હાંગઝોઉ નુઝહુઓ ટેકનોલોજી ગ્રુપ કંપની, લિ.

એક્સપાન્ડર્સ ફરતી મશીનો ચલાવવા માટે દબાણ ઘટાડવાનો ઉપયોગ કરી શકે છે. એક્સટેન્ડર ઇન્સ્ટોલ કરવાના સંભવિત ફાયદાઓનું મૂલ્યાંકન કેવી રીતે કરવું તે અંગેની માહિતી અહીં મળી શકે છે.
સામાન્ય રીતે રાસાયણિક પ્રક્રિયા ઉદ્યોગ (CPI) માં, "પ્રેશર કંટ્રોલ વાલ્વમાં મોટી માત્રામાં ઉર્જાનો વ્યય થાય છે જ્યાં ઉચ્ચ દબાણવાળા પ્રવાહીને ડિપ્રેસરાઇઝ કરવાની જરૂર પડે છે" [1]. વિવિધ તકનીકી અને આર્થિક પરિબળો પર આધાર રાખીને, આ ઉર્જાને ફરતી યાંત્રિક ઉર્જામાં રૂપાંતરિત કરવી ઇચ્છનીય હોઈ શકે છે, જેનો ઉપયોગ જનરેટર અથવા અન્ય ફરતી મશીનો ચલાવવા માટે થઈ શકે છે. અસંકુચિત પ્રવાહી (પ્રવાહી) માટે, આ હાઇડ્રોલિક ઉર્જા પુનઃપ્રાપ્તિ ટર્બાઇન (HPRT; સંદર્ભ 1 જુઓ) નો ઉપયોગ કરીને પ્રાપ્ત થાય છે. સંકુચિત પ્રવાહી (વાયુઓ) માટે, એક વિસ્તૃતક યોગ્ય મશીન છે.
એક્સપાન્ડર્સ એક પરિપક્વ ટેકનોલોજી છે જેમાં ફ્લુઇડ કેટાલિટીક ક્રેકીંગ (FCC), રેફ્રિજરેશન, નેચરલ ગેસ સિટી વાલ્વ, એર સેપરેશન અથવા એક્ઝોસ્ટ ઉત્સર્જન જેવા ઘણા સફળ ઉપયોગો છે. સૈદ્ધાંતિક રીતે, ઓછા દબાણવાળા કોઈપણ ગેસ પ્રવાહનો ઉપયોગ એક્સપાન્ડરને ચલાવવા માટે થઈ શકે છે, પરંતુ "ઊર્જા ઉત્પાદન ગેસ પ્રવાહના દબાણ ગુણોત્તર, તાપમાન અને પ્રવાહ દરના સીધા પ્રમાણસર છે" [2], તેમજ તકનીકી અને આર્થિક શક્યતા. એક્સપાન્ડર્સ અમલીકરણ: પ્રક્રિયા આ અને અન્ય પરિબળો પર આધારિત છે, જેમ કે સ્થાનિક ઊર્જા ભાવ અને ઉત્પાદક પાસે યોગ્ય સાધનોની ઉપલબ્ધતા.
જોકે ટર્બોએક્સપેન્ડર (ટર્બાઇનની જેમ જ કાર્ય કરે છે) એ સૌથી જાણીતો પ્રકારનો એક્સપાન્ડર છે (આકૃતિ 1), વિવિધ પ્રક્રિયા પરિસ્થિતિઓ માટે યોગ્ય અન્ય પ્રકારો પણ છે. આ લેખ મુખ્ય પ્રકારના એક્સપાન્ડર અને તેમના ઘટકોનો પરિચય આપે છે અને સારાંશ આપે છે કે વિવિધ CPI વિભાગોમાં ઓપરેશન મેનેજરો, સલાહકારો અથવા ઊર્જા ઓડિટર્સ એક્સપાન્ડર ઇન્સ્ટોલ કરવાના સંભવિત આર્થિક અને પર્યાવરણીય લાભોનું મૂલ્યાંકન કેવી રીતે કરી શકે છે.
ઘણા પ્રકારના પ્રતિકાર બેન્ડ છે જે ભૂમિતિ અને કાર્યમાં મોટા પ્રમાણમાં બદલાય છે. મુખ્ય પ્રકારો આકૃતિ 2 માં બતાવવામાં આવ્યા છે, અને દરેક પ્રકારનું સંક્ષિપ્તમાં નીચે વર્ણન કરવામાં આવ્યું છે. વધુ માહિતી માટે, તેમજ ચોક્કસ વ્યાસ અને ચોક્કસ ગતિના આધારે દરેક પ્રકારની કાર્યકારી સ્થિતિની તુલના કરતા ગ્રાફ માટે, મદદ જુઓ. 3.
પિસ્ટન ટર્બોએક્સપેન્ડર. પિસ્ટન અને રોટરી પિસ્ટન ટર્બોએક્સપેન્ડર્સ રિવર્સ-રોટેટિંગ ઇન્ટરનલ કમ્બશન એન્જિનની જેમ કાર્ય કરે છે, ઉચ્ચ-દબાણવાળા ગેસને શોષી લે છે અને ક્રેન્કશાફ્ટ દ્વારા તેની સંગ્રહિત ઊર્જાને પરિભ્રમણ ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે.
ટર્બો એક્સપાન્ડરને ખેંચો. બ્રેક ટર્બાઇન એક્સપાન્ડરમાં એક કોન્સેન્ટ્રિક ફ્લો ચેમ્બર હોય છે જેમાં બકેટ ફિન્સ ફરતા તત્વની પરિઘ સાથે જોડાયેલા હોય છે. તે પાણીના વ્હીલ્સની જેમ જ ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યા છે, પરંતુ કોન્સેન્ટ્રિક ચેમ્બરનો ક્રોસ-સેક્શન ઇનલેટથી આઉટલેટ સુધી વધે છે, જેનાથી ગેસ વિસ્તરે છે.
રેડિયલ ટર્બોએક્સપેન્ડર. રેડિયલ ફ્લો ટર્બોએક્સપેન્ડરમાં અક્ષીય ઇનલેટ અને રેડિયલ આઉટલેટ હોય છે, જે ગેસને ટર્બાઇન ઇમ્પેલર દ્વારા રેડિયલી વિસ્તરણ કરવાની મંજૂરી આપે છે. તેવી જ રીતે, અક્ષીય ફ્લો ટર્બાઇન ટર્બાઇન વ્હીલ દ્વારા ગેસનું વિસ્તરણ કરે છે, પરંતુ પ્રવાહની દિશા પરિભ્રમણની ધરીની સમાંતર રહે છે.
આ લેખ રેડિયલ અને એક્સિયલ ટર્બોએક્સપેન્ડર્સ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે, તેમના વિવિધ પેટાપ્રકારો, ઘટકો અને અર્થશાસ્ત્રની ચર્ચા કરે છે.
ટર્બોએક્સપેન્ડર ઉચ્ચ-દબાણવાળા ગેસ પ્રવાહમાંથી ઊર્જા કાઢે છે અને તેને ડ્રાઇવ લોડમાં રૂપાંતરિત કરે છે. સામાન્ય રીતે લોડ એક કોમ્પ્રેસર અથવા જનરેટર હોય છે જે શાફ્ટ સાથે જોડાયેલ હોય છે. કોમ્પ્રેસર ધરાવતું ટર્બોએક્સપેન્ડર પ્રક્રિયા પ્રવાહના અન્ય ભાગોમાં પ્રવાહીને સંકુચિત કરે છે જેને સંકુચિત પ્રવાહીની જરૂર હોય છે, જેનાથી પ્લાન્ટની એકંદર કાર્યક્ષમતામાં વધારો થાય છે જે અન્યથા વેડફાઇ જતી ઊર્જાનો ઉપયોગ કરે છે. જનરેટર લોડ ધરાવતું ટર્બોએક્સપેન્ડર ઊર્જાને વીજળીમાં રૂપાંતરિત કરે છે, જેનો ઉપયોગ અન્ય પ્લાન્ટ પ્રક્રિયાઓમાં થઈ શકે છે અથવા વેચાણ માટે સ્થાનિક ગ્રીડમાં પરત કરી શકાય છે.
ટર્બોએક્સપેન્ડર જનરેટર ટર્બાઇન વ્હીલથી જનરેટર સુધી ડાયરેક્ટ ડ્રાઇવ શાફ્ટથી સજ્જ થઈ શકે છે, અથવા ગિયરબોક્સ દ્વારા સજ્જ કરી શકાય છે જે ગિયર રેશિયો દ્વારા ટર્બાઇન વ્હીલથી જનરેટર સુધીની ઇનપુટ ગતિને અસરકારક રીતે ઘટાડે છે. ડાયરેક્ટ ડ્રાઇવ ટર્બોએક્સપેન્ડર કાર્યક્ષમતા, ફૂટપ્રિન્ટ અને જાળવણી ખર્ચમાં ફાયદા આપે છે. ગિયરબોક્સ ટર્બોએક્સપેન્ડર ભારે હોય છે અને તેમને મોટા ફૂટપ્રિન્ટ, લ્યુબ્રિકેશન સહાયક સાધનો અને નિયમિત જાળવણીની જરૂર પડે છે.
ફ્લો-થ્રુ ટર્બોએક્સપેન્ડર્સ રેડિયલ અથવા એક્સિયલ ટર્બાઇનના સ્વરૂપમાં બનાવી શકાય છે. રેડિયલ ફ્લો એક્સપાન્ડર્સમાં એક એક્સિયલ ઇનલેટ અને રેડિયલ આઉટલેટ હોય છે જેથી ગેસ ફ્લો ટર્બાઇનમાંથી પરિભ્રમણના અક્ષમાંથી રેડિયલી બહાર નીકળે. એક્સિયલ ટર્બાઇન ગેસને પરિભ્રમણના અક્ષ સાથે અક્ષીય રીતે વહેવા દે છે. એક્સિયલ ફ્લો ટર્બાઇન ઇનલેટ ગાઇડ વેન દ્વારા ગેસ ફ્લોમાંથી એક્સપાન્ડર વ્હીલ સુધી ઊર્જા કાઢે છે, અને વિસ્તરણ ચેમ્બરનો ક્રોસ-સેક્શનલ વિસ્તાર ધીમે ધીમે વધે છે જેથી સતત ગતિ જાળવી શકાય.
ટર્બોએક્સપેન્ડર જનરેટરમાં ત્રણ મુખ્ય ઘટકો હોય છે: ટર્બાઇન વ્હીલ, ખાસ બેરિંગ્સ અને જનરેટર.
ટર્બાઇન વ્હીલ. ટર્બાઇન વ્હીલ્સ ઘણીવાર ખાસ કરીને એરોડાયનેમિક કાર્યક્ષમતાને શ્રેષ્ઠ બનાવવા માટે ડિઝાઇન કરવામાં આવે છે. ટર્બાઇન વ્હીલ ડિઝાઇનને અસર કરતા એપ્લિકેશન ચલોમાં ઇનલેટ/આઉટલેટ દબાણ, ઇનલેટ/આઉટલેટ તાપમાન, વોલ્યુમ ફ્લો અને પ્રવાહી ગુણધર્મોનો સમાવેશ થાય છે. જ્યારે કમ્પ્રેશન રેશિયો એક તબક્કામાં ઘટાડવા માટે ખૂબ ઊંચો હોય છે, ત્યારે બહુવિધ ટર્બાઇન વ્હીલ્સ સાથે ટર્બોએક્સપેન્ડરની જરૂર પડે છે. રેડિયલ અને અક્ષીય ટર્બાઇન વ્હીલ્સ બંનેને મલ્ટી-સ્ટેજ વ્હીલ્સ તરીકે ડિઝાઇન કરી શકાય છે, પરંતુ અક્ષીય ટર્બાઇન વ્હીલ્સની અક્ષીય લંબાઈ ઘણી ઓછી હોય છે અને તેથી તે વધુ કોમ્પેક્ટ હોય છે. મલ્ટીસ્ટેજ રેડિયલ ફ્લો ટર્બાઇન્સને અક્ષીયથી રેડિયલ અને પાછા અક્ષીય તરફ વહેવા માટે ગેસની જરૂર પડે છે, જે અક્ષીય પ્રવાહ ટર્બાઇન કરતાં વધુ ઘર્ષણ નુકસાનનું કારણ બને છે.
બેરિંગ્સ. ટર્બોએક્સપેન્ડરના કાર્યક્ષમ સંચાલન માટે બેરિંગ ડિઝાઇન મહત્વપૂર્ણ છે. ટર્બોએક્સપેન્ડર ડિઝાઇનથી સંબંધિત બેરિંગના પ્રકારો વ્યાપકપણે બદલાય છે અને તેમાં ઓઇલ બેરિંગ્સ, લિક્વિડ ફિલ્મ બેરિંગ્સ, પરંપરાગત બોલ બેરિંગ્સ અને મેગ્નેટિક બેરિંગ્સનો સમાવેશ થઈ શકે છે. કોષ્ટક 1 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, દરેક પદ્ધતિના પોતાના ફાયદા અને ગેરફાયદા છે.
ઘણા ટર્બોએક્સપેન્ડર ઉત્પાદકો તેમના અનન્ય ફાયદાઓને કારણે "પસંદગીના બેરિંગ" તરીકે ચુંબકીય બેરિંગ્સ પસંદ કરે છે. ચુંબકીય બેરિંગ્સ ટર્બોએક્સપેન્ડરના ગતિશીલ ઘટકોનું ઘર્ષણ-મુક્ત સંચાલન સુનિશ્ચિત કરે છે, જે મશીનના જીવનકાળ દરમિયાન સંચાલન અને જાળવણી ખર્ચમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો કરે છે. તેઓ અક્ષીય અને રેડિયલ લોડ અને ઓવરસ્ટ્રેસ પરિસ્થિતિઓની વિશાળ શ્રેણીનો સામનો કરવા માટે પણ રચાયેલ છે. તેમના ઊંચા પ્રારંભિક ખર્ચ ઘણા ઓછા જીવન ચક્ર ખર્ચ દ્વારા સરભર થાય છે.
ડાયનેમો. જનરેટર ટર્બાઇનની પરિભ્રમણ ઊર્જા લે છે અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક જનરેટર (જે ઇન્ડક્શન જનરેટર અથવા કાયમી ચુંબક જનરેટર હોઈ શકે છે) નો ઉપયોગ કરીને તેને ઉપયોગી વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે. ઇન્ડક્શન જનરેટરની ગતિ ઓછી હોય છે, તેથી હાઇ સ્પીડ ટર્બાઇન એપ્લિકેશનોને ગિયરબોક્સની જરૂર પડે છે, પરંતુ તેને ગ્રીડ ફ્રીક્વન્સી સાથે મેચ કરવા માટે ડિઝાઇન કરી શકાય છે, જે ઉત્પન્ન થતી વીજળી પૂરી પાડવા માટે વેરિયેબલ ફ્રીક્વન્સી ડ્રાઇવ (VFD) ની જરૂરિયાતને દૂર કરે છે. બીજી બાજુ, કાયમી ચુંબક જનરેટરને સીધા ટર્બાઇન સાથે જોડી શકાય છે અને વેરિયેબલ ફ્રીક્વન્સી ડ્રાઇવ દ્વારા ગ્રીડમાં પાવર ટ્રાન્સમિટ કરી શકાય છે. જનરેટર સિસ્ટમમાં ઉપલબ્ધ શાફ્ટ પાવરના આધારે મહત્તમ પાવર પહોંચાડવા માટે ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યું છે.
સીલ. ટર્બોએક્સપેન્ડર સિસ્ટમ ડિઝાઇન કરતી વખતે સીલ પણ એક મહત્વપૂર્ણ ઘટક છે. ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા જાળવવા અને પર્યાવરણીય ધોરણોને પૂર્ણ કરવા માટે, સંભવિત પ્રક્રિયા ગેસ લીકને રોકવા માટે સિસ્ટમોને સીલ કરવી આવશ્યક છે. ટર્બોએક્સપેન્ડર ગતિશીલ અથવા સ્થિર સીલથી સજ્જ કરી શકાય છે. ગતિશીલ સીલ, જેમ કે ભુલભુલામણી સીલ અને ડ્રાય ગેસ સીલ, ફરતી શાફ્ટની આસપાસ સીલ પ્રદાન કરે છે, સામાન્ય રીતે ટર્બાઇન વ્હીલ, બેરિંગ્સ અને બાકીના મશીન વચ્ચે જ્યાં જનરેટર સ્થિત છે. ગતિશીલ સીલ સમય જતાં ઘસાઈ જાય છે અને તે યોગ્ય રીતે કાર્ય કરી રહ્યા છે તેની ખાતરી કરવા માટે નિયમિત જાળવણી અને નિરીક્ષણની જરૂર પડે છે. જ્યારે બધા ટર્બોએક્સપેન્ડર ઘટકો એક જ હાઉસિંગમાં સમાયેલ હોય છે, ત્યારે જનરેટર, ચુંબકીય બેરિંગ ડ્રાઇવ્સ અથવા સેન્સર સહિત, હાઉસિંગમાંથી બહાર નીકળતા કોઈપણ લીડ્સને સુરક્ષિત કરવા માટે સ્ટેટિક સીલનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. આ હવાચુસ્ત સીલ ગેસ લીકેજ સામે કાયમી રક્ષણ પૂરું પાડે છે અને તેમને કોઈ જાળવણી અથવા સમારકામની જરૂર નથી.
પ્રક્રિયાના દૃષ્ટિકોણથી, એક્સપાન્ડર ઇન્સ્ટોલ કરવા માટેની પ્રાથમિક આવશ્યકતા એ છે કે ઉચ્ચ-દબાણવાળા સંકુચિત (નોન-કન્ડેન્સેબલ) ગેસને ઓછા દબાણવાળી સિસ્ટમમાં પૂરતો પ્રવાહ, દબાણ ઘટાડા અને ઉપયોગ સાથે સપ્લાય કરવો જેથી સાધનનું સામાન્ય સંચાલન જાળવી શકાય. ઓપરેટિંગ પરિમાણો સલામત અને કાર્યક્ષમ સ્તરે જાળવવામાં આવે છે.
દબાણ ઘટાડવાના કાર્યની દ્રષ્ટિએ, એક્સપાન્ડરનો ઉપયોગ જૌલ-થોમસન (JT) વાલ્વ, જેને થ્રોટલ વાલ્વ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, તેને બદલવા માટે થઈ શકે છે. JT વાલ્વ આઇસેન્ટ્રોપિક માર્ગ પર આગળ વધે છે અને એક્સપાન્ડર લગભગ આઇસેન્ટ્રોપિક માર્ગ પર આગળ વધે છે, તેથી બાદમાં ગેસની એન્થાલ્પી ઘટાડે છે અને એન્થાલ્પી તફાવતને શાફ્ટ પાવરમાં રૂપાંતરિત કરે છે, જેનાથી JT વાલ્વ કરતા ઓછું આઉટલેટ તાપમાન ઉત્પન્ન થાય છે. આ ક્રાયોજેનિક પ્રક્રિયાઓમાં ઉપયોગી છે જ્યાં ધ્યેય ગેસનું તાપમાન ઘટાડવાનું હોય છે.
જો આઉટલેટ ગેસ તાપમાન પર નીચી મર્યાદા હોય (ઉદાહરણ તરીકે, ડીકમ્પ્રેશન સ્ટેશનમાં જ્યાં ગેસનું તાપમાન ઠંડું, હાઇડ્રેશન અથવા ન્યૂનતમ મટીરીયલ ડિઝાઇન તાપમાનથી ઉપર રાખવું આવશ્યક છે), તો ઓછામાં ઓછું એક હીટર ઉમેરવું આવશ્યક છે. ગેસનું તાપમાન નિયંત્રિત કરો. જ્યારે પ્રીહીટર એક્સપાન્ડરની ઉપરની તરફ સ્થિત હોય છે, ત્યારે ફીડ ગેસમાંથી કેટલીક ઉર્જા એક્સપાન્ડરમાં પણ પુનઃપ્રાપ્ત થાય છે, જેનાથી તેનું પાવર આઉટપુટ વધે છે. કેટલીક ગોઠવણીઓમાં જ્યાં આઉટલેટ તાપમાન નિયંત્રણ જરૂરી હોય છે, ઝડપી નિયંત્રણ પ્રદાન કરવા માટે એક્સપાન્ડર પછી બીજું રીહીટર ઇન્સ્ટોલ કરી શકાય છે.
આકૃતિ 3 માં JT વાલ્વને બદલવા માટે વપરાતા પ્રીહીટર સાથેના એક્સપાન્ડર જનરેટરના સામાન્ય પ્રવાહ રેખાકૃતિનો સરળ આકૃતિ બતાવવામાં આવ્યો છે.
અન્ય પ્રક્રિયા રૂપરેખાંકનોમાં, એક્સપાન્ડરમાં પ્રાપ્ત થતી ઊર્જા સીધી કોમ્પ્રેસરમાં ટ્રાન્સફર કરી શકાય છે. આ મશીનો, જેને ક્યારેક "કમાન્ડર" કહેવામાં આવે છે, તેમાં સામાન્ય રીતે એક અથવા વધુ શાફ્ટ દ્વારા વિસ્તરણ અને સંકોચન તબક્કાઓ જોડાયેલા હોય છે, જેમાં બે તબક્કાઓ વચ્ચેની ગતિના તફાવતને નિયંત્રિત કરવા માટે ગિયરબોક્સનો પણ સમાવેશ થઈ શકે છે. તેમાં સંકોચન તબક્કાને વધુ શક્તિ પ્રદાન કરવા માટે વધારાની મોટરનો પણ સમાવેશ થઈ શકે છે.
નીચે કેટલાક સૌથી મહત્વપૂર્ણ ઘટકો છે જે સિસ્ટમના યોગ્ય સંચાલન અને સ્થિરતાને સુનિશ્ચિત કરે છે.
બાયપાસ વાલ્વ અથવા દબાણ ઘટાડવાનો વાલ્વ. જ્યારે ટર્બોએક્સપેન્ડર કાર્યરત ન હોય ત્યારે બાયપાસ વાલ્વ કામગીરી ચાલુ રાખવાની મંજૂરી આપે છે (ઉદાહરણ તરીકે, જાળવણી અથવા કટોકટી માટે), જ્યારે કુલ પ્રવાહ એક્સપાન્ડરની ડિઝાઇન ક્ષમતા કરતાં વધી જાય ત્યારે વધારાનો ગેસ પૂરો પાડવા માટે દબાણ ઘટાડવાનો વાલ્વ સતત કામગીરી માટે વપરાય છે.
ઇમરજન્સી શટડાઉન વાલ્વ (ESD). યાંત્રિક નુકસાન ટાળવા માટે કટોકટીમાં એક્સપાન્ડરમાં ગેસના પ્રવાહને રોકવા માટે ESD વાલ્વનો ઉપયોગ થાય છે.
સાધનો અને નિયંત્રણો. મોનિટર કરવા માટેના મહત્વપૂર્ણ ચલો: ઇનલેટ અને આઉટલેટ દબાણ, પ્રવાહ દર, પરિભ્રમણ ગતિ અને પાવર આઉટપુટ.
વધુ પડતી ઝડપે વાહન ચલાવવું. આ ઉપકરણ ટર્બાઇનમાં પ્રવાહ બંધ કરે છે, જેના કારણે ટર્બાઇન રોટર ધીમું પડે છે, જેના કારણે અણધારી પ્રક્રિયાની સ્થિતિને કારણે વધુ પડતી ગતિથી ઉપકરણનું રક્ષણ થાય છે જે ઉપકરણને નુકસાન પહોંચાડી શકે છે.
પ્રેશર સેફ્ટી વાલ્વ (PSV). પાઇપલાઇન્સ અને ઓછા દબાણવાળા ઉપકરણોને સુરક્ષિત રાખવા માટે PSV ઘણીવાર ટર્બોએક્સપેન્ડર પછી ઇન્સ્ટોલ કરવામાં આવે છે. PSV ને સૌથી ગંભીર આકસ્મિક પરિસ્થિતિઓનો સામનો કરવા માટે ડિઝાઇન કરવામાં આવવું જોઈએ, જેમાં સામાન્ય રીતે બાયપાસ વાલ્વ ખુલવામાં નિષ્ફળતાનો સમાવેશ થાય છે. જો હાલના દબાણ ઘટાડા સ્ટેશનમાં એક્સપાન્ડર ઉમેરવામાં આવે છે, તો પ્રક્રિયા ડિઝાઇન ટીમે નક્કી કરવું જોઈએ કે હાલનું PSV પર્યાપ્ત સુરક્ષા પૂરી પાડે છે કે નહીં.
હીટર. ટર્બાઇનમાંથી પસાર થતા ગેસને કારણે થતા તાપમાનના ઘટાડાની ભરપાઈ હીટર કરે છે, તેથી ગેસને પહેલાથી ગરમ કરવો જ જોઇએ. તેનું મુખ્ય કાર્ય વધતા ગેસ પ્રવાહનું તાપમાન વધારવાનું છે જેથી ગેસનું તાપમાન જાળવી શકાય અને એક્સપાન્ડરને ન્યૂનતમ મૂલ્યથી ઉપર છોડી શકાય. તાપમાન વધારવાનો બીજો ફાયદો એ છે કે પાવર આઉટપુટ વધારવો તેમજ કાટ, ઘનીકરણ અથવા હાઇડ્રેટ્સને અટકાવવો જે સાધનોના નોઝલને પ્રતિકૂળ અસર કરી શકે છે. હીટ એક્સ્ચેન્જર્સ ધરાવતી સિસ્ટમોમાં (આકૃતિ 3 માં બતાવ્યા પ્રમાણે), ગેસનું તાપમાન સામાન્ય રીતે પ્રીહીટરમાં ગરમ ​​પ્રવાહીના પ્રવાહને નિયંત્રિત કરીને નિયંત્રિત કરવામાં આવે છે. કેટલીક ડિઝાઇનમાં, હીટ એક્સ્ચેન્જરને બદલે ફ્લેમ હીટર અથવા ઇલેક્ટ્રિક હીટરનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. હીટર પહેલાથી જ હાલના JT વાલ્વ સ્ટેશનમાં અસ્તિત્વમાં હોઈ શકે છે, અને એક્સપાન્ડર ઉમેરવા માટે વધારાના હીટર ઇન્સ્ટોલ કરવાની જરૂર પડી શકે નહીં, પરંતુ ગરમ પ્રવાહીના પ્રવાહમાં વધારો કરવો પડશે.
લુબ્રિકેટિંગ ઓઇલ અને સીલ ગેસ સિસ્ટમ્સ. ઉપર જણાવ્યા મુજબ, એક્સપાન્ડર્સ વિવિધ સીલ ડિઝાઇનનો ઉપયોગ કરી શકે છે, જેમાં લુબ્રિકન્ટ્સ અને સીલિંગ ગેસની જરૂર પડી શકે છે. જ્યાં લાગુ પડે ત્યાં, પ્રોસેસ ગેસના સંપર્કમાં હોય ત્યારે લુબ્રિકેટિંગ ઓઇલે ઉચ્ચ ગુણવત્તા અને શુદ્ધતા જાળવી રાખવી જોઈએ, અને તેલ સ્નિગ્ધતા સ્તર લ્યુબ્રિકેટેડ બેરિંગ્સની આવશ્યક ઓપરેટિંગ શ્રેણીમાં રહેવું જોઈએ. સીલબંધ ગેસ સિસ્ટમ્સ સામાન્ય રીતે ઓઇલ લુબ્રિકેશન ડિવાઇસથી સજ્જ હોય ​​છે જેથી બેરિંગ બોક્સમાંથી તેલ વિસ્તરણ બોક્સમાં પ્રવેશતું અટકાવી શકાય. હાઇડ્રોકાર્બન ઉદ્યોગમાં ઉપયોગમાં લેવાતા કમ્પેન્ડર્સના ખાસ ઉપયોગો માટે, લ્યુબ ઓઇલ અને સીલ ગેસ સિસ્ટમ્સ સામાન્ય રીતે API 617 [5] ભાગ 4 સ્પષ્ટીકરણો અનુસાર ડિઝાઇન કરવામાં આવે છે.
વેરિયેબલ ફ્રીક્વન્સી ડ્રાઇવ (VFD). જ્યારે જનરેટર ઇન્ડક્શન હોય છે, ત્યારે સામાન્ય રીતે VFD ચાલુ કરવામાં આવે છે જેથી વૈકલ્પિક પ્રવાહ (AC) સિગ્નલને યુટિલિટી ફ્રીક્વન્સી સાથે મેચ કરી શકાય. સામાન્ય રીતે, વેરિયેબલ ફ્રીક્વન્સી ડ્રાઇવ પર આધારિત ડિઝાઇનમાં ગિયરબોક્સ અથવા અન્ય યાંત્રિક ઘટકોનો ઉપયોગ કરતી ડિઝાઇન કરતાં વધુ કાર્યક્ષમતા હોય છે. VFD-આધારિત સિસ્ટમો પ્રક્રિયા ફેરફારોની વિશાળ શ્રેણીને પણ સમાવી શકે છે જેના પરિણામે એક્સપાન્ડર શાફ્ટ ગતિમાં ફેરફાર થઈ શકે છે.
ટ્રાન્સમિશન. કેટલીક એક્સપાન્ડર ડિઝાઇનમાં ગિયરબોક્સનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે જેથી એક્સપાન્ડરની ગતિ જનરેટરની રેટ કરેલી ગતિ સુધી ઓછી થાય. ગિયરબોક્સનો ઉપયોગ કરવાનો ખર્ચ એકંદર કાર્યક્ષમતામાં ઘટાડો કરે છે અને તેથી પાવર આઉટપુટ ઓછો થાય છે.
એક્સપાન્ડર માટે ક્વોટેશન માટે વિનંતી (RFQ) તૈયાર કરતી વખતે, પ્રોસેસ એન્જિનિયરે પહેલા નીચેની માહિતી સહિત ઓપરેટિંગ શરતો નક્કી કરવી આવશ્યક છે:
મિકેનિકલ એન્જિનિયરો ઘણીવાર અન્ય એન્જિનિયરિંગ શાખાઓના ડેટાનો ઉપયોગ કરીને એક્સપાન્ડર જનરેટર સ્પષ્ટીકરણો અને સ્પષ્ટીકરણો પૂર્ણ કરે છે. આ ઇનપુટ્સમાં નીચેનાનો સમાવેશ થઈ શકે છે:
સ્પષ્ટીકરણોમાં ટેન્ડર પ્રક્રિયાના ભાગ રૂપે ઉત્પાદક દ્વારા પૂરા પાડવામાં આવેલા દસ્તાવેજો અને રેખાંકનોની સૂચિ અને પુરવઠાના અવકાશ, તેમજ પ્રોજેક્ટ દ્વારા જરૂરી લાગુ પરીક્ષણ પ્રક્રિયાઓનો પણ સમાવેશ થવો જોઈએ.
ટેન્ડર પ્રક્રિયાના ભાગ રૂપે ઉત્પાદક દ્વારા પૂરી પાડવામાં આવતી તકનીકી માહિતીમાં સામાન્ય રીતે નીચેના ઘટકોનો સમાવેશ થવો જોઈએ:
જો દરખાસ્તનો કોઈપણ પાસું મૂળ સ્પષ્ટીકરણોથી અલગ હોય, તો ઉત્પાદકે વિચલનોની યાદી અને વિચલનોના કારણો પણ પ્રદાન કરવા આવશ્યક છે.
એકવાર દરખાસ્ત પ્રાપ્ત થઈ જાય, પછી પ્રોજેક્ટ ડેવલપમેન્ટ ટીમે પાલન માટેની વિનંતીની સમીક્ષા કરવી જોઈએ અને નક્કી કરવું જોઈએ કે શું ભિન્નતા તકનીકી રીતે વાજબી છે.
દરખાસ્તોનું મૂલ્યાંકન કરતી વખતે ધ્યાનમાં લેવાતી અન્ય તકનીકી બાબતોમાં શામેલ છે:
અંતે, આર્થિક વિશ્લેષણ કરવાની જરૂર છે. કારણ કે વિવિધ વિકલ્પો વિવિધ પ્રારંભિક ખર્ચમાં પરિણમી શકે છે, પ્રોજેક્ટના લાંબા ગાળાના અર્થશાસ્ત્ર અને રોકાણ પરના વળતરની તુલના કરવા માટે રોકડ પ્રવાહ અથવા જીવન ચક્ર ખર્ચ વિશ્લેષણ કરવાની ભલામણ કરવામાં આવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, લાંબા ગાળે ઉચ્ચ પ્રારંભિક રોકાણ વધેલી ઉત્પાદકતા અથવા ઘટાડેલી જાળવણી આવશ્યકતાઓ દ્વારા સરભર થઈ શકે છે. આ પ્રકારના વિશ્લેષણ પર સૂચનાઓ માટે "સંદર્ભો" જુઓ. 4.
બધા ટર્બોએક્સપેન્ડર-જનરેટર એપ્લિકેશનોને ચોક્કસ એપ્લિકેશનમાં પુનઃપ્રાપ્ત કરી શકાય તેવી ઉપલબ્ધ ઊર્જાની કુલ રકમ નક્કી કરવા માટે પ્રારંભિક કુલ સંભવિત શક્તિ ગણતરીની જરૂર પડે છે. ટર્બોએક્સપેન્ડર જનરેટર માટે, પાવર પોટેન્શિયલની ગણતરી આઇસેન્ટ્રોપિક (સતત એન્ટ્રોપી) પ્રક્રિયા તરીકે કરવામાં આવે છે. ઘર્ષણ વિના ઉલટાવી શકાય તેવી એડિબેટિક પ્રક્રિયાને ધ્યાનમાં લેવા માટે આ આદર્શ થર્મોડાયનેમિક પરિસ્થિતિ છે, પરંતુ વાસ્તવિક ઊર્જા પોટેન્શિયલનો અંદાજ કાઢવા માટે તે યોગ્ય પ્રક્રિયા છે.
ટર્બોએક્સપેન્ડરના ઇનલેટ અને આઉટલેટ પર ચોક્કસ એન્થાલ્પી તફાવતને ગુણાકાર કરીને અને પરિણામને માસ ફ્લો રેટથી ગુણાકાર કરીને આઇસેન્ટ્રોપિક સંભવિત ઊર્જા (IPP) ની ગણતરી કરવામાં આવે છે. આ સંભવિત ઊર્જાને આઇસેન્ટ્રોપિક જથ્થા તરીકે દર્શાવવામાં આવશે (સમીકરણ (1)):
IPP = ( hinlet – h(i,e)) × ṁ x ŋ (1)
જ્યાં h(i,e) એ આઇસેન્ટ્રોપિક આઉટલેટ તાપમાનને ધ્યાનમાં લેતા ચોક્કસ એન્થાલ્પી છે અને ṁ એ સમૂહ પ્રવાહ દર છે.
જોકે આઇસેન્ટ્રોપિક સ્થિતિમાન ઊર્જાનો ઉપયોગ સંભવિત ઊર્જાનો અંદાજ કાઢવા માટે થઈ શકે છે, બધી વાસ્તવિક સિસ્ટમોમાં ઘર્ષણ, ગરમી અને અન્ય આનુષંગિક ઊર્જા નુકસાનનો સમાવેશ થાય છે. આમ, વાસ્તવિક શક્તિ સંભવિતતાની ગણતરી કરતી વખતે, નીચેના વધારાના ઇનપુટ ડેટાને ધ્યાનમાં લેવા જોઈએ:
મોટાભાગના ટર્બોએક્સપેન્ડર એપ્લિકેશન્સમાં, અગાઉ ઉલ્લેખિત પાઇપ ફ્રીઝિંગ જેવી અનિચ્છનીય સમસ્યાઓને રોકવા માટે તાપમાન ઓછામાં ઓછું મર્યાદિત હોય છે. જ્યાં કુદરતી ગેસ વહે છે, ત્યાં હાઇડ્રેટ્સ લગભગ હંમેશા હાજર હોય છે, જેનો અર્થ એ થાય કે જો આઉટલેટ તાપમાન 0°C થી નીચે જાય તો ટર્બોએક્સપેન્ડર અથવા થ્રોટલ વાલ્વની પાઇપલાઇન આંતરિક અને બાહ્ય રીતે થીજી જશે. બરફની રચના પ્રવાહ પ્રતિબંધમાં પરિણમી શકે છે અને આખરે સિસ્ટમને ડિફ્રોસ્ટ કરવા માટે બંધ કરી શકે છે. આમ, "ઇચ્છિત" આઉટલેટ તાપમાનનો ઉપયોગ વધુ વાસ્તવિક સંભવિત પાવર દૃશ્યની ગણતરી કરવા માટે થાય છે. જો કે, હાઇડ્રોજન જેવા વાયુઓ માટે, તાપમાન મર્યાદા ઘણી ઓછી છે કારણ કે હાઇડ્રોજન ક્રાયોજેનિક તાપમાન (-253°C) સુધી પહોંચે ત્યાં સુધી ગેસમાંથી પ્રવાહીમાં બદલાતું નથી. ચોક્કસ એન્થાલ્પીની ગણતરી કરવા માટે આ ઇચ્છિત આઉટલેટ તાપમાનનો ઉપયોગ કરો.
ટર્બોએક્સપેન્ડર સિસ્ટમની કાર્યક્ષમતા પણ ધ્યાનમાં લેવી જોઈએ. ઉપયોગમાં લેવાતી ટેકનોલોજીના આધારે, સિસ્ટમ કાર્યક્ષમતા નોંધપાત્ર રીતે બદલાઈ શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ટર્બોએક્સપેન્ડર જે ટર્બાઇનથી જનરેટરમાં પરિભ્રમણ ઊર્જા ટ્રાન્સફર કરવા માટે રિડક્શન ગિયરનો ઉપયોગ કરે છે તે ટર્બાઇનથી જનરેટર સુધી સીધી ડ્રાઇવનો ઉપયોગ કરતી સિસ્ટમ કરતાં વધુ ઘર્ષણ નુકસાનનો અનુભવ કરશે. ટર્બોએક્સપેન્ડર સિસ્ટમની એકંદર કાર્યક્ષમતા ટકાવારી તરીકે દર્શાવવામાં આવે છે અને ટર્બોએક્સપેન્ડરની વાસ્તવિક પાવર પોટેન્શિયલનું મૂલ્યાંકન કરતી વખતે ધ્યાનમાં લેવામાં આવે છે. વાસ્તવિક પાવર પોટેન્શિયલ (PP) ની ગણતરી નીચે મુજબ કરવામાં આવે છે:
PP = (હિનલેટ – હેક્સિટ) × ṁ x ṅ (2)
ચાલો કુદરતી ગેસ પ્રેશર રિલીફના ઉપયોગ પર નજર કરીએ. ABC એક પ્રેશર રિડક્શન સ્ટેશન ચલાવે છે અને તેનું સંચાલન કરે છે જે મુખ્ય પાઇપલાઇનમાંથી કુદરતી ગેસનું પરિવહન કરે છે અને તેને સ્થાનિક મ્યુનિસિપાલિટીઝમાં વિતરણ કરે છે. આ સ્ટેશન પર, ગેસ ઇનલેટ પ્રેશર 40 બાર છે અને આઉટલેટ પ્રેશર 8 બાર છે. પ્રીહિટેડ ઇનલેટ ગેસનું તાપમાન 35°C છે, જે પાઇપલાઇન થીજી જવાથી બચાવવા માટે ગેસને પહેલાથી ગરમ કરે છે. તેથી, આઉટલેટ ગેસનું તાપમાન નિયંત્રિત કરવું આવશ્યક છે જેથી તે 0°C થી નીચે ન આવે. આ ઉદાહરણમાં આપણે સલામતી પરિબળ વધારવા માટે લઘુત્તમ આઉટલેટ તાપમાન તરીકે 5°C નો ઉપયોગ કરીશું. સામાન્ય વોલ્યુમેટ્રિક ગેસ ફ્લો રેટ 50,000 Nm3/h છે. પાવર પોટેન્શિયલની ગણતરી કરવા માટે, આપણે ધારીશું કે તમામ ગેસ ટર્બો એક્સપાન્ડરમાંથી વહે છે અને મહત્તમ પાવર આઉટપુટની ગણતરી કરીશું. નીચેની ગણતરીનો ઉપયોગ કરીને કુલ પાવર આઉટપુટ પોટેન્શિયલનો અંદાજ લગાવો: