کمپرسورهای DUAL DRIVE

شرکت های نفت و گاز تحت فشار شدید برای کربن زدایی و هدایت انتقال انرژی در حین دستیابی به اهداف تولید هستند. برای بسیاری از دارایی ها از جمله ایستگاه های فشرده سازی خط لوله، نیروگاه های گاز و LNG، و سایت های تولید، تولید اسب بخار مورد نیاز برای تراکم می تواند سهم قابل توجهی در انتشار گازهای گلخانه ای و OPEX داشته باشد.

انتخاب نوع ماشین برای انجام این وظیفه از لحاظ تاریخی برای اپراتورها یک تصمیم دوتایی بوده است – اکثر آنها موتور الکتریکی یا راه حل مکانیکی مانند توربین گاز یا موتور رفت و برگشتی را انتخاب می کنند. با این حال، می توان یک مورد تجاری قوی برای ترکیب یک یا چند جزء محرک مکانیکی با یک موتور الکتریکی (یا موتور ژنراتور) در یک قطار هیبریدی/دوگانه محرکه ایجاد کرد. این پیکربندی‌ها می‌توانند مزایایی نسبت به سیستم‌های تک محرکه داشته باشند، از جمله انعطاف‌پذیری، کارایی، هزینه‌های کمتر و کاهش ردپای کربن.

شکل 1: طرح ساده شده برای قطار هیبریدی/دوگانه.

شکل 2: طرح درایو دوگانه LNG.

شکل 3: چیدمان قطار PTA معمولی

درایوهای هیبریدی

بسیاری از تأسیسات، به‌ویژه ایستگاه‌های فشرده‌سازی خطوط لوله، هم‌اکنون دارای قطارهای موتور الکتریکی و توربین گازی هستند. با استفاده از درایورهای مختلف، اپراتورها می توانند از قفل شدن در یک منبع انرژی منفرد جلوگیری کنند. بهره برداری از دو قطار به معنای حداقل بهره برداری جزئی از ایستگاه در صورت نیاز یا زمانی که یکی برای تعمیر و نگهداری نیاز به تعطیلی داشته باشد. با این حال، داشتن قطارهای جداگانه همیشه کارآمدترین چیدمان تجهیزات را تشکیل نمی دهد، زیرا ممکن است یک قطار در بیشتر سال بیکار بماند.

یک درایو هیبریدی

دوگانه ممکن است در شرایط خاص گزینه بهتری باشد زیرا به اپراتورها همان انعطاف‌پذیری را برای استفاده از گاز یا برق شبکه موجود به عنوان منبع انرژی خود می‌دهد، اما بدون پیچیدگی نصب دو قطار. این امر باعث کاهش CAPEX می شود زیرا زیرساخت های جانبی مانند پایه ها، لوله کشی، سیم کشی، کابل کشی، سیستم های الکتریکی و تعادل کارخانه (BoP) بسیار کاهش می یابد.

مثال:

فشرده سازی موتور الکتریکی (EMD) به عنوان یکی از جنبه های کربن زدایی در نظر گرفته می شود. در شبکه‌هایی که درصد باد و خورشیدی بالایی دارند، اپراتور می‌تواند از EMD برای راه‌اندازی کمپرسورها در ساعات کم‌پیک زمانی که قیمت‌ها پایین و پایداری شبکه بالا است، استفاده کند. توربین گاز تنها زمانی راه اندازی می شود که برق در دسترس نباشد یا قیمت ها بالا باشد.

از آنجایی که موتور را می توان به گونه ای طراحی کرد که به صورت دوگانه به عنوان یک ژنراتور کار کند، همچنین می توان از هر نیروی اضافی از توربین برای تولید برق برای کار در محل استفاده کرد. برق اضافی به طور بالقوه می تواند به شبکه فروخته شود. اتصال به شبکه نیز به سرعت ثابت توربین گاز نیاز دارد. این را می توان با الکترونیک پیشرفته به دست آورد. انعطاف پذیری مشابهی نیز با استفاده از پره های راهنمای ورودی متغیر (VIGV) ارائه می شود.

سناریوی دیگری که در آن یک درایو هیبریدی می‌تواند سودمند باشد

در مکان‌هایی با قطارهای فشرده‌سازی توربین گازی است که به دلیل فصلی بودن، نوسانات دمایی زیادی را تجربه می‌کنند. با افزایش دمای محیط، توان موجود از توربین های گاز کاهش می یابد. در نتیجه، واحدها اغلب بزرگتر می شوند تا از قدرت کافی در طول ماه های گرم تابستان اطمینان حاصل شود. با این حال، همان توربین گازی ممکن است در طول زمستان انرژی بسیار بیشتری نسبت به نیاز قطار تراکمی تولید کند. این منجر به عملکرد کم بار توربین گاز، کاهش راندمان و افزایش انتشار گازهای گلخانه ای می شود.

انتخاب یک درایو هیبریدی

با نصب یک موتور الکتریکی در انتهای شفت کمپرسور در مقابل توربین گاز می تواند این مشکل را حل کند (با فرض اینکه اتصال به شبکه در دسترس باشد). در چنین مواردی می توان توربین کوچکتری را انتخاب کرد تا با بار کامل کار کند. موتور یا موتور ژنراتور هر اسب بخار اضافی مورد نیاز را هنگامی که دما از نقطه طراحی بالاتر می رود، تامین می کند. اگر توربین در ماه‌های سردتر، اسب بخار بیشتری از مقدار مورد نیاز برای کار تراکم تولید کند، می‌توان از موتور ژنراتور برای تولید برق اضافی استفاده کرد که می‌تواند در محل استفاده شود یا به شبکه فروخته شود. با راه اندازی توربین گاز در یک بار بهینه، انتشار NO * و CO کاهش می یابد. مصرف سوخت و انتشار CO2 مرتبط نیز کاهش یافته است.

ترتیب قطار

بسته به کاربرد و نوع خاص تجهیزات مورد استفاده، تنظیمات درایو دوگانه متعدد امکان پذیر است. در مورد کمپرسورهای گریز از مرکز یا چرخ دنده یکپارچه با دو سر شفت موجود، یک آرایش معمولی شامل نصب یک موتور الکتریکی یا موتور ژنراتور در یک طرف انتهای شفت کمپرسور و توربین گاز در طرف دیگر است. نیاز به کلاچ و گیربکس با توجه به نوع موتور مورد استفاده و عملکرد قطار تراکمی تعیین می شود.

برای کمپرسورهای گریز از مرکز

یک پیکربندی قطار معمولی شامل یک توربین گاز با یک کلاچ در یک طرف و یک موتور الکتریکی با گیربکس افزایش سرعت و یک کلاچ در طرف دیگر است. با چنین تنظیماتی، موتور الکتریکی می تواند به عنوان محرک اصلی (توربین گاز به عنوان پشتیبان) زمانی که برق از شبکه در دسترس است استفاده شود. سوئیچ بین موتور و توربین گاز از طریق درگیر شدن و جدا شدن کلاچ ها با کمترین اختلال در عملکرد خط لوله امکان پذیر است.

برای کمپرسورهای ورودی محوری که فقط یک سر برای اتصال درایور دارند، موتور باید بین توربین گاز و کمپرسور نصب شود. موتور به عنوان بخشی از شفت عمل می کند که نیرو را از توربین گاز به کمپرسور منتقل می کند. در حالت درایو توربین گاز، مدار شکن باز است و موتور بدون بار به چرخش خود ادامه می دهد.

نمونه های دنیای واقعی

یک کارخانه مایع سازی LNG در مقیاس کاربردی در شمال شرقی ایالات متحده در حال ساخت است. دارای سیستم محرک گاز/الکتریکی است. این توربین گاز زیمنس انرژی SGT-300 (8 مگاوات)، کمپرسور دنده یکپارچه STC-GV و موتور ژنراتور الکتریکی را برای اطمینان از عملکرد پایدار و کارآمد قطار تبرید/مایع سازی ترکیب می کند. کمپرسور از سمت توربین گاز با پینیون و از سمت موتور ژنراتور با چرخ دنده هدایت می شود و نیازی به کلاچ یا گیربکس جداگانه ندارد. یک سیستم روغن روغنی واحد، روغن کل قطار را تامین می کند.

در طول ماه‌های سرد

توربین گاز کمپرسور تبرید N2 و ژنراتور را به حرکت در می‌آورد و حدود 3 مگاوات برق اضافی تولید شده توسط خود تولید می‌کند تا نیاز الکتریکی نیروگاه را برآورده کند. این امر نیاز به خرید برق از شبکه را کاهش می دهد. هنگامی که خروجی توربین در تابستان کاهش می یابد، موتور ژنراتور به عنوان یک موتور برای تامین نیروی اضافی به سیستم تراکم عمل می کند. پس از راه‌اندازی، انتظار می‌رود این تاسیسات روزانه 170000 گالن LNG و بدون تعطیلی تا 250000 گالن تولید کند.

مفهوم درایو هیبریدی

نیز در بخش پایین دستی مورد توجه قرار گرفته است. در پالایشگاه ها، فرآیند اسید ترفتالیک خالص (PTA) گرمازا است (گرما را آزاد می کند). معمولاً شامل یک توربین بخار، یک یا دو منبسط کننده گاز داغ و یک موتور/ژنراتور برای صادرات نیرو است. موتور/ژنراتور فرآیند را با راندن قطار برای تولید هوا آغاز می کند. هنگامی که فرآیند تولید بخار و گاز خاموش می شود، از موتور ژنراتور برای صادرات نیرو به شبکه استفاده می شود. قطار متوقف نشده است.

اپراتورها به دلیل بی ثباتی شبکه یا کمبود برق در دسترس نمی توانند از پس خاموش شدن برآیند. تکمیل یک موتور ژنراتور الکتریکی با یک توربین گازی (یا بالعکس) در یک قطار دوگانه/هیبریدی اطمینان بیشتری را فراهم می کند.