Избор на трансформатори за заводи за течни природни газове: Определяне на размерите за задвижващи системи на компресори, крайбрежна корозия и опасни зони

 

Миналия декември един изпълнителен подизпълнителен контрагент от Залива ни изпрати спецификация за шест трансформатора с номинално напрежение 13,8 kV, захранващи компресорни задвижвания на хладилна течност в линия за течното природно газ (LNG). Номиналната мощност в kVA беше посочена, импедансът също беше посочен, а системата за боядисване беше описана с три думи: «морски клас». Този израз почти нищо не казва на фабрика за трансформатори. Преди да направим оферта, зададохме два въпроса: къде е разположен всеки трансформатор спрямо технологичната зона и какъв е хармоничният спектър на входа на задвижването? Отговорите промениха конструкцията на четири от шестте трансформатора.

Aтрансформатор за заводи за течен природен газ (LNG) не е обикновена стойност на kVA с друго име на табелката. Той се намира там, където се пресичат три различни набора изисквания: непрекъснато тежко натоварване от големи задвижвания с променлива честота, морска атмосфера, която „изяжда“ боята като храна, и режим за безопасност, формулиран около контрол на пожари и газове, а не около електрическото удобство. Тази пресечна област става все по-натоварена. Експортът на LNG от САЩ средно е бил 17,4 млрд. кубични фута на ден през първата половина на 2026 г., с 23 % по-висок от същия период през 2025 г. , като Plaquemines работи на пълна мощност, Corpus Christi Stage 3 експортира от шест от седемте трени, а Golden Pass ще започне износ от април 2026 г., според Анализа на EIA върху износа на LNG . Очаква се капацитетът за износ от Северна Америка да нарасне почти два пъти до 2029 г., а почти всеки от тези трени е разположен по крайбрежието.

Защо трансформаторът за заводи за LNG работи по-тежко, отколкото сочи номиналната му мощност

 

Започнете с режима на работа. Една ликвифицираща линия е непрекъснат процес, а не фабрика, която работи по смени. Компресорите за хладилно вещество работят при високо натоварване в продължение на месеци, а коефициентът на натоварване през обичайна седмица е в диапазона 80–95 %. Няма тиха неделя вечер, когато намотката да се охлади, затова проекти, които са наследени от практиката за търговски сгради, се оказват недостатъчно големи за действителния режим на работа.

След това добавете околната среда. Обект за течни природни газове (LNG) на брега на залива, в Северна Африка или в Югоизточна Азия се характеризира с проектна температура на външната среда 45 °C, въздух, наситен със сол, и в някои райони — излагане на циклони. Външното устройство е изложено на всички три фактора; вътрешното устройство е изложено на влажност и кондензация. Механическата спецификация — система за боядисване, уплътнения, вентилационни клапани, нагревателни елементи — има същото значение като електрическата спецификация.

Третият фактор засяга купувачите, които пристигат от обикновени индустриални предприятия: тези натоварвания са богати на хармоници, което представлява проблем при определяне на размерите, а не просто бележка относно качеството на електрозахранването.

Натоварването, което определя размера на устройството: задвижвания на компресори и хармоници

 

Компресорите за пропан и смесени хладилни агенти в съвременни влакове обикновено са машини с мощност от 4 MW до 30 MW, задвижвани от електродвигатели с напрежение 6,6 kV или 13,8 kV, и почти винаги се захранват чрез преобразователи с променлива честота. Шестимпулсният преобразовател консумира ток, богат на пети и седми хармоници. При преминаване към 18-импулсна или 24-импулсна конфигурация или към активен входен каскаден блок (active front end), изкривяването се намалява значително, но не се елиминира напълно.

Хармоничните токове не просто се наслагват върху основната честота. Те предизвикват вихрови и разсеяни загуби както в намотките, така и в конструктивните части, а тези загуби концентрират топлината в най-горещата точка на намотките — точно там, където се определя продължителността на живота на изолацията. Намаляване на номиналната мощност поради хармоници е корекцията, а IEEE C57.110 е референтният стандарт, който повечето спецификации в Северна Америка използват: той определя методи за установяване на действителната товароносимост на течностно охлаждан или сух тип трансформатор при частично несинусоидален товар. Ограниченията за изкривяване в точката на свързване се регулират отделно според IEEE 519. За трансформатор за заводи за течен природен газ (LNG) , този спектър трябва да се предостави от доставчика на задвижката, а не от шаблон.

Това е частта, която променя проекта. При директно свързан двигател пусковата kVA обикновено определя размера на трансформатора. При компресорна задвижка, захранвана чрез честотен преобразовател, пусковият ток се контролира от преобразователя и вече не е определящ фактор. Това, което определя размера на уреда, често е постоянната натовареност плюс загряването от хармониците — а понякога и толерантността на преобразователя към спад на напрежението, която зависи от импеданса, а не от kVA. Наблюдавали сме как един преобразовател изключва при пускането, защото импедансът е бил избран единствено за координация при късо съединение.

Повишаването на температурата определя запаса. Стандартът IEEE C57.12.00 предвижда два общи стълба за течностно охлаждани уреди: 55 °C средно повишаване на температурата на намотките с 65 °C максимална температура в „гореща точка“ или 65 °C средно повишаване с 80 °C максимална температура в „гореща точка“. Спецификациите за LNG обикновено попадат във втория стълб, тъй като той осигурява допълнителен капацитет при висока външна температура без нужда от по-голяма площ на радиатора. В същото време това изразходва запаса на изолацията, затова зад него трябва да стои проучване на натоварването, а не просто предположение.

Един навик от нашия център за цитиране: когато получим технически паспорт на компресорен двигател без спектър на хармониците, поискваме такъв. При един отскорошен проект разликата между общия шестимпулсов спектър в шаблона на покупателя и действителната конфигурация на двигателя доведе до препоръчване на номинална мощност, понижена с две стандартни стъпки. Ако направим обратното предположение, същата разлика води до повреда, а не до икономия.

 

Течностно охладен трансформатор или трансформатор с леяна смола? Нека местоположението вземе решението.

 

Това е първото решение за всеки проект, свързан с течни газове (LNG), и всъщност не е електрическо решение. Чертежът на класификацията на зоните и стратегията за пожарна защита определят какво може да се инсталира къде; едва след това има значение сравнението на технологиите.

Точка за вземане на решение	Маслен трансформатор	Трансформатор от отливана смола
Обичайна инсталация	Отворено пространство на открито до технологичната линия, върху площадка с контейнер за задържане на масло	Вътрешно електрическо помещение или стая, разположена до контролния център
Поведение при пожар	Минералното масло е запалимо; изисква разстояния за отделяне, огнеустойчиви стени и контейнери за задържане	Навивки от епоксидна смола, самозагасващи, с ниско натоварване при пожар
Обичайен диапазон на номинална мощност	5 MVA до 60 MVA и повече	0.5 MVA до 15 MVA
Тегло и площ	По-тежък; основата и достъпът за кран са планирани още в началото	По-лек; по-лесно монтиране в модулни електрически помещения
Хладна	ONAN или ONAF с радиаторни блокове	AN или AF с вентилатори и вентилация на помещението
Външна корозия	Висока изложенист; изисква боядисване според ISO 12944 C5-M	Ниска изложенист; защитен от строителната обвивка
Режим на поддръжка	Анализ на маслото, проверка на въздушния филтър и уплътненията, почистване на радиаторите	Почистване, проверка на моментите на стягане и инфрачервени сканирания
Най-подходящ за обекта	Основно разпределение на средно напрежение и захранване на големи компресори навън	Разпределение на ниско/средно напрежение, ИПС и допълнителни товари с високо хармонично съдържание вътре в сградата

 

Обърнете внимание, че таблицата не определя победител. При повечето крайбрежни проекти за течни природни газове, които цитираме, се използват едновременно и двете технологии в рамките на един и същи трейн: маслен трансформатор в двора, който поема основния товар от хладилна течност или енергийни услуги, и трансформатор от отливана смола единици в електрическата сграда, които захранват разпределителни табла, ИПС системи и допълнителни товари с високо хармонично съдържание, където изтичането на масло е неприемливо.

Цитирането на маслен трансформатор за крайбрежен обект се свежда до четири параметъра: запазване на маслото (герметичен резервоар с азотна въздушна възглавница срещу консерватор с вентилационна система), бояджийската система, промяна на стъпките под товар при колебания на мрежовото напрежение и защитни аксесоари като клапа за релефно налягане, реле Буххолц и индикация на температурата на намотките.

За трансформатор от отливана смола , еквивалентният списък включва клас на изолация спрямо проектната околна температура, оценка AN срещу AF, степен на защита на корпуса по IP и намаляване на номиналната мощност поради хармоници чрез конструкция с коефициент K или документирано изчисление. Във вътрешни помещения вентилацията на помещението става част от спецификацията за трансформатора, тъй като един вентилаторно охлаждан уред предава загубите си в пространство, което никога не е проектирано за тази цел.

Опасни зони, пожарна сепарация и правилата, които определят подредбата

 

Заводите за течни природни газове (LNG) не са рафинерии с различна етикетка на продукта. NFPA 59A определя изискванията за разположение, проектиране, строителство и пожарна защита на обектите, които произвеждат, съхраняват и обработват LNG, а в Съединените щати тя се включва по референция в федералните правила за обекти за LNG по силата на 49 CFR Part 193 и двете изискват едно и също: да се държат източниците на запалване на разстояние от места на възможни изтичания и това да се потвърди на плана на обекта. На практика това означава, че трансформаторите рядко се поставят в класифицирани зони; те се монтират в електрически сгради в некласифицирани зони или в открити двора с точно определено разделение, отводняване, събиране и пожарна защита.

Първото последствие е увеличаването на разстоянията. Когато електрическата сграда се премества по-далеч заради безопасността, кабелните трасета стават по-дълги, което води до по-голямо падане на напрежението, по-голям ток на зареждане на кабелите и по-дълъг път при повреда; следователно изборът на импеданс трябва да се координира с двигателите и настройките на защитата, а не да се копира от шаблон — компромисът, описан в нашето ръководство за импеданс на трансформатора .

Второто е формулировката. Редовно се среща изречение, което иска трансформатор, „подходящ за инсталиране в опасни зони“. Сух тип единица може да се инсталира в някои класифицирани места при подходящ корпус и система за подтискане, но по-евтиното решение обикновено е да се премести електрическата стая, вместо да се купи екзотичен трансформатор.

Корозия по крайбрежните райони, висока околна температура и натоварване от бури

 

Корозията е бавен режим на повреда при крайбрежни LNG проекти и рядко засяга местата, които хората очакват. Тялото на резервоара обикновено издържа добре при качествено боядисване; първи се повреждат ребрата на радиатора, охладителните аксесоари, болтовите съединения и табелките. За обект в обсега на морската солена мъгла задаваме ISO 12944 C5-M система за покритие за резервоар, радиатори и основна плоча, неръждаеми или потопени в цинк винтови съединители и запечатани кабелни кутии. Когато е наличен и киселинен газ, разговорът отново се променя — това разгледахме в нашата статия за трансформатори за геотермални електроцентрали .

Температурата на околната среда е вторият фактор, определящ разходите. Стандартните характеристики предполагат средна температура на околната среда от 40 °C, а обектите в Персийския залив, Червено море и Западна Африка редовно изискват 45 °C или 50 °C. Тази разлика се отразява някъде: увеличаване на размерите на уреда, добавяне на охладителни стъпки или приемане на намалена непрекъсната мощност и документиране на изследването на натоварването, което доказва, че тя е достатъчна. Покупателите, които копират температурата на околната среда от по-раншен проект, обикновено осъзнават допълнителните разходи при одобрение на чертежите, когато графикът вече няма резервно време.

Изискванията за буря и влажност завършват механичната спецификация: крепеж на основната плоча срещу вятър или сейсмични въздействия, нагреватели против кондензация за влажните нощи и подбор на вентилационни клапани и уплътнения, подходящи за морски въздух. Нашата ръководството за избор при тропически климат разглежда по-подробно въпроса с кондензацията.

Къде се вписва Ryan Electric

 

Ryan Electric произвежда в заведение с площ 120 000 м² в провинция Цзянсу, където разполага с повече от 180 комплекта производствено и изпитателно оборудване и 37 патента; компанията произвежда трансформатори от 2007 г. От 2023 г. тя действа като официален съвместен предприемач на Eaton, а нейният сертификационен арсенал включва одобрения UL, CSA, IEEE, DEKRA, CNAS и CE.

За работата с течен природен газ (LNG) и газова преработка най-важните части от фабриката са изпитателната зона и документационният пакет. Всеки агрегат минава през измерване на съотношението, устойчивостта на намотките, загубите при празен ход, загубите при натоварване и импеданса, диелектрични изпитания и — когато е предвидено — изпитания за повишаване на температурата, както и измерване на частични разряди за сухи типове агрегати. Когато покупателят изисква документирана способност за хармоници, ние изчисляваме намаляването на мощността поради хармониците въз основа на спектъра на преобразувателя, като използваме метода IEEE C57.110, и представяме целия математически процес, тъй като цифра за намаляване без обяснение на начина на нейното получаване е от малка полза при преглед на подадена документация.

Шестте единици за залив „Гълф“, които откриват тази статия, бяха доставени като смесен комплект: три маслени единици за външно разположение и три единици с лито смолно изолиране за електрическата сграда, като работната мощност на компресора беше намалена спрямо действителния хармоничен спектър на производителя на преобразователя — типична конфигурация за добре проектиран трансформаторен комплект за течни газове (LNG).

Какво да включите в заявката си за цитиране преди поръчка

 

Ако подготвяте заявка за трансформаторен комплект за инсталация за течни газове (LNG) или газова централа, тези седем елемента правят разликата между цитиране, което можете директно да сравните, и такова, което трябва напълно да преработите:

Хармоничен спектър, а не само обобщена цифрова стойност. Поискайте от производителя на преобразователя текущия хармоничен спектър, броя на импулсите и конфигурацията на филтъра. Единствената стойност на общото хармонично изкривяване (THD) не е достатъчна за намаляване на натоварването върху намотката.

Класификация на зоната и предвиденото местоположение на всяка единица, определени въз основа на актуалния план на площадката.

Проектна температура на заобикалящата среда, надморска височина и категория на корозията , като класът по ISO 12944 се посочва изрично, а не описателно.

Коефициент на непрекъснато натоварване и схема за резервиране , плюс продължителността на всеки очакван претоварен режим.

Цел за сертифициране, фиксирана преди финализиране на проекта. Сертификат UL или CSA, изпитателни доклади според IEEE C57.12.00 и C57.12.90 или документация IEC 60076 за проекти, базирани на IEC.

Доставки за наблюдение по време на изпитания и документация , съгласувани писмено преди поръчката.

Резервни части и елементи с дълги срокове на доставка. Тъй като сроковете за доставка на големи трансформатори все още се измерват в години, планът за резервни части и аксесоари трябва да бъде включена в първата поръчка.

Ако проектирате трансформатор за заводи за течен природен газ (LNG) , изпратете еднолинейната схема, условията на обекта и спектъра на задвижване на инженерния ни екип чрез www.ryantransformers.com , или напишете на [email protected]. Ще получите препоръчан класификационен рейтинг, аритметиката за намаляване на мощността и производствен график, който отразява реалната натовареност, а не оптимистичната.

За автора

Тази статия е подготвена от инженерния екип за трансформатори на Ryan Electric. Ryan Electric (Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd.) проектира и произвежда трансформатори с леяна смола и с вакуумно пропити намотки (VPI), маслени трансформатори и трансформаторни уредби за монтаж на площадка (pad mounted units) в своята производствена база с площ 120 000 m² и работи като официален съвместен предприемачески партньор на Eaton от 2023 г. Компанията доставя оборудване за проекти в сферата на течните природни газове (LNG), газовата преработка, центровете за обработка на данни (data center), промишлеността и енергийните системи в Северна Америка, Близкия изток, Югоизточна Азия и Африка.