Muuntajien valinta LNG-teollisuuslaitoksille: Kompressorikäyttöjen mitoitus, rannikkoalueiden korroosio ja vaaralliset alueet

 

Viime joulukuussa EPC-urakoitsija Golfin alueelta lähetti meille kuuden 13,8 kV:n muuntimen teknisen eritteen, jotka syöttävät jäähdytysaineen puristimien moottoreita nesteytyslinjalla. kVA-arvo oli ilmoitettu, impedanssi oli ilmoitettu ja maalijärjestelmä kuvattiin kolmella sanalla: merikelpoinen. Tämä ilmaisu kertoo muuntajatehtaalle melkein mitään. Ennen tarjouksen laatimista esitimme kaksi kysymystä – missä kohtaa kukin yksikkö sijaitsee suhteessa prosessialueeseen ja mikä on harmonisten yliaaltojen spektri moottorin syöttöpisteessä? Vastaukset muuttivat kuudesta yksiköstä neljän suunnittelua.

Amuuntaja LNG-teollisuuslaitoksille ei ole tavallinen kVA-luku eri nimellä. Se sijaitsee siinä kohdassa, jossa kolme vaatimusryhmää leikkaa toisiaan: jatkuva raskas käyttö suurista taajuusmuuttajakäytöistä, meriympäristö, joka syö maalia elääkseen, ja turvallisuusjärjestelmä, joka perustuu palo- ja kaasuhavaintoon eikä sähkötekniikan mukavuuteen. Tämä leikkausalue on täyttyvässä vaiheessa. Yhdysvalloista tapahtuva LNG-vienti keskimäärin 17,4 miljardia kuutiota päivässä ensimmäisen puolen vuoden 2026 aikana, 23 % enemmän kuin vastaavana ajanjaksona vuonna 2025 , kun Plaquemines toimii täydellä kapasiteetilla, Corpus Christi Stage 3 vie viidestä seitsemästä kylmennysyksiköstä ja Golden Pass aloittaa lähetykset huhtikuusta 2026 lähtien, EIA:n LNG-vientianalyysin mukaan EIA LNG export analysis . Pohjoisamerikkalaisen vientikapasiteetin ennustetaan melkein kaksinkertaistuvan vuoteen 2029 mennessä, ja lähes jokainen näistä kylmennysyksiköistä sijaitsee rannikolla.

Miksi muuntaja LNG-tehtaissa tekee enemmän työtä kuin sen nimikilvessä ilmoitettu teho

 

Aloita tehtävästä. Kylmennysyksikkö on jatkuva prosessi, ei vuoropohjainen tehdas. Jäähdytysaineen puristimet toimivat korkealla kuormalla kuukausia kerrallaan, ja normaalin viikon keskimääräinen kuormitusaste on 80–95 %. Ei ole hiljaista sunnuntaiaamua, jolloin käämitys voisi jäähdytyä, joten kaupallisista rakennussovelluksista perityt suunnittelut ovat tehtävään liian pieniä.

Lisää sitten ympäristötekijät. Kaasun nesteyttämiseen (LNG) käytettävän Gulf Coastin, Pohjois-Afrikan tai Kaakkois-Aasian sivuston suunnittelussa otetaan huomioon 45 °C:n ulkoilman lämpötila, suolapitoisuus ilmassa ja joissakin paikoissa myös myrskyt. Ulkoyksikkö altistuu kaikille kolmelle tekijälle; sisäyksikkö puolestaan kokee kosteutta ja kondensaatiota. Mekaaninen eritelmä – maalijärjestelmä, tiivistimet, hengitysventtiilit ja lämmityselementit – on yhtä tärkeä kuin sähköinen eritelmä.

Kolmas tekijä vaivaa ostajia, jotka tulevat tavallisista teollisuuslaitoksista: nämä kuormat ovat harmoniikkarikkaita, mikä aiheuttaa mitoitusongelman eikä ole vain sivuhuomautus sähkön laadusta.

Yksikön mitoittava kuorma: kompressorien moottorit ja harmoniikat

 

Propeenin ja sekoitettujen jäähdytysaineiden puristimet nykyaikaisessa junassa ovat yleensä 4 MW–30 MW:n koneita, jotka toimivat 6,6 kV:n tai 13,8 kV:n moottoreilla, ja niitä syötetään lähes aina taajuusmuuttajilla. Kuusipulssinen taajuusmuuttaja aiheuttaa virran, jossa on runsaasti viidennettä ja seitsemänttä harmonista komponenttia. Siirtyminen 18- tai 24-pulssiseen järjestelyyn tai aktiiviseen etupäätyyn vähentää huomattavasti vääristymää, mutta ei poista sitä kokonaan.

Harmoniset virrat eivät ainoastaan lisäänny perusvirran päälle. Ne aiheuttavat pyörrevirtoja ja hajavirtoja käämien ja rakenteellisten osien sisällä, ja nämä tappiot keskittyvät käämien kuumimpaan kohtaan – juuri siihen paikkaan, joka määrittää eristämisen keston. Harmonisten virtojen aiheuttama tehon alentaminen on korjaus, ja IEEE C57.110 on viite, jota pohjoisamerikkalaiset suunnittelijat yleensä käyttävät: siinä esitetään menetelmät, joilla määritetään, miten suuren kuorman nesteessä jäähdytetty tai ilmajäähdytetty muuntaja voi todella kantaa, kun osa kuormasta ei ole sinimuotoista. Vääristymärajat kytkentäpisteessä käsitellään erikseen IEEE 519 -standardissa. Kaikille muuntaja LNG-teollisuuslaitoksille , tämä spektri on saatava ajuriin valmistajalta, ei mallipohjaisesta pohjasta.

Tässä osassa muuttuu suunnittelu. Suorakäyttöisessä moottorissa käynnistyskVA määrittää yleensä muuntajan koon. VFD:llä (muuttuvataajuusajurilla) syötetyssä puristimen ajurissa käynnistysvirta on ohjattavissa ajurin avulla, eikä se enää ole ratkaiseva tekijä. Yksikön koon määrittävät usein jatkuvakuorma ja harmonisten virtojen aiheuttama lämmitys – ja joskus ajurin sietokyky jännitepudotukselle, joka riippuu impedanssista eikä kVA:sta. Olemme nähneet ajurin laukaisevan itsensä käyttöönoton yhteydessä, koska impedanssi oli valittu pelkästään oikosulkukoordinaation perusteella.

Lämpötilan nousu määrittää sitten marginaalin. IEEE C57.12.00 -standardi antaa kaksi yleistä saraketta nesteellä jäähdytetyille muuntajille: 55 °C:n keskimääräinen käämityksen lämpötilan nousu ja 65 °C:n kuumimman kohdan lämpötila, tai 65 °C:n keskimääräinen nousu ja 80 °C:n kuumimman kohdan lämpötila. LNG-määrittelyt sijoittuvat yleensä toiseen sarakkeeseen, koska se tarjoaa kuorman varalähtöä korkeassa ympäristön lämpötilassa ilman ylimääräistä radiattorin pinta-alaa. Se kuluttaa myös eristysvaraa, joten sen taustalla tarvitaan kuormitustutkimus eikä pelkkä oletus.

Yksi tapa, jota käytämme tarjouslaskennassa: kun kompressorin ohjauslaiteen tekninen tiedotus tulee ilman harmonisen spektrin tietoja, pyydämme niitä. Viimeisessä projektissa ero yleisesti käytetyn kuusipulssisen spektrin ja ostajan mallipohjassa olevan spektrin välillä sekä todellisen ohjausjärjestelyn välillä pienensi suositeltavaa tehomallia kahdella standardiaskelella. Jos arvaus olisi tehty toisin päin, sama ero olisi johtanut vikaantumiseen eikä säästöön.

 

Öljyllä jäähdytetty vai valurésinä valmistettu muuntaja? Paikka ratkaisee.

 

Tämä on ensimmäinen päätös kaikissa LNG-hankkeissa, eikä se ole varsinaisesti sähkötekninen päätös. Alueellisen luokittelun piirros ja palosuojelustrategia määrittävät, mitä voidaan asentaa missäkin paikassa; vasta sen jälkeen teknologiavertailu saa merkitystä.

Päätöspiste	Öljyyn Upotettu Muuntaja	Tuotettu resiinillä trafo
Normaali asennus	Ulkoalue prosessilinjan vieressä öljyn eristyspohjalla varustetulla alueella	Sisäinen sähköhuone tai ohjauslaitteita läheisesti palveleva huone
Palon käyttäytyminen	Mineraaliöljy on syttyvä; vaatii erotteluetäisyyksiä, tulenseesteitä ja öljyn eristystä	Epoxyvalutut käämitykset, itse sammuttavat, vähäinen palokuorma
Tyypillinen tehomäärittelyalue	5 MVA–60 MVA ja yli	0.5 MVA–15 MVA
Paino ja jalansija	Raskaampi; perustus ja nosturin pääsy suunniteltu varhaisessa vaiheessa	Kevyempi; helpommin modulaarisissa sähköasennuksissa
Jäähdytys	ONAN- tai ONAF-jäähdytys radiattoripankkien avulla	AN- tai AF-jäähdytys tuulettimien ja tilan ilmanvaihdon avulla
Ulkoinen korroosio	Korkea altistuminen; vaatii ISO 12944 C5-M maalijärjestelmän	Alhainen altistuminen, rakennuksen ulkokuoren suojaama
Huoltotila	Öljyn testaus, hengitystulppien ja tiivistepintojen tarkastus, radiattorien puhdistus	Puhdistus, momenttitarkastukset ja infrapunasuotaukset
Parhaiten sopii paikalle	Pääkeskijännitejakelu ja suuret kompressorit ulkona	Alajännite/keskijännitejakelu, UPS-järjestelmät ja harmoniikoita tuottavat apukuormat sisällä

 

Huomaa, että taulukko ei määritä voittajaa. Useimmat rannikolla sijaitsevat LNG-hankkeet, joista tarjoamme hintoja, käyttävät molempia teknologioita samassa prosessilinjassa: öljyyn Upotettu Muuntaja kentällä kuljetettavaa suurta jäähdytysaine- tai hyötykuormaa varten ja tuotettu resiinillä trafo yksiköitä sähköasemassa, jotka syöttävät kytkinpaneelit, UPS-järjestelmät ja harmoniikoita tuottavat apukuormat, joissa öljyn vuoto olisi hyväksymätön.

Tarjoamme hintaa öljyyn Upotettu Muuntaja rannikolla sijaitsevaan kohteeseen neljän asian perusteella: öljyn säilyttäminen (tiukasti suljettu säiliö typpipeitteellä verrattuna hengityspohjaiseen säiliöön), maalijärjestelmä, kuorman alla tapahtuva jännitteen säätö, kun verkkojännite vaihtelee, sekä suojauslisävarusteet kuten paineenvapautus, Buchholzin rele ja käämien lämpötilan ilmaisin.

Taloudelliselle tuotettu resiinillä trafo , vastaava luettelo on eristysluokka suhteessa suunniteltuun ympäristölämpötilaan, AN- ja AF-luokitus, koteloinnin IP-luokitus sekä harmonisten yliaaltojen aiheuttama tehon alentaminen K-tekijän mukaisella suunnittelulla tai dokumentoidulla laskennalla. Sisätiloissa huoneilmanvaihto muodostuu osaksi muuntajan määrittelyä, koska puhallinjäähdytetty laite siirtää häviötehonsa tilaan, joka ei ole mitoitettu niille.

Vaarallisilla alueilla, tulierottelu ja niitä säätelevät säännöt

 

LNG-tehtaat eivät ole jalostamoja, joissa tuotetaan eri tuotetta. NFPA 59A määrittelee sijoittelua, suunnittelua, rakentamista ja palosuojelua koskevat vaatimukset LNG:n tuottamiseen, varastointiin ja käsittelyyn tarkoitetuissa laitoksissa, ja Yhdysvalloissa se on otettu virallisesti käyttöön liitteenä liitteeseen 49 CFR Part 193. 49 CFR Part 193 . Molemmat vaativat samaa toimintaa: sytytyslähteet on pidettävä poissa vuodoista, ja tämä on varmistettava piirikaaviossa. Käytännössä tämä tarkoittaa, että muuntajat sijoitetaan harvoin luokiteltuun alueeseen; ne sijoitetaan sähkörakennuksiin ei-luokitelluille alueille tai ulkona olevaan pihalle määritellyn erottelun, vesienpoiston, vuodon eston ja palosuojelun kanssa.

Ensimmäinen seuraus on etäisyys. Kun sähkörakennusta siirretään turvallisuussyistä kauemmas, kaapelien pituus kasvaa, mikä lisää jännitehäviötä, kaapelien latausvirtaa ja vian kulkuetäisyyttä, joten impedanssivalinnat on sovitettava moottorikäyttöjen ja suojauksen asetusten kanssa eikä niitä voida kopioida mallipohjaisesti – tämä on kompromissi, josta kävimme läpi ohjeessamme muuntajan impedanssi .

Toinen on sanamuoto. Näemme säännöllisesti lauseen, jossa pyydetään muuntajaa, joka on 'soveltuva vaarallisille alueille asennettavaksi'. Kuivatyypin muuntaja voidaan asentaa joissakin luokitelluissa paikoissa oikealla kotelointiratkaisulla ja paineistusjärjestelmällä, mutta edullisempi ratkaisu on yleensä siirtää sähköhuone sen sijaan, että ostettaisiin erikoismuuntaja.

Rannikon korroosio, korkea ympäristölämpötila ja myrskyn kuormitus

 

Korroosio on hitaasti etenevä vikausmuoto rannikon LNG-työmailla, eikä se yleensä kohdistu niihin kohtiin, joita ihmiset odottavat. säiliön runko kestää yleensä hyvän maalauksen; radiattorin siivet, jäähdytyslisävarusteet, ruuviliitokset ja nimikilvet hajoavat ensin. Paikassa, joka sijaitsee suolapirskeen vaikutusalueella, määrittelemme ISO 12944 C5-M -pinnoitusjärjestelmän säiliölle, radiattoreille ja perustalalle, ruuviliitoksiin käytetään ruosteettomia tai kuumasinkittyjä kiinnittimiä sekä kaapelilaatikot on tiivistetty. Jos alueella esiintyy myös happokaasua, keskustelu muuttuu taas – kävimme tämän läpi artikkelissamme muuntajista geotermisille voimalaitoksille .

Ympäristön suunnittelulämpötila on toinen kustannusajuri. Standardiarvot olettavat 40 °C:n keskimääräisen ympäristölämpötilan, mutta Persianlahden, Punaisen meren ja Länsi-Afrikan sijaintien yleisesti vaaditut arvot ovat 45 °C tai 50 °C. Tämä ero aiheuttaa kustannuksia jossakin: laitteen kokoa on suurennettava, jäähdytysvaiheita lisättävä tai hyväksyttävä pienempi jatkuvatoiminen tehoarvo ja dokumentoitava kuormitustutkimus, joka osoittaa sen riittävyyden.

Myrsky- ja kosteusvaatimukset täydentävät mekaanista spesifikaatiota: perustan ankkurointi paikan tuuli- tai maanjäristysperusteella, kosteiden öiden varalta anti-kondensaatiolämmittimet sekä hengitysventtiilin ja tiivisteen valinta, joka soveltuu meri-ilmaan. Meidän trooppisen ilmastovalinnan opas käsittelee kyseistä kondensaatiokysymystä tarkemmin.

Missä Ryan Electric sijoittuu

 

Ryan Electric valmistaa tuotteita 120 000 neliömetrin tehtaassa Jiangsussa, jossa on yli 180 tuotanto- ja testauslaitetta sekä 37 patenttia; yritys on valmistanut muuntajia vuodesta 2007 lähtien. Vuodesta 2023 alkaen yritys toimii Eatonin virallisena yhteisyrityskumppanina, ja sen sertifiointiportfoliosta löydät UL-, CSA-, IEEE-, DEKRA-, CNAS- ja CE-hyväksynnät.

LNG:n ja kaasun käsittelyyn tarkoitettujen laitteiden osalta tärkeimmät tehdasosat ovat testauskammio ja dokumentaatiopaketti. Jokainen yksikkö käy läpi suhde-, käämin vastus-, tyhjäkäyntihäviö-, kuormitushäviö- ja impedanssimittaukset, eristystestit ja – määritellyn mukaisesti – lämpötilan nousutestit, joissa kuivatyypillisille yksiköille suoritetaan myös osittaispurkausmittaukset. Kun ostaja vaatii harmonisten yliaaltojen käsittelykyvyn dokumentointia, laskemme harmonisen tehon alentamisen ajoneuvon taajuuskaistan perusteella käyttäen IEEE C57.110 -menetelmää ja esitämme laskutoimitukset, koska alennusarvo ilman laskelmaa ei ole hyödyllinen tarjousarvioinnissa.

Kuusiyksikön Gulf-tutkimus, jolla tämä artikkeli alkaa, päättyi sekamaisena kokonaisuutena: kolme öljyllä täytettyä yksikköä ulkoalueelle ja kolme valurésin-yksikköä sähköasemalle, kompressorikuorman teho alennettuna moottoritoimittajan todellisen harmonisen spektrin perusteella – normaali muoto hyvin toimivalle LNG-muuntajakokonaisuudelle.

Mitä lisätä pyyntöön ennen tilausta

 

Jos valmistat pyyntöä LNG- tai kaasutehtaan muuntajakokonaisuudelle, nämä seitsemän kohtaa erottavat vertailukelpoisesti arvioitavan tarjouksen sellaisesta, jonka joutuu uudelleenrakentamaan:

Harmoninen spektri, ei yksittäinen otsikkoluku. Pyydä moottoritoimittajalta nykyistä virran harmonista spektriä, pulssilukua ja suodatinjärjestelmää. Yksittäinen THD-arvo ei riitä käämin tehon alentamiseen.

Alueen luokitus ja tarkoitettu sijainti jokaiselle yksikölle nykyisestä piirroskuvasta.

Suunnittelun mukainen ympäristölämpötila, korkeus merenpinnasta ja korroosioluokka , jossa ISO 12944 -luokka ilmoitetaan nimeltään eikä kuvaillaan.

Jatkuvan kuorman kerroin ja varmuuskopiointijärjestelmä , sekä mahdollisen ylikuormituksen odotettu kesto.

Sertifiointitavoite, joka on kiinnitetty suunnittelun jäähtymisen ennen. UL- tai CSA-listaus, IEEE C57.12.00 ja C57.12.90 -testiraportit tai IEC-perusteisille projekteille IEC 60076 -asiakirjat.

Testin läsnäolotestaus ja dokumentaation toimitukset , sovittu kirjallisesti ennen ostotilausta.

Varaosat ja pitkäaikaisesti saatavilla olevat tuotteet. Koska suurten muuntajien toimitusaikojen edelleen mitataan vuosissa, varaosia ja lisävarusteita koskeva suunnitelma kuuluu ensimmäiseen tilaukseen.

Jos määrittelet muuntaja LNG-teollisuuslaitoksille , lähetä yksiviivainen kaavio, sijaintiolosuhteet ja moottorispektri insinööritiimillemme osoitteeseen www.ryantransformers.com , tai kirjoita osoitteeseen [email protected]. Saat arviointisuositukset, taakantamislaskennan taustalla olevan aritmetiikan sekä tuotantoaikataulun, joka heijastaa todellista takana olevaa työmäärää eikä optimistista arviota.

Kirjoittajasta

Tämän artikkelin on laatinut Ryan Electricin muuntajainsinööritiimi. Ryan Electric (Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd.) suunnittelee ja valmistaa valupolymeerimuuntajia ja VPI-kuivamuuntajia, öljyimmerssioituja muuntajia sekä paikallisesti asennettavia yksiköitä 120 000 neliömetrin valmistustilallaan ja toimii Eatonin virallisena yhteisyrityskumppanina vuodesta 2023 lähtien. Yritys toimittaa tuotteita LNG-, kaasukäsittely-, tietokeskus-, teollisuus- ja sähköverkkohankkeisiin Pohjois-Amerikassa, Lähi-idässä, Kaakkois-Aasiassa ja Afrikassa.