳаррикҳои гардиши фишурда барои гузариш аз муҳаррикҳои 6-қутба ба 4-қутба дар компрессорҳои калони ҳавоии асосӣ мебошанд (агар имкони бархӯрди волютӣ вуҷуд дошта бошад ё суръати ҳадди аксар иҷозатдодашудаи пинионӣ кам карда шавад). ) гузашта.
Истифодаи онҳо инчунин дар якчанд бозорҳое, ки барои декарбонизатсияи саноатӣ муҳиманд, аз ҷумла насосҳои гармӣ ва фишурдани буғ, инчунин фишурдани CO2 дар таҳияҳои ҷамъоварӣ, истифода ва нигоҳдории карбон (CCUS), маъмултар мегардад.
Ширкати Siemens Energy таърихи тӯлонии тарроҳӣ ва истифодаи IGC дорад. Тавре ки аз талошҳои дар боло зикршуда (ва дигар) таҳқиқот ва таҳияҳо шаҳодат медиҳад, мо барои қонеъ кардани ниёзҳои беназири барномаҳо ва қонеъ кардани талаботи афзояндаи бозор барои хароҷоти камтар, самаранокии баланд ва устувории бештар пайваста ин мошинҳоро навсозӣ мекунем. KT2