Transformatorių pasirinkimas skystojo gamtinio dujų (LNG) gamyklose: kompresorių variklių matmenys, pakrantės korozija ir pavojingos zonos

 

Praėjusį gruodį vienas EPC rangovas iš Gvulfų regiono mums išsiuntė techninę specifikaciją šešiems 13,8 kV transformatoriams, kurie maitins šaldymo skysčio kompresorių variklius skystinimo linijoje. Čia buvo nurodyta kVA reikšmė, impedanso reikšmė ir dažybos sistema, aprašyta trimis žodžiais: „jūrinės kokybės“. Šis frazė beveik nieko nesako transformatorių gamyklos specialistams. Prieš pateikdami pasiūlymą, mes uždavėme du klausimus – kur kiekvienas transformatorius bus įrengtas lyginant su technologiniu plotu ir koks harmonikų spektras bus variklio įėjime? Gauti atsakymai pakeitė keturių iš šešių transformatorių projektavimą.

Atransformatorius skystinamosios gamtinių dujų (LNG) gamyklose nėra paprastas kVA skaičius su kitokiu etiketės pavadinimu. Jis yra ten, kur susikerta trys reikalavimų rinkiniai: nuolatinis didelės apkrovos režimas dėl didelių kintamojo dažnio variklių, jūrinė aplinka, kuri „suvalgo“ dažus kaip gyvybės priemonę, ir saugos sistema, paremta degimo bei dujų rizikos valdymu, o ne elektros patogumu. Šis susikirtimas tampa vis labiau perkrautas. JAV LNG eksportas pirmąją 2026 m. pusmetį vidutiniškai sudarė 17,4 mlrd. kub. pėdų per dieną, kas 23 % daugiau nei to paties laikotarpio 2025 m. , kai Plaquemines veikia visiška galia, Corpus Christi III etape eksportuojama iš šešių iš septynių train’ų, o Golden Pass pradės siųsti krovinius nuo 2026 m. balandžio, remiantis EIA skystųjų gamtinių dujų eksporto analize . Šiaurės Amerikos eksporto galia prognozuojama beveik padvigubėti iki 2029 m., o beveik kiekvienas iš tų train’ų yra įrengtas pakrantėje.

Kodėl transformatorius skystųjų gamtinių dujų gamyklose dirba sunkiau nei nurodyta jo techninėje charakteristikoje

 

Pradėkime nuo naudojimo režimo. Skystinimo train’as – tai nuolatinis procesas, o ne darbo pamatinė gamykla. Aušinamieji suspaudėjai veikia didelėmis apkrovomis mėnesiais iš eilės, o įprastinės savaitės apkrova svyruoja nuo 80 iki 95 procentų. Nėra ramios sekmadienio nakties, kad apvyniojimas atvėstų, todėl iš komercinių pastatų projektavimo perimti sprendimai yra nepakankamai galingi šiam naudojimo režimui.

Tada pridėkite aplinkos sąlygas. Šiltojo vandenyno pakrantės, Šiaurės Afrikos ar Pietryčių Azijos skystojo gamtinio dujų (LNG) objektas apima 45 °C projektinę aplinkos temperatūrą, druska prisotintą orą ir kai kuriose vietovėse – ciklonų poveikį. Išorinis vienetas patiria visus tris veiksnius; vidinis vienetas – drėgmę ir kondensaciją. Mechaninė specifikacija – dažymo sistema, tarpinės, kvėpavimo vožtuvai, šildymo elementai – turi tokį pat svorį kaip ir elektrinė specifikacija.

Trečiasis veiksnys nustebina pirkėjus, atvykusius iš įprastų pramonės įmonių: šie apkrovos yra harmonikomis turtingi, todėl tai yra įrenginio matmenų nustatymo problema, o ne tik galios kokybės pastaba.

Apkrova, nustatanti įrenginio matmenis: kompresorių varikliai ir harmonikos

 

Šiuolaikiniuose traukiniuose naudojami propano ir mišrių aušinimo skysčių kompresoriai paprastai yra 4 MW–30 MW įrenginiai, veikiantys 6,6 kV arba 13,8 kV varikliais, ir beveik visada jie maitinami kintamosios dažnio valdymo įtaisais. Šešių impulsų valdymo įtaisas sukuria srovę, turinčią didelį penktųjų ir septintųjų harmonikų kiekį. Pereinant prie 18 arba 24 impulsų schemos arba aktyvaus priekinio galo (active front end) iškraipymas žymiai sumažėja, tačiau visiškai neišnyksta.

Harmonikų srovės tiesiog nepasideda ant pagrindinės srovės. Jos sukelia papildomus sūkurių ir šoninius nuostolius apvijose bei konstrukcinėse dalyse, o tie nuostoliai susikaupia apvijų karščiausioje vietoje – būtent čia nustatomas izoliacijos tarnavimo laikas. Harmonikų deratinimas yra šis pataisymas, o IEEE C57.110 yra nuoroda, kurios dažniausiai laikomasi Šiaurės Amerikos techninių specifikacijų rengėjai: ji nustato metodus, kaip nustatyti, kokią tikrąją apkrovą gali nešti skystyje aušinamas ar sausasis transformatorius, kai dalis jo apkrovos yra nesinusoidinė. Iškraipymo ribos jungties taške atskirai reguliuojamos pagal IEEE 519 standartą. Dėl transformatorius skystinamosios gamtinių dujų (LNG) gamyklose , šis spektras turi būti pateiktas variklio tiekėjo, o ne iš šablono.

Štai ta dalis, kuri keičia projektavimą. Tiesioginio prijungimo prie tinklo variklio pradinių kVA dažniausiai nustato transformatorių dydį. Kintamosios srovės variklių valdymo įrenginiu (VFD) maitinamo kompresoriaus variklio pradinė srovė yra kontroliuojama valdymo įrenginio ir nebėra lemiamasis veiksnys. Dažniausiai vieneto dydį nustato nuolatinė apkrova kartu su harmonikų sukelta šiluma – ir retkarčiais valdymo įrenginio atsparumas įtampai, kuris priklauso nuo impedanso, o ne nuo kVA. Matėme, kaip valdymo įrenginys išsijungė paleidimo metu, nes impedansas buvo parinktas tik trumpojo jungimo koordinavimui.

Temperatūros kilimas nustato ribą. Pagal IEEE C57.12.00 skystyje aušinamiems transformatoriams dažniausiai taikomos dvi stulpelių reikšmės: 55 °C vidutinis vijų temperatūros kilimas su 65 °C karščiausiu tašku arba 65 °C vidutinis kilimas su 80 °C karščiausiu tašku. LNG techniniai reikalavimai paprastai atitinka antrąją stulpelio reikšmę, nes tai suteikia papildomą apkrovos rezervą karštoje aplinkoje be papildomo radiatorių ploto. Tačiau tai taip pat sumažina izoliacijos saugos ribą, todėl reikia atlikti apkrovos tyrimą, o ne remtis prielaida.

Viena mūsų kainų siūlymų skyriaus įpročių: kai gaunamas kompresoriaus variklio duomenų lapas be harmonikų spektro, mes prašome jo pateikti. Vienoje naujausioje projekto užduotyje skirtumas tarp bendrojo šešių impulsų harmonikų spektro, nurodyto pirkėjo šablonе, ir faktinės variklio konfigūracijos sumažino rekomenduojamą galios klasę net dviem standartinėmis pakopomis. Jei spėtumėte priešingai, tas pats skirtumas sukeltų gedimą vietoj taupymo.

 

Skystyje aušinamas transformatorius arba liejamosios dėžės transformatorius? Vietos pasirinkimas nusprendžia

 

Tai yra pirmasis sprendimas dėl bet kurio DPG darbo, ir iš tikrųjų tai nėra elektrinis sprendimas. Aplinkos klasifikavimo brėžinys ir gaisro apsaugos strategija nusprendžia, ką galima įrengti kur; tik tada svarbi technologijų palyginimo analizė.

Spustelėjimo taškas	Oležiuje esantis transformatorius	Liejimo dėžės transformatorius
Įprastas įrengimas	Atviroje aikštelėje šalia technologinės linijos, aikštelėje su naftos laikymo sistema	Vidinė elektros pastato patalpa arba valdymo sistemos šalia esanti patalpa
Gaisro elgsena	Mineralinės naftos produktai yra degūs; reikalauja atskyrimo atstumų, ugnies sienų ir laikymo sistemų	Epoksidinės liejamosios apvijos, saviai gesinančios, mažos gaisro apkrovos
Tipiškas galios diapazonas	5 MVA iki 60 MVA ir daugiau	0,5 MVA iki 15 MVA
Svoris ir pėdsakas	Sunkesnis; pamatas ir kranų priėjimas suplanuoti anksti	Lengvesnis; lengviau įrengti moduliniuose elektros namuose
Aušinimas	ONAN arba ONAF su radiatorių baterijomis	AN arba AF su ventiliatoriais ir patalpų vėdinimu
Išorinė korozija	Didelė veiksmo aplinka; reikia ISO 12944 C5-M dažų sistemos	Maža veiksmo aplinka, apsaugota pastato apvalkalo
Techninės priežiūros režimas	Alyvos tyrimas, kvėpavimo filtro ir sandarinės tarpinės tikrinimas, radiatoriaus valymas	Valymas, sukimo momento patikrinimai ir infraraudonųjų spindulių skenavimas
Geriausiai tinka vietoje	Pagrindinis vidutinės įtampos (MV) skirstymas ir didelių kompresorių maitinimas lauke	Žemos įtampos (LV)/vidutinės įtampos (MV) skirstymas, UPS sistemos ir harmonikomis turtingos pagalbinės apkrovos patalpose

 

Atkreipkite dėmesį, kad lentelė nenurodo nugalėtojo. Dauguma pakrantės skystojo gamtinio dujų (LNG) projektų, kuriuos mes kainuojame, naudoja abi technologijas tame pačiame procese: oležiuje esantis transformatorius sklype, vežančiame pagrindinį šaldymo skysčio ar naudingųjų apkrovų kiekį, ir liejimo dėžės transformatorius vienetus elektros pastate, kurie maitina jungiklių skydus, UPS sistemas ir harmonikomis turtingas pagalbines apkrovas, kuriose naftos išsiliejimas būtų nepriimtinas.

Kainuojant oležiuje esantis transformatorius pakrantės vietai reikia įvertinti keturis punktus: naftos išsaugojimą (hermetiškas bakas su azoto padangos sistema arba išplėtimosi bakas su kvėpavimo vožtuvu), dažymo sistemą, įtampos reguliavimą veikiant apkrovai (OLTC), kai naudingųjų tinklų įtampa svyruoja, bei apsaugos priedus, tokius kaip slėgio nuleidimo įrenginiai, Buchholzo relė ir apvijų temperatūros rodikliai.

Sklandžiam liejimo dėžės transformatorius , atitinkamų sąrašų pavyzdžiai yra izoliacijos klasė pagal projektuotą aplinkos temperatūrą, AN ir AF reitingai, korpuso apsaugos laipsnis (IP), taip pat harmonikų sąlygotas galios sumažinimas naudojant K-faktoriaus projektavimą ar dokumentuotą skaičiavimą. Viduje patalpų vėdinimas tampa transformatoriaus specifikacijos dalimi, nes ventiliatoriumi aušinamas įrenginys šilumos nuostolius išsklaido į erdvę, kuri nebuvo suprojektuota tam tikslui.

Pavojingosios zonos, gaisro skyrimas ir taisyklės, kurios nulemia išdėstymą

 

Skystosios gamtinės dujos (LNG) gamybos įmonės nėra naftos perdirbimo gamyklos su kitu produkto žymėjimu. NFPA 59A nustato skystųjų gamtinių dujų (LNG) gamybos, saugojimo ir tvarkymo įrenginių vietos parinkimo, projektavimo, statybos bei gaisro apsaugos reikalavimus; Jungtinėse Valstijose šis dokumentas įtrauktas į federalines LNG įrenginių taisykles kaip nuoroda 49 CFR 193 dalis abu du kartai veikia taip pat: uždrausta artinti uždegimo šaltinių prie išleidimų, o tai turi būti įrodyta planavimo plane. Praktikoje tai reiškia, kad transformatoriai retai įrengiami klasifikuotoje zonoje; jie įrengiami elektros pastatuose neklasifikuotose zonose arba atvirame kieme su nustatyta atskiruma, nuotekų nutekėjimu, laikymo ir gaisro apsaugos priemonėmis.

Pirmasis padarinys – atstumas. Kai elektros pastatas dėl saugos perkeltas toliau, laidų ilgis padidėja, todėl didėja įtampų kritimas, laidų įkrovos srovė ir trumpojo jungimo kelio ilgis, todėl varžos parinktis turi būti suderinta su variklių valdymo įrenginiais ir apsaugos nustatymais, o ne tiesiog kopijuojama iš šablono – kaip aprašėme savo vadove transformatoriaus varža .

Antrasis yra žodžių parinkimas. Dažnai matome frazę, kurioje prašoma transformatoriaus, „tinkamo pavojingose vietose montuoti“. Sausojo tipo vienetas gali būti montuojamas kai kuriuose klasifikuotuose plotuose su tinkama apsaugine dėkle ir slėgio reguliavimo sistema, tačiau pigesnis sprendimas dažniausiai yra elektros patalpos perkėlimas, o ne eksotinio transformatoriaus įsigijimas.

Pajūrio korozija, karšta aplinkos temperatūra ir audrų apkrova

 

Korozija – tai lėtas gedimo režimas pajūrio skystojo gamtinio dujų (LNG) darbuose, ir ji retai puola ten, kur žmonės tikisi. Talpos korpusas paprastai išlieka nepažeistas po tinkamos dažymo procedūros; pirmiausia sugenda radiatorių grotelės, aušinimo priemonės, varžtų sujungimai ir informacinės lentelės. Vietoje, esančioje druskos purškimo zonoje, nurodome ISO 12944 C5-M dangos sistemą talpai, radiatoriams ir pagrindinei plokštai, nerūdijančius arba karštu būdu cinkuotus tvirtinimo elementus bei sandarios kabelių dėžutes. Jei taip pat yra rūgštinės dujos, pokalbis vėl keičiasi – tai aptarėme mūsų straipsnyje apie transformatorius geoterminėms elektrinėms .

Aplinkos dizaino temperatūra yra antras kaštų veiksnys. Standartiniai reitingai grindžiami 40 °C vidutine aplinkos temperatūra, o įprastai Pietų Arabijos, Raudonosios jūros ir Vakarų Afrikos vietose nurodoma 45 °C arba 50 °C. Šis skirtumas kažkur apmokamas: padidinama įrenginio galia, pridedamos aušinimo pakopos arba priimamas sumažintas nuolatinis reitingas ir dokumentuojama apkrovos analizė, patvirtinanti jo pakankamumą. Pirkėjai, kurie kopijuoja aplinkos dizaino temperatūrą iš ankstesnio projekto, dažniausiai sužino apie papildomus kaštus patvirtinant brėžinius, kai terminų grafike nebelieka laisvo laiko.

Audrų ir drėgmės reikalavimai užbaigžia mechaninę specifikaciją: pagrindo plokštės tvirtinimas prieš vietos vėjo arba seisminius krūvio reikalavimus, kondensacijos prevencijos šildytuvai drėgnoms naktims bei kvėpavimo angų ir tarpinių parinkimas, tinkamas jūriniam orui. Mūsų tropinės klimato parinkties vadovas detaliau nagrinėja kondensacijos aspektą.

Kaip įmontuoti Ryan Electric

 

Ryan Electric gamina 120 000 m² dydžio gamykloje Dziansu provincijoje, kurioje yra daugiau kaip 180 gamybos ir bandymų įrangos rinkinių bei 37 patentai; transformatorių gamybą pradėjo nuo 2007 m. Nuo 2023 m. įmonė veikia kaip oficiali Eaton bendroji įmonė, o jos sertifikavimo portfelis apima UL, CSA, IEEE, DEKRA, CNAS ir CE patvirtinimus.

Dėl skystojo gamtinių dujų (LNG) ir dujų perdirbimo darbų svarbiausios gamyklos dalys yra bandymų skyrius ir dokumentų rinkinys. Kiekvienas vienetas išbandomas nustatant įtampos santykį, apvijų varžą, tuščiosios eigos nuostolius, apkrovos nuostolius ir impedansą, taip pat atliekami dielektriniai bandymai ir – kai nurodyta – temperatūros kilimo bandymai, o sausosios tipo vienetams – dalinės išlytos matavimai. Kai pirkėjas reikalauja dokumentuoti harmonikų našumą, mes apskaičiuojame harmonikų deratinį koeficientą naudodami variklių spektrą ir IEEE C57.110 metodą bei pateikiame visus skaičiavimus, nes deratinė vertė be paaiškinimų praktiškai neturi prasmės pateikiamųjų dokumentų peržiūros metu.

Šešių vienetų įrenginių tyrimas, kuris pradeda šį straipsnį, baigėsi mišriu komplektu: trys naftos pripildyti vienetai lauko aikštelėje ir trys liejamosios dėžės vienetai elektros pastate, o kompresoriaus apkrova buvo sumažinta atsižvelgiant į variklio tiekėjo faktinį harmonikų spektrą – tai įprasta gerai veikiančio ŽGL transformatorių komplekto forma.

Ką įtraukti į savo užklausą prieš užsakant

 

Jei ruošiate užklausą dėl ŽGL ar dujų gamyklos transformatorių komplekto, šie septyni punktai padeda skirti pasiūlymą, kurį galima palyginti, nuo to, kurį reikia perdirbti:

Harmonikų spektras, o ne tik bendroji skaitinė charakteristika. Paprašykite variklio tiekėjo pateikti dabartinį srovės harmonikų spektrą, impulsų skaičių ir filtrų išdėstymą. Vieno bendrojo harmonikų iškreipimo (THD) rodiklio nepakanka, kad būtų sumažinta apvijos apkrova.

Vietos klasifikacija ir numatyta vieta kiekvienam vienetui, nustatyta pagal dabartinį planą.

Projektinė aplinkos temperatūra, aukštis virš jūros lygio ir korozijos klasė , kurioje ISO 12944 klasė nurodoma tiksliai, o ne aprašoma.

Nuolatinės apkrovos koeficientas ir rezervavimo schema , taip pat bet kokio numatyto perkrovimo trukmė.

Sertifikavimo tikslas, užšaldytas prieš projektavimo užšalimą. UL arba CSA sertifikavimas, IEEE C57.12.00 ir C57.12.90 bandymų ataskaitos arba IEC 60076 dokumentacija IEC pagrįstiems projektams.

Stebėjimo bandymai ir dokumentų pristatymas , sutarta raštu prieš pirkimo užsakymą.

Atsarginės dalys ir ilgai gaminamos detalės. Kadangi didelių transformatorių pristatymo laikai vis dar skaičiuojami metais, atsarginių dalių ir papildomų įrenginių planas turi būti įtrauktas į pirmąjį užsakymą.

Jei nurodote transformatorius skystinamosios gamtinių dujų (LNG) gamyklose , išsiųskite vienos linijos schemą, vietos sąlygas ir variklio spektrą mūsų inžinerijos komandai per www.ryantransformers.com , arba parašykite el. paštu [email protected]. Gausite galios vertinimo rekomendaciją, jos perskaičiavimo matematiką bei gamybos grafiką, kuris atspindi realią, o ne optimistišką užsakymų eilę.

Apie autorių

Šį straipsnį parengė „Ryan Electric“ transformatorių inžinerijos komanda. „Ryan Electric“ („Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd.“) projektuoja ir gamina liejamosios droselės medžiagos bei VPI sausųjų transformatorių, skystojoje aplinkoje veikiančių transformatorių ir žemės montuojamų vienetų savo 120 000 m² gamybos bazėje ir nuo 2023 m. veikia kaip oficiali „Eaton“ bendradarbiavimo partnerė. Įmonė tiekia skystojo gamtinio dujų (LNG), dujų perdirbimo, duomenų centrų, pramonės ir energijos tiekimo projektams Šiaurės Amerikoje, Viduriniuose Rytuose, Pietryčių Azijoje ir Afrikoje.