Überlegungen zum Kompressor: Bedeutung der richtigen Auswahl und Dimensionierung für industrielle Anwendungen

Die Kompressortechnologie erfüllt einen entscheidenden Zweck, erzielt jedoch nur dann ihre gewünschte Wirkung, wenn sie in den richtigen Anwendungen eingesetzt wird. Selbst dann müssen ausreichend Studien und Überlegungen angestellt werden, bevor entschieden wird, ob diese Kompressoren besser funktionieren als andere Technologien.

Vereinfacht gesagt gibt es für alle Anwendungen, bei denen es um die Handhabung und den Transfer von Industriegasen geht, keine Standardlösungen. Daher kann das Treffen von Annahmen, die auf früheren Erfahrungen basieren oder auf dem, was der andere tut, den Benutzern nur Ärger bereiten.

Um den Aufwand bei der Auswahl der richtigen Kompressortechnologie für die Handhabung von Industriegasen zu verringern, wird in diesem Artikel ein allgemeiner Rahmen dargelegt, der dem Endbenutzer dabei helfen kann, die richtige Lösung für alle seine unterschiedlichen Anwendungen zu identifizieren und auszuwählen.

Wenn ein Endbenutzer anruft und sagt, dass er eine Anwendung hat, bei der er ein Produkt bewegen muss, sei es Ammoniak zu Vinylchlorid, besteht die erste Aufgabe des Anwendungstechnikers des Gerätelieferanten und seine oberste Priorität darin, die offensichtlichste Frage zu stellen: Ist das gleichmäßig? eine Kompressoranwendung?

Der Bediener muss die Anwendung definieren und erklären, was im Rahmen des Produkttransferprozesses erfolgen muss. Nach Festlegung der Betriebsparameter weiß der Anwendungstechniker, ob ein Kompressor eine geeignete Technologie für den Abschluss des Prozesses ist. Typischerweise gibt es drei produkttransferbasierte Anwendungen, die in den Sweet Spot für Kompressoren passen:

Dampfrückgewinnung: Bei diesem Prozess werden Gase aufgefangen, die in einem Lagerbehälter verbleiben und früher in die Atmosphäre abgelassen worden wären. Heutzutage müssen diese Gase aufgrund strengerer Umwelt- und Sicherheitsvorschriften sowie ihres wirtschaftlichen Werts zurückgewonnen werden. Die Dampfrückgewinnung wird typischerweise für verflüssigte Gasdämpfe verwendet, die nach dem Transfer in einem Behälter verbleiben, für Erdgasdämpfe in Lagertanks, für Schwefelhexafluorid in elektrischen Transformatoren, für Dichtungslecks aus Prozesskompressoren in größeren Anlagen und für die Entleerung von Lagerbehältern vor deren Wartung, Aufbereitung usw Ersatz.

Druckerhöhung: Bei diesem Prozess wird ein Gas von einem Ort zu einem anderen bewegt, indem der Gasdruck auf ein Niveau erhöht wird, das es ermöglicht, es an einen anderen Speicherort oder Prozess zur Verwendung bei diesem höheren Druck zu schicken. Ein einfaches Beispiel ist ein Stickstoffverstärkungssystem, das den Druck von Stickstoffgas, das bei 125 Pfund pro Quadratzoll Überdruck (psig) (8,6 barg) gespeichert ist, auf einen erhöhten Druck von 300 psig (20,6 barg) erhöht, um den Prozessanforderungen gerecht zu werden. Druckverstärkung kann auch zur Übertragung von raffiniertem Erdgas aus einer Niederdruckverteilungsleitung in einen Speichertank eingesetzt werden, der einen Brenner in einem Wärmebehandlungsprozess speist. Kompressoren eignen sich hervorragend für den Druckerhöhungsprozess, da sie ein breites Spektrum an Druckerhöhungsbedingungen bewältigen können.

Flüssiggastransfer: Dieser Vorgang findet im Allgemeinen beim Be-, Entladen oder Umladen von Eisenbahnwaggons statt und kann sowohl den Flüssigkeitstransfer als auch die Dampfrückgewinnung umfassen. Zu den in dieser Phase gebräuchlichen Produkten können Propylen, Kohlendioxid, eine Vielzahl von Kältemitteln, Propan und eine Vielzahl anderer Flüssiggase gehören. Grundsätzlich kommt fast jede Flüssigkeit, die unter ihrem eigenen Dampfdruck in Drucktanks gelagert wird, für den Flüssiggastransfer oder die Dampfrückgewinnung in Frage.

Sobald der eigentliche Prozess identifiziert ist, müssen die Anwendungsbedingungen festgelegt werden. Um diesen Prozess zu vereinfachen, verwenden viele Gerätelieferanten ein Datenblatt, das sie Endbenutzern zum Ausfüllen geben. Zu den allgemeinen Fragen gehören Standort und Höhe des Standorts, Standort der Ausrüstung und ob die Ausrüstung stationär oder mobil ist. Im Fragebogen werden auch spezifischere Betriebsparameter abgefragt, wie zum Beispiel:

Sobald diese Betriebsparameter identifiziert sind, können sie an den Anwendungstechniker zurückgesendet werden, der den richtigen Kompressor auswählt. Dies bedeutet jedoch nicht, dass sie eine endgültige Antwort haben werden. In vielen Fällen deuten die Betriebsparameter möglicherweise darauf hin, dass mehr als eine Maschinengröße oder ein mehr als ein Maschinentyp sicher für die Aufgabe empfohlen werden kann.

Dies bedeutet jedoch nicht, dass es eine Einheitslösung gibt, die für alle passt. Es lohnt sich, noch einmal zu betonen, dass jede Technologie und jedes Modelldesign innerhalb dieser Technologie konkrete Grenzen ihrer betrieblichen Fähigkeiten hat. Dies kann auch ein Umdenken erfordern. Wenn eine Anwendung beispielsweise eine Durchflussrate von 500 Standardkubikfuß pro Minute (scfm) bei einem Druck von 800 Pfund pro Quadratzoll (psi) erfordert, kann ein einzelner Kompressor diesen Standard möglicherweise nicht erfüllen, wenn er jedoch eingesetzt wird In Reihe oder parallel mit einem zweiten Kompressor könnte dies die beste Möglichkeit sein, die Betriebsparameter einzuhalten.

Hubkolbenkompressoren sind Verdrängermaschinen, ebenso wie ihre Membrankompressoren. Es gibt auch Rotationskompressoren mit positiver Verdrängung, z. B. Flügelzellen-, Schrauben-, Flüssigkeitsring- und Gebläsetypen. Schließlich gibt es axiale oder radiale Turbokompressoren. Alle zeichnen sich durch ihre eigene operative Nische in der Welt der Industriegasübertragung aus, sei es die Fähigkeit, einen hohen Durchfluss bei hohem Druck, einen hohen Durchfluss bei niedrigem Druck, einen niedrigen Durchfluss bei niedrigem Druck oder einen niedrigen Durchfluss bei hohem Druck zu erzeugen. Auch hier liefern die Betriebsparameter des Prozesses einen Leitfaden für die beste Kompressortechnologie.

Ein weiterer Faktor sind die Kosten. Kolbenkompressoren gehören zu den kostengünstigsten Technologien, die auf dem Markt erhältlich sind. Dennoch spielen die Prozessparameter und Anforderungen des Betriebs eine große Rolle bei den Endkosten der für die Anwendung erforderlichen Ausrüstung. Beispielsweise haben Maschinen, die die Konstruktionsanforderungen des American Petroleum Institute (API) 618 erfüllen müssen, einen höheren Kaufpreis als Maschinen, die nicht der API 618 entsprechen.

Während viele Systeme in der Lage sind, eine Standardmaschine unverändert zu verwenden, gibt es nach Auswahl der richtigen Maschine immer einige Anwendungen, bei denen eine speziell entwickelte oder konfigurierte Maschine erforderlich ist. In diesem Fall fallen zwangsläufig zusätzliche Systemkosten an, da der Kompressor und/oder das System an die Anforderungen des Betriebs angepasst werden.

Auch wenn ein Hubkolbenkompressor die beste Wahl für den Betrieb ist, müssen noch weitere Überlegungen angestellt werden, bevor eine endgültige Entscheidung getroffen wird.

Innerhalb der Familie der Hubkolbenkompressoren gibt es ölfreie, nicht geschmierte, geschmierte und ölfreie Ausführungen. Auch hier wird die Kenntnis der Betriebsparameter und Anforderungen einen Weg schaffen, der zur Auswahl der richtigen Technologie führt. Beispielsweise ist für die Übertragung von Roherdgas möglicherweise kein ölfreier Kompressor erforderlich. Das Gas selbst weist bereits Verunreinigungen auf, so dass geringe Mengen an Öl, das vom Kompressor übertragen wird, dem Produkt oder dem Prozess keinen Schaden zufügen. Anforderungen an die Emissionskonformität könnten jedoch bedeuten, dass ein ölfreies Design aufgrund seiner Undichtigkeit immer noch die beste Lösung ist -Kontrollfunktionen.

Darüber hinaus sind ölfreie Kompressoren aufgrund der erhöhten technischen Anforderungen der ölfreien Konstruktion normalerweise teurer. Eine ölfreie Maschine wird in der Regel immer dann erforderlich sein, wenn die Gasreinheit des Prozessgases des Anwenders nicht durch den Kompressor verunreinigt werden darf. Diese Anwendungsanforderungen erfordern in der Regel einen ölfreien Kompressor.

Wachsende Umweltaspekte könnten auch dazu führen, dass ölfreie Kompressoren ausgewählt und eingesetzt werden. Einige geschmierte Kompressorkonstruktionen, die eine Ölschmierung im oberen Zylinder- und Ventilbereich erfordern, verfügen nicht über einen Gasdichtabschnitt (Distanzstück). Dies kann zu höheren Leckageraten führen, was eine Gefahr für die Umwelt darstellen kann. Angesichts der zunehmenden Kontrolle diffuser Emissionen und Lecks durch Aufsichtsbehörden müssen sich die Betreiber der Auswirkungen bewusst sein. Dazu können Bußgelder und sogar Schließungen gehören, wenn der Betrieb weiterhin gegen behördliche Auflagen verstößt.

Fällt die Wahl auf einen ölfreien Hubkolbenkompressor, müssen auch die tatsächlichen Umgebungsbedingungen berücksichtigt werden. Bei ölfreien Konstruktionen gelten bestimmte Einschränkungen der Austrittstemperatur. In diesem Fall ist das obere Ende der Maschine für den Betrieb ohne Schmierung ausgelegt und verfügt daher über nichtmetallische Verschleißteile (z. B. Kolbenringe, Packungsdichtungen usw.), die zu Opferverschleißteilen werden, da sie ohne Schmierung arbeiten.

Aufgrund ihrer Konstruktion müssen diese Teile regelmäßig gewartet und ausgetauscht werden. In der Regel erfolgt dies im Rahmen eines jährlichen vorbeugenden Wartungsprogramms. In einigen Anwendungen, in denen die Betriebstemperaturen niedrig sind und die Betriebsdrücke und Kompressorumdrehungen pro Minute (U/min) in einem moderaten Bereich liegen, kann ein Benutzer sehen, dass der Kompressor einige Jahre lang ohne nennenswerten Wartungsaufwand läuft. Bei anderen Anwendungen, bei denen die Temperaturen hoch und die Drücke anspruchsvoller sind, kann der Betreiber den Kompressor möglicherweise nur 2.000 Betriebsstunden lang nutzen, bevor die hochwertigen Verschleißteile gewartet werden müssen. Beachten Sie, dass diese Situation typischerweise bei Anwendungen mit sehr hohen Austrittstemperaturen auftritt, die durch das Gesamtkompressionsverhältnis der Anwendung bedingt sind. Diese Möglichkeiten müssen dem Betreiber im Vorfeld des Auswahlprozesses mitgeteilt werden, um Beschwerden oder Vorwürfe im Nachhinein zu minimieren.

Schließlich und vor allem muss die Leistung des Hubkolbenkompressors die Anforderungen des Prozesses erfüllen oder übertreffen. Dies kann häufig bedeuten, dass der Kompressorhersteller andere Fachleute auf diesem Gebiet – Händler, Hersteller, Systemintegratoren usw. – um Unterstützung bei der Fertigstellung eines schlüsselfertigen Gaskompressorsystems für die Anwendung bitten muss. Am Ende haben alle Beteiligten das gleiche Ergebnis vor Augen: die Arbeit zuverlässig, effizient, sicher und kostengünstig zu erledigen.

Kolbenkompressoren können wie jede vergleichbare Technologie ihre Aufgaben nur dann effektiv erfüllen, wenn sie in die Lage versetzt werden, erfolgreich zu sein. Das Erreichen eines idealen Betriebszustands kann erreicht werden, wenn die richtige Vorarbeit geleistet wird, um sicherzustellen, dass der Kompressor die vielen einzigartigen und unterschiedlichen Anforderungen der Anwendung erfüllen kann. Durch das Stellen der richtigen Fragen, die Durchführung der erforderlichen Recherchen und die enge Zusammenarbeit mit dem Benutzer und anderen Vertriebspartnern sorgt der Kompressorauswahlprozess für einen optimierten Betrieb.

Ron Crouch ist Produktmanager – Kompression für Blackmer und PSG. Weitere Informationen finden Sie unter blackmer.com.