BE1028636B1 - Werkwijze en inrichting voor het expanderen van een fluïdum - Google Patents

Werkwijze en inrichting voor het expanderen van een fluïdum Download PDF

Info

Publication number
BE1028636B1
BE1028636B1 BE20205659A BE202005659A BE1028636B1 BE 1028636 B1 BE1028636 B1 BE 1028636B1 BE 20205659 A BE20205659 A BE 20205659A BE 202005659 A BE202005659 A BE 202005659A BE 1028636 B1 BE1028636 B1 BE 1028636B1
Authority
BE
Belgium
Prior art keywords
flow rate
fluid
expanders
control valve
expander
Prior art date
Application number
BE20205659A
Other languages
English (en)
Other versions
BE1028636A1 (nl
Inventor
Peter Jozef Heirman
Original Assignee
Atlas Copco Airpower Nv
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Atlas Copco Airpower Nv filed Critical Atlas Copco Airpower Nv
Priority to BE20205659A priority Critical patent/BE1028636B1/nl
Priority to PCT/IB2021/058302 priority patent/WO2022064321A1/en
Priority to EP21770073.1A priority patent/EP4217592A1/en
Priority to JP2023518976A priority patent/JP7550308B2/ja
Priority to US18/042,391 priority patent/US11933198B2/en
Priority to CN202111110337.4A priority patent/CN114251144A/zh
Priority to CN202122307960.0U priority patent/CN216381530U/zh
Publication of BE1028636A1 publication Critical patent/BE1028636A1/nl
Application granted granted Critical
Publication of BE1028636B1 publication Critical patent/BE1028636B1/nl

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/02Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being of multiple-expansion type
    • F01K7/04Control means specially adapted therefor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00General layout or general methods of operation of complete plants
    • F01K13/02Controlling, e.g. stopping or starting
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K27/00Plants for converting heat or fluid energy into mechanical energy, not otherwise provided for
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/02Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being of multiple-expansion type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17DPIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D1/00Pipe-line systems
    • F17D1/02Pipe-line systems for gases or vapours
    • F17D1/04Pipe-line systems for gases or vapours for distribution of gas

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Pipeline Systems (AREA)
  • Flow Control (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

Inrichting voor het expanderen van een fluïdum, welke inrichting (1) een inlaat (2) voor een fluïdum op hoge druk en een uitlaat (3) voor een fluïdum op lage druk omvat, en een regelklep (4) tussen de voornoemde inlaat (2) en uitlaat (3) voor het expanderen van het fluïdum naar een voorgedefinieerd drukniveau, daardoor gekenmerkt dat de inrichting (1) verder voorzien is van één of meer expanders (5) voor het expanderen van het fluïdum, welke één of meer expanders (5) in parallel met de regelklep (4) zijn geschakeld, waarbij de inrichting (1) voorzien is van een controller (8) welke geconfigureerd is om de expanders (5) aan te sturen op basis van een debiet (Qklep) van het fluïdum doorheen de regelklep (4).

Description

Werkwijze en inrichting voor het expanderen van een fluïdum.
De huidige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze/inrichting voor het expanderen van een fluïdum. Meer speciaal, is de uitvinding bedoeld voor het expanderen van een gas, zoals bijvoorbeeld aardgas, of voor het ezpanderen van danp, al dan niet oververhit, verzadigd of oververzadigd, zoals bijvoorbeeld stoom, Met het expanderen word bedoeld: het fluïdum van een hoge druk naar een lage druk brengen.
Het is bekend dat in dergelijke inrichting wordt getracht om een voorgedefinieerd drukniveau voor de lage druk te bekomen, zoals bijvoorbeeld sen constante lage druk cf een lage druk binnen een beperkt continu interval van lage drukken, onafhankelijk van het debiet. Men kent reeds methoden om dit te realiseren, welke gebruik maken van een drukgeregelde klep, een zogenaamde ‘governor valve’ die op een drukgeregelde manier het debiet regelt.
Dit leidt tot een zeer robuuste en betrouwbare lagedrukregeling naar het voorgedefinieerde drukniveau, zen aiternatieve methode is om het gas te laren expanderen door middel van een energie-producerend expansistcestel, of zogenaamd ‘expander’, Dergelijke expander benut het energieverschil van het fluidum tussen de hoge druk en de lage druk om de enthalpie van het fluïdum te doen dalen en om Le zetten in een andere vorm van energie, zoals Lbi4voorbeeld rotatie-enercie van een as.
Dit ia gekend van bijvoorbeeld elektriciteitscentrales waar stoom op hoge druk en Lemperatuur wordt benut om een expander aan te drijven welke op zijn beurt een generator aandrijft, Ondanks het voordeel van energieproductie van een expander, Dlijft men in veel gevallen toch sen ‘governor valve’ gebruiken, aangezien in deze gevallen een zeer hoge zekerheid vereist is dat de Lage druk in aile omstandigheden op het voorgedefinieerde drukniveau geregeld wordt en dat in geen geval een te hoge druk kan optreden stroomafwaarts van de inrichting, Dergelijke strenge vereisten zijn typisch het geval bij de distributie van aardgas, waarbij aan zeer strenge regelgeving voldaan moet worden zodat het gebruik van een expander als drukregelend toestel moeilijk of niet goedgekeurd wordt.
in deze situaties is het dus niet mogelijk om tijdens de expansie van het aardgas energie op te wekken. De huidige uitvinding beeft tot doel aan minstens één van de voornoemde en andere nadelen een oplossing te bieden.
| BE2020/5659 3 De huidige uitvinding heeft een inrichting als voorwerp voor het expanderen van een fluïdum, welke inrichting een iniaat voor een fluidum op hoge druk en een uitlaat voor een Iluidum op lage druk omvat en een regelklep tussen de voornoemde inlaat en uitlaat voor het expanderen van het fluïdum naar een voorgedefinieerd drukniveau, met als kenmerk dat de inrichting verder voorzien is van éên of meer expanders voor het expanderen van het fluïdum, welke in parallel met de regelklep zijn geschakeld, waarbij de Lj inrichting voorzien is var sen controller welke geconfigureerd is om de expanders aan te sturen op basis van een debiet van het fluidum doorheen de regelklep. Met “een iniaat voor een fluidum op hoge druk en een uitlaat voor een fluïdum op lage druk” wordt in deze context bedoeld dat een fluïdum aan de inlaat op een hogere druk staat dan een fluïidum aan de uitlaat, of met andere woorden dat een fluïdum aan de uitlaat op een lagere druk staat dan een fluïidum aan de inlaat.
Ben voordeel is dat met dergelijke inrichting een betrouwbare regeling van de druk bekomen wordt, aangezien Het regelventiel nog steeds de druk van het fluïdum aan de uitiaet zal bepalen, terwijl er toch energie gevroduceerd kan worden met een deel van het debiet van het fluïdum, Met andere woorden: er zal een zeer betrouwbare drukregeling gerealiseerd kunnen worden met de inrichting, terwijl er tegelijkertijd toch een energieproductie mogelijk is.
| BE2020/5659 4 Aangesien de drukregeling niet via de expanders gerealiseerd wordt, moeten deze niet aan strenge vereisten voldoen, maar kan voor de drukregeling gebruik gemaakt worden van de reeds bestaande en uitvoerig geteste S regeiventielen, Bij voorkeur zijn er middelen voorzien om het debiet van de excanders te regelen.
Deze middelen kunnen bijvoorbeeld een kleg omvatten, In een praktische uitvoeringsvorm zijn dat één of meer van de voornoemde expanders van het type waarvan het debiet dat er doorheen gaat, geregeld kan worden, of zogenaamd ‘expanders met debietregeling’. in een andere praktische uitvoeringsvorm zijn dat één of meer van de voornoemde expanders van het type waarvan het debiet dat er doorheen gaat niet geregeld kan worden, cf zogenaamde ‘aan/uit expanders’, Een combinatie var één of meer ‘expanders met debietregeling’ en één of meer ‘aan/uit ezpanders’ in één en dezelïde inrichting volgens de uitvinding is ook mogelijk, De uitvinding betreft ook een werkwijze voor het expanderen van een fluïdum gebruikmakende van een inrichting, welke een inlaat voor een fluïdum op hoge druk en een uitlaat voor een fluïdum op lage druk omvat, een regçelklep tussen de voornoemde inlaat en uitlaat voor het expanderen van het fluïdum en één of meer expanders, welke in parallel met de regelkiep zijn geschakeld, met als kenmerk dat de werkwijze erin bestaat om, enerzijds, een debiet van het fluidum dat door de regeiklep gaat te regelen zodanig dat een druk aan & de voornoemde uitlaat op een voorgedefinieerd drukniveau geregeld wordt en, anderzijds, een debiet van het fluïdum dat door de expanders gaat: te regelen op basis van het debiet dat door de regelklep gaat.
Het is duidelijk dat de voordelen van dergelijke werkwijze analoog zijn aan de voornoemde voordelen van de inrichting. Bij voorkeur omvat de werkwijze een manier voor het bepalen van het debiet doorheen de regelklep.
In een voorkeurdragende uitvoeringsvorm wordt voor het bepalen van het debiet doorheen de regelklep gebruik gemaakt van de stand van de regelklep.
Dit heeft als voordeel dat er geen debietmeter voorzien moet worden, aangezien voor de regelklep een verband kan opgesteld worden tussen de stand van de klep en het debiet dat er doorheen gaat, Dit is in het bijzonder gunstig wanneer een bestaande inrichting voor het expanderen van een fluïdum wordt uitgebreid met één of meer expanders en niet voldoende plaats aanwezig is in de bestaande inrichting om een debietmeter te installeren,
& BE2020/5659 Uiteraard is het ook mogelijk om het debiet doorheen de regelklep Le berekenen, op basis van het totale debiet en het gekende of berekende debiet van elke expander die in werking is, ie in een praktische uitvoeringsvorm zijn de voornoemde expanders van het type waarvan het debiet dat er doorheen gaat niet geregeld kan worden en dat, om het debiet te regelen dat dcor de expanders gaat, de werkwijze de volgende stappen omvat:
- indien het debiet door de regelklep gelijk is aan of groter is dan OQmin + Qdelta + Qi en nog niet alie expanders zijn aangeschakeld, een expander met debiet Qi aanschakelen;
- indien het debiet door de regelklep kleiner wordt dan Qmin en nog niet alle expanders zijn uitgeschakeld, een expander uitschakelen:
waarbij:
- Qmin een maximale waarde van een totaal debiet van het fluidum doorheen de inrichting is waaronder alleen fluidum door de regelkiep mag stromen en fluidum door geen enkele expander mag stromen, zoals bijvoorbeeld om regeltechnische redenen van de regelklep of om veiligheidsredenen;
- Qdeita een hysteresis waarde is die in [functie van een fluctuatie van het totale debiet van het fluïdum zodanig gekozen wordt dat niet voortdurend een expander wordt aangeschakeld en vervolgens uitgeschakeld;
38 - Qi het debiet is dat door een expander kan stromen.
Dergelijke werkwijze heeft als gevolg dat de regeling of aansturing van de expanders volledig zal afhangen van het debiet dat door de veiligheidsklep gaat.
& Het is niet noodzakelijk dat de voornoemde expanders hetzelfde debiet Qi hebben, alhoewel dit natuurlijk wel mogelijk is, Als er meerdere expanders zijn met verschillende debieten 16 gebeurt het aanschakelen van een expander in functie van het debiet van deze expander. In dat gevai zijn er ook meer geavanceerde regelstrategieën mogelijk om de totale hoeveelheid geproduceerde energie te maximaliseren, zoals bijvoorbeeld één of meerdere expanders uitschakelen en één grotere inschakelen die sen beter rendement: heeft, In een andere praktische uitvoeringsvorm zijn de voornoemde expanders van het type waarvan het debiet dat er doorheen gaat, geregeid kan worden en dat, om het debiet te regelen dat door de expanders gaat, de werkwijze de stap omvat van het regelen van het debiet van een expander volgens een curve die een éénduidig verband weergeeft met het debiet dat door de regelklep gaat, Dit kan dus beschouwd worden als een master/slave regeling. De voornoemde curve hoeft geen lineaire curve te zijn, maar kan ook zodanig zijn dat wanneer het debiet stijgt, het meeste van dit debiet door de expander gaat, terwijl het debiet dat door de regelklep caat nauwelijks toeneemt.
Dergelijke geavanceerde regelstrategie maximaliseert niet alleen de geproduceerde energie maar zorgt er bijvoorbeeld ook voor dat het onderhoud van alle expanders op dezelfde Zag kan gebeuren, de ens na de andere.
Zoals reeds hoger gezegd, is een combinatie van ‘expanders met debietregeling’ en ‘aan/uit expanders’ ook mogelijk, waarbij beide voornoemde werkwijzen of regelstrategieën gecombineerd worden, Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te iò tonen, zijn hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, enkele voorkeurdragende varianten beschreven van een werkwijze en inrichting volgens de uitvinding voor het expanderen van een fluildum, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin:
figuur 1 schematisch een inrichting volgens de uitvinding weergseft; figuren 2a, 20, 2c schematisch verschillende werkwijzen volgens de uitvinding weergeven; figuur 3 schematisch een alternatieve uitvoeringsvorm weergeeft van figuur 1. De in figuur 1 schematisch weergegeven inrichting 1 voor het expanderen van een fluïdum omvat een inlaat 2 voor een fiuidum op hoge druk en een uitlaat 3 voor een fluïdum op Lage druk.
Het voornoemde fluïdum is in dit voorbeeld aardgas, maar de uitvinding is hiertoe niet beperkt, Dok stoom, lucht, waterstof en andere gassen of dampen evenals mengsels ervan > behoren tot de mogelijkheid, Een regelxlep 4 is Lussen de voorncemde inlaat 2 en uitlaat 3 aangebracht, welke regelkiep à het fiuidum zal expanderen, 20 Volgens de uitvinding is de inrichting ! verder voorzien van een aantal expanders 5, in dit geval vier, doch, het is niet uitgesloten dat dit meer of minder dan vier expanders zijn, De expanders 5 zuilen, net als de regelklep 4, het fluïdum kunnen expanderen. Tijdens deze expansie zal er energie orgewekt worden.
Hiertoe zijn de expanders 5 in dit geval elk voorzien van een generator 6 welke via een elektrische schakelinrichting zijn aangesicten on een elektriciteitsnet 7.
De expanders 5 zijn allemaal in parallel met de regelklep 4 geplaatst, In dit geval, maar niet moodzakelijk zijn de voornoemde expanders 5 van het type waarvan het debiet Qi dat er doorheen gaat niet geregeld kan worden.
Dergelijke expanders 5 worden ook aan/uit-expanders 5 genoemd en voor dergelijke expanders 5 geldt dat er ofwel geen debiet doorheen gaat (in de uit-stand van de expander 5) ofwel een vast debiet Qi doorheen gaat (in de aan-stand & van de expander 5}. Voigens de uitvinding is er een controller 8 voorzien, welke de expanders 5 zal aansturen,
in de praktijk zal het signaal van de controller 8 naar een expander 5 uit verschiilende deelsignalen bestaan, bijvoorbeeld naar een klep in de expander 5, naar de elektrische contactor van de generator 6, … Uiteraard is het Dok mogelijk dat naast de expander 5 en de generator 6,
nog andere eiementen voorzien zijn, welke aanstuurbaar zijn door de controller 8,
De werking van de inrichting 1 is zeer eenvoudig en als volgt,
De werking is gebaseerd op een werkwijze welke schematisch is weergegeven in figuren 2a, 2b, 2c,
Tijdens de werking van de inrichting 1 wordt het debiet
25 Qklep dat door de regelklep 4 gaat, geregeld zodanig dat de druk aan de voornoemde uitlaat 3 constant blijft, Dergelijke regeling is reeds bekend van de gekende inrichtingen,
38
Tegelijkertijd aan de regeling van de regelklep 4, bestaat de werkwijze volgens de uitvindingen erin om het debiet Qi dat door de expanders 5 gaat te regelen op basis van het debiet Qklep dat door de regelklep 4 gaat.
Daartoe omvat de werkwijze de stap van het bepalen van het debiet Qklep doorheen de regelklen 4. Hiervoor wordt bij voorkeur gebruik gemaakt de stand van de 16 regelklep 4, Bijvoorbeeld aan de hand van de positie van de klepsteel, i.e. hoeveel de regelklep 4 open staat, Op deze manier is er geen debietmeter nodig, Het bepalen van het debiet Qklep dcorheen de regelklep 4 kan desgevallend ook gebeuren aan de hand van een andere meting die direct of indirect een indicatie is van het debiet Qklep.
Bijvoorbeeld door het totale debiet dat zowel door de regelklep 4 als door de expanders 5 gaat te meten aan de inlaat Z of aan de uitlaat 3 en vervolgens het debiet dat door de expanders 5 gaat hiervan af te trekken. De regeling zal dan gebeuren op basis van dit berekende debiet Okiep. Om het debiet te regelen dat door de expanders 5 gaat, kunnen volgens de uitvinding de volgende stappen worden uitgevoerd: - indien het debiet Qkiep door de regelklep 4 gelijk is aan of groter is dan Qmin + Qdelta + Qi en nog niet alle expanders 5 zijn aangeschakeld, een expander 5 met debiet Qi aanschakelen: - indien het debiet Qklep kleiner wordt dan Qmin en nog niet alle expanders 5 zijn uitgeschakeld, een expander 5 uitschakelen; waarbij: - Qmin een maximale waarde van een totaal debiet van het Eluïdum doorheen de inrichting is waaronder alleen fluidum door de regelklep 4 mag stromen en fluïdum door geen enkele expander 5 mag stromen, zoals oijvoorbeeld om regeltechnische redenen van de regeiklep 4 of om veiligheidsredenen: - delta een hysteresiswaarde is die in functie van een fluctuatie van het totale debiet van het fluïdum | 15 zodanig gekozen wordt dat miet voortdurend een expander 5 wordt aangeschakeld en vervolgens uitgeschakeld; - Qi het debiet is dat door een expander 5 kan stromen.
In figuur 2a is dergelijke werkwijze schematisch weergegeven, voor het geval alle expanders 5 ‘aan/uit expanders 5° zijn en hetzelfde debiet Qi hebben, Figuur 2a Loont: het verloop van het debiet Qkiep door de regelklep 4 in de icon van de tijd.
Op het tijdstip ti stiigt het debiet Qkiep tot aan Qnin + Gdelta + Qi. Er wordt dan een expander 5 aangeschakeld.
Hierdcor zal een debiet Oi door deze expander 5 stromen, Deze expander 5 zal nu elektrische energie opwekken,
u BE2020/5659 23 Het debiet Qklep door de regelklep 4 daalt dan tot Omin + Qdelta, zoais weergegeven in figuur 2a.
3 Vervolgens blijft in het voorbeeld van figuur Za het debiet stijgen, waardoor het debiet Qkien blijft stijgen, Immers, het debiet door de expander 5 is vast op Qi.
Op tijdstip £2, is het debiet Qklep opnieuw gestegen tot Quin + Qdelta + Qi. Een bijkomende expander 5 wordt aangeschakeld, zodat op dit moment twee expanders 5 zijn aangeschakeld en dus energie opwekken.
Het debiet Qklep door de regelklep daalt dan opnieuw tot Qmin + QOdelta, Vervolgens daalt het debiet, waardoor het debiet Oklep doorheen de regelkliep 4 daalt.
Op tijdstip t3 is het debiet klep gedaald tot Qnmin. Aangezien onder dit debiet Qmin niet alle aanschakelde expanders meer mogen werken, wordt op dit ogenblik een expander 5 uitgeschakeld waardoor het debiet Qklep door de regelklep weer stijgt tot Qmin + Qi, De volgorde waarin de expanders 5 worden aan- en uitgeschakeld wordt bepaald zodanig dat de energieproductie maximaal is en/of zodanig dat het aantal draaiuren van de expanders 5 geoptimaliseerd wordt.
Door gebruik te maken van Qdelta, wordt verhinderd dat de expanders 5 steeds aan- en uitgeschakeld worden, aangezien een hysteresismarge worot ingebouwd tussen het inschakelpunt en uitschakelpunt.
Indien de regeling zoals hierboven uitgelegd, gebeurt oc basis van een berekende waarde voor Qklep, zal Qmin (de maximale waarde van het totale debiet waaronder alleen fluidum door de regelklep 4 mag stromen) rekening houden met ommauwkeurigheden van deze meting en berekening. Figuren 2b en 2c tonen gelijkaardige situaties voor ‘aan/uit expanders 5’ met verschillende contante debieten, respectievelijk voor een combinatie van ezpanders 5 met constant en regelbaar debiet, In figuur 25 zijn er twee expanders 5, één met een debiet CL en sen met een debiet 02, waarbij op tijdstip tl de cerste expander 5, met debiet Q1 wordt aangeschakeld en vervolgens op tijdstip t2 de tweede expander, met debiet O2, Op tijdstip £3 en td worden de tweede expander 5, respectievelijk de eerste expander 5 uitgeschakeld.
In figuur 20 zijn er vier expanders 5, één met sen regelbaar debiet “EXv” en drie met een vast debiet GI, 02,
3.
Figuur Ze toont het verloop van het debiet Qexo door de expander 5 met regelbaar debiet in de loop van de tijd,
mn BE2020/5659 ij waarbij QminE het minimum debiet is dat door de expander 5 met regelbaar debiet moet gaan, Cp de figuur is zichtbaar dat de verschillende expanders 5 3 met vast debiet cp verschillende tijdstippen worden in- en uitgeschakeld. In functie hiervan wijzigt ook het debiet Qexp dat door de ezpander 5 met regelbaar debiet gaat. Er zijn verschillende strategieën mogelijk om de aan- en 19 afschakeling van de expanders 5 te organiseren: - Maximalisatie van het debiet door de expanders 5, om zoveel mogelijk energieproductie te hebben: - Maximalisatie van de specifieke enercieproductie, i.e. de energie per hoeveelheid gas. in - Optimalisatie van het onderhoud: door ervoor te zorgen dat alie expanders 5 gelijkmatig gebruikt worden, kan ervoor gezorgd worden dat het onderhoud van alle expanders één na één kan gebeuren op dezelfde dag. - Minimalisatie van het aantal aan- en afschakelingen.
In figuur 3 is een variante weergegeven volgens figuur 1, waarbij in dit geval siechts één expander 5 is voorzien, welke van het type is waarvan het debiet dat er doorheen gaai, geregeld kan worden, Verder is deze inrichting 1 voorzien van middelen 9 om de expander 5 af te sluiten zodanig dat het fluïdum de expander D niet kan bereiken. In dit geval zijn deze middelen 9 uitgevoerd als een veiligheidsklep 10,
in het geval van meerdere expanders 5, is het uiteraard niet uitgesioten dat elke expander 5 voorzien Lis van zijn eigen veiligheidsklep, i.e, dat elke veiligheidsklep 10 één specifieke expander 5 kan afsluiten.
Tot slot is de inrichting 1 bij voorkeur voorzien van middelen 11 voor het bepalen van de druk van de uitlaat 3, in dit geval betreft dit een druksensor 12.
De werkwijze voor het aansturen van dergelijke inrichting 1 is grotendeels hetzelfde zoals hoger uitgelegd, enkel om het debiet te regelen dat door de expander 5 gaat, zal de werkwijze nu de stao omvatten van het regelen van het lb debiet van de expander 5 volgens een curve die een éénduidig verband weergeeft met het debiet Qklen dat door de regeiklen 4 gaat.
Dit wil zeggen dat met elk debiet klep dat door de regeiklep 4 gaat, een overeenkomstige waarde is gekoppeld voor het debiet dat door de expander 5 gaat, Het debiet Qklep dat door de regeikiep 4 gaat, kan ofwel gemeten worden met een debietmeter, of, zoals hoger vermeld, bepaald worden op basis van de stand van de regelklep d, De voorncemde curve kan Lineair of niet-lineair zijn, i.e.
de verhouding tussen het debiet Oklep van de regelkiep 4 en het debiet van de expander 5 kan vast zijn of kan variëren,
In een voorkeurdragende variant is de curve zodanig dat bij een hoger gevraagd debiet (om de druk aan de uitlaat constant te houden}, de expander 5 het meeste van dit extra debiet voor zijn rekening zal nemen, zodat er meer energie S gegenereerd zal worden, terwijl het debiet Okleo door de regelkiep 4 slechts beperkt toeneemt.
Het regelen van het debiet doorheen de expander 5 kan op verschillende manieren gebeuren, Bijvoorbeeld door een tEocerentalregeling of iniaatdrukregeling Dij een volumetrische expander 5, door het regelen van de zogenaamde iniet guide vanes van een turborexpander 5. De werkwijze omvat bij voorkeur de volgende stap: - indien de druk aan de uitlaat 3 boven een maximum waarde pmax stijgk, wordt het debiet naar de expanders 9 afgesloten en gaat alle debiet door de regelxlep 4. Deze stao wordt bijvoorbeeld gerealiseerd door de veiligheidsklen 10 af te sluiten.
Op deze manier kan er onmiddellijk gereageerd worden op een te sterke stijging van de druk, Alhoewel in het weergegeven voorbeeid van figuur 1 de veiligheidsklep 10 wordt Bangestuurd door de controller 8, is het niet uitgesloten dat hiervoor een aparte regeleenheicd wordt voorzien.
Alhoewel hierboven steeds sprake is van één regelklep 4, is het niet uitgesloten dat de inrichting 1 meerdere, ‚in parallel geschakelde, regeikleppen 4 omvat,
De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergecdeven uitvoeringsvormen, doch een dergelijke werkwijze en inrichting voor het expanderen van een fluïdum kunnen
3 volgens verschillende varianten worden verwezenlijkt, zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims (1)

  1. Conclusies, Lem inrichting voor het expanderen van een iÍluidum, welke inrichting {1} een inlaat {2) voor een fluidum op hoge druk en een uitlaat {3} voor een fluïdum op lage druk omvat, en sen regelklep {4} tussen de voornoemde inlaat (2} en uitlaat (3) voor het expanderen van het fluïdum naar een voorgedefinieerd drukniveau, daardoor gekenmerkt dat de inrichting (1} verder voorzien is van één of meer expanders (5) voor het expanderen van het fluïdum, welke één of meer expanders (5) in parallei met de regelklep (4) zijn geschakeld, waarbij de inrichting {1} voorzien is van een controller {8} welke geconfiqureerd is om de expanders (5) aan te sturen op basis van een debiet {Qklep)} van het fluidum doorheen de regelklep (4}, Ze inrichting volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat één of meer van de vcorncende expanders (5) van een type zijn waarvan een debiet dat er doorheen gaat, geregeld kan worden.
    3.- Inrichting volgens conclusie 1 of 2, daardoor gekenmerkt dat één of meer van de voornoemde expanders (5) van een type zijn waarvan een debiet dat er doorheen gaat niet geregeld kan worden.
    4.” Werkwijze voor het expanderen van een fluïidum gebruikmakende van een inrichting (1), welke een inlaat (2) voor een fluidum op hoge druk en een uitlaat (33 voor een fiuidum op lage druk omvat, een regelklep (4) tussen de voornoemde inlaat (2) en uitlaat {3} voor het expanderen van het £luidum en één of meer expanders (5), welke in parallel met de regelklep {4} zijn geschakeld, daardoor gekenmerkt dat de werkwijze erin bestaat om, enerzijds, een debiet (Qklep) van het fluïidum dat door de regelklep (43 gaat te regelen zodanig dat een druk aen de voornoemde uitlaat {3} op een voorgedefinieerd drukniveau geregeld wordt en, anderzijds, een debiet van het fluïdum dat door de expanders (5) gaat te regelen op basis van het debiet (Gxiep} dat door de regelklep (4) gaat,
    5. Werkwijze volgens conclusie 4, daardoor gekenmerkt dat de werkwijze de stap omvat van het bepalen van het debiet ({Qkiep) doorheen de regelklep (4), S.- Werkwijze volgens conclusie 5, daardoor gekenmerkt dat voor het bepalen van het debiet {Qklen! doorheen de regelkiep (4) gebruik wordt gemaakt van een stand van de regelklep {4}.
    7, Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies 4 tot 6, daardoor gekenmerkt dat, om het debiet te regelen dat door de expanders (5) gaat, de werkwijze de volgende stappen omvat: - indien het debiet (Qklep) door de regelklep {4} gelijk is aan of groter is dan Qmin + Qdelta + Qi en nog niet alle expanders (5) zijn aangeschakeld, een expander (5) met debiet 91 aanschakelen:; - indien het debiet (Oklep} door de regelklep (43 kleiner wordt dan Qmin en nog niet alle expanders (5) zijn uitgeschakeld, een expander {5} uitschakelen;
    a BE2020/5659 waarbij: “ Qmin een maximale waarde van een totaal debiet van het fluïidum doorheen de inrichting (1) is waaronder alleen fiuidum door de regelkleg {4} mag stromen en fluïdum 3 door geen enkele expander (5) mag stromen, zoals bijvoorbeeld om regeltechnische redenen van de regelklep {4} of om veiligheidsredenen: - Qdelta een hysteresiswaarde is die in functie van een fluctuatie van het totale debiet van het fluïdum 20 zodanig gekozen wordt dat niet voortdurend sen expander (53 wordt aangeschakeld en vervolgens uitgeschakeld; - Qi het debiet is dat door een expander (5) kan Stromer, 8,- Werkwijze volgens conclusie 7, daardoor gekenmerkt dat een volgorde waarin de expanders (5) worden aan- en uitgeschakeld wordt bepaald zodanig dat energieproductie maximaal is en/of zodanig dat een aantal draaiuren van de expanders (5) geoptimaliseerd wordt,
    9. Werkwijze volgens en van de voorgaande conclusies 4 tot 6, daardoor gekenmerkt dat, om het debiet te regelen dat door de expanders (5) gaat, de werkwijze de stap omvat van het regelen van het debiet van een expander (5) volgens een Curve die een éénduidig verband vweergeeft met het debiet (Qklep) dat door de regelklep (4) gaat. lj." Werkwijze volgens conclusie 9, daardoor gekenmerkt dat de curve niet lineair is.
BE20205659A 2020-09-24 2020-09-24 Werkwijze en inrichting voor het expanderen van een fluïdum BE1028636B1 (nl)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BE20205659A BE1028636B1 (nl) 2020-09-24 2020-09-24 Werkwijze en inrichting voor het expanderen van een fluïdum
PCT/IB2021/058302 WO2022064321A1 (en) 2020-09-24 2021-09-13 Method and device for expanding a fluid
EP21770073.1A EP4217592A1 (en) 2020-09-24 2021-09-13 Method and device for expanding a fluid
JP2023518976A JP7550308B2 (ja) 2020-09-24 2021-09-13 流体を膨張させるための方法及び装置
US18/042,391 US11933198B2 (en) 2020-09-24 2021-09-13 Method and device for expanding a fluid
CN202111110337.4A CN114251144A (zh) 2020-09-24 2021-09-23 用于使流体膨胀的方法和装置
CN202122307960.0U CN216381530U (zh) 2020-09-24 2021-09-23 用于使流体膨胀的装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BE20205659A BE1028636B1 (nl) 2020-09-24 2020-09-24 Werkwijze en inrichting voor het expanderen van een fluïdum

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BE1028636A1 BE1028636A1 (nl) 2022-04-19
BE1028636B1 true BE1028636B1 (nl) 2022-04-25

Family

ID=72708970

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BE20205659A BE1028636B1 (nl) 2020-09-24 2020-09-24 Werkwijze en inrichting voor het expanderen van een fluïdum

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11933198B2 (nl)
EP (1) EP4217592A1 (nl)
CN (2) CN114251144A (nl)
BE (1) BE1028636B1 (nl)
WO (1) WO2022064321A1 (nl)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE1028636B1 (nl) * 2020-09-24 2022-04-25 Atlas Copco Airpower Nv Werkwijze en inrichting voor het expanderen van een fluïdum

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180017752A (ko) * 2016-08-10 2018-02-21 한국산업기술대학교산학협력단 복수의 팽창기를 구비한 열병합 발전시스템
CN207599346U (zh) * 2017-11-16 2018-07-10 新地能源工程技术有限公司 可移动撬装式天然气调压、发电、制冷装置
CN107575744B (zh) * 2017-08-14 2019-11-12 新地能源工程技术有限公司 天然气调压发电一体化装置及方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3597552B2 (ja) * 1994-01-31 2004-12-08 大阪瓦斯株式会社 エネルギー回収装置付き都市ガス整圧装置
SE525400C2 (sv) * 2004-02-17 2005-02-15 Svenska Rotor Maskiner Ab Skruvrotorexpander
CN101573568A (zh) * 2006-12-26 2009-11-04 开利公司 具有膨胀器的系统的制冷剂注入
JP6407612B2 (ja) * 2014-08-04 2018-10-17 東京ガスエンジニアリングソリューションズ株式会社 ガスパイプラインにおける減圧エネルギー回収装置
CN105401990B (zh) * 2015-11-23 2017-05-31 北京建筑大学 一种天然气压力能发电调压装置及方法
BE1024383B1 (nl) * 2016-02-23 2018-02-12 Atlas Copco Airpower Naamloze Vennootschap Gasexpansie-inrichting en werkwijze voor het expanderen van gas
BE1028636B1 (nl) * 2020-09-24 2022-04-25 Atlas Copco Airpower Nv Werkwijze en inrichting voor het expanderen van een fluïdum

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180017752A (ko) * 2016-08-10 2018-02-21 한국산업기술대학교산학협력단 복수의 팽창기를 구비한 열병합 발전시스템
CN107575744B (zh) * 2017-08-14 2019-11-12 新地能源工程技术有限公司 天然气调压发电一体化装置及方法
CN207599346U (zh) * 2017-11-16 2018-07-10 新地能源工程技术有限公司 可移动撬装式天然气调压、发电、制冷装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP4217592A1 (en) 2023-08-02
BE1028636A1 (nl) 2022-04-19
JP2023545942A (ja) 2023-11-01
US20230323795A1 (en) 2023-10-12
CN114251144A (zh) 2022-03-29
CN216381530U (zh) 2022-04-26
US11933198B2 (en) 2024-03-19
WO2022064321A1 (en) 2022-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101271378B1 (ko) 플랜트에서의 공정 제어 방법 및 시스템
BE1028636B1 (nl) Werkwijze en inrichting voor het expanderen van een fluïdum
GB2543144A (en) Model-based characterization of pressure/load relationship for power plant load control
GB2496302A (en) Model-based load demand control for power generating system
CN104074563B (zh) 蒸汽涡轮机发电设备
CN107304773A (zh) 监视装置以及真空泵
JP6037448B2 (ja) 蒸気タービン発電プラント
CA2588879C (en) Steam turbine plant
CN111896833B (zh) 一种离线实时的动态频响试验方法
US20210033025A1 (en) Plant control apparatus, plant control method and power plant
Annus et al. Pumps energy consumption based on new EU legislation
JP2019049234A (ja) 蒸気タービン発電機の抽気制御方法及びその制御装置
JP2013174223A (ja) 蒸気タービンの調速制御装置、その制御方法、および蒸気タービン
Barsali et al. Modeling combined cycle power plants for power system restoration studies
JP2014190214A (ja) 蒸気タービン発電プラント
JP5985737B2 (ja) 発電所および発電所設備を運転するための方法
JP2758250B2 (ja) 給水加熱器ドレン水位制御装置
JP4727566B2 (ja) 周波数制御装置および周波数制御方法
JP2015175353A (ja) 燃焼制御装置、ガスタービンシステム、制御方法、及びプログラム
JP2559377B2 (ja) 蒸気発生プラントの制御装置
Rao et al. Modelling pressure regulators using operational data
JP3073429B2 (ja) 多軸コンバインドプラントの蒸気系切離制御方法
JP6516209B2 (ja) 蒸気タービン発電機の抽気制御方法
JPH11294105A (ja) 蒸気タービンプラント
Nawaz et al. Performance evaluation of digital governor for improving operational efficiency and reliability of power plant

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Effective date: 20220425