ՀԱՆՉԺՈՈՒ ՆՈՒՉԺՈՒՈ ՏԵԽՆՈԼՈԳԻԱՅԻ ԳՐՈՒՊ ԸՆԿ., ՍՊԸ

Հեղինակ՝ Լուկաս Բիջիկլի, Siemens Energy-ի ինտեգրված փոխանցման մեխանիզմների, CO2 սեղմման և ջերմային պոմպերի հետազոտությունների և զարգացման արտադրանքի պորտֆելի մենեջեր։
Տարիներ շարունակ օդային բաժանման կայանների համար նախընտրելի տեխնոլոգիա է եղել ինտեգրված ատամնանիվային կոմպրեսորը (IGC): Սա հիմնականում պայմանավորված է դրանց բարձր արդյունավետությամբ, որն անմիջականորեն հանգեցնում է թթվածնի, ազոտի և իներտ գազի ծախսերի կրճատմանը: Այնուամենայնիվ, ապաածխածնացման վրա աճող ուշադրությունը նոր պահանջներ է դնում IPC-ների վրա, հատկապես արդյունավետության և կարգավորիչ ճկունության առումով: Կապիտալ ծախսերը շարունակում են կարևոր գործոն մնալ կայանների օպերատորների համար, հատկապես փոքր և միջին ձեռնարկություններում:
Վերջին մի քանի տարիների ընթացքում Siemens Energy-ն նախաձեռնել է մի շարք հետազոտական ​​և զարգացման (R&D) նախագծեր, որոնք ուղղված են IGC հնարավորությունների ընդլայնմանը՝ օդային տարանջատման շուկայի փոփոխվող կարիքները բավարարելու համար: Այս հոդվածը լուսաբանում է մեր կողմից կատարված որոշ կոնկրետ նախագծային բարելավումներ և քննարկում է, թե ինչպես կարող են այդ փոփոխությունները օգնել մեր հաճախորդների ծախսերի և ածխածնի կրճատման նպատակներին հասնելուն:
Այսօր օդային բաժանման սարքերի մեծ մասը հագեցած է երկու կոմպրեսորով՝ գլխավոր օդային կոմպրեսոր (MAC) և բարձրացնող օդային կոմպրեսոր (BAC): Գլխավոր օդային կոմպրեսորը սովորաբար սեղմում է ամբողջ օդային հոսքը մթնոլորտային ճնշումից մինչև մոտավորապես 6 բար: Այս հոսքի մի մասը այնուհետև լրացուցիչ սեղմվում է BAC-ում՝ մինչև մինչև 60 բար ճնշում:
Կախված էներգիայի աղբյուրից, կոմպրեսորը սովորաբար շարժվում է գոլորշու տուրբինով կամ էլեկտրական շարժիչով: Գոլորշու տուրբին օգտագործելիս երկու կոմպրեսորներն էլ շարժվում են նույն տուրբինով՝ երկվորյակ լիսեռի ծայրերի միջոցով: Դասական սխեմայում գոլորշու տուրբինի և HAC-ի միջև տեղադրվում է միջանկյալ ատամնանիվ (Նկ. 1):
Ե՛վ էլեկտրական, և՛ գոլորշու տուրբիններով աշխատող համակարգերում կոմպրեսորի արդյունավետությունը դեածխածնացման հզոր լծակ է, քանի որ այն անմիջականորեն ազդում է բլոկի էներգիայի սպառման վրա: Սա հատկապես կարևոր է գոլորշու տուրբիններով աշխատող MGP-ների համար, քանի որ գոլորշու արտադրության համար անհրաժեշտ ջերմության մեծ մասը ստացվում է բրածո վառելիքով աշխատող կաթսաներում:
Չնայած էլեկտրական շարժիչները գոլորշու տուրբինների շարժիչներին ավելի էկոլոգիապես մաքուր այլընտրանք են, կառավարման ճկունության կարիքը հաճախ ավելի մեծ է։ Այսօր կառուցվող ժամանակակից օդի բաժանման կայաններից շատերը միացված են ցանցին և ունեն վերականգնվող էներգիայի օգտագործման բարձր մակարդակ։ Օրինակ՝ Ավստրալիայում նախատեսվում է կառուցել մի քանի կանաչ ամոնիակային կայաններ, որոնք կօգտագործեն օդի բաժանման միավորներ (ASU)՝ ամոնիակի սինթեզի համար ազոտ արտադրելու համար և, ինչպես ակնկալվում է, էլեկտրաէներգիա կստանան մոտակա քամու և արևային էլեկտրակայաններից։ Այս կայաններում կարգավորիչ ճկունությունը կարևոր է՝ էլեկտրաէներգիայի արտադրության բնական տատանումները փոխհատուցելու համար։
Siemens Energy-ն առաջին IGC-ն (նախկինում հայտնի որպես VK) մշակել է 1948 թվականին: Այսօր ընկերությունն ամբողջ աշխարհում արտադրում է ավելի քան 2300 միավոր, որոնցից շատերը նախատեսված են 400,000 մ3/ժ-ից ավելի հոսքի արագությամբ կիրառությունների համար: Մեր ժամանակակից MGP-ները մեկ շենքում ունեն մինչև 1.2 միլիոն խորանարդ մետր հոսքի արագություն ժամում: Դրանք ներառում են կոնսոլային կոմպրեսորների անփոխանցելի տարբերակներ՝ մինչև 2.5 կամ ավելի ճնշման հարաբերակցությամբ միաստիճան տարբերակներում և մինչև 6 ճնշման հարաբերակցությամբ սերիական տարբերակներում:
Վերջին տարիներին, ՄԿԿ արդյունավետության, կարգավորող ճկունության և կապիտալ ծախսերի աճող պահանջները բավարարելու համար, մենք կատարել ենք որոշ նշանակալի նախագծային բարելավումներ, որոնք ամփոփված են ստորև։
Առաջին MAC փուլում սովորաբար օգտագործվող մի շարք թևերի փոփոխական արդյունավետությունը մեծանում է թևերի երկրաչափությունը փոփոխելու միջոցով: Այս նոր թևով կարելի է հասնել մինչև 89% փոփոխական արդյունավետության՝ ավանդական LS դիֆուզորների հետ համատեղ, և ավելի քան 90%՝ հիբրիդային դիֆուզորների նոր սերնդի հետ համատեղ:
Բացի այդ, թևն ունի 1.3-ից բարձր Մախի թիվ, ինչը առաջին փուլին ապահովում է ավելի բարձր հզորության խտություն և սեղմման հարաբերակցություն: Սա նաև նվազեցնում է եռաստիճան MAC համակարգերի ատամնանիվների փոխանցման հզորությունը, թույլ տալով առաջին փուլերում օգտագործել ավելի փոքր տրամագծով ատամնանիվներ և ուղիղ փոխանցման փոխանցման տուփեր:
Համեմատած ավանդական լիարժեք LS թևավոր դիֆուզորի հետ, հաջորդ սերնդի հիբրիդային դիֆուզորն ունի 2.5% բարձրացված բեմական արդյունավետություն և 3% կառավարման գործակից։ Այս աճը ձեռք է բերվում թևերը խառնելով (այսինքն՝ թևերը բաժանված են լիարժեք բարձրության և մասնակի բարձրության բաժինների)։ Այս կոնֆիգուրացիայում։
Թիփլերի և դիֆուզորի միջև հոսքի ելքը նվազում է թևի բարձրության այն մասով, որը գտնվում է թիփլերին ավելի մոտ, քան սովորական LS դիֆուզորի թևերը: Ինչպես սովորական LS դիֆուզորի դեպքում, լրիվ երկարությամբ թևերի առաջատար եզրերը հավասարապես հեռու են թևից՝ թևերի և դիֆուզորի փոխազդեցությունից խուսափելու համար, որը կարող է վնասել թևերը:
Թևերի բարձրության մասնակի բարձրացումը թևին մոտեցնելով նույնպես բարելավում է հոսքի ուղղությունը պուլսացիոն գոտու մոտ։ Քանի որ լրիվ երկարությամբ թևի հատվածի առաջատար եզրը մնում է նույն տրամագիծը, ինչ սովորական LS դիֆուզորինը, գազի գիծը չի տուժում, ինչը թույլ է տալիս ավելի լայն կիրառման և կարգավորման տիրույթ։
Ջրի ներարկումը ենթադրում է ջրի կաթիլների ներարկում ներծծող խողովակի օդային հոսքի մեջ։ Կաթիլները գոլորշիանում են և կլանում ջերմությունը պրոցեսային գազային հոսքից, այդպիսով նվազեցնելով մուտքի ջերմաստիճանը մինչև սեղմման փուլ։ Սա հանգեցնում է իզենտրոպիկ հզորության պահանջարկի նվազմանը և արդյունավետության ավելի քան 1%-ով բարձրացմանը։
Փոխանցման լիսեռի կարծրացումը թույլ է տալիս մեծացնել թույլատրելի լարումը մեկ միավոր մակերեսի համար, ինչը թույլ է տալիս նվազեցնել ատամի լայնությունը: Սա փոխանցումատուփի մեխանիկական կորուստները նվազեցնում է մինչև 25%-ով, ինչը հանգեցնում է ընդհանուր արդյունավետության մինչև 0.5% աճի: Բացի այդ, գլխավոր կոմպրեսորի ծախսերը կարող են կրճատվել մինչև 1%-ով, քանի որ մեծ փոխանցման տուփում օգտագործվում է ավելի քիչ մետաղ:
Այս թևիկը կարող է աշխատել մինչև 0.25 հոսքի գործակցով (φ) և ապահովում է 6%-ով ավելի մեծ ճնշում, քան 65 աստիճանի թևիկները: Բացի այդ, հոսքի գործակիցը հասնում է 0.25-ի, իսկ IGC մեքենայի կրկնակի հոսքի նախագծման դեպքում ծավալային հոսքը հասնում է 1.2 միլիոն մ3/ժ կամ նույնիսկ 2.4 միլիոն մ3/ժ-ի:
Ավելի բարձր phi արժեքը թույլ է տալիս օգտագործել ավելի փոքր տրամագծով թևիկ նույն ծավալային հոսքի դեպքում, այդպիսով մինչև 4%-ով նվազեցնելով գլխավոր կոմպրեսորի արժեքը։ Առաջին փուլի թևիկի տրամագիծը կարող է էլ ավելի կրճատվել։
Ավելի բարձր ճնշումը ձեռք է բերվում թևիկի 75° շեղման անկյան շնորհիվ, որը մեծացնում է ելքի մոտ շրջագծային արագության բաղադրիչը և այդպիսով ապահովում է ավելի բարձր ճնշում՝ համաձայն Էյլերի հավասարման։
Բարձր արագությամբ և բարձր արդյունավետությամբ թևերի համեմատ, թևերի արդյունավետությունը փոքր-ինչ նվազում է պարույրում ավելի մեծ կորուստների պատճառով: Սա կարելի է փոխհատուցել միջին չափի խխունջի օգտագործմամբ: Այնուամենայնիվ, նույնիսկ առանց այս պարույրների, մինչև 87% փոփոխական արդյունավետության կարելի է հասնել 1.0 Մախի թվի և 0.24 հոսքի գործակցի դեպքում:
Փոքր պարույրը թույլ է տալիս խուսափել այլ պարույրների հետ բախումներից, երբ մեծ ատամնանիվի տրամագիծը փոքրանում է: Օպերատորները կարող են խնայել ծախսերը՝ 6-բևեռ շարժիչից անցնելով ավելի բարձր արագությամբ 4-բևեռ շարժիչի (1000 պտ/րոպեից մինչև 1500 պտ/րոպե)՝ առանց գերազանցելու ատամնանիվի առավելագույն թույլատրելի արագությունը: Բացի այդ, այն կարող է նվազեցնել պարուրաձև և մեծ ատամնանիվների նյութերի արժեքը:
Ընդհանուր առմամբ, գլխավոր կոմպրեսորը կարող է խնայել մինչև 2% կապիտալ ծախսերում, գումարած շարժիչը նույնպես կարող է խնայել 2% կապիտալ ծախսերում: Քանի որ կոմպակտ պարույրները որոշ չափով պակաս արդյունավետ են, դրանք օգտագործելու որոշումը մեծապես կախված է հաճախորդի առաջնահերթություններից (արժեքն ընդդեմ արդյունավետության) և պետք է գնահատվի յուրաքանչյուր նախագիծ առանձին-առանձին:
Կառավարման հնարավորությունները մեծացնելու համար IGV-ն կարող է տեղադրվել մի քանի փուլերի առջևում։ Սա կտրուկ հակադրվում է նախորդ IGC նախագծերին, որոնք ներառում էին IGV-ներ միայն մինչև առաջին փուլը։
ՄԳԿ-ի նախորդ տարբերակներում մրրկի գործակիցը (այսինքն՝ երկրորդ ՄԳԿ-ի անկյունը բաժանած առաջին ՄԳԿ-ի անկյան վրա) մնում էր անփոփոխ՝ անկախ նրանից, թե հոսքը առաջ էր (անկյուն > 0°, նվազող ճնշում) թե հակադարձ մրրկային (անկյուն < 0): °, ճնշումը մեծանում է: Սա անբարենպաստ է, քանի որ անկյան նշանը փոխվում է դրական և բացասական մրրկային հոսանքների միջև:
Նոր կոնֆիգուրացիան թույլ է տալիս օգտագործել երկու տարբեր մրրկային հարաբերակցություններ, երբ մեքենան գտնվում է առաջ և հակառակ մրրկային ռեժիմներում, այդպիսով 4%-ով մեծացնելով կառավարման միջակայքը՝ պահպանելով կայուն արդյունավետություն։
ՄԱԲ-ներում սովորաբար օգտագործվող թևիկի համար LS դիֆուզոր ներառելով՝ բազմաստիճան արդյունավետությունը կարող է բարձրացվել մինչև 89%: Սա, զուգորդված այլ արդյունավետության բարելավումների հետ, նվազեցնում է ՄԱԲ փուլերի քանակը՝ միաժամանակ պահպանելով ընդհանուր գնացքի արդյունավետությունը: Փուլերի քանակը կրճատելը վերացնում է միջսենյակային սառեցուցիչի, դրան կից տեխնոլոգիական գազի խողովակաշարի, ինչպես նաև ռոտորի և ստատորի բաղադրիչների անհրաժեշտությունը, ինչը հանգեցնում է 10% ծախսերի խնայողության: Բացի այդ, շատ դեպքերում հնարավոր է համատեղել հիմնական օդային կոմպրեսորը և բուստերային կոմպրեսորը մեկ մեքենայում:
Ինչպես արդեն նշվեց, գոլորշու տուրբինի և VAC-ի միջև սովորաբար անհրաժեշտ է միջանկյալ ատամնանիվ: Siemens Energy-ի նոր IGC դիզայնի շնորհիվ այս միջանկյալ ատամնանիվը կարող է ինտեգրվել փոխանցման տուփի մեջ՝ պինիոնի լիսեռի և մեծ ատամնանիվի (4 ատամնանիվ) միջև միջանկյալ լիսեռ ավելացնելով: Սա կարող է կրճատել գծի ընդհանուր արժեքը (գլխավոր կոմպրեսոր գումարած օժանդակ սարքավորումներ) մինչև 4%-ով:
Բացի այդ, 4-փինիոնային փոխանցումները կոմպակտ ոլորային շարժիչների ավելի արդյունավետ այլընտրանք են՝ խոշոր գլխավոր օդային կոմպրեսորներում 6-բևեռից 4-բևեռ շարժիչներին անցնելու համար (եթե կա պարուրաձև բախման հավանականություն կամ եթե փինիոնի առավելագույն թույլատրելի արագությունը կնվազի):
Դրանց օգտագործումը նաև ավելի տարածված է դառնում մի շարք շուկաներում, որոնք կարևոր են արդյունաբերական ապաածխածնացման համար, ներառյալ ջերմային պոմպերը և գոլորշու սեղմումը, ինչպես նաև CO2 սեղմումը ածխածնի որսման, օգտագործման և պահեստավորման (CCUS) զարգացումներում։
Siemens Energy-ն ունի IGC-ների նախագծման և շահագործման երկար պատմություն: Ինչպես վկայում են վերը նշված (և այլ) հետազոտական ​​և զարգացման ջանքերը, մենք հանձնառու ենք անընդհատ նորարարել այս մեքենաները՝ բավարարելու եզակի կիրառման կարիքները և բավարարելու շուկայի աճող պահանջները՝ ցածր ծախսերի, արդյունավետության բարձրացման և կայունության բարձրացման համար: KT2