کمپرسورها

کمپرسورها اقلامی هستند که فشار گاز را با کاهش حجم آن به صورت مکانیکی افزایش می دهند. در اکثر موارد کمپرسورها هوا را فشرده می کنند ولی گازهای طبیعی مانند نیتروژن و اکسیژن نیز فشرده می شوند. سه نوع اصلی از کمپرسورها عبارتند از : کمپرسور جابه جایی مثبت – گریز از مرکز و محوری که کاربردهای فرآیندی و ایستگاه های خط لوله مورد استفاده قرار می گیرند. کمپرسورها این قابلیت را دارند که حجم زیادی از گاز را در ابعاد نسبتا کوچک جابجا کنند و ممکن است از انواع مختلفی از دستگاه های محرک (Driver) استفاده کنند. ( از قبیل موتورهای الکتریکی ، توربین های بخار و گاز )

در این مقاله بیشتر به دو نوع متداول کمپرسور یعنی کمپرسورهای گریز از مرکز و جابه جایی مثبت یا همان کمپرسورهای رفت و برگشتی می پردازیم . کمپرسورهای گریز از مرکز می توانند یک مرحله ای و یا چند مرحله ای باشند . پره ها با سرعت بسیار بالا، انرژی جنبشی گاز را افزایش داده و این انرژی جنبشی بالا را از طریق یک خروجی واگرا به نام دیفیوزر به فشار بالای گاز تبدیل می کنند. کمپرسورهای گریز از مرکز می توانند حجم زیادی از گاز را تا فشار متوسطی فشرده سازند.

کمپرسورهای جابه جایی مثبت یا رفت و برگشتی نیز می توانند یک مرحله ای و یا چند مرحله ای باشند و معمولا از نوع پیستونی بوده و تنها کمپرسورهایی هستند که این قابلیت را دارند که گاز را تا فشارهای فوق العاده زیاد فشرده کنند، کمپرسورهای گریز از مرکز و رفت و برگشتی در اندازه و شکل های فیزیکی متعدد موجود می باشند. این ماشین ها که ممکن است با بسیاری از تجهیزات کمکی مورد استفاده قرار گیرند، معمولا با استفاده از توربین های گازی یا بخاری و یا موتور الکتریکی به حرکت در می آورند.

 

کمپرسور جابجایی مثبت

 

کمپرسور گریز از مرکز

 

کمپرسور محوری

تجهیزات کمکی در عملکرد کمپرسورها

کمپرسورهای گریز از مرکز و رفت و برگشتی و محرک هایشان به انواع مختلفی از تجهیزات کمکی نیاز دارند که عملکرد آنها را تامین کنند. تجهیزات این کمپرسورها در قسمت های بعدی توضیح داده می شوند:

کنسول های روغن کاری (Lube Oil Consoles)
یاتاقان های کمپرسورها روغن مورد نیاز خود برای روغن کاری را از کنسول روغن کاری دریافت می کنند. این کنسول ها می توانند به طور جداگانه در جای خود قرار گیرند و یا مستقیما روی بدنه کمپرسور نصب شوند.

کنسول های آب بندی روغن (Seal Oil Consoles)
آب بندهای هیدرولیکی که در دو انتهای خارجی محور کمپرسور نصب می شوند ، روغن را از کنسول روغن آب بندی دریافت می کنند. دستگاه روغن آب بندی ممکن است به صورت کنسول ویا به صورت قسمت هایی جداگانه از دستگاه طراحی شوند.

کندانسورهای صفحه ای (Surface Condensers)
کندانسورهای صفحه ای با گرفتن حرارت از گاز یا بخار ، آن را به مایع تبدیل می کنند. وقتی که حرارت کافی از گاز گرفته شد میعان صورت می گیرد.

پمپ آب چگالیده شده (Condensate Pump)
پمپ آب چگالیده یا کندانس شده که معمولا عمودی است ، مایع چگالیده شده را از منبع گرم در کندانسور صفحه ای می گیرد. ماده چگالیده شده طی عملیات میعان در کندانسور تولید می شود و در منبع گرم ( قسمتی از کندانسور) جمع آوری می شود.

دمنده های هوا (Air Blowers)
این دستگاه ها که معمولا با موتور به حرکت در می آیند به صورت گریز از مرکز عمل کرده و هوای تازه را برای خنک کاری قسمت های الکتریکی تامین می کنند. با اینکه این هوا از طریق لوله به موتور می رسد ، ولی خروجی آن ممکن است مستقیما به محفظه کمپرسور فرستاده شود و یا اینکه از طریق لوله های مشابه به خارج هدایت گردد. البته باید یادآوری کنیم که هر موتور الکتریکی که محفظه داشته باشد این شکل خنک کاری را نیاز ندارد.

فیلتر هوای ورودی (Inlet Air Filters)
توربین های گاز مقدار زیادی هوای تمیز را برای عملکرد خود نیاز دارند. فیلترها ممکن است بسیار بزرگ باشند لذا لازم است طراح فضای مناسب را برای فیلترها تعبیه نماید .
ترتیب مناسب برای مجراهای ورودی موازی با توربین گاز است. البته در برخی حالت ممکن است فضای مجاور توربین گاز اجازه اجرای این حالت بهینه را ندهد که در این صورت باید طرح دیگری در نظر گرفته شود . طول و چرخش های اضافی در مجراها، بازده ماشین را کاهش و هزینه ها را افزایش می دهد .

سیستم دفع حرارت (Waste heat system)
سیستم های دفع حرارت گاز خروجی داغ را از توربین های گازی گرفته و دماهای بالایی حدود 800 تا 1200 درجه فارنهایت ( 426 تا 650 درجه سانتی گراد ) را جهت استفاده در شکل های مختلف فراهم می کنند . مثلا با انتقال حرارت از نوع جابه جایی می توانند بخار مورد نیاز و یا روغن را گرم کنند تا به صورت یک منبع حرارتی استفاده شود .

درام مکش کمپرسور( Compressor suction drum )
از آنجایی که کمپرسورها به گاز خشک عاری از هرگونه رطوبت و یا شی خارجی نیاز دارند ، لازم است گاز ورودی از یک درام مکش عبور داده شود. این مخزن رطوبت و اشیا را از گاز خارج می کند، به این صورت که گاز را از یک سطح رطوبت گیر که در پایین نازل خروجی واقع است، عبور می دهد .

میرا کننده های ارتعاش (Pulsation damper)
اثرات مخرب ارتعاشات بر عمر کمپرسورهای رفت و برگشتی و نیز لوله کشی های مربوط به آن را می توان با استفاده از میراکننده های ارتعاشی کاهش داد. این میراکننده ها توسط فروشنده کمپرسور سایزبندی می شود و مستقیما روی نازل سیلندری نصب می گردند. فشارهای بالاتر در سمت خروجی که معمولا باعث ارتعاشات و نوسان بیشتر می شوند ، معمولا در پایین سیلندر اتفاق می افتد و چون در پایه نزدیک است، راحت تر قابل کنترل هستند .
میراکننده های ارتعاشی که مشابه کمک فنرها هستند نیز برای کاهش ارتعاشات سیستم استفاده می شوند و بعد از میراکننده ی پالس برروی نازل تخلیه نصب می شوند .

کمپرسورهای گریز از مرکز : زوایا و محل های نازل

کمپرسورهای جداشدنی افقی
انتخاب کمپرسورهای جداشدنی افقی از نوع یک مرحله ای و یا چند مرحله ای بستگی به طراحی کمپرسور و یا ترتیب قرار گرفتن نازل ها دارد تا بتوان طرح معینی را پدید آورد. اگر کمپرسور روی زمین نصب شود، جهت گیری نازل به سمت بالا و یا کنار در نظر گرفته می شود .در حالی که کمپرسور در ارتفاع نصب شود، حهت گیری نازل به سمت پایین در نظر گرفته می شود. در زمان تعمیرات و نگهداری، نیمه بالایی کمپرسور به صورت عمودی از نیمه پایینی جدا می شود. این طرح در موارد کاربردی مانند فرآیندهای شیمیایی، پتروشیمی، هوای فرآیندی و یا صنعتی، تبرید و خنک کاری و حجم های بالا و فشارهای کم تا متوسط مورد استفاده قرار می گیرد .

کمپرسورهای جداشدنی عمودی
این نوع از کمپرسورها جهت گیری نازلشان به سمت بالا می باشد . انتخاب نوع مناسب بستگی به الویت های در نظر گرفته شده در طرح دارد. جدا کردن روتور از مجموعه انتهای جلویی کمپرسور امکان پذیر است، با این کار روتور از موتور محرک جدا می شود. فاصله لازم برای جدا سازی نیز توسط سازنده (فروشنده) فراهم می گردد . این نوع کمپرسور در موارد کاربردی مانند واکنش های سریع شیمیایی ، تبدیل و دوباره فشرده کردن گاز ، سرویس های فرآیندی ، تبرید و خنک کاری و حالت حجم بالا و فشار کم و یا حجم پایین فشار بالای گاز مورد استفاده قرار میگیرد . در این حالت ، تعداد بیشتر از یک کمپرسور نیز ممکن است به صورت پشت سر هم استفاده شوند .

انواع محرک های کمپرسور

موتورهای الکتریکی
از نقطه نظر طراحی در مورد موتورهای الکتریکی اطلاعات زیادی لازم نیست . اطلاعاتی که لازم است بیشتر مربوط می شود به ابعاد فیزیکی موتور ، بزرگترین جزء ، وزن مورد نظر و تجهیزات خاص برای خنک کاری .

توربین بخار

دو نوع توربین بخار وجود دارد : توربین با فشار پشتی (back pressure) و چگالش (condensing) توربین های فشار پشتی با بخار فشار بالا به حرکت در می آیند و کندانسور صفحه ای احتیاج ندارند. توربین های چگالشی با بخار فشار کم به حرکت در می آیند و احتیاج به کندانسور دارند. توربین های گاز از آنجایی که توانایی تبدیل مقدار زیاد انرژی حرارتی را به کار مکانیکی با بازدهی بالا دارند، امروزه به طور وسیع استفاده می شوند. نیروی ناشی از احتراق نه از طریق لینک و بادامک بلکه به صورت مستقیم به محور چرخشی اعمال می شود. به علاوه توربین بخار ارتعاشات کم و قطعات متحرک کمی دارد که احتیاج به تعمیرات نگهداری داشته باشند، و بالاخره اینکه دامنه سرعت در توربین های بخاری بسیار زیاد است به این صورت که برخی تامین کننده های توربین توان های 1 تا 100000 اسب بخار را عرضه می کنند . توربین های بدون چگالش از نظر فیزیکی نسبت به انواع همراه با چگالش کوچکتر هستند چراکه مراحل کمتری برای پایین آوردن دمای گاز لازم دارند .