سیستم گاورنر توربین های بخار و نوسازی گاورنر الکترونیک

Steam turbine governing system and electronic governor retrofit

 

سیستم گاورنر توربین های بخار و نوسازی گاورنر  الکترونیک

 

به منظور کارکرد ایمن و قابل اطمینان توربین های بخار سیستم های گاورنر آنها با توجه به تکنولوژی امروزه نوسازی می گردند. طراحی با تلاش فراوانی که بر روی کارکرد سیستم و رابط سیستم (System interface) تکمیل می شود. تعداد زیادی سیستم کنترلی و تجهیزات نظارت از سازندگان مختلف وجود دارد، که می توان از آنها برای مصارف مربوط به توربین بخار استفاده کرد. ولیکن قبل از سفارش دادن، نصب سیستم و راه اندازی تجهیزات گاورنر نوسازی شده موارد بسیار زیادی می بایست تحت تحقیق و بررسی قرار گیرند. این مقاله به کاربران در خصوص این تحقیق و بررسی کمک می کند.

Download link:

Steam turbine governing system and electronic governor retrofit
حجم: 1.04 مگابایت

انواع اصلی تجهیزات دوار

انواع اصلی تجهیزات دوار

توربین بخار چگونه کار می کند

توربین بخار چگونه کار می کند

 

 

 

Steam turbine operation

Steam turbine operation

 

 

 

انتخاب توربین بخار برای محرک پمپ ها بخش 12

انتخاب توربین بخار برای محرک پمپ ها

بخش 12

 لینک بخش 11

نصب و نگهداری

توربین های بخار به عنوان محرک قابل اطمینان برای بسیاری از کارکرد ها به حساب می آیند. طول عمر 20 سال و بیشتر برای توربین های بخار غیر معمول نمی باشد.

در هنگام نصب توربین بخار می بایست بر روی پی با استحکام مناسب قرار گیرد تا هم محوری محور توربین حفظ گردد. کوپلینگ می بایست به درستی با محور توربین هم راستا گردد. لوله کشی های بخار متصل به توربین می بایست به درستی طراحی گردند تا از اعمال تنش های اثر گذار بر همراستایی محور توربین، به پوسته جلوگیری به عمل آید.

به منظور نگهداری توربین می بایست از روانکاری مناسب یاتاقان ها اطمینان حاصل کرد. همچنین بخار ورودی به توربین می بایست عاری از آلاینده های و خشک باشد. از ورود بخار تر به توربین در هر حالتی می بایست جلوگیری به عمل آید. به منظور اطمینان از عملکرد بی نقص از رویه ها ودستورلعمل های مذکور در دفترچه های راهنما می بایست به دقت پی روی شود.

پایان

 

ترجمه آزاد از: 

Selecting Steam Turbines For Pump Drives  by Michael A. Cerce and Vinod P. Patel

Proceedings Of The Twentieth International Pump Users Symposium • 2003

انتخاب توربین بخار برای محرک پمپ ها بخش 11

انتخاب توربین بخار برای محرک پمپ ها

بخش 11

لینک بخش 10

 

راهنمای استفاده از توربین های جند طبقه

کلا در صورتی که توربین یک طبقه پاسخ گوی شرایط کاری می باشد، استفاده از آنها به دلایل قیمتی به توربین های طبقاتی ترجیح داده می شود. قیمت یک توربین چند طبقه حدود 20 برابر قیمت توربین یک طبقه است که همان عملکرد را دارد.

توربین های چند طبقه هنگامی استفاده می شوند که توربین های یک طبقه پاسخگوی شرایط کاری نبوده و یا بهبود راندمان مورد نیاز می باشد. دلایل استفاده از توربین های چند طبقه شامل موارد ذیل می باشد:

- نیاز به خروجی های بزرگتری نسبت به آنچه که در توربین های یک طبقه موجود است مورد نیاز باشد. این حالت معمولا در توربین هایی که دارای خروجی آنها معادل فشار چگالش می باشد رخ می دهد.

- مصرف بخار برای خریدار توربین از اهمیت بالاتری برخوردار می باشد. توربین های چند طبقه معمولا ب مقدار قابل ملاحظه ای دارای راندمان بالاتری می باشند.

- مقدار توان مورد نیاز از مقدار توانی که توربین یک طبقه می تواند با توجه به بار اعمالی بر روی پره تامین کند، بیشتر باشد.

این مطلب ادامه دارد

 

ترجمه آزاد از: 

Selecting Steam Turbines For Pump Drives  by Michael A. Cerce and Vinod P. Patel

Proceedings Of The Twentieth International Pump Users Symposium • 2003

 

انتخاب توربین بخار برای محرک پمپ ها بخش 10

انتخاب توربین بخار برای محرک پمپ ها

بخش 10

لینک بخش 9

استفاده از Hand valve

در بسیاری ازموارد، تجهیزی که به توربین بخار متصل می گردند در محدوده مشخصی از شرایط کاری عمل می کند. با توجه به این موضوع توربین بخار نیز می بایت قابلیت تامین توان و سرعت در این محدوده های عملکرد را داشته باشد. به علاوه شرایط بخار ورودی به توربین ممکن است تغییر کند. این عوامل گاهی باعث می شوند تا توربین بخاری باقابلیت توان بالاتری از توان نقطه نرمال انتخاب شده و در نتیجه عملکرد آن در نقطه نرمال دارای بازده لازم نباشد.Hand valve بر روی توربین های بخار می تواند در تامین شرایط کاری این نقاط کمک کند. (شکل 14)

استفاده از Hand valve این امکان را فراهم می کند تا توربین بتواند شرایط عملکردی مختلفی را بدون تغییر عمده ای در مقدار مصرف بخار، تامین کند.

مثال

سرعت توان و نرمال پمپ: 770 اسب بخار در 3600 دور بر دقیقه

شرایط نرمال بخار: 600 psig/700°F و فشار خروجی 175psig

بر اساس نیازمندی ها توربین می بایست بتواند10 درصد توان بیشتر (847 hp) را تا مین کند. به علاوه شرایط بخار دارای تغییرات زیر می باشد:

Minimum inlet conditions: 550 psig/650°F

Maximum inlet conditions: 625 psig/750°F

Minimum exhaust pressure: 150 psig

Maximum exhaust pressure: 200 psig

توربین انتخاب شده می تواند 9 نازل در قسمت اصلی نازل ها و 2 نازل در هر Hand valve داشته باشد.

بر اساس نیازمندی های API توربین می بایست قابلیت تامین حداکثر توان با حداقل شرایط بخار ورودی و حداکثر شرایط بخار خروجی را داشته باشد. در اینجا اثر انتخاب توربینی که شرایط کارکرد نرمال و ده درصد افزایش توان را دارا می باشد بر طراحی توربین بررسی می کنیم. حالت کاری اصلی در جدول 2 نشان داده شده است. حال می بینیم که برای مصرف بخار توربینی که برای حداقل و حداکثر شرایط طراحی شده است چه رخ می دهد.

همانگونه که دیده می شود که انتخاب بر اساس شرایط حداقل/حداکثر طراحی تعیین می کند که حداکثر سطح  نازل مورد نیاز است. در هنگام کارکرد توربین در شرایط نرمال به دلیل اینکه بخار ورودی برای رسیدن به شرایط کاری نرمال می بایست محدود گردد، مقدار مصرف بخار تحت تاثیر قرار می گیرد. اضافه کردن یک Hand valve دیگر نیز کمکی نخواهد کرد. نه عدد نازل اصلی در نظر گرفته شده نیز نمی توانند توان طراحی را تولید کنند.

نکته دیگر در خصوص hand valve این است که به طراحان توربین این امکان را می دهد که نازل ها را برای عملکرد های مختلف بهینه کنند. اتفاقی در صورت عدم استفاده از Hand valve در حالت حداقل/حداکثر می افتد در جدول 4 نشان داده شده است. همانگونه که مشاهده می گردد عدم استفاده از Hand valve بیشترین تاثیر را دارا می باشد. استفاده از Hand valve می تواند حدود 200000 دلار درسال صرفه جویی ایجاد کند.

ذکر است Hand valve اتوماتیک نیز وجود دارد که می تواند در نقاط از پیش تعیین شده باز بسته گردد. هزینه Hand valve اتوماتیک نسبت به صرفه جویی که می تواند ایجاد کند بسیار پایین می باشد.

علاوه بر تاثیر بر مصرف بخار، در صورت نبود Hand valve شیر گاورنر به حالت نیمه باز در می آید. در این حالت دو اثر منفی رخ می دهد یکی افزایش سطح صدای تولیدی بوده و دیگر رخ دادن لزرش در شیر گاورنر. این دو مشکل از شکایات اصلی می باشد که معمولا به بخش خدمات پس از فروش توربین ها گفته می شود. معمولا راه حل این مشکل ساده بوده و با بستن Hand valve مشکل حل می گردد.

بدترین حالتی که برای مصرف کننده های نهایی رخ می دهد این است که آنها در خواست تغییر شیر گاورنر و یا رینگ نازل ها را می دهند تا توربین در نقطه کاری واقعی خود کار کند.

نتیجه منفی دیگری که بر اثر مشخص کردن محدوده گسترده عملکرد رخ می دهد اثر آن بر روی اندازه ورودی و خروجی توربین و اندازه پوسته آن می باشد. به منظور بر آورده کردن شرایط قابل قبول سرعت بخار در خروجی توربین اندازه فلنج خروجی مورد قبول ممکن است از اندازه نازل خروجی ارزان ترین پوسته موجود که شرایط کاری را برآوره می سازد بزرگ تر باشد. این موضوع موجب می شود تا سازنده توربین بزرگتری را انتخاب کند. این موضوع نه تنها  موجب افزایش هزینه توربین می گردد، بلکه هزینه های اتصال به لوله کشی، شیر توقف و شیر اطمینان و غیره را نیز افزایش می دهد.

لذا توصیه های زیر در این خصوص انجام می گردد:

- سازندگان پمپ نبایست توان بیش از لزوم را اعلام کنند

- خریداران توربین نبایست از سناریوی بدترین حالت ممکن استفاده کنند مگر اینکه این شرایط فشار و دما واقعا اتفاق بیافتد. در صورت نیاز در استفاده از نیازمندی حداکثر توان در شرایط حداقل شرایط ورودی بخار/حداکثر شرایط خروجی بخار تخفیف اعمال کنند.

- استفاده کنندگان توربین از Hand valve در موارد لازم حتما استفاده کنند.

این مطلب ادامه دارد

ترجمه آزاد از: 

Selecting Steam Turbines For Pump Drives  by Michael A. Cerce and Vinod P. Patel

Proceedings Of The Twentieth International Pump Users Symposium • 2003

انتخاب توربین بخار برای محرک پمپ ها بخش 9

انتخاب توربین بخار برای محرک پمپ ها

بخش 9

 لینک بخش 8

مواردی که می بایست  هنگام انتخاب توربین بخار چک شوند

بعد از کنترل مقدار مصرف بخار موارد دیگری نیز هستند که می بایست برای اطمینان از عملکرد رضایت بخش توربین بخار کنترل گردند.

سایز فلنج ورودی: برای یک اندازه توربین یک مرحله ای ممکن است چندین اندازه فلنج ورودی ممکن باشد. با دقت شود که بر اساس استاندارد NEMA SM-23 (1991) مقدار سرعت ورودی می بایست حداکثر(53.3 m/s) 175 ft/s باشد.

 اندازه خروجی: مقدار سرعت در خروجی توربین بخار نیز دارای محدودیت می باشد. بر اساس استاندارد NEMA SM-23 (1991) مقدار سرعت مجاز بخار در فلنج خروجی توربین بخار  برای توربین های Backpressure معادل  250 ft/s (76.2 m/s)و برای توربین های Condensing  معادل 450 ft/s (137.2 m/s) می باشد.

·        مقدار سرعت ها از معادله زیر می توان به دست آورد:

مقدار گشتاور محور: توربین ها بر اساس طراحی خود قطر محور مشخصی دارند که می تواند مقدار توان مشخصی از توان را در سرعت مشخص انتقال دهد. در توربین های دور پایین این موضوع می بایست کنترل گردد. ( به عنوان مثال توربین هایی با دور 1500 دور بر دقیقه که مستقیما به پمپ متصل می شوند.)

بارهای بر روی پره ها: سرعت  و جریان بخار بر روی پره های در حال دوران ایجاد تنش می کند. از روی نمودار Goodman می توان مقدار بارهای مجاز بر روی پره را با توجه به سرعت، طراحی مکانیکی پره، جنس و دما به دست آورد.

رزنانس پره ها: برخورد بخار به پره ها می تواند موجب پدیده تشدید در پره های شود. این موضوع می تواند موجب شکست ناشی از خستگی بر اثر بارهای تناوبی بشود.

بارهای یاتاقان: نیروهای محوری که بر روی محور اعمال می شود می بایست توسط یاتاقان ها مهار شوند. برای توربین های ضربه ای (Impulse) یک طبقه نیروهای محوری به راحتی می توانند توسط یاتاقان های ساچمه ای جذب گردند. از یاتاقان های ساچمه ای دو ردیفه خود تنظیم در موارد که لازم است می توان استفاده کرد.

محدودیت های سرعت: پره ها، Shrouds، دیسکی که بر روی آن پره ها نصب می گردند و محور که دیسک بر روی آن نصب می گردد همگی دارای محدودیت سرعت هستند. سرعت تمامی این موارد می بایست کنترل گردد تا از رعایت محدوده های سرعت مجاز اطمینان حاصل گردد. همچنین سرعت بحرانی مجموعه روتور نیز باید کنترل گردد تا در محدوده مجاز باشد. برای دورهای بالا، هنگامی که طراحی معمول توربین در محدوده های مجاز قرار نمی گیرد،  استفاده از چیدمان های متفاوت پره ها، Shroud و روتور یکپارچه می توانند به عنوان راه حل هایی برای رسیدن به محدوده های مجاز باشند.

محدودیت نازل ها: هر پوسته توربین چیدمان مشخصی از نازل ها را با توجه به نوع و اندازه، تعداد نازل هاو مقدار نسبت قطر گلویی نازل، محل قرارگیری Hand valve، دوران و در دسترس بودن،  دارا می باشد. تمامی این متغییر ها می بایست در حالت کارکرد نرمال و همچنین شرایط کارکرد خارج از حالت نرمال بررسی گردند.

این مطلب ادامه دارد

ترجمه آزاد از: 

Selecting Steam Turbines For Pump Drives  by Michael A. Cerce and Vinod P. Patel

Proceedings Of The Twentieth International Pump Users Symposium • 2003

انتخاب توربین بخار برای محرک پمپ ها بخش 7

انتخاب توربین بخار برای محرک پمپ ها

بخش 7

لینک بخش 6

اطلاعات لازم برای انتخاب توربین بخار

به منظور انتخاب توربین مناسب برای یک سرویس کاری مشخص، لازم است تا اطلاعات خاصی را از مشتری دریافت گردد. توان مورد نیاز تجهیزی که به توربین متصل می گردد و سرعتی که این توان در آن مورد نیاز است از موارد اصلی می باشند. مشتریان معمولا نقطه طراحی یا نرمال و همچنین حداکثر توان و سرعت مورد نیاز را مشخص می کنند. این مقدار می تواند حدود 10 درصد بالاتر از توان نرمال باشد.

اطلاعات دیگری که برای انتخاب توربین مورد نیاز است شرایط بخار موجود در سایت می باشد. فشار و دمای بخار ورودی به توربین بخار و همچنین فشاری که بخار در خروجی توربین می بایست داشته باشد برای انتخاب توربین مورد نیاز می باشد. این مقادیر مقدار انرژی قابل استحصال بخار را مشخص می کند.

داشتن اطلاعات فوق برای انتخاب توربین الزامی می باشد ولی ارایه اطلاعات دیگری که در زیر می آید به صورت اختیاری می باشد:

تجهیزی که به توربین متصل می گردد- در بسیاری از موارد تجهیزی که توسط توربین رانده می شود استفاده بعضی از تجهیزات جانبی را دیکته می کند. به عنوان مثال انتخاب نوع گاورنر،استفاده از جعبه دنده و بازه سرعت گاورنر.

نوع گاورنر – استاندارد کنترل مورد نیاز برای تجهیزی که توسط توربین رانده می شود ممکن است نوع گاورنر را دیکته بکند. به عنوان مثال در پکیج های کمپرسورهای هوا معمولا از گاورنرهای NEAM D با محدوده سرعت بسیار کم استفاده می کنند.

ملاحظات ویژه در عملکرد- بعضی از نیازمندی ها موجب افزایش تجهیزات شده که می بایست در اسناد مناقصه این نیازمندی های ذکر گردند. مانند Auto-startup.

اهمیت مصرف بخار تجهیز و یا هزینه بخار مصرفی در فرآیند ارزیابی پیشنهادات- سازندگان توربین بخار همواره ارزان ترین توربینی را که نیازمندی های پروژه را برآورده سازد پیشنهاد می دهند. معمولا پیشنهادی با راندمان بالاتر و با قیمتی بیشتر موجود می باشد که ممکن است با در نظر گرفتن هزینه های آینده توربین گزینه مناسب تری باشد.

این مطلب ادامه دارد

ترجمه آزاد از: 

Selecting Steam Turbines For Pump Drives  by Michael A. Cerce and Vinod P. Patel

Proceedings Of The Twentieth International Pump Users Symposium • 2003

انتخاب توربین بخار برای محرک پمپ ها بخش 6

انتخاب توربین بخار برای محرک پمپ ها

بخش 6

 

لینک بخش 5

استاندارهای توربین بخار

NEMA SM-23 (1991) عمدتا به عنوان مشخصات فنی (Specification)توربین ها در نظر گرفته می شود و به مطالب آن در دیگر مشخصات فنی ارجاع داده می شود. به ویژه مشخصات NEMA برای تعاریف سیستم کنترل و بارهای مجاز لوله کشی بخار استفاده می گردد.

API 611 که در خصوص توربین های بخار مصارف عمومی صنایع پتروشیمی، شیمیایی و گاز می باشد، مرسوم ترین استاندارد برای استفاده کنندگان صنایع فوق می باشد. نیازمندی های استاندارد API از استاندارد NEMA سختگیرانه تر می باشد.، ولی نیازمندیهای مصرف کنندهای این حوزه بهتر منعکس کرده و پوشش می دهد. کاربرد توربین ها در صنایع فرآورش هیدروکربن ها معمولا شامل تامین توان مورد نیاز پمپ ها و فن ها می باشد. این استاندارد همچنین برای توربین های دیگری که در مصارف عمومی و کمتر مهم مانند محرک کمپرسور هوا و یا ژنراتورها به کار می روند، نیز کاربرد دارد. انطباق با نیازمندی های استاندارد API611 می تواند موجب شود تا توربین5 تا 50 درصد افزایش قیمت نسبت به توربین هایی که بر اساس استاندارد سازنده طراحی می شوند، داشته باشد.

استاندارد API 612  در خصوص توربین های مصارف ویژه در صنایع پتروشیمی، شیمیایی و گاز می باشد. این استاندارد سخت گیرانه ترین استاندارد توربین های بخار می باشد.توبین های تحت این استاندارد به عنوان محرک کمپرسورهای فرآیند ها که به عنوان قلب فرآیند می باشند استفاده می گردند.

استاندارد API 612  هزینه های توربین بخار به طور چشم گیری بین دو تا ده برابر افزایش می دهد. تغییرات ساختاری در این استاندارد شامل محفظه یاتاقان فولادی، حداقل سازی نیروهای محوری بر روی یاتاقان محوری، ساخت روتور به صورت یکپارچه و فورج شده، آزمون های مواد، مدارک فنی، آزمون های گسترده تر با بازه های تلرانسی کمترتر برای مواردی مانند ارتعاشات، استنفاده از شیر توقف و اختناق هیدرولیکی، گاورنر الکترونیکی و جلوگیری کننده الکترونیکی از افزایش سرعت غیر مجاز، هدر از جنس فولاد ضد زنگ، لوله کشی برای تخلیه روغن، چهار ساعت آزمون مکانیکی و از این نوع موارد می باشد.

توربین های بخار تحت استاندارد API612 معمولا دارای توان های بالا بوده لذا به منظور به حداقل رساندن مصرف بخار آنها را به صورت چند طبقه می سازند.

این مطلب ادامه دارد

ترجمه آزاد از: 

Selecting Steam Turbines For Pump Drives  by Michael A. Cerce and Vinod P. Patel

Proceedings Of The Twentieth International Pump Users Symposium • 2003