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एक्सपेंडर दबाव कम करके घूर्णनशील मशीनों को चला सकते हैं। एक्सटेंडर लगाने के संभावित लाभों का मूल्यांकन कैसे करें, इसकी जानकारी यहाँ मिल सकती है।
रासायनिक प्रक्रिया उद्योग (सीपीआई) में आमतौर पर, "उच्च दाब वाले तरल पदार्थों को अवदिश करने के लिए दाब नियंत्रण वाल्वों में बड़ी मात्रा में ऊर्जा व्यर्थ हो जाती 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 घूर्णनशील मशीनों को चलाने के लिए किया जा सकता है। असंपीड्य तरल पदार्थों (द्रवों) के लिए, यह हाइड्रोलिक ऊर्जा पुनर्प्राप्ति टरबाइन (एचपीआरटी; संदर्भ 1 देखें) का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है। संपीड्य तरल पदार्थों (गैसों) के लिए, एक एक्सपेंडर एक उपयुक्त मशीन है।
एक्सपेंडर एक परिपक्व तकनीक है जिसके कई सफल अनुप्रयोग हैं, जैसे कि द्रव उत्प्रेरक क्रैकिंग (एफसीसी), प्रशीतन, प्राकृतिक गैस सिटी वाल्व, वायु पृथक्करण या निकास उत्सर्जन। सिद्धांत रूप में, कम दबाव वाली किसी भी गैस धारा का उपयोग एक्सपेंडर को चलाने के लिए किया जा सकता है, लेकिन "ऊर्जा उत्पादन गैस धारा के दबाव अनुपात, तापमान और प्रवाह दर के सीधे समानुपाती होता है" [2], साथ ही तकनीकी और आर्थिक व्यवहार्यता पर भी निर्भर करता है। एक्सपेंडर कार्यान्वयन: यह प्रक्रिया इन और अन्य कारकों पर निर्भर करती है, जैसे कि स्थानीय ऊर्जा कीमतें और निर्माता के पास उपयुक्त उपकरणों की उपलब्धता।
हालांकि टर्बोएक्सपेंडर (जो टरबाइन के समान कार्य करता है) सबसे प्रसिद्ध प्रकार का एक्सपेंडर है (चित्र 1), विभिन्न प्रक्रिया स्थितियों के लिए उपयुक्त अन्य प्रकार के एक्सपेंडर भी उपलब्ध हैं। यह लेख एक्सपेंडरों के मुख्य प्रकारों और उनके घटकों का परिचय देता है और यह बताता है कि सीपीआई के विभिन्न विभागों में संचालन प्रबंधक, सलाहकार या ऊर्जा लेखा परीक्षक एक्सपेंडर स्थापित करने के संभावित आर्थिक और पर्यावरणीय लाभों का मूल्यांकन कैसे कर सकते हैं।
प्रतिरोध बैंड कई प्रकार के होते हैं जो ज्यामिति और कार्य में बहुत भिन्न होते हैं। 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 परिचालन स्थिति की तुलना करने वाले ग्राफ़ के लिए, सहायता देखें। 3.
पिस्टन टर्बोएक्सपेंडर। पिस्टन और रोटरी पिस्टन टर्बोएक्सपेंडर एक विपरीत दिशा में घूमने वाले आंतरिक दहन इंजन की तरह काम करते हैं, जो उच्च दबाव वाली गैस को अवशोषित करते हैं और क्रैंकशाफ्ट के माध्यम से उसकी संग्रहित ऊर्जा को घूर्णी ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं।
टर्बो एक्सपेंडर को खींचें। ब्रेक टरबाइन एक्सपेंडर में एक संकेंद्रित प्रवाह कक्ष होता है जिसके घूर्णनशील तत्व की परिधि पर बकेट फिन लगे होते हैं। इनका डिज़ाइन वाटर व्हील के समान ही होता है, लेकिन संकेंद्रित कक्षों का अनुप्रस्थ काट इनलेट से आउटलेट की ओर बढ़ता जाता है, जिससे गैस का विस्तार संभव हो पाता है।
रेडियल टर्बोएक्सपेंडर। रेडियल फ्लो टर्बोएक्सपेंडर 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 वाले 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 एक्सियल टर्बोएक्सपेंडर्स पर केंद्रित है, जिसमें उनके विभिन्न उपप्रकारों, घटकों और आर्थिक पहलुओं पर चर्चा की गई है।
टर्बोएक्सपेंडर उच्च दबाव वाली गैस धारा से ऊर्जा निकालता है और उसे ड्राइव लोड में परिवर्तित करता है। आमतौर पर लोड एक शाफ्ट से जुड़ा कंप्रेसर या जनरेटर होता है। कंप्रेसर वाला टर्बोएक्सपेंडर प्रक्रिया धारा के उन अन्य भागों में द्रव को संपीड़ित करता है जहाँ संपीड़ित द्रव की आवश्यकता होती है, जिससे व्यर्थ जाने वाली ऊर्जा का उपयोग करके संयंत्र की समग्र दक्षता बढ़ जाती है। जनरेटर लोड वाला टर्बोएक्सपेंडर ऊर्जा को बिजली में परिवर्तित करता है, जिसका उपयोग संयंत्र की अन्य प्रक्रियाओं में किया जा सकता है या बिक्री के लिए स्थानीय ग्रिड को वापस भेजा जा सकता है।
टर्बोएक्सपेंडर जनरेटर को टरबाइन व्हील से जनरेटर तक सीधे ड्राइव शाफ्ट के माध्यम से या गियरबॉक्स के माध्यम से संचालित किया जा सकता है, जो गियर अनुपात के द्वारा टरबाइन व्हील से जनरेटर तक इनपुट गति को प्रभावी रूप से कम करता है। सीधे ड्राइव वाले टर्बोएक्सपेंडर दक्षता, आकार और रखरखाव लागत में लाभ प्रदान करते हैं। गियरबॉक्स वाले टर्बोएक्सपेंडर अधिक भारी होते हैं और उन्हें अधिक स्थान, स्नेहन सहायक उपकरण और नियमित रखरखाव की आवश्यकता होती है।
फ्लो-थ्रू टर्बोएक्सपेंडर रेडियल या अक्षीय टर्बाइन के रूप में बनाए जा सकते हैं। रेडियल फ्लो एक्सपेंडर में एक अक्षीय इनलेट और एक रेडियल आउटलेट होता है, जिससे गैस का प्रवाह घूर्णन अक्ष से रेडियल रूप से टर्बाइन से बाहर निकलता है। अक्षीय टर्बाइन गैस को घूर्णन अक्ष के अनुदिश अक्षीय रूप से प्रवाहित होने देते हैं। अक्षीय फ्लो टर्बाइन इनलेट गाइड वैन के माध्यम से एक्सपेंडर व्हील तक गैस प्रवाह से ऊर्जा निकालते हैं, जिससे निरंतर गति बनाए रखने के लिए विस्तार कक्ष का अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल धीरे-धीरे बढ़ता है।
एक टर्बोएक्सपेंडर जनरेटर में तीन मुख्य घटक होते हैं: एक टरबाइन व्हील, विशेष बेयरिंग और एक जनरेटर।
टर्बाइन व्हील। टर्बाइन व्हील्स को अक्सर वायुगतिकीय दक्षता को अनुकूलित करने के लिए विशेष रूप से डिज़ाइन किया जाता है। टर्बाइन व्हील डिज़ाइन को प्रभावित करने वाले अनुप्रयोग चरों में इनलेट/आउटलेट दबाव, इनलेट/आउटलेट तापमान, आयतन प्रवाह और द्रव गुण शामिल हैं। जब संपीड़न अनुपात इतना अधिक होता है कि उसे एक चरण में कम नहीं किया जा सकता, तो कई टर्बाइन व्हील्स वाले टर्बोएक्सपेंडर की आवश्यकता होती है। रेडियल और अक्षीय दोनों प्रकार के टर्बाइन व्हील्स को बहु-चरणीय डिज़ाइन किया जा सकता है, लेकिन अक्षीय टर्बाइन व्हील्स की अक्षीय लंबाई काफी कम होती है और इसलिए वे अधिक सघन होते हैं। बहु-चरणीय रेडियल प्रवाह टर्बाइनों में गैस को अक्षीय से रेडियल और फिर वापस अक्षीय दिशा में प्रवाहित होना आवश्यक होता है, जिससे अक्षीय प्रवाह टर्बाइनों की तुलना में घर्षण हानि अधिक होती है।
बियरिंग। टर्बोएक्सपेंडर के कुशल संचालन के लिए बियरिंग डिज़ाइन अत्यंत महत्वपूर्ण है। टर्बोएक्सपेंडर डिज़ाइन से संबंधित बियरिंग के प्रकार व्यापक रूप से भिन्न होते हैं और इनमें ऑयल बियरिंग, लिक्विड फिल्म बियरिंग, पारंपरिक बॉल बियरिंग और मैग्नेटिक बियरिंग शामिल हो सकते हैं। तालिका 1 में दर्शाए अनुसार, प्रत्येक विधि के अपने-अपने फायदे और नुकसान हैं।
कई टर्बोएक्सपेंडर निर्माता अपनी पसंद के बेयरिंग के रूप में चुंबकीय बेयरिंग का चयन करते हैं, क्योंकि इनके कई विशेष लाभ हैं। चुंबकीय बेयरिंग टर्बोएक्सपेंडर के गतिशील घटकों के घर्षण-मुक्त संचालन को सुनिश्चित करते हैं, जिससे मशीन के पूरे जीवनकाल में संचालन और रखरखाव लागत में काफी कमी आती है। इन्हें विभिन्न प्रकार के अक्षीय और रेडियल भार और अत्यधिक तनाव की स्थितियों को सहन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इनकी प्रारंभिक लागत अधिक होती है, लेकिन जीवन चक्र की लागत काफी कम होती है।
डायनेमो जनरेटर टरबाइन की घूर्णी ऊर्जा को विद्युत चुम्बकीय जनरेटर (जो प्रेरण जनरेटर या स्थायी चुंबक जनरेटर हो सकता है) का उपयोग करके उपयोगी विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। प्रेरण जनरेटर की रेटेड गति कम होती है, इसलिए उच्च गति वाले टरबाइन अनुप्रयोगों में गियरबॉक्स की आवश्यकता होती है, लेकिन इन्हें ग्रिड आवृत्ति से मेल खाने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है, जिससे उत्पन्न बिजली की आपूर्ति के लिए वेरिएबल फ्रीक्वेंसी ड्राइव (VFD) की आवश्यकता समाप्त हो जाती है। दूसरी ओर, स्थायी चुंबक जनरेटर को सीधे टरबाइन से शाफ्ट द्वारा जोड़ा जा सकता है और वेरिएबल फ्रीक्वेंसी ड्राइव के माध्यम से ग्रिड को बिजली संचारित कर सकता है। जनरेटर को सिस्टम में उपलब्ध शाफ्ट पावर के आधार पर अधिकतम शक्ति प्रदान करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
सील। टर्बोएक्सपेंडर सिस्टम के डिज़ाइन में 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 सीलबंद करना आवश्यक है। टर्बोएक्सपेंडर को डायनामिक या स्टैटिक सील से सुसज्जित किया जा सकता है। डायनामिक सील, जैसे कि लेबिरिंथ सील और ड्राई गैस सील, एक घूर्णनशील शाफ्ट के चारों ओर सील प्रदान करती हैं, आमतौर पर टरबाइन व्हील, बेयरिंग और मशीन के शेष भाग के बीच जहां जनरेटर स्थित होता है। डायनामिक सील समय के साथ घिस जाती हैं और उनके सही ढंग से कार्य करने को सुनिश्चित करने के लिए नियमित रखरखाव और निरीक्षण की आवश्यकता होती है। जब टर्बोएक्सपेंडर के सभी घटक एक ही हाउसिंग में होते हैं, तो स्टैटिक सील का उपयोग हाउसिंग से बाहर निकलने वाले किसी भी लीड की सुरक्षा के लिए किया जा सकता है, जिसमें जनरेटर, मैग्नेटिक बेयरिंग ड्राइव या सेंसर शामिल हैं। ये वायुरोधी सील गैस रिसाव के खिलाफ स्थायी सुरक्षा प्रदान करती हैं और इन्हें किसी रखरखाव या मरम्मत की आवश्यकता नहीं होती है।
प्रक्रिया की दृष्टि से, एक्सपेंडर लगाने की प्राथमिक आवश्यकता यह है कि कम दबाव वाली प्रणाली को पर्याप्त प्रवाह, दबाव में कमी और उपयोगिता के साथ उच्च दबाव वाली संपीड़ित (गैर-संघनीय) गैस की आपूर्ति की जाए ताकि उपकरण का सामान्य संचालन बना रहे। परिचालन मापदंडों को सुरक्षित और कुशल स्तर पर बनाए रखा जाता है।
दबाव कम करने के कार्य की दृष्टि से, एक्सपेंडर का उपयोग जूल-थॉमसन (जेटी) वाल्व, जिसे थ्रॉटल वाल्व भी कहा जाता है, के स्थान पर किया जा सकता है। चूंकि जेटी वाल्व एक समरूप पथ पर गति करता है और एक्सपेंडर लगभग समरूप पथ पर गति करता है, इसलिए यह गैस की एन्थैल्पी को कम करता है और एन्थैल्पी अंतर को शाफ्ट शक्ति में परिवर्तित करता है, जिससे जेटी वाल्व की तुलना में कम आउटलेट तापमान प्राप्त होता है। यह क्रायोजेनिक प्रक्रियाओं में उपयोगी है जहां लक्ष्य गैस के तापमान को कम करना होता है।
यदि आउटलेट गैस के तापमान पर कोई निचली सीमा है (उदाहरण के लिए, एक डीकंप्रेशन स्टेशन में जहां गैस का तापमान हिमांक, जलयोजन या न्यूनतम सामग्री डिज़ाइन तापमान से ऊपर बनाए रखना आवश्यक है), तो गैस के तापमान को नियंत्रित करने के लिए कम से कम एक हीटर लगाना आवश्यक है। जब प्रीहीटर एक्सपेंडर से पहले स्थित होता है, तो फीड गैस से प्राप्त कुछ ऊर्जा एक्सपेंडर में भी पुनः प्राप्त हो जाती है, जिससे इसकी पावर आउटपुट बढ़ जाती है। कुछ कॉन्फ़िगरेशन में जहां आउटलेट तापमान नियंत्रण आवश्यक है, वहां तेज़ नियंत्रण के लिए एक्सपेंडर के बाद एक दूसरा रीहीटर लगाया जा सकता है।
चित्र 3 में, जेटी वाल्व के स्थान पर उपयोग किए जाने वाले प्रीहीटर के साथ एक्सपेंडर जनरेटर के सामान्य प्रवाह आरेख का एक सरलीकृत आरेख दिखाया गया है।
अन्य प्रक्रिया विन्यासों में, एक्सपेंडर में पुनर्प्राप्त ऊर्जा को सीधे कंप्रेसर में स्थानांतरित किया जा सकता है। इन मशीनों को, जिन्हें कभी-कभी "कमांडर" भी कहा जाता है, में आमतौर पर एक या अधिक शाफ्ट द्वारा जुड़े हुए विस्तार और संपीड़न चरण होते हैं, जिनमें दोनों चरणों के बीच गति अंतर को नियंत्रित करने के लिए गियरबॉक्स भी शामिल हो सकता है। इसमें संपीड़न 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 टर्बोएक्सपेंडर के निष्क्रिय होने पर (उदाहरण के लिए, रखरखाव या आपातकालीन स्थिति में) संचालन जारी रखने की अनुमति देता है, जबकि दबाव कम करने वाले वाल्व का उपयोग निरंतर संचालन के लिए किया जाता है ताकि कुल प्रवाह एक्सपेंडर 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 एक्सपेंडर में गैस के प्रवाह को रोकने के लिए किया जाता है ताकि यांत्रिक क्षति से बचा जा सके।
उपकरण और नियंत्रण। निगरानी के लिए महत्वपूर्ण चरों में प्रवेश और निकास दबाव, प्रवाह दर, घूर्णन गति और विद्युत उत्पादन शामिल हैं।
अत्यधिक गति से वाहन चलाना। यह उपकरण टरबाइन में विद्युत प्रवाह को रोक देता है, जिससे टरबाइन रोटर की गति धीमी हो जाती है और अप्रत्याशित प्रक्रिया स्थितियों के कारण होने वाली अत्यधिक गति से उपकरण को होने वाले नुकसान से सुरक्षा मिलती है।
प्रेशर सेफ्टी वाल्व (पीएसवी)। पीएसवी को अक्सर टर्बोएक्सपेंडर के बाद पाइपलाइनों और कम दबाव वाले उपकरणों की सुरक्षा के लिए स्थापित किया जाता है। पीएसवी को सबसे गंभीर आपात स्थितियों का सामना करने के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए, जिनमें आमतौर पर बाईपास वाल्व का न खुलना शामिल है। यदि किसी मौजूदा प्रेशर रिडक्शन स्टेशन में एक एक्सपेंडर जोड़ा जाता है, तो प्रोसेस डिज़ाइन टीम को यह निर्धारित करना होगा कि क्या मौजूदा पीएसवी पर्याप्त सुरक्षा प्रदान करता है।
हीटर। टरबाइन से गुजरने वाली गैस के तापमान में गिरावट की भरपाई हीटर द्वारा की जाती है, इसलिए गैस को पहले से गर्म करना आवश्यक है। इसका मुख्य कार्य ऊपर उठने वाली गैस के तापमान को बढ़ाना है ताकि एक्सपेंडर से निकलने वाली गैस का तापमान न्यूनतम मान से ऊपर बना रहे। तापमान बढ़ाने का एक अन्य लाभ बिजली उत्पादन में वृद्धि करना और साथ ही जंग, संघनन या हाइड्रेट्स को रोकना है जो उपकरण के नोजल को प्रतिकूल रूप से प्रभावित कर सकते हैं। हीट एक्सचेंजर वाले सिस्टम में (जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है), गैस का तापमान आमतौर पर प्रीहीटर में गर्म तरल के प्रवाह को नियंत्रित करके नियंत्रित किया जाता है। कुछ डिज़ाइनों में, हीट एक्सचेंजर के स्थान पर फ्लेम हीटर या इलेक्ट्रिक हीटर का उपयोग किया जा सकता है। मौजूदा जेटी वाल्व स्टेशन में हीटर पहले से मौजूद हो सकते हैं, और एक्सपेंडर जोड़ने के लिए अतिरिक्त हीटर लगाने की आवश्यकता नहीं हो सकती है, बल्कि गर्म तरल के प्रवाह को बढ़ाना ही पर्याप्त होता है।
चिकनाई युक्त तेल और सील गैस प्रणालियाँ। जैसा कि ऊपर बताया गया है, एक्सपैंडर विभिन्न सील डिज़ाइनों का उपयोग कर सकते हैं, जिसके लिए स्नेहक और सीलिंग गैसों की आवश्यकता हो सकती है। जहां लागू हो, प्रक्रिया गैसों के संपर्क में आने पर चिकनाई युक्त तेल की उच्च गुणवत्ता और शुद्धता बनी रहनी चाहिए, और तेल की श्यानता का स्तर चिकनाई युक्त बियरिंग की आवश्यक परिचालन सीमा के भीतर रहना चाहिए। सीलबंद गैस प्रणालियाँ आमतौर पर बियरिंग बॉक्स से तेल को विस्तार बॉक्स में प्रवेश करने से रोकने के लिए एक तेल स्नेहन उपकरण से सुसज्जित होती हैं। हाइड्रोकार्बन उद्योग में उपयोग किए जाने वाले कंपैंडर के विशेष अनुप्रयोगों के लिए, चिकनाई युक्त तेल और सील गैस प्रणालियाँ आमतौर पर API 617 [5] भाग 4 विनिर्देशों के अनुसार डिज़ाइन की जाती हैं।
वेरिएबल फ्रीक्वेंसी ड्राइव (VFD)। जब जनरेटर इंडक्शन होता है, तो आमतौर पर VFD को चालू करके प्रत्यावर्ती धारा (AC) सिग्नल को उपयोगिता आवृत्ति के अनुरूप समायोजित किया जाता है। आमतौर पर, वेरिएबल फ्रीक्वेंसी ड्राइव पर आधारित डिज़ाइन गियरबॉक्स या अन्य यांत्रिक घटकों का उपयोग करने वाले डिज़ाइनों की तुलना में अधिक समग्र दक्षता प्रदान करते हैं। VFD-आधारित सिस्टम प्रक्रिया परिवर्तनों की एक विस्तृत श्रृंखला को भी समायोजित कर सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप एक्सपेंडर शाफ्ट की गति में परिवर्तन हो सकता है।
संचरण। कुछ एक्सपेंडर डिज़ाइन एक्सपेंडर की गति को जनरेटर की निर्धारित गति तक कम करने के लिए गियरबॉक्स का उपयोग करते हैं। गियरबॉक्स के उपयोग की लागत समग्र दक्षता में कमी और परिणामस्वरूप कम बिजली उत्पादन है।
एक्सपेंडर के लिए कोटेशन अनुरोध (आरएफक्यू) तैयार करते समय, प्रोसेस इंजीनियर को सबसे पहले परिचालन स्थितियों का निर्धारण करना होगा, जिसमें निम्नलिखित जानकारी शामिल है:
मैकेनिकल इंजीनियर अक्सर अन्य इंजीनियरिंग विषयों से प्राप्त डेटा का उपयोग करके एक्सपेंडर जनरेटर के विनिर्देशों और अन्य विशिष्टताओं को पूरा करते हैं। इन इनपुट में निम्नलिखित शामिल हो सकते हैं:
विनिर्देशों में निविदा प्रक्रिया और आपूर्ति के दायरे के हिस्से के रूप में निर्माता द्वारा प्रदान किए गए दस्तावेजों और रेखाचित्रों की सूची के साथ-साथ परियोजना के लिए आवश्यक लागू परीक्षण प्रक्रियाओं को भी शामिल किया जाना 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 भिन्नताओं की एक सूची और भिन्नताओं के कारणों को भी प्रदान करना होगा।
एक बार प्रस्ताव प्राप्त हो जाने के बाद, परियोजना विकास टीम को अनुपालन के लिए अनुरोध की समीक्षा करनी चाहिए और यह निर्धारित करना चाहिए कि तकनीकी रूप से भिन्नताएं उचित हैं या नहीं।
प्रस्तावों का मूल्यांकन करते समय विचार करने योग्य अन्य तकनीकी पहलू निम्नलिखित हैं:
अंत में, एक आर्थिक विश्लेषण करना आवश्यक है। चूंकि विभिन्न विकल्पों के परिणामस्वरूप प्रारंभिक लागतें भिन्न 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 सलाह दी जाती है। उदाहरण के लिए, उच्च प्रारंभिक निवेश को दीर्घकालिक रूप से बढ़ी हुई उत्पादकता या कम रखरखाव आवश्यकताओं द्वारा संतुलित किया जा सकता है। इस प्रकार के विश्लेषण के निर्देशों के लिए "संदर्भ" देखें। 4.
सभी टर्बोएक्सपेंडर-जनरेटर अनुप्रयोगों के लिए प्रारंभिक कुल संभावित शक्ति गणना की आवश्यकता होती है ताकि किसी विशिष्ट अनुप्रयोग में पुनर्प्राप्त की जा सकने वाली कुल उपलब्ध ऊर्जा की मात्रा निर्धारित की जा सके। टर्बोएक्सपेंडर जनरेटर के लिए, शक्ति क्षमता की गणना एक आइसेंट्रोपिक (स्थिर एन्ट्रॉपी) प्रक्रिया के रूप में की जाती है। यह घर्षण रहित उत्क्रमणीय रुद्धोष्म प्रक्रिया पर विचार करने के लिए आदर्श ऊष्मागतिक स्थिति है, लेकिन यह वास्तविक ऊर्जा क्षमता का अनुमान लगाने की सही प्रक्रिया है।
आइसेंट्रोपिक स्थितिज ऊर्जा (IPP) की गणना टर्बोएक्सपेंडर 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 आइसेंट्रोपिक मात्रा के रूप में व्यक्त किया जाएगा (समीकरण (1)):
आईपीपी = (हिंलेट - एच(आई,ई)) × ṁ x ŋ (1)
जहां h(i,e) आइसेंट्रोपिक आउटलेट तापमान को ध्यान में रखते हुए विशिष्ट एन्थैल्पी है और ṁ द्रव्यमान प्रवाह दर है।
यद्यपि समकेंद्री स्थितिज ऊर्जा का उपयोग स्थितिज ऊर्जा का अनुमान लगाने के लिए किया जा सकता है, फिर भी सभी वास्तविक प्रणालियों में घर्षण, ऊष्मा और अन्य सहायक ऊर्जा हानियाँ शामिल होती हैं। अतः, वास्तविक शक्ति क्षमता की गणना करते समय, निम्नलिखित अतिरिक्त इनपुट डेटा को ध्यान में रखा जाना चाहिए:
अधिकांश टर्बोएक्सपेंडर अनुप्रयोगों में, तापमान को न्यूनतम स्तर तक सीमित रखा जाता है ताकि पहले बताए गए पाइप जमने जैसी अवांछित समस्याओं से बचा जा सके। जहां प्राकृतिक गैस प्रवाहित होती है, वहां लगभग हमेशा हाइड्रेट मौजूद होते हैं, जिसका अर्थ है कि यदि आउटलेट तापमान 0°C से नीचे गिर जाता है, तो टर्बोएक्सपेंडर या थ्रॉटल वाल्व के नीचे की पाइपलाइन आंतरिक और बाह्य रूप से जम जाएगी। बर्फ जमने से प्रवाह बाधित हो सकता है और अंततः सिस्टम को डीफ़्रॉस्ट करने के लिए बंद करना पड़ सकता है। इसलिए, अधिक यथार्थवादी संभावित विद्युत परिदृश्य की गणना के लिए "वांछित" आउटलेट तापमान का उपयोग किया जाता है। हालांकि, हाइड्रोजन जैसी गैसों के लिए, तापमान सीमा बहुत कम होती है क्योंकि हाइड्रोजन क्रायोजेनिक तापमान (-253°C) तक पहुंचने तक गैस से तरल में परिवर्तित नहीं होती है। विशिष्ट एन्थैल्पी की गणना के लिए इस वांछित आउटलेट तापमान का उपयोग करें।
टर्बोएक्सपेंडर सिस्टम की दक्षता पर भी विचार करना आवश्यक है। उपयोग की गई तकनीक के आधार पर, सिस्टम की दक्षता में काफी अंतर हो सकता है। उदाहरण के लिए, एक टर्बोएक्सपेंडर जो टरबाइन से जनरेटर तक घूर्णी ऊर्जा स्थानांतरित करने के लिए रिडक्शन गियर का उपयोग करता है, उसमें टरबाइन से जनरेटर तक सीधे ड्राइव का उपयोग करने वाले सिस्टम की तुलना में अधिक घर्षण हानि होगी। टर्बोएक्सपेंडर सिस्टम की समग्र दक्षता को प्रतिशत में व्यक्त किया जाता है और टर्बोएक्सपेंडर की वास्तविक शक्ति क्षमता का आकलन करते समय इसे ध्यान में रखा जाता है। वास्तविक शक्ति क्षमता (PP) की गणना निम्न प्रकार से की जाती है:
पीपी = (हिंलेट - हेक्सिट) × ṁ x ṅ (2)
आइए प्राकृतिक गैस के दबाव को कम करने के अनुप्रयोग को देखें। ABC एक दबाव कम करने वाले स्टेशन का संचालन और रखरखाव करता है जो मुख्य पाइपलाइन से प्राकृतिक गैस का परिवहन करता है और इसे स्थानीय नगरपालिकाओं में वितरित करता है। इस स्टेशन पर, गैस का प्रवेश दबाव 40 बार और निकास दबाव 8 बार है। पहले से गर्म की गई प्रवेश गैस का तापमान 35°C है, जो पाइपलाइन को जमने से रोकने के लिए गैस को पहले से गर्म करता है। इसलिए, निकास गैस के तापमान को नियंत्रित किया जाना चाहिए ताकि यह 0°C से नीचे न गिरे। इस उदाहरण में, सुरक्षा कारक को बढ़ाने के लिए हम न्यूनतम निकास तापमान 5°C का उपयोग करेंगे। सामान्यीकृत आयतनिक गैस प्रवाह दर 50,000 Nm³/घंटा है। विद्युत क्षमता की गणना करने के लिए, हम मानेंगे कि सभी गैस टर्बो एक्सपेंडर से होकर प्रवाहित होती है और अधिकतम विद्युत उत्पादन की गणना करेंगे। निम्नलिखित गणना का उपयोग करके कुल विद्युत उत्पादन क्षमता का अनुमान लगाएँ: