HANGZHOU NUZHUO TEXNOLOGİYA QRUPU CO.,LTD.

Müəllif: Lukas Bijikli, Məhsul Portfeli Meneceri, İnteqrasiya olunmuş Ötürücü Sürücülər, Tədqiqat və İnkişaf CO2 Kompressiyası və İstilik Nasosları, Siemens Energy.
Uzun illərdir ki, İnteqrasiya olunmuş Ötürücü Kompressor (IGC) hava ayırma qurğuları üçün ən çox seçilən texnologiya olmuşdur. Bu, əsasən onların yüksək səmərəliliyi ilə əlaqədardır ki, bu da birbaşa oksigen, azot və inert qaz xərclərinin azalmasına gətirib çıxarır. Lakin dekarbonizasiyaya artan diqqət, xüsusən də səmərəlilik və tənzimləyici çeviklik baxımından IPC-lərə yeni tələblər qoyur. Kapital xərcləri, xüsusən də kiçik və orta ölçülü müəssisələrdə qurğu operatorları üçün vacib amil olaraq qalmaqdadır.
Son bir neçə ildə Siemens Energy hava ayırma bazarının dəyişən ehtiyaclarını ödəmək üçün IGC imkanlarını genişləndirməyə yönəlmiş bir neçə tədqiqat və inkişaf (R&İ) layihəsinə başlamışdır. Bu məqalədə etdiyimiz bəzi konkret dizayn təkmilləşdirmələri vurğulanır və bu dəyişikliklərin müştərilərimizin xərc və karbon azaldılması məqsədlərinə necə çatmasına kömək edə biləcəyi müzakirə olunur.
Bu gün əksər hava ayırma qurğuları iki kompressorla təchiz olunmuşdur: əsas hava kompressoru (MAC) və gücləndirici hava kompressoru (BAC). Əsas hava kompressoru adətən bütün hava axınını atmosfer təzyiqindən təxminən 6 bara qədər sıxışdırır. Bu axının bir hissəsi daha sonra BAC-da 60 bara qədər təzyiqə qədər sıxılır.
Enerji mənbəyindən asılı olaraq, kompressor adətən buxar turbin və ya elektrik mühərriki ilə idarə olunur. Buxar turbinindən istifadə edərkən hər iki kompressor eyni turbin tərəfindən iki val ucundan idarə olunur. Klassik sxemdə buxar turbin və HAC arasında ara dişli çarx quraşdırılır (Şəkil 1).
Həm elektriklə işləyən, həm də buxar turbinləri ilə işləyən sistemlərdə kompressor səmərəliliyi dekarbonizasiya üçün güclü bir vasitədir, çünki bu, qurğunun enerji istehlakına birbaşa təsir göstərir. Bu, xüsusilə buxar turbinləri ilə işləyən MGP-lər üçün vacibdir, çünki buxar istehsalı üçün istiliyin çox hissəsi qazıntı yanacağı ilə işləyən qazanlarda əldə edilir.
Elektrik mühərrikləri buxar turbinləri üçün daha ekoloji cəhətdən təmiz alternativ təmin etsə də, idarəetmə elastikliyinə daha çox ehtiyac var. Bu gün tikilən bir çox müasir hava ayırma qurğuları şəbəkəyə qoşulub və yüksək səviyyədə bərpa olunan enerji istifadəsinə malikdir. Məsələn, Avstraliyada ammonyak sintezi üçün azot istehsal etmək üçün hava ayırma qurğularından (ASU) istifadə edəcək və yaxınlıqdakı külək və günəş elektrik stansiyalarından elektrik alacağı gözlənilən bir neçə yaşıl ammonyak zavodunun inşası planlaşdırılır. Bu stansiyalarda enerji istehsalında təbii dalğalanmaları kompensasiya etmək üçün tənzimləyici elastiklik vacibdir.
Siemens Energy ilk IGC (əvvəllər VK kimi tanınırdı) 1948-ci ildə hazırlamışdır. Bu gün şirkət dünya miqyasında 2300-dən çox cihaz istehsal edir ki, bunların da çoxu 400.000 m3/saat-dan çox axın sürətinə malik tətbiqlər üçün nəzərdə tutulub. Müasir MGP-lərimizin bir binada saatda 1,2 milyon kubmetrə qədər axın sürəti var. Bunlara tək mərhələli versiyalarda təzyiq nisbəti 2,5 və ya daha yüksək, seriyalı versiyalarda isə 6-ya qədər təzyiq nisbətinə malik konsol kompressorlarının dişlisiz versiyaları daxildir.
Son illərdə IGC səmərəliliyi, tənzimləyici elastiklik və kapital xərclərinə artan tələbləri ödəmək üçün aşağıda ümumiləşdirilmiş bəzi diqqətəlayiq dizayn təkmilləşdirmələri etdik.
Adətən birinci MAC mərhələsində istifadə olunan bir sıra çarxların dəyişkən səmərəliliyi bıçaq həndəsəsini dəyişdirməklə artırılır. Bu yeni çarxla ənənəvi LS diffuzorları ilə birlikdə 89%-ə qədər, yeni nəsil hibrid diffuzorlarla birlikdə isə 90%-dən çox dəyişkən səmərəlilik əldə etmək mümkündür.
Bundan əlavə, çarxın Max ədədi 1,3-dən yüksəkdir ki, bu da birinci mərhələni daha yüksək güc sıxlığı və sıxılma nisbəti ilə təmin edir. Bu, həmçinin üç mərhələli MAC sistemlərində dişlilərin ötürməli olduğu gücü azaldır və ilk mərhələlərdə daha kiçik diametrli dişlilərin və birbaşa ötürücülü ötürücü qutularının istifadəsinə imkan verir.
Ənənəvi tam uzunluqlu LS qanadlı diffuzorla müqayisədə, növbəti nəsil hibrid diffuzorun mərhələ səmərəliliyi 2,5%, idarəetmə əmsalı isə 3% artırılıb. Bu artım bıçaqları qarışdırmaqla əldə edilir (yəni bıçaqlar tam hündürlüklü və qismən hündürlüklü hissələrə bölünür). Bu konfiqurasiyada
Pərvanə və diffuzor arasındakı axın çıxışı, ənənəvi LS diffuzorunun pərvanələrinə nisbətən pərvanəyə daha yaxın olan bıçaq hündürlüyünün bir hissəsi ilə azalır. Ənənəvi LS diffuzorunda olduğu kimi, tam uzunluqlu pərvanələrin ön kənarları pərvanəyə zərər verə biləcək pərvanə-diffuzor qarşılıqlı təsirinin qarşısını almaq üçün pərvanədən bərabər məsafədə yerləşir.
Pərlərin hündürlüyünün pervana yaxın qismən artırılması da pulsasiya zonasına yaxın axın istiqamətini yaxşılaşdırır. Tam uzunluqlu pər hissəsinin ön kənarı ənənəvi LS diffuzoru ilə eyni diametrdə qaldığı üçün, qaz xətti təsirlənmir və bu da daha geniş tətbiq və tənzimləmə imkanını yaradır.
Su vurulması, emiş borusundakı hava axınına su damcılarının vurulmasını əhatə edir. Damcılar buxarlanır və proses qaz axınından istiliyi udur və bununla da giriş temperaturunu sıxılma mərhələsinə endirir. Bu, izentropik güc tələblərinin azalmasına və səmərəliliyin 1%-dən çox artmasına səbəb olur.
Dişli çarxın valının sərtləşdirilməsi vahid sahəyə düşən icazə verilən gərginliyi artırmağa imkan verir ki, bu da diş enini azaltmağa imkan verir. Bu, sürət qutusundakı mexaniki itkiləri 25%-ə qədər azaldır və nəticədə ümumi səmərəlilik 0,5%-ə qədər artır. Bundan əlavə, böyük sürət qutusunda daha az metal istifadə edildiyi üçün əsas kompressor xərcləri 1%-ə qədər azalda bilər.
Bu çarx 0,25-ə qədər axın əmsalı (φ) ilə işləyə bilər və 65 dərəcəli çarxlara nisbətən 6% daha çox təzyiq təmin edir. Bundan əlavə, axın əmsalı 0,25-ə çatır və IGC maşınının ikiqat axınlı dizaynında həcmli axın 1,2 milyon m3/saat və ya hətta 2,4 milyon m3/saat-a çatır.
Daha yüksək phi dəyəri eyni həcm axınında daha kiçik diametrli çarxın istifadəsinə imkan verir və bununla da əsas kompressorun qiymətini 4%-ə qədər azaldır. Birinci mərhələ çarxının diametri daha da azaldıla bilər.
Daha yüksək təzyiq, çıxışdakı çevrə sürət komponentini artıran və beləliklə, Euler tənliyinə görə daha yüksək təzyiq təmin edən 75° pervanel əyilmə bucağı ilə əldə edilir.
Yüksək sürətli və yüksək səmərəlilikli impellerlərlə müqayisədə, volyutada daha yüksək itkilər səbəbindən impellerin səmərəliliyi bir qədər azalır. Bu, orta ölçülü ilbizdən istifadə etməklə kompensasiya edilə bilər. Lakin, bu volyutlar olmadan belə, Mach sayı 1.0 və axın əmsalı 0.24 olduqda 87%-ə qədər dəyişkən səmərəlilik əldə edilə bilər.
Kiçik volyut, böyük dişli çarxın diametri azaldıqda digər volyutlarla toqquşmanın qarşısını almağa imkan verir. Operatorlar icazə verilən maksimum dişli sürətini aşmadan 6 qütblü mühərrikdən daha yüksək sürətli 4 qütblü mühərrikə (1000 dövr/dəq-dən 1500 dövr/dəq-yə qədər) keçməklə xərclərə qənaət edə bilərlər. Bundan əlavə, spiral və böyük dişli çarxlar üçün material xərclərini azalda bilər.
Ümumilikdə, əsas kompressor kapital xərclərində 2%-ə qədər qənaət edə bilər, üstəlik, mühərrik də kapital xərclərində 2% qənaət edə bilər. Kompakt voltlar bir qədər daha az səmərəli olduğundan, onlardan istifadə qərarı əsasən müştərinin prioritetlərindən (dəyər və səmərəlilik) asılıdır və layihə üzrə qiymətləndirilməlidir.
İdarəetmə imkanlarını artırmaq üçün IGV birdən çox mərhələnin qarşısında quraşdırıla bilər. Bu, əvvəlki IGC layihələrindən kəskin şəkildə fərqlənir, çünki birinci mərhələyə qədər yalnız IGV-ləri əhatə edirdi.
IGC-nin əvvəlki iterasiyalarında, burulğan əmsalı (yəni, ikinci IGV-nin bucağının birinci IGV1-in bucağına bölünməsi) axın irəli (bucaq > 0°, azalma təzyiqi) və ya tərs burulğan (bucaq < 0) olmasından asılı olmayaraq sabit qalmışdır. °, təzyiq artır). Bu, əlverişsizdir, çünki bucağın işarəsi müsbət və mənfi burulğanlar arasında dəyişir.
Yeni konfiqurasiya, maşın irəli və tərs burulğan rejimində olduqda iki fərqli burulğan nisbətindən istifadə etməyə imkan verir və bununla da sabit səmərəliliyi qoruyarkən idarəetmə diapazonunu 4% artırır.
BAC-larda geniş istifadə olunan impeller üçün LS diffuzoru daxil etməklə, çoxmərhələli səmərəliliyi 89%-ə qədər artırmaq olar. Bu, digər səmərəlilik təkmilləşdirmələri ilə birlikdə ümumi qatar səmərəliliyini qoruyarkən BAC mərhələlərinin sayını azaldır. Mərhələlərin sayının azaldılması interkulerə, əlaqəli proses qaz boru kəmərinə və rotor və stator komponentlərinə olan ehtiyacı aradan qaldırır və nəticədə 10% qənaət edilir. Bundan əlavə, bir çox hallarda əsas hava kompressorunu və gücləndirici kompressoru bir maşında birləşdirmək mümkündür.
Daha əvvəl qeyd edildiyi kimi, buxar turbini ilə VAC arasında adətən aralıq dişli tələb olunur. Siemens Energy şirkətinin yeni IGC dizaynı ilə bu boş ötürücü dişli, dişli valı ilə böyük dişli (4 dişli) arasında boş ötürücü val əlavə etməklə ötürücü qutuya inteqrasiya edilə bilər. Bu, ümumi xətt xərcini (əsas kompressor və köməkçi avadanlıq) 4%-ə qədər azalda bilər.
Bundan əlavə, 4 pinionlu dişlilər, böyük əsas hava kompressorlarında 6 qütblü mühərriklərdən 4 qütblü mühərriklərə keçid üçün kompakt spiral mühərriklərə daha səmərəli alternativdir (volyut toqquşması ehtimalı varsa və ya icazə verilən maksimum pinion sürəti azalacaqsa). ) keçmiş.
Onların istifadəsi, istilik nasosları və buxar sıxılması, eləcə də karbon tutma, istifadə və saxlama (CCUS) işlənmələrində CO2 sıxılması da daxil olmaqla, sənaye dekarbonizasiyası üçün vacib olan bir neçə bazarda getdikcə daha çox yayılır.
Siemens Energy şirkətinin İGC-lərin dizaynı və istismarı sahəsində uzun bir tarixi var. Yuxarıda göstərilən (və digər) tədqiqat və inkişaf səylərindən də göründüyü kimi, biz unikal tətbiq ehtiyaclarını ödəmək və daha aşağı xərclər, artan səmərəlilik və artan dayanıqlılıq üçün artan bazar tələblərini ödəmək üçün bu maşınları daim yeniləməyə sadiqik. KT2