کمپرسورهای گازی
- توضیحات
- دسته: مجموعه شماره 8
- منتشر شده در سه شنبه, 19 دی 1391 08:42
- نوشته شده توسط Mehdi Jahanbakhsh
کمپرسورهای گازی
به منظور جلوگيري از افت فشار كه در خطوط لوله حادث مي‌گردد نياز به تقويت فشار گاز مي‌باشد. معمولاً گاز از نقاط وصول در طول خط لوله دريافت و در دبي و فشار مشخص به مراكز فروش تحويل مي‌گردد. به لحاظ انبساط گاز، وجود تلفات اصطكاكي، تغيير در ارتفاع، يا نوسانات دما، در بين اين نقاط يك افت فشار به وقوع مي‌پيوندد. تغيير جريان سبب تغيير فشار در خط لوله مي‌گردد. هنگامي كه دبي جريان گاز از محدودة مبناي طراحي فراتر رود، براي تثبيتمحدودة فشار مورد نياز در نقطة تحويل، روشهايي مورد استفاده قرار مي‌گيرد، كه عبارتند از:
الف) لوپ(Loop )نمودن خط لوله
ب ) اضافه نمودن ايستگاه تقويت فشار
ج ) بهره‌گيري از دو روش الف و ب
انواع كمپرسورها
كمپرسورها را ميتوان به سه گروه اصلي تقسيم‌بندي نمود:
1-جابجايي مثبت(Postive Displacement)
2-ديناميكي(Dynamic)
3-انژكتوري(Injectors)
كمپرسورهاي جابجايي مثبت يا جريان متناوب، مقداري از گاز را در داخل يك حجم بسته محبوس مي‌كنند. با كاهش حجم، فشار گاز محبوس افزايش مي‌يابد. آنگاه گاز تحت فشار قرار گرفته به نقطة دهش (-Discharge)كمپرسور تحويل داده مي‌شود.
كمپرسورهاي جابجايي مثبت يا جريان متناوب، به دونوع مجزا تقسيم‌بندي مي‌شوند:
الف) كمپرسورهاي رفت و برگشتي
ب ) كمپرسورهاي چرخشي
در كمپرسورهاي رفت و برگشتي، حجم گاز درون يك سيلندر توسط يك پيستون كاهش مي‌يابد. براي هدايت جريان گاز و نيز جلوگيري از جريان برگشتي، نياز به وجود سوپاپ در سيلندرها مي‌باشد.
در كمپرسورهاي چرخشي، روتورها با پره يا لبه تجهيز مي‌گردند. آنها گاز را در يك حجم ثابت يا متغير،بين خودشان و يك پوستة خارجي محبوس مي‌كنند. همزمان با گردش روتور، گاز از ورودي به خروجي جابجا مي‌شود. در اين نوع كمپرسور نيازي به سوپاپ نمي‌باشد. اين نوع كمپرسورها معمولاً براي تقويت فشار هوا در تأسيسات مورد استفاده قرار مي‌گيرند.كمپرسورهاي جريان پيوسته يا ديناميكي (همچنين: توربوكمپرسورها) فشار گاز را در مقابل نيروهاي داخلي افزايش مي‌دهند (يعني افزايش سرعت گاز و تغيير انرژي به فشار).كمپرسورهاي ديناميكي به دو نوع اصلي تقسيم‌بندي مي‌شوند:
الف) كمپرسورهاي گريز از مركز (شعاعي)
ب ) كمپرسورهاي محوري
در كمپرسورهاي گريز از مركز، سرعت توسط تيغه‌هاي يك پروانه دوار، به گاز افزوده مي‌شود. در حين چرخيدن آنها، نيروهاي گريز از مركز مولكولهاي گاز را به سمت خارج سوق مي‌دهند، كه سبب افزايش شعاع چرخش و بنابراين افزايش سرعت مماسي مولكولهاي گاز مي‌گردد. افزايش سرعت باعث ايجاد شتاب مي‌شود، و اين شتاب نيروهاي اينرسي را كه بر مولكولهاي گاز اعمال مي‌شوند فعال و مولكولها را متراكم مي‌سازد. بخشي از فشار در پروانه و بخشي در پخشگر(Diffuser) شعاعي محيط بر پره، يا در پخشگر حلزوني دهش واقع در انتهاي خروجي كمپرسور، احياء مي‌شود.به هنگام تقويت فشار در كمپرسورهاي محوري، يك روتور چرخشي، انرژي خود را به درون جريان گاز انتقال مي‌دهد. در اين نوع كمپرسور، جريان گاز موازي با محور مي‌باشد.كمپرسورهاي انژكتوري از انرژي جنبشي يك جريان سيال براي فشرده سازي سيال ديگر استفاده مي‌كنند. اين نوع كمپرسورها در سيستمهاي انتقال گاز طبيعي مورد استفاده قرار نمي‌گيرند.
کمپرسورهای پیستونی
كمپرسورهاي تناوبي (Reciprocating) كه رفت و برگشتينيز ناميده مي‌شوند، يكي از قديمي‌ترينانواعكمپرسورهامي‌باشند. اوليننمونه‌هاي اينكمپرسورهابا سيلندر چوبي (مثلاً از جنس بامبو Bamboo) ساخته شده و پيستون آن بهوسيله نيروي انساني (دستي) عقب و جلو برده مي‌شد. آب بندي پيستون توسط پر پرندگانصورت مي‌گرفت تا از اين طريق در مرحله مكش هوا وارد كمپرسور شده و در مرحله تراكماز آن خارج شود. از اين كمپرسور غالباً براي ذوبفلزات استفاده مي‌گرديد. براساسشواهد تاريخي يونانيان در ۱۵۰ سال قبل از ميلاد مسيح توانستند كمپرسورهاي فلزيبسازند كه در آن از آلياژهاي برنزي استفاده شده بود. بهرحال در ساختار اينكمپرسورهاتا قرن هيجدهمميلادي پيشرفت چنداني صورت نگرفت تا اينكه يك مهندس انگليسي به نام" J.Wilkison" كمپرسوري را طراحيكرد كه شبيه كمپرسورهاي امروزي بوده و سيلندر آن از چدن ريخته‌گري ساخته و ماشينكاري شده بود.
كمپرسورهاي تناوبي عموماً براي دبي كم و فشار زياد مورد استفاده قرار مي‌گيرند. دبي گاز در اين نوع كمپرسورها از مقادير كم تا ۲۰۰۰m3/hrمي‌رسد و با آن ميتوان به فشارهاي زياد (تاbar۶۰۰) دست يافت. در نسبت‌هاي تراكم بالاتر از ۵/۱ در هر مرحله اين كمپرسورها در مقايسه با ساير انواع كمپرسورها از راندمان بالاتري برخوردار مي‌باشند. كمپرسورهاي تناوبي اساساً جزء ماشين هاي با ظرفيت ثابت مي‌باشند ولي در شرايط خاصي ميتوان ظرفيت آن را برحسب شرايط مورد نظر تغيير داد.
در كمپرسورهاي پيستوني با حركت پيستون به سمت عقب گاز به درون سيلندر وارد شده و فضاي درون سيلندر را پر مي‌كند. در حركت رو به جلو، با اعمال نيرو از سوي پيستون گاز حبس شده در سيلندر متراكم مي‌گردد. جهت سهولت در ورود و خروج گاز در سيلندر و ايجاد شرايط لازم براي تراكم آن در حركت روبه جلوي پيستون، اين كمپرسورها مجهز به سوپاپ‌هاي مكش و دهش مي‌باشند. جهت شناخت مقدماتي عملكرد كمپرسورهاي پيستوني ميتوان تلمبه‌هاي باد دستي را مورد بررسي قرار داد، چرا كه اين تلمبه‌ها ضمن سادگي در رفتار داراي تمامي مشخصه‌هاي يك كمپرسور پيستوني مي‌باشند.
تلمبه‌ها شامل پيستون، سيلندر و سوپاپ هاي مكش و دهش بوده و نيروي محركه لازم براي تراكم هوا توسط نيروي انساني تأمين مي‌گردد. سوپاپ دهش اين كمپرسورها همان والو (Valve) لاستيك دو چرخه بوده كه مانع از نشت هوا از لاستيك ( قسمت دهش) به دورن تلمبه در هنگام حركت رو به عقب پيستون ( مرحله مكش) مي‌گردد. سوپاپ مكش اين تلمبه‌ها بر روي پيستون آن نصب گرديده است. اين قطعه به صورت فنجاني شكل (Cup _ Shaped) بوده كه از جنس چرم و يا مواد مشابه آن ساخته شده است.
در حالت مكش، در اثر حركت رو به عقب پيستون، هواي جلوي پيستون منبسط شده و درون سيلندر خلاء ايجاد مي‌شود. با توجه به اينكه هواي سمت بيروني پيستون تحت فشار آتمسفر قرار دارد، همين امر باعث جداشدن قطعه چرمي از كناره سيلندر گرديده و هوا مي‌تواند از اين طريق وارد سيلندر شده و آن را پرنمايد.
در حركت رو به جلوي پيستون، با كاهش حجم گاز، فشار گاز درون سيلندر افزايش يافته و نيروي حاصل از آن بر روي قطعه چرمي اثر نموده و باعث چسبيدن آن به كناره پيستون گرديده و موجب آب‌بندی پيستون شده و مانع از نشت گاز از كناره پيستون به خارج مي‌شود.
با تراكم گاز در سيلندر و افزايش فشار هواي حبس شده در آن، لحظه‌اي فرا مي‌رسد كه فشار درون سيلندر، از فشار درون تيوپ لاستيك بيشتر شده و باعث باز شدن سوپاپ لاستيك گرديده و هواي متراكم شده از درون سيلندر به داخل لاستيك فرستاده مي‌شود. بديهي است هرچه فشار درون لاستيك بيشتر باشد، سوپاپ آن ديرتر باز شده و انرژي بيشتري براي تراكم گاز و ارسال آن به داخل لاستيك مورد نياز مي‌باشد. به عبارت ديگر اگر مقاومتي در جلوي تلمبه نباشد و مستقيماً به آتمسفر متصل باشد، براي تخليه گاز از درون تلمبه به انرژي ناچيزي نياز خواهد بود.
کمپرسورهای اسکرو
در این کمپرسور ها دو روتور با پروفیل هایمتفاوت داخل یک اتاقک با جهت های متفاوت می چرخند .روتور اصلی ٨۵% تا ۹۰% انرژیدریافتی را به انرژی گرمایی و فشار تبدیل می کند. با چرخش مداوم روتورها هوای محبوسشده با کاهش حجم افزایش فشار می یابد . در تمام مراحل روغن وارد فضایبین پره ها می شود ( درنوع روانکاری با روغن ). این روغن وظیفه روان کاری و خنک کردن روتور ها را عهده داراست .
مرحله اول
هوا به داخل قسمت روتورها کشيده می شود وفضای بين پره ها را پر می کند اين قسمت مانند مرحله مکش در کمپرسور های پيستونی می باشد
مرحله دوم و سوم
هنگامی که هوا وارد قسمت فشرده سازی شد با چرخش روتورها حجم آن کم می شود و بنا بر این فشار افزایش می یابد. این کم شدن حجم تا قسمت تخلیه هوا ادامه می یابد تا فشار به مقدار دلخواه برسد
مرحله چهارم
هوای فشرده به بیرون کمپرسور جریان می یابد
اساس کار خنک کننده های جذبی
اساس کار خنک کننده های جذبی (چیلر های ابزرپشن )
اگر داخل بالن شیشه ای مقداری آب مقطر بریزیم سپس با درپوش و اتصالات مناسب بوسیله پمپ خلاء و یا واکیوم نمائیم ومانومتری دقیق ( جیوه ای ) میزان خلاء را نشان دهد. با توجه به دمای محیط مشاهده خواهیم کرد در درجه ای از فشار ( وکیوم نسبی ) آب داخل بالن شروع به جوشیدن می کند. ( بدون اینکه چراغ یا هیتری جهت گرم کردن ظرف بکار گرفته باشیم ) و نهایتا بعد از چند لحظه جداره ظرف کاملا سرد خواهد شد.
اساس کار چیلرهای جذبی را می توان با آزمایش فوق شرح داد.
اکنون بر اساس این آزمایش می توان به چند اصل فیزیکی و نهایتا تولید برودت پی برد.در وهله اول باید توضیح دهیم چگونه آب بدون اینکه توسط شعله یا هیتری گرم شود شروع به جوشیدن نموده است؟ پدیده جوش یا به اصطلاح علمی تغییر فاز از حالت مایع به بخار به رابطه دو عامل دما و فشار مایع و همچنین ساختار ملوکولی آن بستگی دارد.
به عنوان مثال: آب یا H2O در شرایط فشار یک اتمسفر در 100 درجه سانتیگراد به جوش خواهد آمد حال اگر عامل فشار تغییر یابد و در ظرفی در بسته فشار آب را به 2اتمسفر برسانیم در 120 درجه بجوش می آید ( مانند آنچه در دیگهای زود پز اتفاق می افتد ) عکس این عمل نیز صادق است یعنی اگر داخل این ظرف را به وسیله پمپ واکیوم، خلاء نمائیم یعنی از شرایط طبیعی که فشار یک اتمسفر است به سمت کاهش فشار حرکت کنیم مثلا در نیم اتمسفر، آب در 81 درجه سانتیگراد به جوش خواهد آمد. و اگر خلاء را بیشتر کنیم تا 6 mmHg (حدود یک صدم فشار جو )آب با دمای حدود 6درجه سانتیگراد به جوش خواهد آمد.این خاصیت در مایعات مختلف فرق می کند، مثلا مایعآمونیاک یا الکل یا مایع فریونهای مختلف هر کدام در فشار معیین تغییر فاز خواهند داد و تبخیر خواهند شد.مانند آنچه در یخچالهای خانگی اتفاق می افتد، بنابراین از نقش دو عامل فشارو دمای مایع در تبخیر آگاه شدیم.
اکنون توضیح خواهیم داد که چرا در اثر تبخیر، کاهش دما اتفاق می افتد .چرا جداره ظرف سرد می شود، بر اساس آنچه که شرح داده شد وقتی دمای آب در شرایط طبیعی به 100درجه سانتیگراد می رسد آب تبخیر می شود، اگر حین تبخیر یا بخار شدن عامل گرمایش ( چراغ یا هیتر )را خاموش کنیم عمل جوش یا تبخیر متوقف می شود، بنابراین درمی یابیم که عمل تبخیر نیاز به دریافت انرژی دارد (اصطلاحا تبخیر یک فرآیند گرماگیر است )، و این فرآیند می تواند در فشار بالاتر از فشار جو باشد ( مانند دیگهای زود پز ) یا پایین تر از فشار جو مانند آنچه در بالن مورد آزمایش یا چیلر جذبی عمل می شود. اما باید دانست که جسمی که از دمای 273 - درجه سانتیگراد گرمتر باشد می تواند برای جسم سردتر خود مولد گرما باشد. مثلا آب 10درجه سانتیگراد که از طریق لوله های آب چیلد وارد چیلر جذبی می شود می تواند تامین کننده گرمای نهان تبخیر جهت آب مقطری که داخل چیلر جذبی به علت پایین بودن فشار در حال تبخیر شدن است باشد و در اثر این گرمادهی دمای خود آب چیلد کاهش می یابد و مثلا به 6درجه سانتیگراد تغییر خواهد نمود مانند آنچه در چیلر جذبی آب و لیتیوم بروماید اتفاق می افتد و این آن چیزی است که ما به آن نیاز داریم و از آن جهت خنک نمودن هوا در هواسازها و فن کوئلها یا پروسه های صنعتی استفاده می نمائیم.
مثال فوق کاملا اساس وپایه کارچیلرهای جذبی آب ولیتیوم بروماید می باشد.
در قسمت اواپراتور چیلرهای جذبی که آب سرد جهت مصارف برودتی استفاده می شود خلاء یا فشار واقعی حدود 4 الی 6 میلیمتر جیوه است و آب فقط تحت این فشاربعنوان مبرد تبخیر می شود. و گرمای نهان تبخیر را از آب جاریدرلوله های اواپراتوردریافت می کند.ودرنتیجه آنرا سرد می نماید
اما بخارحاصل توسط لیتیوم بروماید درقسمت جاذب یاابزربرجذب می گردد
و مانع از افزایش فشار داخل اواپراتور می گردد. این محلول ( LiBr ) که بخار آب را جذب و خود رقیق گشته به قسمت ژنراتور هدایت می شود و در آنجا توسط بخار یا آب داغ که داخل لوله های ژنراتور در جریان است غلیظ میگردد.برای جذب مجدد بخار راهی قسمت ابزربر می شود و بخار جدا شده کندانس شده و به قسمت اواپراتور باز می گردد.
بالن توضیح داده شده در مثال فوق مانند بخش اواپراتور در چیلرهای جذبی عمل می کند.
عملکرد اجزای اصلی
1-اواپراتور:
در این محل مبرد ( آب مقطر ) بر روی سطوح لوله های اواپراتور از طریق نازلهایی پاشیده شده و تبخیر می گردد، و ابتدا با توجه به اینکه عمل تبخیر یک فرآیند گرماگیر است گرمای آب چیلد که در داخل لوله های اواپراتور جریان دارد را جذب می کند . در شرایط استاندارد ( پایدار ) فشار در مخزن پایین ( آب سیستم تهویه مطبوع ) که شامل اواپراتور و ابزربر می باشد حدود 6 mmHgabs می باشد و مبرد در دمای حدود 3 درجه سانتیگراد تبخیر می گردد. در این فرآیند که انرژی معادل با 89/2484 کیلو ژول بر کیلوگرم نیاز دارد آب چیلد با دمای 12 درجه سانتیگراد وارد اواپراتور شده و تا دمای 7 درجه سانتیگراد خنک می شود.
2- ابزربر:
محلول واسطه (غلظت متوسط لیتیوم بروماید ) بر روی سطح لوله های ابزربر از طریق نازلهای ویژه ای پاشیده می شود و بخار مبرد آب مقطر را که در اواپراتور ایجاد گردیده، به طور دائم جذب می نماید . در این صورت ایجاد بخار وافزایش آن باعث افزایش فشار و شکستن وکیوم نخواهد شد. بدین ترتیب محلول غلظت متوسط لیتیوم بروماید ورودی به ابزربر رقیق تر شده و در ته مخزن پائینی جمع می گردد وتوسط آب سرد برج که در داخل لوله های ابزربر جریان دارد به خارج از چیلر منتقل می گردد.
3- ژنراتور:
در ابزربر یا جاذب محلول رقیق شده توسط پمپ محلول پس از گذشتن از مبدل حرارتی به ژنراتور منتقل می گردد. این محلول بر روی سطوح لوله های ژنراتور جریان یافته و گرم می شود ( انرژی حرارتی از طریق بخار و یا آب داغ تامین می گردد ) در نتیجه بخشی از مبرد تبخیر گردیده و از محلول رقیق جدا می گردد و غلظت محلول رقیق افزایش یافته و به محلول غلیظ تبدیل می گردد، حجم بخار تولید شده در ژنراتور بسته به میزان بار سرمایی مورد نیاز کنترل می گردد.
4- کندانسور:
بخار مبرد تولید شده در ژنراتور از روی سطوح لوله های کندانسور ( لوله هایی که آب برج خنک کن پس از عبور از لوله های ابزربر وارد آنها می شود ) عبور کرده و تقطیر می گردد و گرمای ناشی از عمل تقطیر که معادل 82/2392 کیلو ژول بر کیلو گرم می باشد را به آب داخل لوله های کندانسور می دهد و آب مقطر ایجاد شده در داخل سینی واقع در زیر کندانسور جمع آوری و به اواپراتور باز می گردد.
مطالبی پيرامون سرويس و نگهداری و تعميرات چيلر جذبی
بعضی از چیلرهای جذبی بویژه چیلرهای ۵ تا ۲۵ تن از سیکل آمونیاک-آب استفــــاده
می کنند که در آنها آمونیاک نقش مبرد را دارد و آب ماده جاذب است اما در اینجا بحث فقط به چیلرهای با ظرفیت ۱۰۰ تا ۱۶۰۰ تن محدود می شود که از سیکل لیتیوم بروماید-آب استفاده می کننددر این چیلر آب نقش مبرد را دارد و محلول لیتیوم بروماید جاذب است .
اثر تبرید با برقراری خلا در اواپراتور ایجاد می شود میزان این خلا ۰.۲ تا ۰.۲۵ اینچ جیوه است در این فشار پایین مایع مبرد (آب) در دمای ۳۵ تا ۴۵ درجه فارنهایــــت بــــه جوش می آید . گرمای لازم برای جوشش آب مبرد نیز از آبی که قرار اســـت ســرد شــود گرفته می شود.
جهت برقراری خلاء زیاد در اواپراتور به منظور تداوم سیکل تبرید آب بــخــار شده در اواپراتور توسط محلول لیـــتیوم برومـاید موجود در بخش جذب کننده چیلر جذب می شـود چون اضافه شدن این آب محلول لیتیوم بروماید را رقیق کرده و قدرت جذب آن را کاهــش می دهد محلول رقیق شده با پمپ به ژنراتور ارسال می شود که در آنجا حرارت دیده و آب آن دوباره جوش می آید و تبخیر می شود . حرارت لازم در ژنراتور ممکن است توســـط بخار یا آب داغ یا سوختن مستقیم گاز یا نفت حاصل شود . سپس محلول قوی لــیــتــیــوم بروماید (که آب آن در ژنراتور جدا شده) به قسمت جذب کننده بر می گردد و بخار آن نیز به کندانسور می رود تا پس از تقطیر به اواپراتور برگردد.
نشت ناپذیری :
به دلیل خلا زیاد موجود در بخش جذب کننده خیلی مهم است که دستگاه کاملا نشت ناپذیر باشد حتی یک نشت کوچک موجب ورود هوا یا سایر گازهای غیر قابل تقطیر به دستـگاه شده در نتیجه سیکل تبرید را مختل می کند.
واحد تخلیه گاز:
این واحد برای تخلیه گاز و یا سایر گازهای غیر قابل تقطیر از دستگاه تعبیـه می شود تا در صورت وجود نشت کم چیلر بتواند به کار خود ادامه دهد واحد های تـخلــــیـــه گــاز و روشهای تخلی در چیلرها متفاوتند و برای پی بردن بهچگونگی کار باید به دستورالـعـمـل خانه سازنده چیلر مراجعه نمود.
پمپها :
پمپها برای گردش دادن محلول مبرد و لیتیوم بــرماید در داخل چیلر بــکــار مـی رونــد مدلهای اولیه چیلرهـــای جذبی دارای پمـــــپهای نوع باز بودند و برای جلوگیری از نشت گازهای غیر قابل تقطیر از کاسه نمدهای مکانیکی استفاده می شود این کاسه نمدها باید هر ۲ سال تعویض گردد . مدلهای اخیر چیلرهای جذبی دارای پمپ بسته می باشند یــاتاقانها و موتورها و سایر اجزا باید تقریبا هر ۴ سال یک بار بازرسی شود.
شیر های سرویس :
شیرهای سرویس بایستی هر ۲ یا ۳ سال تعویض گردد
وسایل ایمنی :
وسایل مختلف کنترل کننده مثل قطع دما-پایین و فلوسوئیچهای آب سرد و آب خنک کننده آب کندانسور بایستی هر ۶ ماه از نظر صحت کارکرد بازرسی شود.
آزمایشات نشت :
در این آزمایش باید خلا چیلر با گاز نیتروژن شکسته شود و داخل آن با استفاده از ترکیب مبرد فریون ۱۲ و نیتروژن تحت فشار قرار گیرد . در این مورد هرگز نباید از هوا استفاده شود بررسی وجود و یا عدم نــشــت نــیــز توسط نشت یاب الکترونیکی بسیار دقیق انجام
می گیرد.
سایر موارد مربوط به نگهداری :
در تنظیم برنامه مربوط به سایر اجزاء دستگاه باید به دستوراالعــــمــل کارخانه سازنده توجه نمود که بر حسب طرح دستگاه ممکن است شامل موارد زیر باشد :
اصلاح محلول لیتیوم برماید
اضافه کردن اکتان الکل
اجرای آزمایش نشت حین کار
بازرسی سیستم های آب بندی در پمپهای باز
روغن کاری موتورهای کنترل ظرفیت
بازرسی و تمیز کردن سرهای افشاننده محلول
تجزیه و تحلیل محلول لیتیوم برماید در دوره های زمانی معین
