كمپرسورها و پديده سرج
كمپرسور به ماشيني اطلاق مي شود كه از آن براي افزايش فشار گازها استفاده مي شود . البته اين افزايش فشار مي تواند بنا به دلايل مختلفي صورت گيرد . به عنوان مثال در خطوط لوله انتقال گاز، فشرده سازي بمنظور غلبه بر تلفات فشاري كه به علت انبساط گاز، اصطكاك مسير، تغيير در ارتفاع يا تغيير در دما و همچنين تغيير در ميزان فلو، بين نقاط توليد و مصرف گاز اتفاق مي افتد صورت مي گيرد .
منحني عملكرد كمپرسور سانتريفيوژ
نمودار عملكرد هر كمپرسور ( Compressor Map ) توسط شركت سازنده تهيه مي گردد . اين نمودار از دو محور افقي و عمودي و همچنين يك دسته منحني تشكيل شده كه محور افقي ميزان فلو (ظرفيت) و محور عمودي، هد (head ) يا فشار را نشان مي دهد . دسته منحني نيز بيانگر عملكرد كمپرسور در دورهاي مختلف مي باشد . در اين نمودار براي هر دوري يك نقطه حداقل و يك نقطه حداكثر ظرفيت (فلو) وجود دارد كه بين اين دو نقطه ، كاركرد كمپرسور، پايدار و قابل پيش بيني مي باشد . به نقطه حداكثر ظرفيت ، نقطه Stonewall و به نقطه حداقل ظرفيت، نقطه Surge گفته ميشود .
با اتصال نقاط سرج در دورهاي مختلف خط حد سرج بدست مي آيد . اگر كمپرسور در سمت راست اين خط كاركند در حالت پايدار و اگر در سمت چپ اين خط كار كند در حالت ناپايدار يا سرج مي باشد . سرج بصورت يك ناپايداري در فلو كه اساسا در كمپرسورهاي ديناميكي اتفاق مي افتد تعريف مي شود . اين پديده هنگامي اتفاق مي افتد كه كمپرسور قادر به توليد هد كافي براي غلبه بر مقاومت پايين دست خود نمي باشد و يا بطور ساده تر فشار ديسشارژ توليدي توسط كمپرسور كمتر از فشار پايين - دست آن است . در اين حالت ، يك حركت رفت و برگشتي (سيكلي) در جريان گاز ايجاد خواهد شد . علت اين جريان رفت و برگشتي كه به سيكل سرج معروف است در قسمت بعد توضيح داده شده است .
سيكل سرج
در شکل 9-1 ، سيكل سرج روي منحني مشخصه كمپرسور رسم شده است . فرض شود كمپرسور در نقطه پايدار D كار مي كند . با كاهش تقاضاي گاز در پايين دست كمپرسور، نقطه كار به سمت نقطه A (حد سرج) خواهد رفت و با گذشتن نقطه كار از A كمپرسور، ديگر توانايي افزايش فشار ديسشارژ را نخواهد داشت در نتيجه فشار ديسشارژ ، كمتر از فشار پايين دست خواهد شد كه اين سبب مي شود جهت فلو از طريق كمپرسور عكس شده و نقطه كار به B جهش پيدا كند . نقطه B ، نقطه پايداري در كاركرد كمپرسور نمي باشد .
هنگامي كه فلو معكوس اتفاق مي افتد فشار پايين دست از طريق كمپرسور افت پيدا كرده و همزمان، فلو به سمت مثبت شدن خواهد رفت تا اينكه نقطه كار به C برسد . در نقطه C ميزان فلو به اندازه اي نيست كه بتواند فشار مورد نياز براي بازگشت به نقطه A را بسازد . در نتيجه نقطه كار به نقطه D ، يعني جايي كه ميزان فلو بيشتر از حدي است كه ب ار تقاضا دارد مي رود لذا در خروجي دوباره فشار ساخته مي شود تا اينكه به نقطه A برسد . اگر تغييري در شرايط كمپرسور ايجاد نشود اين عمل بصورت سيكلي تكرار خواهد شد .
پديده سرج مي تواند بوسيله كمبود فلوي ورودي نيز ايجاد شود زيرا كمبود فلوي ورودي نيز باعث كاهش فلوي خروجي مي شود . از آنجايي كه اين سيكل ممكن است چندين بار در ثانيه اتفاق بيفتد در نتيجه، نوسانات فشاري كه ايجاد مي كند بسيار آسيب زننده است . لذا براي جلوگيري از اين آسيب ها لازم است عواملي كه باعث نزديكي نقطه كار كمپرسور به خط سرج مي شوند شناخته شوند .
در بررسي اين عوامل از معادله هد پلي تروپيك و منحني مشخصه كمپرسور استفاده مي شود كه براي درك آن در قسمت بعد، مختصري درباره تراكم گاز طبيعي گفته شده است .
عوامل سرج
1. بالا بودن فشار در هدر خروجي در زمان به خط زدن يك كمپرسور .
2. كاهش فلوي كمپرسور به هر علت (كاهش مصرف در پايين دست يا بسته شد ن شيرهاي بين راهي خطوط انتقال يا تريپ خوردن ايستگاههاي بعدي)
3. افزايش فشار در هدر خروجي كمپرسور به علت بسته شدن مسير در پايين دست .
4. كاهش فشار گاز ورودي به كمپرسور به هر علت .
5. تغييرات در جرم مولكولي سيال به علت تغيير در تركيب گاز .
6. كاهش سريع دور به هر علت (مثلا توقف اضطراري)
با دقت در عوامل فوق الذكر نتيجه گرفته مي شود كه كمپرسور در هر يك از سه حالت كاري خود از قبيل راه اندازي ، شرايط عادي بهره برداري و يا زمان توقف اضطراري با خطر سرج مواجه است لذا سيستم كنترل بايد براي جلوگيري از سرج در هر يك از شرايط فوق، طراحي خاص آن شرايط را داشته باشد .
مشخصه هاي سرج
وقوع سرج در كمپرسورهاي سانتريفيوژ اغلب با مشخصه هايي همراه مي باشد كه در زير به آنها اشاره شده است:
1- معكوس شدن سريع فلوي خروجي كمپرسور در حد ميلي ثانيه (شکل 10-1)
2- نوسانات شديد فشار(شکل 10-1)
3- افزايش سريع دماي گاز عبوري و همچنين دماي داخلي كمپرسور به اين علت كه در طي پديده سرج ، گاز يكساني چندين بار در ثانيه از ديسشارژ كمپرسور عبور داده مي شود . (شکل 10-1)
4- ارتعاشات بيش از حد كمپرسوركه مي تواند سبب تريپ كمپرسور هم بشود.
5- سرو صدا و نويز زياد.
پدیده سرج
پدیده سرج به پدیده ای گفته می شود که در طول آن ، جهت جریان گاز در داخل کمپرسور برای لحظاتی برعکس می شود. یعنی گاز داخل کمپرسور ضمن غلبه بر نیروی پروانه، به طور معکوس به سمت ورودی کمپرسور حرکت می کند.
سرج در كمپرسورهای سانتريفوژ زمانی اتفاق می افتد كه جريان گاز ورودی به كمپرسور، كمتر از مقدار طراحی شده باشد. در اين حالت جريان ورودی يا فشار مکش از حد مجاز طراحی کمتر شده، گاز قادر به خروج از كمپرسور نبوده و کمپرسوردچار ارتعاشات شديدی می گردد. ارتعاشات ايجاد شده ممكن است باعث ايجاد خسارات زيادی به ساختمان كمپرسور، سروصدای زياد، تلف شدن ا نرژی و كاهش بازده کمپرسور شود.
دليل به وجود آمدن ارتعاشات، اين است که شفت کمپرسور از يک طرف در جهت دوران محرک چرخيده و از طرف ديگر به علت افزايش نسبت تراکم از حد مجاز، تحت نيرويی برای چرخش در خلاف جهت محرک قرار دارد. پديده سرج معمولا وقتی رخ می دهد که جريان بين 70%-50% زير مقدار طراحی باشد.
برای مشخص کردن پديده سرج تجهيزات خيلی پيچيده مورد نياز نمی باشد. ارتعاشات ايجاد شده معمولا به راحتی شنيده می شود و حتی با ايستادن در نزديكی كمپرسور احساس می شوند.
سیستم کنترل آنتی سرج
کـنـتـرل ســرج - لازم است که همه سیستم های کنترلی کمپرسور سانتریفوژ، مجهز به سیستمی برای کنترل و محافظت کمپرسور از پدیده سرج شده و مانع رسیدن شرایط عملکرد به محدوده سرج شوند.
روش های کنترل سرج عبارتند از:
1. استفاده از شیر تخلیه
هنگامی که به هر دلیلی فشار خروجی افزایش بیش از حدی داشته باشد، نسبت تراکم افزایش یافته و جریان ورودی کاهش می یابد و به حالت سرج نزدیک می شویم. در این حالت قبل از رسیدن به خط کنترل سرج، شیر تخلیه به طور اتوماتیک باز شده و جریان گاز به هوا تخلیه می شود. به محض تخلیه گاز، فشار خروجی کمتر شده، نسبت تراکم کاهش، و در نتیجه جریان گاز افزایش می یابد. افزایش جریان گاز، باعث دور شدن از شرایط سرج در کمپرسور می شود. در این روش گاز خروجی مستقیما وارد هوای آزاد می شود. بنابراین از این سیستم تنها در مواردی استفاده می شود که گاز ، خطرناک و یا قیمتی نباشد.
2. استفاده از لوله های برگشت جریان
اگر گاز خطرناک و یا باارزش باشد، از سیستم لوله های برگشت جریان استفاده می شود. بدین ترتیب که گازی که تخلیه می شود، دیگر وارد محیط آزاد نشده و دوباره وارد کمپرسور می گردد. چون درجه حرارت گاز در هنگام تراکم بالا می رود، اگر گاز برگشتی از لوله خروجی به لوله ورودی متصل شود، درجه حرارت گاز ورودی را افزایش می دهد که این باعث کاهش راندمان کمپرسور می شود. لذا لوله برگشت جریان باید بعد از خنک کننده نصب شود تا گاز خنک به ورودی کمپرسور بازگردانده شود. شیر برگشت جریان مانند شیر تخلیه می تواند به صورت اتوماتیک عمل کند.
سیستم کنترل سرج
سیستم کنترل سرج، یکی از سیستم هاي بسیار ضروري براي حفاظت کمپرسورهاي سانتریفیوژ می باشد سیستم کنترل سرج همیشه در وضعیت خودکار قرار دارد و به طور دستی در اختیار اپراتور نیست. اگر بنابه هر دلیل از جمله کمتر شدن شدت جریان ورودی از حداقل مقدار طراحی، نقص در سیستم ابزار دقیق و عدم عملکرد صحیح، سیستم کنترل خودکار سرج به درستی عمل نکند بایستی اپراتور خیلی سریع کمپرسور را از سرویس خارج کرده و بدین وسیله از بروز خسارت و صدمات جبران ناپذیر به کمپرسور و تجهیزات آن جلوگیری کند.
اهميت سيستمهاي كنترل سرج
از آنجايي كه كمپرسورهاي سانتريفيوژ، اجزاي گران و اصلي اكثر فرايند ها هستند حفاظت از اين دارائي پرارزش از آسيبهايي كه به سبب سرج اتفاق مي افتد بسيار ضروريست . اين وظيفه بر عهده سيستمي به نام سيستم كنترل سرج (يا آنتي سرج) مي باشد .
البته به اين نكته توجه شود كه بهتر است بهره بردار، نقطه كار كمپرسور را مد نظر داشته باشد و اجازه ندهد نقطه كار به خط سرج نزديك شود ، به طوري كه لازم باشد سيستم كنترلي عمل كند زيرا اين احتمال هر چند ضعيف را بايد داد كه سيستم كنترلي ممكن است بر اثر مشكلي نتواند درست عمل كند .
اندازه گيري در سيستمهاي كنترل سرج
سرج پديده ايست كه خيلي سريع اتفاق مي افتد بنابراين براي داشتن يك كنترل مناسب روي اين پديده، فقط توجه به انتخاب شير آنتي سرج مناسب، يا داشتن يك الگوريتم كنترلي مناسب و يا استفاده از يك كنترلر اختصاصي؛ كافي نمي باشد، بلكه بايد توجه خاصي نيز به ابزارهاي اندازه گيري در پروسه شود . زيرا اين ابزارها هستند كه نقطه كار كمپرسور را مشخص مي كنند . اندازه گيريهاي كليدي در سيستم كنترل سرج، شامل اندازه گيري ميزان فلو گاز عبوري از كمپرسور، فشار ساكشن و ديسشارژ و همچنين دماي گاز ميباشند كه توسط ترانسميترها صورت مي گيرند . ترانسميترها در حقيقت وسايلي هستند كه خروجي سنسورها يا مبدلها (ترانسديوسرها ) را گرفته و به يك سيگنال با سطح مناسب براي اعمال به ورودي كنترلرها تبديل مي كنند . امروزه معمولا هر دو قسمت ترانسديوسر و ترانسميتر در يك مجموعه قرار دارند و كل اين مجموعه تحت نام ترانسميتر شناخته مي شود . در اينجا و در مباحث بعدي نيز منظور از كلمه ترانسميتر، مجموعه ترانسميتر و ترانسديوسر مي باشد . انتخاب و كاليبراسيون صحيح ترانسميترها از لحاظ مواردي همچون پاسخ زماني ، درستي و همچنين عدم قطعيت اندازه گيري ، مستقيما در درجه دقت سيستم كنترل سرج و ميزان قابليت آن در آشكارسازي سرج تاثيرگذار است .
كنترلرها ي سرج
همانطور كه گفته شد سيستم كنترل سرج، يكي از سيستمهاي ضروري براي كمپرسور سانتريفيوژ مي باشد كه وظيفه دارد آن را از رفتن به سرج محافظت كند . امروزه سيستمهاي كنترل سرج به صورتهاي مختلفي بكار گرفته شوند اما همه آنها در يك هدف اوليه كه پيش بيني و جلوگيري از وقوع سرج مي باشد مشتركند . سيستمهاي كنترل بايد فلو عبوري و هد (head ) كمپرسور را اندازه گرفته و از آن، نقطه كار كمپرسور را بدست آورند . آنگاه در صورتي كه فلو عبوري از كمپرسور در يك هد معين، كمتر از يك ميزان فلو حداقل گرديد بايد شير آنتي سرج در يك زمان مشخص و در يك ست پوينت خاصي كه سيستم كنترل سرج براي آن معين مي كند باز شود . با باز شدن اين شير، فلو بيشتري براي كمپرسور مهيا شده و هد كمپرسور نيز كاهش خواهد يافت .
پياده سازي سخت افزاري كنترل كننده هاي سرج
دو روش براي پياده سازي الگوريتمهاي كنترل سرج وجود دارد :
1- استفاده از سيستمهاي بر پايه PLC : در اين روش الگوريتم كنترل سرج همانند قسمتي از يك برنامه در داخل PLC قرار گرفته بدون اينكه نياز به سخت افزار خاصي باشد
2- استفاده از يك كنترلر مستقل : اين روش براي آن كاربردهايي كه PLC ، توانايي مهيا كردن كنترل سرج مناسب را ندارد كاربرد دارد . در هر صورت، چه از PLC و چه از كنترلر اختصاصي استفاده شود كنترلر بايد سريع باشد و بتواند در فواصل كوتاه ورودي ها را بخواند .
توانمندي هاي شركت بهساز در زمینه ی طراحی و اجرای سیستم های کنترل سرج
1- تهیه دستگاه کنترلر از سازندگان معتبر حداقل دارای مشخصات زیر
- قابلیت AUTO/MAN – RATIO – CASCADE داشته باشد .
- COLOUR GRAOHIC LCD / OUT PUT ANALOGE /INPUT ANALOGE
- انجام طراحی و نصب کنترلر PLC در تابلوی آنتی سرج با امکانات اتوماتیک و دستی و آلارمهای موردنظر ـ فرمان Shut Down ، تحویل نرم افزار و ملحقات ، نمایش و رسیو دیتا ، امکان بک آپ گیری و امکان ارتباط با PC از طریق پورت استاندارد
2- تامين و نصب تجهیزات
3- انجام وایرینگ ادوات پانل مربوطه
4- نصب و برنامه ریزی کنترلرها
5- تهیه و تحویل نرم افزار کنترلر و APPLICATION SOFTWARE
6- تحویل مدارک چاپی کنترلر و ....
7- ضمانت 6 ماهه کنترلرها
