हांग्जो नुझुओ प्रौद्योगिकी समूह कं, लिमिटेड।

एक्सपेंडर घूर्णन मशीनों को चलाने के लिए दबाव में कमी का उपयोग कर सकते हैं। एक्सटेंडर लगाने के संभावित लाभों का मूल्यांकन कैसे करें, इसकी जानकारी यहाँ मिल सकती है।
रासायनिक प्रक्रिया उद्योग (CPI) में, "उच्च दाब वाले तरल पदार्थों को दाबमुक्त करने हेतु दाब नियंत्रण वाल्वों में ऊर्जा की एक बड़ी मात्रा बर्बाद होती है" [1]। विभिन्न तकनीकी और आर्थिक कारकों के आधार पर, इस ऊर्जा को घूर्णनशील यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करना वांछनीय हो सकता है, जिसका उपयोग जनरेटर या अन्य घूर्णन मशीनों को चलाने के लिए किया जा सकता है। असंपीड्य तरल पदार्थों (द्रवों) के लिए, यह एक हाइड्रोलिक ऊर्जा पुनर्प्राप्ति टरबाइन (HPRT; संदर्भ 1 देखें) का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है। संपीड्य तरल पदार्थों (गैसों) के लिए, एक विस्तारक एक उपयुक्त मशीन है।
विस्तारक एक परिपक्व तकनीक है जिसके कई सफल अनुप्रयोग हैं, जैसे द्रव उत्प्रेरक क्रैकिंग (FCC), प्रशीतन, प्राकृतिक गैस सिटी वाल्व, वायु पृथक्करण या निकास उत्सर्जन। सिद्धांत रूप में, कम दबाव वाली किसी भी गैस धारा का उपयोग विस्तारक को चलाने के लिए किया जा सकता है, लेकिन "ऊर्जा उत्पादन गैस धारा के दबाव अनुपात, तापमान और प्रवाह दर के सीधे आनुपातिक होता है" [2], साथ ही तकनीकी और आर्थिक व्यवहार्यता पर भी। विस्तारक कार्यान्वयन: यह प्रक्रिया इन और अन्य कारकों पर निर्भर करती है, जैसे स्थानीय ऊर्जा की कीमतें और निर्माता के पास उपयुक्त उपकरणों की उपलब्धता।
हालाँकि टर्बोएक्सपैंडर (टरबाइन के समान कार्य करने वाला) एक्सपैंडर का सबसे प्रसिद्ध प्रकार है (चित्र 1), विभिन्न प्रक्रिया स्थितियों के लिए उपयुक्त अन्य प्रकार भी उपलब्ध हैं। यह लेख एक्सपैंडर के मुख्य प्रकारों और उनके घटकों का परिचय देता है और संक्षेप में बताता है कि विभिन्न सीपीआई प्रभागों में संचालन प्रबंधक, सलाहकार या ऊर्जा लेखा परीक्षक एक्सपैंडर लगाने के संभावित आर्थिक और पर्यावरणीय लाभों का मूल्यांकन कैसे कर सकते हैं।
प्रतिरोध बैंड कई प्रकार के होते हैं जिनकी ज्यामिति और कार्य में काफ़ी भिन्नता होती है। मुख्य प्रकार चित्र 2 में दिखाए गए हैं, और प्रत्येक प्रकार का संक्षिप्त विवरण नीचे दिया गया है। अधिक जानकारी के लिए, साथ ही विशिष्ट व्यास और विशिष्ट गति के आधार पर प्रत्येक प्रकार की संचालन स्थिति की तुलना करने वाले ग्राफ़ के लिए, सहायता देखें। 3.
पिस्टन टर्बोएक्सपैंडर। पिस्टन और रोटरी पिस्टन टर्बोएक्सपैंडर एक रिवर्स-रोटेटिंग आंतरिक दहन इंजन की तरह काम करते हैं, उच्च दबाव वाली गैस को अवशोषित करते हैं और इसकी संग्रहीत ऊर्जा को क्रैंकशाफ्ट के माध्यम से घूर्णी ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं।
टर्बो एक्सपैंडर को खींचें। ब्रेक टर्बाइन एक्सपैंडर में एक संकेंद्रित प्रवाह कक्ष होता है जिसके घूर्णन तत्व की परिधि पर बकेट फिन लगे होते हैं। इन्हें पानी के पहियों की तरह ही डिज़ाइन किया गया है, लेकिन संकेंद्रित कक्षों का अनुप्रस्थ काट इनलेट से आउटलेट तक बढ़ता है, जिससे गैस का विस्तार होता है।
रेडियल टर्बोएक्सपैंडर। रेडियल फ्लो टर्बोएक्सपैंडर में एक अक्षीय इनलेट और एक रेडियल आउटलेट होता है, जिससे गैस टरबाइन इम्पेलर के माध्यम से रेडियल रूप से फैलती है। इसी प्रकार, अक्षीय प्रवाह टर्बाइन टरबाइन व्हील के माध्यम से गैस का विस्तार करते हैं, लेकिन प्रवाह की दिशा घूर्णन अक्ष के समानांतर रहती है।
यह लेख रेडियल और अक्षीय टर्बोएक्सपैंडर्स पर केंद्रित है, तथा उनके विभिन्न उपप्रकारों, घटकों और अर्थशास्त्र पर चर्चा करता है।
एक टर्बोएक्सपैंडर उच्च-दाब गैस धारा से ऊर्जा निकालकर उसे ड्राइव लोड में परिवर्तित करता है। आमतौर पर यह लोड एक कंप्रेसर या जनरेटर होता है जो एक शाफ्ट से जुड़ा होता है। कंप्रेसर युक्त एक टर्बोएक्सपैंडर प्रक्रिया धारा के उन अन्य भागों में तरल को संपीड़ित करता है जहाँ संपीड़ित तरल की आवश्यकता होती है, जिससे अन्यथा बर्बाद होने वाली ऊर्जा का उपयोग करके संयंत्र की समग्र दक्षता बढ़ जाती है। जनरेटर लोड युक्त एक टर्बोएक्सपैंडर ऊर्जा को बिजली में परिवर्तित करता है, जिसका उपयोग अन्य संयंत्र प्रक्रियाओं में किया जा सकता है या बिक्री के लिए स्थानीय ग्रिड में वापस किया जा सकता है।
टर्बोएक्सपैंडर जनरेटर या तो टर्बाइन व्हील से जनरेटर तक एक डायरेक्ट ड्राइव शाफ्ट से सुसज्जित हो सकते हैं, या एक गियरबॉक्स के माध्यम से जो गियर अनुपात के माध्यम से टर्बाइन व्हील से जनरेटर तक इनपुट गति को प्रभावी ढंग से कम करता है। डायरेक्ट ड्राइव टर्बोएक्सपैंडर दक्षता, फुटप्रिंट और रखरखाव लागत में लाभ प्रदान करते हैं। गियरबॉक्स टर्बोएक्सपैंडर भारी होते हैं और उन्हें बड़े फुटप्रिंट, स्नेहन सहायक उपकरण और नियमित रखरखाव की आवश्यकता होती है।
फ्लो-थ्रू टर्बोएक्सपैंडर रेडियल या अक्षीय टर्बाइन के रूप में बनाए जा सकते हैं। रेडियल फ्लो एक्सपैंडर में एक अक्षीय इनलेट और एक रेडियल आउटलेट होता है जिससे गैस का प्रवाह घूर्णन अक्ष से रेडियल दिशा में टर्बाइन से बाहर निकलता है। अक्षीय टर्बाइन गैस को घूर्णन अक्ष के अनुदिश अक्षीय रूप से प्रवाहित होने देते हैं। अक्षीय प्रवाह टर्बाइन इनलेट गाइड वेन के माध्यम से गैस प्रवाह से ऊर्जा को एक्सपैंडर व्हील तक खींचते हैं, जहाँ विस्तार कक्ष का अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल स्थिर गति बनाए रखने के लिए धीरे-धीरे बढ़ता जाता है।
एक टर्बोएक्सपैंडर जनरेटर में तीन मुख्य घटक होते हैं: एक टरबाइन व्हील, विशेष बियरिंग और एक जनरेटर।
टर्बाइन व्हील। टर्बाइन व्हील अक्सर वायुगतिकीय दक्षता को अनुकूलित करने के लिए विशेष रूप से डिज़ाइन किए जाते हैं। टर्बाइन व्हील डिज़ाइन को प्रभावित करने वाले अनुप्रयोग चरों में इनलेट/आउटलेट दाब, इनलेट/आउटलेट तापमान, आयतन प्रवाह और द्रव गुण शामिल हैं। जब संपीड़न अनुपात एक चरण में कम करने के लिए बहुत अधिक हो, तो कई टर्बाइन व्हील वाले टर्बोएक्सपैंडर की आवश्यकता होती है। रेडियल और अक्षीय दोनों टर्बाइन व्हील को बहु-चरणीय के रूप में डिज़ाइन किया जा सकता है, लेकिन अक्षीय टर्बाइन व्हील की अक्षीय लंबाई बहुत कम होती है और इसलिए वे अधिक सघन होते हैं। बहु-चरणीय रेडियल प्रवाह टर्बाइनों में गैस को अक्षीय से रेडियल और वापस अक्षीय में प्रवाहित करने की आवश्यकता होती है, जिससे अक्षीय प्रवाह टर्बाइनों की तुलना में अधिक घर्षण हानि होती है।
बेयरिंग। टर्बोएक्सपैंडर के कुशल संचालन के लिए बेयरिंग डिज़ाइन महत्वपूर्ण है। टर्बोएक्सपैंडर डिज़ाइन से संबंधित बेयरिंग के प्रकार व्यापक रूप से भिन्न होते हैं और इनमें ऑयल बेयरिंग, लिक्विड फिल्म बेयरिंग, पारंपरिक बॉल बेयरिंग और मैग्नेटिक बेयरिंग शामिल हो सकते हैं। प्रत्येक विधि के अपने फायदे और नुकसान हैं, जैसा कि तालिका 1 में दिखाया गया है।
कई टर्बोएक्सपैंडर निर्माता अपने अनूठे फायदों के कारण चुंबकीय बियरिंग्स को अपनी "पसंदीदा बियरिंग" के रूप में चुनते हैं। चुंबकीय बियरिंग्स टर्बोएक्सपैंडर के गतिशील घटकों के घर्षण-मुक्त संचालन को सुनिश्चित करते हैं, जिससे मशीन के पूरे जीवनकाल में परिचालन और रखरखाव की लागत में उल्लेखनीय कमी आती है। इन्हें अक्षीय और रेडियल भार और अत्यधिक तनाव की स्थितियों की एक विस्तृत श्रृंखला को झेलने के लिए भी डिज़ाइन किया गया है। उनकी उच्च प्रारंभिक लागत, बहुत कम जीवन चक्र लागत से संतुलित होती है।
डायनेमो। यह जनरेटर टरबाइन की घूर्णन ऊर्जा लेता है और उसे एक विद्युतचुंबकीय जनरेटर (जो एक प्रेरण जनरेटर या एक स्थायी चुंबक जनरेटर हो सकता है) का उपयोग करके उपयोगी विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। प्रेरण जनरेटर की गति कम होती है, इसलिए उच्च गति वाले टरबाइन अनुप्रयोगों के लिए गियरबॉक्स की आवश्यकता होती है, लेकिन इन्हें ग्रिड आवृत्ति के अनुरूप डिज़ाइन किया जा सकता है, जिससे उत्पन्न विद्युत की आपूर्ति के लिए परिवर्तनीय आवृत्ति ड्राइव (VFD) की आवश्यकता समाप्त हो जाती है। दूसरी ओर, स्थायी चुंबक जनरेटर को सीधे टरबाइन से शाफ्ट युग्मित किया जा सकता है और एक परिवर्तनीय आवृत्ति ड्राइव के माध्यम से ग्रिड को शक्ति प्रेषित की जा सकती है। जनरेटर को सिस्टम में उपलब्ध शाफ्ट शक्ति के आधार पर अधिकतम शक्ति प्रदान करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
सील। टर्बोएक्सपैंडर सिस्टम डिज़ाइन करते समय सील भी एक महत्वपूर्ण घटक है। उच्च दक्षता बनाए रखने और पर्यावरणीय मानकों को पूरा करने के लिए, संभावित प्रक्रिया गैस रिसाव को रोकने के लिए सिस्टम को सील किया जाना चाहिए। टर्बोएक्सपैंडर गतिशील या स्थिर सील से सुसज्जित हो सकते हैं। गतिशील सील, जैसे लेबिरिंथ सील और ड्राई गैस सील, एक घूर्णन शाफ्ट के चारों ओर एक सील प्रदान करते हैं, आमतौर पर टरबाइन व्हील, बेयरिंग और मशीन के बाकी हिस्से के बीच जहाँ जनरेटर स्थित होता है। गतिशील सील समय के साथ खराब हो जाती हैं और यह सुनिश्चित करने के लिए नियमित रखरखाव और निरीक्षण की आवश्यकता होती है कि वे ठीक से काम कर रही हैं। जब सभी टर्बोएक्सपैंडर घटक एक ही आवरण में समाहित होते हैं, तो आवास से निकलने वाले किसी भी तार, जिसमें जनरेटर, चुंबकीय बेयरिंग ड्राइव, या सेंसर शामिल हैं, की सुरक्षा के लिए स्थिर सील का उपयोग किया जा सकता है। ये वायुरोधी सील गैस रिसाव के विरुद्ध स्थायी सुरक्षा प्रदान करती हैं और इन्हें किसी रखरखाव या मरम्मत की आवश्यकता नहीं होती है।
प्रक्रिया के दृष्टिकोण से, विस्तारक स्थापित करने की प्राथमिक आवश्यकता, उपकरण के सामान्य संचालन को बनाए रखने के लिए पर्याप्त प्रवाह, दबाव में कमी और उपयोगिता के साथ, निम्न-दाब प्रणाली को उच्च-दाब संपीड़ित (गैर-संघननीय) गैस की आपूर्ति करना है। परिचालन मापदंडों को सुरक्षित और कुशल स्तर पर बनाए रखा जाता है।
दाब कम करने के कार्य के संदर्भ में, एक्सपैंडर का उपयोग जूल-थॉमसन (JT) वाल्व, जिसे थ्रॉटल वाल्व भी कहते हैं, के स्थान पर किया जा सकता है। चूँकि JT वाल्व एक समएन्ट्रॉपिक पथ पर चलता है और एक्सपैंडर लगभग समएन्ट्रॉपिक पथ पर चलता है, इसलिए एक्सपैंडर गैस की एन्थैल्पी को कम करता है और एन्थैल्पी अंतर को शाफ्ट पावर में परिवर्तित करता है, जिससे JT वाल्व की तुलना में आउटलेट तापमान कम होता है। यह क्रायोजेनिक प्रक्रियाओं में उपयोगी है जहाँ लक्ष्य गैस का तापमान कम करना होता है।
यदि आउटलेट गैस तापमान की कोई निचली सीमा है (उदाहरण के लिए, किसी विसंपीड़न स्टेशन में जहाँ गैस का तापमान हिमांक, जलयोजन, या न्यूनतम सामग्री डिज़ाइन तापमान से ऊपर बनाए रखना आवश्यक है), तो गैस तापमान को नियंत्रित करने के लिए कम से कम एक हीटर अवश्य लगाना चाहिए। जब प्रीहीटर विस्तारक के ऊपर की ओर स्थित होता है, तो फीड गैस से प्राप्त कुछ ऊर्जा विस्तारक में भी पुनः प्राप्त हो जाती है, जिससे उसका विद्युत उत्पादन बढ़ जाता है। कुछ विन्यासों में जहाँ आउटलेट तापमान नियंत्रण आवश्यक होता है, तेज़ नियंत्रण प्रदान करने के लिए विस्तारक के बाद एक दूसरा रीहीटर लगाया जा सकता है।
चित्र 3 में JT वाल्व को प्रतिस्थापित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले प्रीहीटर के साथ एक विस्तारक जनरेटर के सामान्य प्रवाह आरेख का एक सरलीकृत आरेख दिखाया गया है।
अन्य प्रक्रिया विन्यासों में, विस्तारक में प्राप्त ऊर्जा को सीधे संपीडक में स्थानांतरित किया जा सकता है। इन मशीनों, जिन्हें कभी-कभी "कमांडर" भी कहा जाता है, में आमतौर पर विस्तार और संपीडन चरण एक या एक से अधिक शाफ्टों से जुड़े होते हैं, जिनमें दोनों चरणों के बीच गति अंतर को नियंत्रित करने के लिए एक गियरबॉक्स भी शामिल हो सकता है। इसमें संपीडन चरण को अधिक शक्ति प्रदान करने के लिए एक अतिरिक्त मोटर भी शामिल हो सकती है।
नीचे कुछ सबसे महत्वपूर्ण घटक दिए गए हैं जो सिस्टम के उचित संचालन और स्थिरता को सुनिश्चित करते हैं।
बाईपास वाल्व या दबाव कम करने वाला वाल्व। बाईपास वाल्व तब भी संचालन जारी रखने की अनुमति देता है जब टर्बोएक्सपैंडर काम नहीं कर रहा हो (उदाहरण के लिए, रखरखाव या किसी आपात स्थिति के लिए), जबकि दबाव कम करने वाले वाल्व का उपयोग निरंतर संचालन के लिए किया जाता है ताकि कुल प्रवाह विस्तारक की डिज़ाइन क्षमता से अधिक होने पर अतिरिक्त गैस की आपूर्ति की जा सके।
आपातकालीन शटडाउन वाल्व (ईएसडी)। ईएसडी वाल्व का उपयोग आपातकालीन स्थिति में यांत्रिक क्षति से बचने के लिए विस्तारक में गैस के प्रवाह को अवरुद्ध करने के लिए किया जाता है।
उपकरण और नियंत्रण। निगरानी के लिए महत्वपूर्ण चरों में इनलेट और आउटलेट दबाव, प्रवाह दर, घूर्णन गति और विद्युत उत्पादन शामिल हैं।
अत्यधिक गति से वाहन चलाना। यह उपकरण टरबाइन में प्रवाह को रोक देता है, जिससे टरबाइन रोटर धीमा हो जाता है, जिससे उपकरण को अप्रत्याशित प्रक्रिया स्थितियों के कारण होने वाली अत्यधिक गति से सुरक्षा मिलती है, जिससे उपकरण को नुकसान पहुँच सकता है।
दबाव सुरक्षा वाल्व (PSV)। पाइपलाइनों और निम्न दाब उपकरणों की सुरक्षा के लिए PSV को अक्सर टर्बोएक्सपैंडर के बाद लगाया जाता है। PSV को सबसे गंभीर आकस्मिकताओं का सामना करने के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए, जिसमें आमतौर पर बाईपास वाल्व का खुलना शामिल है। यदि किसी मौजूदा दबाव न्यूनीकरण स्टेशन में एक एक्सपैंडर जोड़ा जाता है, तो प्रक्रिया डिज़ाइन टीम को यह निर्धारित करना होगा कि क्या मौजूदा PSV पर्याप्त सुरक्षा प्रदान करता है।
हीटर। हीटर टरबाइन से गुज़रने वाली गैस के कारण होने वाले तापमान में गिरावट की भरपाई करते हैं, इसलिए गैस को पहले से गरम करना ज़रूरी है। इसका मुख्य कार्य बढ़ते गैस प्रवाह के तापमान को बढ़ाना है ताकि एक्सपैंडर से निकलने वाली गैस का तापमान न्यूनतम मान से ऊपर बना रहे। तापमान बढ़ाने का एक अन्य लाभ बिजली उत्पादन में वृद्धि के साथ-साथ जंग, संघनन या हाइड्रेट्स को रोकना है जो उपकरण के नोज़ल पर प्रतिकूल प्रभाव डाल सकते हैं। हीट एक्सचेंजर्स वाली प्रणालियों में (जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है), गैस के तापमान को आमतौर पर प्रीहीटर में गर्म तरल के प्रवाह को नियंत्रित करके नियंत्रित किया जाता है। कुछ डिज़ाइनों में, हीट एक्सचेंजर के बजाय फ्लेम हीटर या इलेक्ट्रिक हीटर का उपयोग किया जा सकता है। हीटर पहले से ही किसी मौजूदा JT वाल्व स्टेशन में मौजूद हो सकते हैं, और एक्सपैंडर जोड़ने के लिए अतिरिक्त हीटर लगाने की आवश्यकता नहीं हो सकती है, बल्कि गर्म तरल के प्रवाह को बढ़ाना होगा।
स्नेहक तेल और सील गैस प्रणालियाँ। जैसा कि ऊपर बताया गया है, विस्तारक विभिन्न सील डिज़ाइनों का उपयोग कर सकते हैं, जिनके लिए स्नेहक और सीलिंग गैसों की आवश्यकता हो सकती है। जहाँ लागू हो, स्नेहक तेल को प्रक्रिया गैसों के संपर्क में आने पर उच्च गुणवत्ता और शुद्धता बनाए रखनी चाहिए, और तेल का श्यानता स्तर स्नेहकित बियरिंग्स की आवश्यक परिचालन सीमा के भीतर रहना चाहिए। सीलबंद गैस प्रणालियाँ आमतौर पर एक तेल स्नेहन उपकरण से सुसज्जित होती हैं ताकि बियरिंग बॉक्स से तेल विस्तार बॉक्स में प्रवेश न कर सके। हाइड्रोकार्बन उद्योग में उपयोग किए जाने वाले कंपैंडर के विशेष अनुप्रयोगों के लिए, स्नेहक तेल और सील गैस प्रणालियाँ आमतौर पर API 617 [5] भाग 4 विनिर्देशों के अनुसार डिज़ाइन की जाती हैं।
परिवर्तनीय आवृत्ति ड्राइव (VFD)। जब जनरेटर इंडक्शन पर होता है, तो उपयोगिता आवृत्ति से मेल खाने के लिए प्रत्यावर्ती धारा (AC) सिग्नल को समायोजित करने के लिए आमतौर पर एक VFD चालू किया जाता है। आमतौर पर, परिवर्तनीय आवृत्ति ड्राइव पर आधारित डिज़ाइनों की समग्र दक्षता गियरबॉक्स या अन्य यांत्रिक घटकों का उपयोग करने वाले डिज़ाइनों की तुलना में अधिक होती है। VFD-आधारित प्रणालियाँ प्रक्रिया परिवर्तनों की एक विस्तृत श्रृंखला को भी समायोजित कर सकती हैं जिसके परिणामस्वरूप विस्तारक शाफ्ट की गति में परिवर्तन हो सकता है।
ट्रांसमिशन। कुछ एक्सपैंडर डिज़ाइन, एक्सपैंडर की गति को जनरेटर की निर्धारित गति तक कम करने के लिए गियरबॉक्स का उपयोग करते हैं। गियरबॉक्स का उपयोग करने की लागत कम होती है, जिससे समग्र दक्षता कम होती है और परिणामस्वरूप बिजली उत्पादन भी कम होता है।
किसी विस्तारक के लिए कोटेशन हेतु अनुरोध (आरएफक्यू) तैयार करते समय, प्रक्रिया इंजीनियर को सबसे पहले परिचालन स्थितियों का निर्धारण करना होगा, जिसमें निम्नलिखित जानकारी शामिल होगी:
मैकेनिकल इंजीनियर अक्सर अन्य इंजीनियरिंग विषयों से प्राप्त डेटा का उपयोग करके एक्सपैंडर जनरेटर के विनिर्देशों और विशिष्टताओं को पूरा करते हैं। इन इनपुट में निम्नलिखित शामिल हो सकते हैं:
विनिर्देशों में निविदा प्रक्रिया और आपूर्ति के दायरे के भाग के रूप में निर्माता द्वारा उपलब्ध कराए गए दस्तावेजों और चित्रों की सूची, साथ ही परियोजना द्वारा अपेक्षित लागू परीक्षण प्रक्रियाएं भी शामिल होनी चाहिए।
निविदा प्रक्रिया के भाग के रूप में निर्माता द्वारा प्रदान की गई तकनीकी जानकारी में सामान्यतः निम्नलिखित तत्व शामिल होने चाहिए:
यदि प्रस्ताव का कोई भी पहलू मूल विनिर्देशों से भिन्न है, तो निर्माता को विचलनों की सूची तथा विचलनों के कारण भी उपलब्ध कराने होंगे।
एक बार प्रस्ताव प्राप्त हो जाने पर, परियोजना विकास टीम को अनुपालन के अनुरोध की समीक्षा करनी होगी तथा यह निर्धारित करना होगा कि क्या भिन्नताएं तकनीकी रूप से उचित हैं।
प्रस्तावों का मूल्यांकन करते समय विचारणीय अन्य तकनीकी बातें इस प्रकार हैं:
अंत में, एक आर्थिक विश्लेषण करना आवश्यक है। चूँकि विभिन्न विकल्पों के परिणामस्वरूप अलग-अलग प्रारंभिक लागतें हो सकती हैं, इसलिए परियोजना के दीर्घकालिक अर्थशास्त्र और निवेश पर प्रतिफल की तुलना करने के लिए नकदी प्रवाह या जीवन चक्र लागत विश्लेषण करने की अनुशंसा की जाती है। उदाहरण के लिए, उच्च प्रारंभिक निवेश की भरपाई दीर्घावधि में बढ़ी हुई उत्पादकता या कम रखरखाव आवश्यकताओं से हो सकती है। इस प्रकार के विश्लेषण के निर्देशों के लिए "संदर्भ" देखें। 4.
सभी टर्बोएक्सपैंडर-जनरेटर अनुप्रयोगों में किसी विशेष अनुप्रयोग में प्राप्त की जा सकने वाली उपलब्ध ऊर्जा की कुल मात्रा निर्धारित करने के लिए प्रारंभिक कुल विभव शक्ति गणना की आवश्यकता होती है। एक टर्बोएक्सपैंडर जनरेटर के लिए, शक्ति विभव की गणना एक समएन्ट्रॉपिक (स्थिर एन्ट्रॉपी) प्रक्रिया के रूप में की जाती है। घर्षण रहित उत्क्रमणीय रुद्धोष्म प्रक्रिया पर विचार करने के लिए यह आदर्श ऊष्मागतिक स्थिति है, लेकिन वास्तविक ऊर्जा विभव का अनुमान लगाने के लिए यह सही प्रक्रिया है।
समएन्ट्रॉपिक स्थितिज ऊर्जा (IPP) की गणना टर्बोएक्सपैंडर के इनलेट और आउटलेट पर विशिष्ट एन्थैल्पी अंतर को गुणा करके और परिणाम को द्रव्यमान प्रवाह दर से गुणा करके की जाती है। इस स्थितिज ऊर्जा को एक समएन्ट्रॉपिक राशि (समीकरण (1)) के रूप में व्यक्त किया जाएगा:
आईपीपी = (हिंलेट - एच(आई,ई)) × ṁ x ŋ (1)
जहाँ h(i,e) विशिष्ट एन्थैल्पी है, जिसमें आइसेंट्रॉपिक आउटलेट तापमान को ध्यान में रखा जाता है तथा ṁ द्रव्यमान प्रवाह दर है।
यद्यपि समएन्ट्रॉपिक स्थितिज ऊर्जा का उपयोग स्थितिज ऊर्जा का अनुमान लगाने के लिए किया जा सकता है, सभी वास्तविक प्रणालियों में घर्षण, ऊष्मा और अन्य सहायक ऊर्जा हानियाँ शामिल होती हैं। इसलिए, वास्तविक शक्ति विभव की गणना करते समय, निम्नलिखित अतिरिक्त इनपुट डेटा को ध्यान में रखा जाना चाहिए:
अधिकांश टर्बोएक्सपैंडर अनुप्रयोगों में, पाइप जमने जैसी अवांछित समस्याओं को रोकने के लिए तापमान को न्यूनतम तक सीमित रखा जाता है, जैसा कि पहले बताया गया है। जहाँ प्राकृतिक गैस प्रवाहित होती है, वहाँ हाइड्रेट लगभग हमेशा मौजूद रहते हैं, जिसका अर्थ है कि यदि आउटलेट का तापमान 0°C से नीचे चला जाता है, तो टर्बोएक्सपैंडर या थ्रॉटल वाल्व की पाइपलाइन अंदर और बाहर दोनों तरफ से जम जाएगी। बर्फ जमने से प्रवाह में बाधा आ सकती है और अंततः सिस्टम बंद हो सकता है जिससे डीफ़्रॉस्ट हो सकता है। इस प्रकार, "वांछित" आउटलेट तापमान का उपयोग अधिक यथार्थवादी संभावित शक्ति परिदृश्य की गणना के लिए किया जाता है। हालाँकि, हाइड्रोजन जैसी गैसों के लिए, तापमान सीमा बहुत कम होती है क्योंकि हाइड्रोजन तब तक गैस से द्रव में परिवर्तित नहीं होता जब तक कि वह क्रायोजेनिक तापमान (-253°C) तक नहीं पहुँच जाता। विशिष्ट एन्थैल्पी की गणना के लिए इस वांछित आउटलेट तापमान का उपयोग करें।
टर्बोएक्सपैंडर प्रणाली की दक्षता पर भी विचार किया जाना चाहिए। प्रयुक्त तकनीक के आधार पर, प्रणाली की दक्षता में काफी भिन्नता हो सकती है। उदाहरण के लिए, एक टर्बोएक्सपैंडर जो टरबाइन से जनरेटर तक घूर्णी ऊर्जा स्थानांतरित करने के लिए रिडक्शन गियर का उपयोग करता है, उसे उस प्रणाली की तुलना में अधिक घर्षण हानि का अनुभव होगा जो टरबाइन से जनरेटर तक प्रत्यक्ष ड्राइव का उपयोग करती है। एक टर्बोएक्सपैंडर प्रणाली की समग्र दक्षता प्रतिशत के रूप में व्यक्त की जाती है और टर्बोएक्सपैंडर की वास्तविक शक्ति क्षमता का आकलन करते समय इसे ध्यान में रखा जाता है। वास्तविक शक्ति क्षमता (पीपी) की गणना निम्न प्रकार से की जाती है:
पीपी = (हिंलेट - हेक्सिट) × ṁ x ṅ (2)
आइए प्राकृतिक गैस दाब राहत के अनुप्रयोग पर एक नज़र डालें। ABC एक दाब न्यूनीकरण स्टेशन का संचालन और रखरखाव करता है जो मुख्य पाइपलाइन से प्राकृतिक गैस का परिवहन करता है और उसे स्थानीय नगर पालिकाओं में वितरित करता है। इस स्टेशन पर, गैस का प्रवेश दाब 40 बार और निकास दाब 8 बार है। पूर्व-गर्म प्रवेश गैस का तापमान 35°C है, जो पाइपलाइन को जमने से बचाने के लिए गैस को पूर्व-गर्म करता है। इसलिए, निकास गैस के तापमान को नियंत्रित किया जाना चाहिए ताकि यह 0°C से नीचे न गिरे। इस उदाहरण में, हम सुरक्षा कारक को बढ़ाने के लिए न्यूनतम निकास तापमान के रूप में 5°C का उपयोग करेंगे। सामान्यीकृत आयतन गैस प्रवाह दर 50,000 Nm3/h है। शक्ति विभव की गणना करने के लिए, हम यह मान लेंगे कि सारी गैस टर्बो विस्तारक से होकर प्रवाहित होती है और अधिकतम शक्ति उत्पादन की गणना करेंगे। निम्नलिखित गणना का उपयोग करके कुल शक्ति उत्पादन विभव का अनुमान लगाएँ: