Muuntajat suolavesipuhdistuslaitoksille: SWRO-pumppujen kuormien mitoitus, harmoniset yliaallot ja korroosiosuojaus

 

EPC-urakoitsija, joka työskentelee meriveden käänteisosmoosipuhdistamolla Jebel Alin läheisyydessä, lähetti meille maaliskuussa yksiviivaisen kaavion sekä liitteeksi muistion, jossa sähköosuus kuvattiin "olemassa olevaksi lopulliseksi". Kaaviossa näkyi yksi 20 MVA:n muuntaja, jolla on jännitetasot 33/11 kV, suunnittelun ympäristölämpötila 45 °C ja yhteensä yksitoista korkeapainepumpun moottoria, jotka syötetään yhteisestä 11 kV:n väylästä. Kaksi kysymystä muutti erityisvaatimukset ennen kuin mitään tilattiin: mikä on laitoksen todellinen heinäkuun ympäristölämpötila ja kuinka monta näistä pumppumoottoreista käynnistyy samana kymmenen minuutin aikana. Molemmat vastaukset vaativat muuntajan mitoituksen desalinaatiolaitokselle huomattavasti suuremmaksi kuin kuormaluettelo ehdottaa. desalinaatiolaitoksen muuntaja palvelu

Paperilla suolapitoisuuden poistamiseen tarkoitettu muuntaja näyttää yksinkertaiselta perustaakkuuslaitteelta – yksi luku kVA:ssa. Käytössä se toimii jatkuvasti korkeassa ympäristölämpötilassa, syöttää moottoreita, joiden teho on suuri suhteessa laitoksen kytkettyyn kuormaan, imee harmonisia värähtelyjä taajuusmuuttajilta, jotka ohjaavat kalvojen syöttöpumppuja, ja sijaitsee suolapitoisessa ilmassa, joka hyökkää kaikkia kohteessa olevia koteloita, eristyskannattimia ja kiinnityskappaleita vastaan. Tämä opas käsittelee neljää päätöstä, jotka määrittävät, kestävätkö laite suunnitellun käyttöikänsä.

 

Miksi suolapitoisuuden poistamiseen tarkoitetut kuormat rikkovat standardimuuntajien tekniset tiedot

Meriveden käänteisosmoosi on perustaakkuusprosessi. Tehdas saa viikonloppuvapaan; suolapitoisuuden poistamiseen tarkoitettu prosessilinja ei saa. Sen suurimmat sähkökuluttajat ovat korkeapainepumput, ja ne toimivat suurimman osan päivästä vakiona kuormituspisteessä. Julkaistut meriveden käänteisosmoosin energiatutkimukset antavat tietyn energiankulutuksen noin 2,5–3,5 kWh kuutiometriä kohden energian talteenottolaitteiden asennuksen jälkeen, nousee arvoon 3,5–5,5 kWh/m³ jos energian talteenotto ei ole niin optimoitu.

Laske tuo laskutoimitus 300 000 m³/päivässä toimiva käsittelylaitos ja sähkön kulutus asettuu noin 30–40 MW:n jatkuvaksi kuormitukseksi — ennen esikäsittelyä, siirtopumppausta ja apujärjestelmiä. Suolaisen veden poistamisen ja veden puhdistustutkimusohjelma on perustettu juuri tätä energiankulutusta alentamaan, mikä kertoo, missä rahat ovat: vesi on tuote ja sähkö on suurin yksittäinen käyttökustannus.

 

Meriveden käsittelyn käännösvoimalan sähkökuormituksen kartuttaminen

Ennen mitä mitään mitataan, jakaa laitos kuormaryhmiin. Ne toimivat eri tavoin, ja suurissa laitoksissa niitä syötetään yleensä eri pistorasioista.

 

Kuormaryhmä	Tyypillinen luokitus	Kuormitustyyppi
Korkeapaineiset RO-pumput	3–8 MW kappaleelta, 11 kV tai 6,6 kV	Jatkuva peruskuormitus; taajuusmuuttajalla tai pehmeällä käynnistöllä
Energian talteenottolaitteet	0,5–2 MW	Jatkuva, seuraa korkeapainepumpun käyttöä
Korotuspumput ja siirtopumput	200 kW–2 MW	Jatkuva usein käynnistettävänä
Esikäsittely (suodattimet, annostelulaite)	100–800 kW	Välillinen
Apulaitteet (ilmanvaihto, valaistus, ohjausjärjestelmät)	300–1 500 kW	Vakaa, alhainen harmoninen sisältö

 

Korkeapaineinen pumppuryhmä hallitsee kaikkia muita. Suuressa SWRO-kasvillisuuslaitoksessa kahdeksalla käsittelylinjalla korkeapaineiset pumput voivat yksin muodostaa 40–50 MW:n liitännäiskuorman. Muut ryhmät vaikuttavat apupistorasiakaavioon, mutta juuri pumppuryhmä määrittää päämuuntajan nimellistehon, jäähdytysjärjestelmän ja viankestävyyden, joka yksikön on kestettävä.

 

Muuntajan mitoitus suolaveden poistolaitoksen käyttöön

Adesalinaatiolaitoksen muuntaja palvelu mitoitetaan kolmeen asiaan samanaikaisesti: jatkuvakuormaan, suurimman moottorin käynnistyskuormaan ja moottorien ohjainten harmoniseen sisältöön. Liian pienet yksiköt ovat lähes aina epäonnistuneet juuri ensimmäisessä kohdassa.

Aloita jatkuvakuormasta. Lisää moottorien nimellisarvot, käytä realistista kuormakerrointa – 0,85–0,95 kasvillisuuslaitokselle, joka toimii suunnittelutehon mukaisesti – ja lisää apupistorasiakaavion kuorma. Tarkista seuraavaksi moottorien käynnistys: 6 MW:n korkeapaineinen pumppu suora käynnistys aiheuttaa moottorin napojen välille jännitepudotuksen, joka saa olla vain niin suuri kuin prosessi ja sähköverkkoyhtiö hyväksyvät; tämä tapahtuu, koska suora käynnistys aiheuttaa useita sekunteja viisi–kuusi kertaa nimellisvirran suuruisen virran.

 

Kootarkistus	Mitä tarkistetaan	Tyypillinen suunnittelutavoite
Jatkuvan kuormituksen nimellisarvo	Jatkuva kuorma kysyntätekijällä ja ympäristön lämpötilan vaikutukset huomioon otettuna	NimelliskVA:n ylittävää jatkuvaa käyttöä ei sallita
Moottorin käynnistys	Suurimman pumppun käynnistys kaikkien muiden kuormien ollessa päällä	Jännitepudotus tehtaan ja sähköverkkoyhtiön rajojen sisällä
Ylätaajuuskuormitus	Muuttuvataajuusohjaimen pulssiluku ja harmonisen virran spektri	Laskettu tehon alentaminen IEEE C57.110 -standardin mukaan
Varakapasiteetti	Tulevat junat tai kalvojen vaihto	15–25 % varakVA
Virhekuormitus	Sähköverkon aiheuttama paikan oikosulkuvirta	Vahvistettu oikosulkukestävyys
Tappioarviointi	Tyhjäkäynti- ja kuormitustappiot pääomoitettuna käyttöiän yli	Alhaisin kokonaishintainen omistuskustannus, ei alhaisin hinta

 

Harmoninen kuormitus taajuusmuuttajalla ohjattujen korkeapaineisten pumppujen kautta

Melkein jokainen uusi SWRO-kasvillisuuslaitoksessa ohjaa korkeapaineisia pumppujaan taajuusmuuttajien kautta, koska 6 MW:n pumpun säätäminen kuluttaa enemmän energiaa kuin itse muuttaja maksaa. Muuttaja on myös tehtaan tärkein virranhä distortionin lähde. Kuusipulssinen muuttaja tuottaa karakteristisia harmonisia taajuuksia 5., 7., 11. ja 13. asteikolla; kaksitoistapulssinen konfiguraatio kumoaa 5. ja 7. asteen harmoniset taajuudet muuntajan tasolla; kahdeksantoistapulssinen järjestelmä siirtää ensimmäisen merkittävän harmonisen taajuuden vielä korkeammalle.

Muuntaja maksaa näistä ylätaajuuksista kahdesti. Lisävirtapiirit ja hajaantuneet tappiot lämmittävät käämiä enemmän kuin kuormavirta yksin aiheuttaisi, mikä on syy siihen, miksi ylätaajuudella kuormitettu laite vaatii K-tekijän arvon tai vastaavan tehon alentamisen, joka on laskettu IEEE C57.110 sen sijaan, että käytettäisiin katalogista kopioitu kVA-luku. Yhteisen liitospisteen kokonaishäiriö on sen jälkeen pidettävä hyödyntäjän asettamien rajojen sisällä – tarkistus tehdään käyttöönoton yhteydessä, ei suunnitteluvaiheessa. IEEE Standards Association julkaisee Pohjois-Amerikan hyödyntäjien viittaamia ylätaajuusrajoja, ja niitä kannattaa lukea ennen ajoverkkoyksikön toimittajan valintaa, ei sen jälkeen.

Yksi erityismäärittelytapa poistaa suurimman osan tästä riskistä: pyydä ajoverkkoyksikön toimittajalta ylätaajuusvirran spektri todellisesta käyttöpisteestä, ei vain valmistajan tiedotekstin kokonaishäiriöprosenttilukua täyskuormassa. Kalvoasennukset harvoin toimivat pitkään täyskuormalla, ja häiriöt ovat yleensä pahimpia osakuorma-alueella, jossa laitos itse asiassa toimii.

 

Korroosio, ympäristön lämpötila ja tehon alentaminen Golfin rannikolla

Suolavesilaitos on sähkövarusteille vaativin ympäristö, jossa muuntaja voi toimia. Suola-aerosoli, korkea ilmankosteus ja paikan ympäristön lämpötila, joka Golfin alueella voi olla yli 45 °C kuukausia pitkään, vaantavat sekä laitteistoa että sen nimellisarvoja samanaikaisesti.

Korroosiosuojelu alkaa kotelointimäärittelystä. ISO 12944-8 , ISO 12944 -sarjan osa, joka ohjaa suojaavaa maalijärjestelmää koskevien määrittelyjen laatimista uusille kohteille, on viite, jonka useimmat eurooppalaiset ja lähitänäisalueen urakoitsijat mainitsevat määrittelyissä. Käytännössä tämä tarkoittaa dokumentoitua järjestelmää C5-M -merikorroosioluokalle , kuumasinkattua teräsrakennetta tai vastaavaa pinnoitteen paksuutta, ruostumattomia teräksen kiinnityskappaleita kaikkialla sekä tiukkenevia liitäntäpisteitä.

Ympäristön lämpötila on toinen ansa, ja se vähentää hiljaa tehoa. Ympäristön lämpötilan korjaussäännöissä IEC 60076-2 ja IEEE C57.12.00 -standardin mukaan sallittu keskimääräinen käämin lämpötilan nousu laskee, kun paikan ympäristön lämpötila nousee viitereferenssiarvon yläpuolelle. Kasvattamalla eristystä ei voida korjata tilannetta, jossa laitos sijaitsee 10 °C viitereferenssiarvon yläpuolella – laite joko hyväksyy alhaisemman lämpötilan nousun tai menettää kVA-arvoaan. Tämä ilmenee jatkuvasti Persianlahden alueen tarjouspyyntöjen yhteydessä, joissa suunnittelun ympäristölämpötilaksi ilmoitetaan tarjousasiakirjassa "45 °C", mutta joka osoittautuu sijalla olevan 50 °C.

Jäähdytys vaatii saman tarkkuuden tarkastelua. Hiljaisessa, kuumassa ja kosteassa rannikkoilman olosuhteissa ONAN-jäähdytysradiatoripankki toimii nimellisarvonsa alapuolella, mikä selittää, miksi rannikkoalueiden laitokset yleensä määrittelevät jäähdytyksen ONAF-tyypiksi ja ilmoittavat suorituskyvyn sijan suunnittelun ympäristölämpötilan perusteella eivätkä standardin viitereferenssilämpötilan perusteella. öljyimmersio muuntaja oNAF-jäähdytyksellä ja suorituskyvyn ilmoittamisella sijan suunnittelun ympäristölämpötilan perusteella eikä standardin viitereferenssilämpötilan perusteella. Siksi myös vähän tappioita tuottavien ytimien kehitys ja suuremman jäähdytysvaran saavuttaminen tulisi ratkaista samassa keskustelussa.

 

 

Mitä Ryan Electric tuo suolaveden poistoprojekteihin

Sama neljä kysymystä ratkaisee jokaisen desalinaatiolaitoksen muuntaja tarjoamme, joten insinööriarviointi on standardisoitu eikä improvisoitu. Rakennamme molemmat ongelman osat omassa 120 000 neliömetrin tehtaassamme Jiangsun maakunnassa Kiinassa. Meidän öljyimmersio muuntaja tuotevalikoimamme kattaa jännitteet 10 kV:sta 200 MVA:an saakka ONAN/ONAF-radiattoripankkien ja kuormitettujen tappimuuntajien kanssa; valupolymeeriset ja VPI-käsitellyt kuivamuuntajat soveltuvat sisäisiin kytkentätiloihin ja apubusseihin. Ryan Electric on valmistanut muuntajia vuodesta 2007 lähtien, sillä on 37 patenttia, se käyttää yli 180 tuotanto- ja testilaitetta sekä on toiminut Eatonin yhteisyrityskumppanina vuodesta 2023 lähtien.

Rannikkoalueille suunniteltuihin projekteihin kuuluu tavallisesti dokumentoitu C5-M-pinnoitusjärjestelmä, 1 000 tunnin suolakokeilu pinnoituksen rakenteen suhteen sekä asiakkaan todistustestaus meidän DEKRA- ja CNAS-todistettujen laboratorioidemme kautta IEC 60076-1- ja IEEE C57.12.90 -standardien mukaisesti ennen lähetystä.

Miten suolaveden poistomuuntajan tarjouspyyntö yleensä epäonnistuu

Epäonnistumismallit toistuvat niin usein, että niitä voidaan kuvata yleisesti. Golfin alueella sijaitseva EPC antaa eritelmän 25 MVA:n, 33/11 kV:n öljyimmersio muuntaja 45 °C:n suunnitteluympäristölämpötilassa mitattu moottorin nimellisarvon perusteella. Myöhemmin ajuriyhteen valmistajan harmonisen spektrin ja sivustolla heinäkuussa mitatun ympäristölämpötilan tiedot saadaan käyttöön. Vaadittu tehoarvo nousee, jäähdytysjärjestelmä vaihtuu ONAN-tilasta ONAF-tilaan ja säädön säätöalue laajenee. Jos tuotantopaikka oli varattu alkuperäisen tehoarvon perusteella, tämä muutos tapahtuu toimitusaikataulun sisällä eikä sen ennen.

 

Tarkistus	Mitä vahva toimittaja näyttää
Koon määrittämisperusta	Kuormaluettelo kysyntätekijällä sekä ajuriyhteen harmoninen spektri liitteenä
Ympäristö	Teollisuusasiakkaan vahvistaman sivuston ympäristölämpötilan perusteella laskettu tehon alentaminen kirjallisesti
Korroosio	Dokumentoitu C5-M-pinnoitusjärjestelmä ja suolapirttitestin tulokset
Jäähdytys	ONAF-suorituskyky ilmoitettu sivuston suunnitteluympäristölämpötilassa, ei standardissa annetussa viitelämpötilassa
Sertifiointi	Testiraportit IEC 60076-1 / IEEE C57.12.90 -standardien mukaisesti tarkalleen sitä ilmoitettua tehoarvoa varten
Aikataulu	Tuotantopaikka varattu tehdasvalmiuden päivämäärän perusteella, kirjallisesti ilmoitettu

 

Näistä kohdista mikään ei ole eksoterminen. Ne ovat kysymykset, joihin on vastattava ennen piirustuksen lopullistamista, ja myöhästynyt vastaaminen muuttaa tavallisen tilauksen uudelleenlaskutukseksi.

 

Lähetä meille kuormaluettelo ennen kuin lopullistat tekniset vaatimukset

Jos määrittelet desalinaatiolaitoksen muuntaja palvelua, lähetä meille neljä asiaa: tehtaan nimelliskapasiteetti kuutiometreinä päivässä, korkeapaineen pumppujen aikataulutus sekä käynnistin- tai moottorityyppi, sijaintipaikan suunnittelun mukainen ympäristölämpötila, jonka omistaja on vahvistanut, sekä sähkönjakeluyhtiön vikavirta ja jännitealue. Insinöörimme antavat koonmäärittämis-suosituksen, johon sisältyy jäähdytysratkaisu, harmonisten virtojen laskelma, korroosiosuojausjärjestelmä ja realistinen tuotantoväli.

Ota yhteyttä tiimiin osoitteessa ryantransformers.com ja liitä yksiviivainen kaavio — jopa merkitty PDF-tiedosto riittää aloitukseksi. Kaavion tarkastelu on nopeampaa kuin kuormaluettelon uudelleenlaskeminen eritelmätaulukosta, ja rannikkoalueilla toteutettavissa projekteissa ympäristölämpötilan arvo ja moottorien taajuusalue ovat kaksi kohtaa, jotka useimmin muuttavat ratkaisua.

Tekijästä: Tämä artikkeli on kirjoitettu Ryan Electricin (Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd.) insinööritiimin toimesta, joka on Eatonin yhteistyökumppani vuodesta 2023 lähtien ja joka valmistaa öljyssä jäähdytettyjä, valurautaisia ja maanpäällisiä muuntajia Jiangsun maakunnassa Kiinassa. Ryan Electric tarjoaa palveluitaan sähköverkkoyhtiöille, EPC-urakoitsijoille ja infrastruktuurikehittäjille Pohjois-Amerikassa, Kaakkois-Aasiassa, Lähi-idässä ja Afrikassa.