ہانگژو نوزہو ٹیکنالوجی گروپ کمپنی، لمیٹڈ

مصنف: لوکاس بیجکلی، پروڈکٹ پورٹ فولیو مینیجر، انٹیگریٹڈ گیئر ڈرائیوز، R&D CO2 کمپریشن اور ہیٹ پمپس، سیمنز انرجی۔
کئی سالوں سے، انٹیگریٹڈ گیئر کمپریسر (IGC) ہوا سے الگ کرنے والے پلانٹس کے لیے انتخاب کی ٹیکنالوجی رہی ہے۔ یہ بنیادی طور پر ان کی اعلی کارکردگی کی وجہ سے ہے، جو براہ راست آکسیجن، نائٹروجن اور غیر فعال گیس کے اخراجات میں کمی کا باعث بنتی ہے۔ تاہم، decarbonization پر بڑھتی ہوئی توجہ IPCs پر نئے مطالبات کرتی ہے، خاص طور پر کارکردگی اور ریگولیٹری لچک کے لحاظ سے۔ پلانٹ چلانے والوں کے لیے، خاص طور پر چھوٹے اور درمیانے درجے کے کاروباری اداروں کے لیے سرمایہ دارانہ اخراجات ایک اہم عنصر ہیں۔
پچھلے کچھ سالوں میں، سیمنز انرجی نے کئی ریسرچ اینڈ ڈیولپمنٹ (R&D) پروجیکٹس شروع کیے ہیں جن کا مقصد IGC کی صلاحیتوں کو وسعت دینا ہے تاکہ ہوائی علیحدگی کی مارکیٹ کی بدلتی ہوئی ضروریات کو پورا کیا جا سکے۔ یہ مضمون کچھ مخصوص ڈیزائن کی بہتریوں پر روشنی ڈالتا ہے جو ہم نے کی ہیں اور اس پر تبادلہ خیال کیا گیا ہے کہ یہ تبدیلیاں ہمارے صارفین کی لاگت اور کاربن میں کمی کے اہداف کو پورا کرنے میں کس طرح مدد کر سکتی ہیں۔
آج زیادہ تر ایئر سیپریشن یونٹ دو کمپریسر سے لیس ہیں: ایک مین ایئر کمپریسر (MAC) اور ایک بوسٹ ایئر کمپریسر (BAC)۔ مین ایئر کمپریسر عام طور پر ہوا کے پورے بہاؤ کو ہوا کے دباؤ سے تقریباً 6 بار تک کمپریس کرتا ہے۔ اس بہاؤ کے ایک حصے کو پھر BAC میں 60 بار تک کے دباؤ میں مزید کمپریس کیا جاتا ہے۔
توانائی کے منبع پر منحصر ہے، کمپریسر عام طور پر بھاپ ٹربائن یا برقی موٹر سے چلایا جاتا ہے۔ سٹیم ٹربائن استعمال کرتے وقت، دونوں کمپریسر ایک ہی ٹربائن سے جڑواں شافٹ سروں کے ذریعے چلائے جاتے ہیں۔ کلاسیکی اسکیم میں، سٹیم ٹربائن اور HAC (تصویر 1) کے درمیان ایک انٹرمیڈیٹ گیئر نصب کیا جاتا ہے۔
برقی طور پر چلنے والے اور بھاپ سے چلنے والے ٹربائن دونوں نظاموں میں، کمپریسر کی کارکردگی ڈیکاربنائزیشن کے لیے ایک طاقتور لیور ہے کیونکہ یہ یونٹ کی توانائی کی کھپت کو براہ راست متاثر کرتی ہے۔ یہ خاص طور پر بھاپ ٹربائنز سے چلنے والے MGPs کے لیے اہم ہے، کیونکہ بھاپ کی پیداوار کے لیے زیادہ تر حرارت فوسل فیول سے چلنے والے بوائلرز میں حاصل کی جاتی ہے۔
اگرچہ الیکٹرک موٹرز بھاپ ٹربائن ڈرائیوز کے لیے ایک سبز متبادل فراہم کرتی ہیں، لیکن اکثر کنٹرول لچک کی ضرورت زیادہ ہوتی ہے۔ آج تعمیر کیے جانے والے بہت سے جدید ہوا سے الگ کرنے والے پلانٹ گرڈ سے منسلک ہیں اور ان میں قابل تجدید توانائی کا اعلیٰ سطح کا استعمال ہے۔ آسٹریلیا میں، مثال کے طور پر، کئی سبز امونیا پلانٹس بنانے کا منصوبہ ہے جو امونیا کی ترکیب کے لیے نائٹروجن پیدا کرنے کے لیے ایئر سیپریشن یونٹس (ASUs) کا استعمال کریں گے اور توقع کی جاتی ہے کہ وہ قریبی ہوا اور شمسی فارموں سے بجلی حاصل کریں گے۔ ان پلانٹس میں، بجلی کی پیداوار میں قدرتی اتار چڑھاؤ کی تلافی کے لیے ریگولیٹری لچک بہت ضروری ہے۔
سیمنز انرجی نے 1948 میں پہلا IGC (پہلے VK کے نام سے جانا جاتا تھا) تیار کیا۔ آج کمپنی دنیا بھر میں 2,300 سے زیادہ یونٹس تیار کرتی ہے، جن میں سے اکثر 400,000 m3/h سے زیادہ بہاؤ کی شرح کے ساتھ ایپلی کیشنز کے لیے ڈیزائن کیے گئے ہیں۔ ہمارے جدید MGPs کی ایک عمارت میں بہاؤ کی شرح 1.2 ملین کیوبک میٹر فی گھنٹہ ہے۔ ان میں کنسول کمپریسرز کے گیئر لیس ورژنز شامل ہیں جن کا پریشر ریشو سنگل اسٹیج ورژنز میں 2.5 یا اس سے زیادہ ہے اور سیریل ورژنز میں پریشر ریشو 6 تک ہے۔
حالیہ برسوں میں، IGC کی کارکردگی، ریگولیٹری لچک اور سرمائے کے اخراجات کے بڑھتے ہوئے مطالبات کو پورا کرنے کے لیے، ہم نے ڈیزائن میں کچھ قابل ذکر اصلاحات کی ہیں، جن کا خلاصہ ذیل میں دیا گیا ہے۔
عام طور پر پہلے MAC مرحلے میں استعمال ہونے والے متعدد impellers کی متغیر کارکردگی بلیڈ جیومیٹری کو مختلف کرکے بڑھایا جاتا ہے۔ اس نئے امپیلر کے ساتھ، روایتی LS ڈفیوزر کے ساتھ مل کر 89% تک کی متغیر افادیت حاصل کی جا سکتی ہے اور ہائبرڈ ڈفیوزر کی نئی نسل کے ساتھ مل کر 90% سے زیادہ۔
اس کے علاوہ، impeller میں Mach نمبر 1.3 سے زیادہ ہے، جو پہلے مرحلے کو اعلی طاقت کی کثافت اور کمپریشن تناسب فراہم کرتا ہے۔ اس سے وہ طاقت بھی کم ہو جاتی ہے جو تھری سٹیج MAC سسٹمز میں گیئرز کو منتقل کرنا ضروری ہے، جس سے پہلے مراحل میں چھوٹے قطر کے گیئرز اور ڈائریکٹ ڈرائیو گیئر باکسز کے استعمال کی اجازت ملتی ہے۔
روایتی فل لینتھ ایل ایس وین ڈفیوزر کے مقابلے، اگلی نسل کے ہائبرڈ ڈفیوزر میں اسٹیج کی کارکردگی 2.5% اور کنٹرول فیکٹر 3% ہے۔ یہ اضافہ بلیڈوں کو ملا کر حاصل کیا جاتا ہے (یعنی بلیڈ کو مکمل اونچائی اور جزوی اونچائی والے حصوں میں تقسیم کیا جاتا ہے)۔ اس ترتیب میں
امپیلر اور ڈفیوزر کے درمیان بہاؤ آؤٹ پٹ بلیڈ کی اونچائی کے ایک حصے سے کم ہو جاتا ہے جو روایتی LS ڈفیوزر کے بلیڈ کے مقابلے امپیلر کے قریب واقع ہوتا ہے۔ روایتی LS ڈفیوزر کی طرح، مکمل لمبائی والے بلیڈ کے سرکردہ کنارے امپیلر سے مساوی ہوتے ہیں تاکہ امپیلر ڈفیوزر کے تعامل سے بچ سکیں جو بلیڈ کو نقصان پہنچا سکتے ہیں۔
امپیلر کے قریب بلیڈ کی اونچائی کو جزوی طور پر بڑھانا بھی پلسیشن زون کے قریب بہاؤ کی سمت کو بہتر بناتا ہے۔ چونکہ پوری لمبائی والی وین سیکشن کا سرکردہ کنارہ روایتی LS ڈفیوزر جیسا ہی قطر رہتا ہے، اس لیے تھروٹل لائن متاثر نہیں ہوتی، جس سے اطلاق اور ٹیوننگ کی وسیع رینج ہوتی ہے۔
پانی کے انجیکشن میں سکشن ٹیوب میں پانی کی بوندوں کو ہوا کے بہاؤ میں داخل کرنا شامل ہے۔ بوندیں بخارات بن جاتی ہیں اور گیس کے بہاؤ سے گرمی جذب کرتی ہیں، اس طرح داخلی درجہ حرارت کو کمپریشن مرحلے تک کم کر دیتا ہے۔ اس کے نتیجے میں isentropic بجلی کی ضروریات میں کمی اور 1% سے زیادہ کی کارکردگی میں اضافہ ہوتا ہے۔
گیئر شافٹ کو سخت کرنے سے آپ کو فی یونٹ رقبہ کے قابل اجازت دباؤ میں اضافہ کرنے کی اجازت ملتی ہے، جو آپ کو دانتوں کی چوڑائی کو کم کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ یہ گیئر باکس میں مکینیکل نقصانات کو 25% تک کم کرتا ہے، جس کے نتیجے میں مجموعی کارکردگی میں 0.5% تک اضافہ ہوتا ہے۔ اس کے علاوہ، مین کمپریسر کی لاگت میں 1% تک کمی کی جا سکتی ہے کیونکہ بڑے گیئر باکس میں کم دھات استعمال ہوتی ہے۔
یہ امپیلر 0.25 تک کے فلو کوفیشینٹ (φ) کے ساتھ کام کر سکتا ہے اور 65 ڈگری امپیلر سے 6% زیادہ سر فراہم کرتا ہے۔ اس کے علاوہ، بہاؤ کا گتانک 0.25 تک پہنچ جاتا ہے، اور IGC مشین کے ڈبل فلو ڈیزائن میں، والیومیٹرک بہاؤ 1.2 ملین m3/h یا یہاں تک کہ 2.4 ملین m3/h تک پہنچ جاتا ہے۔
زیادہ فائی ویلیو ایک ہی حجم کے بہاؤ میں چھوٹے قطر کے امپیلر کے استعمال کی اجازت دیتی ہے، اس طرح مین کمپریسر کی قیمت میں 4% تک کمی واقع ہوتی ہے۔ پہلے مرحلے کے امپیلر کا قطر اور بھی کم کیا جا سکتا ہے۔
اونچے سر کو 75° امپیلر ڈفلیکشن اینگل کے ذریعے حاصل کیا جاتا ہے، جو آؤٹ لیٹ پر گردشی رفتار کے جز کو بڑھاتا ہے اور اس طرح یولر کی مساوات کے مطابق اونچا سر فراہم کرتا ہے۔
تیز رفتار اور اعلی کارکردگی والے امپیلر کے مقابلے میں، والیوٹ میں زیادہ نقصانات کی وجہ سے امپیلر کی کارکردگی قدرے کم ہو جاتی ہے۔ اس کی تلافی درمیانے درجے کے گھونگھے کے ذریعے کی جا سکتی ہے۔ تاہم، ان volutes کے بغیر بھی، 87% تک کی متغیر کارکردگی 1.0 کے Mach نمبر اور 0.24 کے بہاؤ گتانک پر حاصل کی جا سکتی ہے۔
چھوٹے والیوٹ آپ کو دوسرے والیوٹ کے ساتھ ٹکرانے سے بچنے کی اجازت دیتا ہے جب بڑے گیئر کا قطر کم ہو جاتا ہے۔ آپریٹرز زیادہ سے زیادہ قابل اجازت گیئر کی رفتار سے تجاوز کیے بغیر 6-پول موٹر سے تیز رفتار 4-پول موٹر (1000 rpm سے 1500 rpm) میں تبدیل کر کے اخراجات بچا سکتے ہیں۔ مزید برآں، یہ ہیلیکل اور بڑے گیئرز کے لیے مادی اخراجات کو کم کر سکتا ہے۔
مجموعی طور پر، مین کمپریسر کیپٹل لاگت میں 2% تک بچت کر سکتا ہے، اس کے علاوہ انجن کیپٹل لاگت میں بھی 2% بچا سکتا ہے۔ چونکہ کمپیکٹ والیوٹ کچھ کم موثر ہوتے ہیں، اس لیے ان کو استعمال کرنے کا فیصلہ زیادہ تر کلائنٹ کی ترجیحات (لاگت بمقابلہ کارکردگی) پر منحصر ہوتا ہے اور اس کا اندازہ ہر پروجیکٹ کی بنیاد پر ہونا چاہیے۔
کنٹرول کی صلاحیتوں کو بڑھانے کے لیے، IGV کو متعدد مراحل کے سامنے نصب کیا جا سکتا ہے۔ یہ پچھلے IGC منصوبوں کے بالکل برعکس ہے، جس میں صرف پہلے مرحلے تک IGVs شامل تھے۔
IGC کی ابتدائی تکرار میں، بھنور گتانک (یعنی، دوسرے IGV کا زاویہ جو پہلے IGV1 کے زاویہ سے تقسیم ہوتا ہے) مستقل رہا اس سے قطع نظر کہ بہاؤ آگے تھا (زاویہ > 0°، سر کو کم کرنا) یا ریورس بھور (زاویہ <0)۔ °، دباؤ بڑھتا ہے)۔ یہ نقصان دہ ہے کیونکہ زاویہ کا نشان مثبت اور منفی بھنور کے درمیان بدل جاتا ہے۔
نئی کنفیگریشن دو مختلف ورٹیکس ریشوز کو استعمال کرنے کی اجازت دیتی ہے جب مشین فارورڈ اور ریورس ورٹیکس موڈ میں ہوتی ہے، اس طرح مستقل کارکردگی کو برقرار رکھتے ہوئے کنٹرول رینج میں 4% اضافہ ہوتا ہے۔
عام طور پر BACs میں استعمال ہونے والے امپیلر کے لیے LS ڈفیوزر کو شامل کرکے، ملٹی اسٹیج کی کارکردگی کو 89% تک بڑھایا جا سکتا ہے۔ یہ، کارکردگی میں دیگر بہتریوں کے ساتھ مل کر، ٹرین کی مجموعی کارکردگی کو برقرار رکھتے ہوئے BAC مراحل کی تعداد کو کم کرتا ہے۔ مراحل کی تعداد کو کم کرنے سے انٹرکولر، متعلقہ پروسیس گیس پائپنگ، اور روٹر اور سٹیٹر کے اجزاء کی ضرورت ختم ہو جاتی ہے، جس کے نتیجے میں لاگت میں 10% کی بچت ہوتی ہے۔ مزید برآں، بہت سے معاملات میں مین ایئر کمپریسر اور بوسٹر کمپریسر کو ایک مشین میں ملانا ممکن ہے۔
جیسا کہ پہلے ذکر کیا گیا ہے، عام طور پر سٹیم ٹربائن اور VAC کے درمیان ایک انٹرمیڈیٹ گیئر کی ضرورت ہوتی ہے۔ سیمنز انرجی کے نئے آئی جی سی ڈیزائن کے ساتھ، اس آئیڈلر گیئر کو پنین شافٹ اور بڑے گیئر (4 گیئرز) کے درمیان ایک آئیڈلر شافٹ شامل کر کے گیئر باکس میں ضم کیا جا سکتا ہے۔ یہ کل لائن لاگت (مین کمپریسر کے علاوہ معاون آلات) کو 4% تک کم کر سکتا ہے۔
مزید برآں، 4-پینین گیئرز بڑے مین ایئر کمپریسرز میں 6-پول سے 4-پول موٹرز پر سوئچ کرنے کے لیے کومپیکٹ اسکرول موٹرز کا زیادہ موثر متبادل ہیں (اگر volute کے تصادم کا امکان ہو یا زیادہ سے زیادہ قابل اجازت پنین کی رفتار کم ہو جائے)۔ ) ماضی.
صنعتی ڈیکاربونائزیشن کے لیے اہم مارکیٹوں میں ان کا استعمال بھی عام ہوتا جا رہا ہے، بشمول ہیٹ پمپ اور بھاپ کمپریشن، نیز کاربن کیپچر، استعمال اور اسٹوریج (CCUS) کی ترقی میں CO2 کمپریشن۔
سیمنز انرجی کی IGCs کو ڈیزائن کرنے اور چلانے کی ایک طویل تاریخ ہے۔ جیسا کہ مندرجہ بالا (اور دیگر) تحقیق اور ترقی کی کوششوں سے ثبوت ملتا ہے، ہم ان مشینوں کو انوکھی ایپلی کیشن کی ضروریات کو پورا کرنے اور کم لاگت، کارکردگی میں اضافہ اور پائیداری میں اضافے کے لیے بڑھتی ہوئی مارکیٹ کے مطالبات کو پورا کرنے کے لیے مسلسل اختراع کرنے کے لیے پرعزم ہیں۔ KT2