Transzformátorok desztillációs üzemekhez: SWRO szivattyús terhelések méretezése, harmonikusok és korrózióvédelem

 

Egy EPC-kivitelező, aki egy tengeri víz fordított ozmózis üzemén dolgozott Jebel Ali közelében, márciusban elküldött nekünk egy egysoros diagramot egy kísérő levéllel, amelyben az elektromos szakaszra azt írták: „lényegében végleges”. A rajzon egy 20 MVA-os, 33/11 kV-os transzformátor, egy 45 °C-os tervezési környezeti hőmérséklet és tizenegy nagynyomású szivattyúmotor szerepelt, amelyeket egy közös 11 kV-os buszról tápláltak. Két kérdés módosította a specifikációt még a megrendelés előtt: mi a gyár valódi júliusi környezeti hőmérséklete, és hány ilyen szivattyú indul ugyanabban a tízperces időablakban. Mindkét válasz a desztillációs üzemhez szükséges transzformátor méretét messze meghaladja annak, amit a terheléslista sugall. desztillációs üzemhez szükséges transzformátor szolgáltatás

Papíron egy desztillációs transzformátor egyszerű alapterheléses gépnek tűnik – egyetlen kVA-érték. A gyakorlatban azonban folyamatosan működik magas környezeti hőmérsékleten, olyan motorokat táplál, amelyek mérete aránytalanul nagy a telep összekötött terheléséhez képest, elnyeli a membrános tápszivattyúk frekvenciaváltóinak harmonikusait, és sótartalmú levegőben áll, amely minden burkolatot, átvezetőt és rögzítőelemet károsít a helyszínen. Ez az útmutató a négy döntést tárgyalja, amely meghatározza, hogy a berendezés eléri-e tervezési élettartamát.

 

Miért nem felelnek meg a desztillációs terhelések a szokásos transzformátor-szabványoknak

A tengervíz fordított ozmózis egy alapterheléses folyamat. Egy gyár hétvégén szünetel; egy desztillációs vonal nem. Legnagyobb elektromos fogyasztói a nagynyomású szivattyúk, amelyek napközben a legtöbb ideig állandó üzemi ponton működnek. A közölt tengervíz fordított ozmózis (SWRO) energiafelhasználási tanulmányok a fajlagos energiafogyasztást körülbelül 2,5–3,5 kWh köbméterenként adja meg az energiavisszanyerő berendezések felszerelése után, amely érték akkor emelkedik 3,5–5,5 kWh/m³-re az alacsonyabb hatásfokú energiavisszanyerés esetén.

Végezze el ezt a számítást egy 300 000 m³/nap kapacitású üzem és az elektromos igény körülbelül 30–40 MW folyamatos terhelésre áll be – a megelőző kezelés, az átszivattyúzás és a segédrendszerek figyelmen kívül hagyásával. Olyan programok, mint az amerikai Reklamációs Hivatal (U.S. Bureau of Reclamation) Desalination and Water Purification Research program pontosan ezt a fogyasztási értéket próbálják csökkenteni, ami elárulja, hol helyezkedik el a pénz: a víz a termék, az elektromos energia pedig a legnagyobb egyedi üzemeltetési költség.

 

Egy tengeri víz fordított ozmózis (SWRO) üzem elektromos terhelésének feltérképezése

Bármilyen méret meghatározása előtt ossza fel az üzemet terhelési csoportokra. Ezek különböző módon viselkednek, és egy nagy üzemben általában különböző buszokról kapnak táplálást.

 

Terhelés-csoport	Tipikus értékelés	Üzemelési jelleg
Nagynyomású fordított ozmózis szivattyúk	3–8 MW darabonként, 11 kV vagy 6,6 kV	Folyamatos alapterhelés; frekvenciaváltós (VFD) vagy lágyindítós
Energia-visszanyerő berendezések	0,5–2 MW	Folyamatos, a HP szivattyú üzemmódját követi
Segéd- és átvezető szivattyúk	200 kW–2 MW	Folyamatos, gyakori indításokkal
Előkezelés (szűrők, adagolás)	100–800 kW	Váltó
Segédberendezések (HVAC, világítás, vezérlések)	300–1500 kW	Állandó, alacsony harmonikus tartalom

 

A nagynyomású szivattyúcsoport irányítja az összes többi egységet. Egy nagy SWRO-gyárban nyolc vonalon, a nagynyomású szivattyúk egyedül 40–50 MW-os csatlakoztatott terhelést eredményezhetnek. A többi csoport a segédbusz szempontjából lényeges, de a szivattyúcsoport határozza meg a főtranszformátor méretét, a hűtési rendszert és azt a rövidzárlati terhelést, amelyet az egységnek el kell viselnie.

 

A desztillációs üzemhez szükséges transzformátor méretezése

Adesztillációs üzemhez szükséges transzformátor a szolgáltatást három dolog egyidejű figyelembevételével végzik: a folyamatos terhelés, a legnagyobb motor indítási terhelése és a meghajtók harmonikus tartalma. Az alulméretezett egységek majdnem mindig csak az első tényező miatt hibásodnak meg.

Kezdje a folyamatos terheléssel. Adja össze a motorok névleges értékeit, alkalmazzon realisztikus igénytényezőt – 0,85–0,95 egy tervezési teljesítményen üzemelő gyárnál –, majd adja hozzá a segédbusz terhelését. Ezután ellenőrizze a motorindítást: egy 6 MW-os nagynyomású szivattyú a közvetlen indítás során fellépő áramcsúcs öt–hat szorosa a névleges áramnak több másodpercig tart, és az ebből eredő feszültségesés a motor kapcsain belül maradhat csak a folyamat és a villamosenergia-szolgáltató által elfogadott határokon belül. A lágyindítók és a frekvenciaváltók csökkentik ezt az indítási áramot, de nem szüntetik meg a transzformátor szükségességét az áramellátásra.

 

Méretellenőrzés	Mit ellenőrizzen	Tipikus tervezési cél
Folyamatos üzemi teljesítmény	Folyamatos terhelés a keresleti tényező alkalmazásával, a környezeti hőmérséklet-korrekció után	Nem engedélyezett folyamatos üzem a névleges kVA érték felett
Motorindítás	Legnagyobb szivattyú indítása minden egyéb terhelés mellett	Feszültségesés a gyár és a villamosenergia-szolgáltató korlátozásain belül
Harmonikus terhelés	Hajtás impulzusszáma és harmonikus áram-spektruma	Az IEEE C57.110 szabvány szerint számított méretcsökkentés
Kiegészítő kapacitás	Jövőbeni vonatok vagy membrán-csere	15–25% kiegészítő kVA
Rövidzárlati terhelhetőség	A hálózati szolgáltató által biztosított helyszíni rövidzárlati áram	Ellenőrzött rövidzárlati ellenállás
Veszteségértékelés	Üresjárási és terheléses veszteségek a szolgálati életidő alatt tőkésítve	Legalacsonyabb teljes tulajdonlási költség, nem a legalacsonyabb ár

 

VFD-vezérelt nagynyomású szivattyúk harmonikus terhelése

Majdnem minden új SWRO-gyárban magasnyomású szivattyúit változófrekvenciás meghajtókkal (VFD) üzemelteti, mert egy 6 MW-os szivattyú szabályozása fojtással több energiát pazarol, mint amennyibe maga a meghajtó kerül. A meghajtó egyben az üzem fő forrása a villamosáram torzulásának is. Egy hatimpulzusos meghajtó jellemző harmonikusokat állít elő az 5., 7., 11. és 13. rendekben; egy tizenkétimpulzusos kialakítás az 5. és 7. rendű harmonikusokat a transzformátoron keresztül kiejti; egy tizennyolcimpulzusos elrendezés még magasabb rendűre tolja el az első lényeges harmonikust.

A transzformátor kétszer fizet ezekért a harmonikusokért. A plusz örvényáramos és szórt veszteségek a tekercsekben nagyobb hőfejlődést okoznak, mint amit a terhelési áram egyedül okozna, ezért egy harmonikus terhelés alatt álló egységnek K-tényezős minősítéssel vagy ezzel egyenértékű, számított lefokozással kell rendelkeznie. IEEE C57.110 hanem egy katalógusból átvett kVA-érték. A közös csatlakozási ponton fellépő összegyűjtött torzításnak ezután be kell maradnia a villamosenergia-szolgáltató által előírt határokon belül – ezt a üzembe helyezésnél ellenőrzik, nem a tervezési fázisban. A IEEE Standards Association közzéteszi az észak-amerikai villamosenergia-szolgáltatók által alkalmazott harmonikus határértékeket, és érdemes elolvasni őket a meghajtógyártó kiválasztása előtt, nem pedig utána.

Egy műszaki leírási szokás kiküszöböli e kockázat nagy részét: kérjük meg a meghajtógyártót, hogy adjon meg harmonikus áram-spektrumot a tényleges üzemelési ponton, ne pedig a teljes terhelésre vonatkozó adatlap-THD-értéket. A membrános víztisztító berendezések ritkán működnek hosszan teljes terhelésen, és a torzítás általában a részterhelési tartományban a legrosszabb, ahol a berendezés valójában üzemel.

 

Korrózió, környezeti hőmérséklet és teljesítménycsökkenés a Mexikói-öböl partján

Egy víztisztító berendezés a legkeményebb elektromos környezet, amelyben egy transzformátort működtetni kell. A só aeroszol, a magas páratartalom és a Mexikói-öböl térségében hónapokig 45 °C feletti környezeti hőmérséklet egyszerre támadja a berendezést és annak névleges értékeit.

A korrózióvédelem az burkolat megadásával kezdődik. ISO 12944-8 , az ISO 12944-sorozat azon része, amely a védőfestékrendszerek új munkákhoz történő megadását szabályozza, az a hivatkozás, amelyet a legtöbb európai és közép-keleti vállalkozó megad a specifikációban. Gyakorlatilag ez azt jelenti, hogy egy dokumentált rendszer egy C5-M tengeri korróziós kategóriához , melegmázas acél szerkezet vagy egy ezzel egyenértékű bevonatréteg, rozsdamentes acél rögzítőelemek az egész szerkezetben, valamint tömített csapágyfelületek.

A környezeti hőmérséklet a második csapda, és ez az, amely csendesen csökkenti a kapacitást. A környezeti korrekciós szabályok szerint IEC 60076-2 és az IEEE C57.12.00 szerint a megengedett átlagos tekercsfelmelegedés csökken, ha a helyszíni környezeti hőmérséklet meghaladja a referenciaértéket. Egy olyan berendezés, amely 10 °C-kal magasabb környezeti hőmérsékleten üzemel, mint a referenciaérték, nem egyszerűen jobban szigetelhető – a berendezés vagy alacsonyabb hőmérséklet-emelkedést fogad el, vagy le kell mondania a névleges teljesítményről (kVA). Ezt gyakran tapasztaljuk a Golf-térségben érkező lekérdezéseknél, ahol a pályázati dokumentumban a tervezési környezeti hőmérséklet „45 °C”-ként szerepel, de a helyszínen valójában 50 °C-ra derül ki.

A hűtés ugyanolyan alapos vizsgálatot igényel. Mozdulatlan, forró, páratartalmas tengerparti levegőben egy ONAN hűtőbank teljesítménye alacsonyabb a névleges értékénél, ezért a tengerparti erőművek gyakran egy olajban merülő áramváltozó oNAF hűtést és a helyszín tervezési környezeti hőmérsékletéhez igazított teljesítménymegadást írnak elő, nem pedig a szokásos referenciaértékhez. Ez az is oka annak, hogy az alacsony veszteségű magok iránti igény és a nagyobb hűtési tartalék iránti igény ugyanabban a megbeszélésben kerüljön rendezésre.

 

 

Mit kínál a Ryan Electric a víztisztítási projekteknek

Ugyanezek a négy kérdés dönt minden desztillációs üzemhez szükséges transzformátor árajánlatot adunk, így a műszaki felülvizsgálat szabványosított, nem improvizált módon történik. Mindkét feladatrészt gyártjuk 120 000 m²-es kínai (Jiangsu tartomány) gyárunkban. A olajban merülő áramváltozó termékválasztékunk 10 kV-tól 200 MVA-ig terjed, ONAN/ONAF hűtőbankokkal és terhelés alatti kapcsolóberendezésekkel; öntöttgyanta- és VPI száraz típusú egységeink az épületen belüli kapcsolóterekbe és segédbuszokra alkalmasak. A Ryan Electric 2007 óta gyárt transzformátorokat, 37 szabadalmat birtokol, több mint 180 darab gyártó- és tesztberendezéssel rendelkezik, és 2023 óta Eaton közös vállalati partnere.

Tengerparti projekteknél a szokásos hatáskörbe beletartozik egy dokumentált C5-M bevonatrendszer, egy 1000 órás sópermetvizsgálat a bevonat rétegvastagságának ellenőrzése, valamint az ügyfél általi tanúként történő vizsgálat laboratóriumunkban, amely a DEKRA és a CNAS szervezetek által akkreditált, és a szállítás előtt az IEC 60076-1 és az IEEE C57.12.90 szabványok szerint zajlik.

Hogyan szokott elromlani egy desztillációs transzformátor-kérelem

A hibaminta annyira gyakori, hogy általánosan is leírható. Egy golfvidéki EPC cég kiad egy specifikációt egy 25 MVA, 33/11 kV-os olajban merülő áramváltozó 45 °C-os tervezési környezeti hőmérséklet mellett, a motor névleges teljesítménye alapján méretezve. Később megérkezik a meghajtó gyártójának harmonikus spektruma és a helyszín júliusi környezeti hőmérsékletének rögzített adata. A szükséges névleges teljesítmény nő, a hűtési rendszer az ONAN-ról az ONAF-ra vált, és a szabályozási tartományt bővíteni kell. Ha a gyártási időszakot az eredeti névleges teljesítmény alapján foglalták le, akkor ez a módosítás a szállítási határidőn belül történik, nem pedig előtte.

 

Check	Mit mutat egy megbízható szállító
Méretmeghatározás alapja	Terheléslista keresleti tényezővel, valamint csatolt meghajtó harmonikus spektrum
Környezeti	A tulajdonos által megerősített helyszíni környezeti hőmérsékletre vonatkozó leértékelési számítás írásban
Korrózió	Dokumentált C5-M bevonatrendszer és sópermet-teszt igazolása
Hűtés	ONAF-teljesítmény megadva a helyszíni tervezési környezeti hőmérsékletre, nem a szabványos referenciaértékre
Tanúsítvány	Tesztjelentések az IEC 60076-1 / IEEE C57.12.90 szabványok szerint a pontosan megadott névleges teljesítményre
Ütemterv	Gyártási időszak lefoglalva a telep üzembe helyezési dátuma szerint, írásban megadva

 

Ezek közül egyetlen tétel sem exotikus. Ezek azok a kérdések, amelyekre válaszolni kell a rajz véglegesítése előtt, és ha későn válaszolnak rájuk, akkor egy rutinszerű megrendelés újraárazásra kerül.

 

Küldje el nekünk a terhelési listát, mielőtt véglegesíti a műszaki leírást

Ha egy desztillációs üzemhez szükséges transzformátor szolgáltatást határoz meg, küldjön nekünk négy dolgot: a gyár névleges kapacitását m³/napban, a nagynyomású szivattyú üzemtervét a beindítóval vagy hajtással együtt, az üzemeltető által megerősített helyszíni környezeti hőmérsékletet, valamint a villamos hálózat rövidzárlati áramát és feszültség-tartományát. Mérnökeink méretajánlatot küldenek vissza, amely tartalmazza a hűtési megoldást, a harmonikus terhelés számítását, a korrózióvédelmi rendszert és egy valósághű termelési időkeretet.

Érje el a csapatot a következőn keresztül: ryantransformers.com és mellékelje a fővezetéki rajzot – akár egy megjegyzésekkel ellátott PDF is elegendő a kezdéshez. Egy rajz átvizsgálata gyorsabb, mint egy terhelési lista újraszámítása egy műszaki leírás táblázatából, és tengerparti projekteknél az ambient hőmérséklet és a hajtás spektruma az a két tényező, amely leggyakrabban módosítja a megoldást.

A szerzőről: Ezt a cikket a Ryan Electric (Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd.) mérnöki csapata írta, amely 2023 óta az Eaton közös vállalati partnere, és olajban hűtött, öntött gyantából készült valamint pad-mounthoz kialakított transzformátorokat gyárt Jangszu tartományában, Kínában. A Ryan Electric az észak-amerikai, délkelet-ázsiai, közel-keleti és afrikai régiókban működő villamosenergia-szolgáltatókat, EPC-kivitelezőket és infrastruktúra-fejlesztőket szolgálja ki.