Sprężone gazy: Ryzyko sprężania CO2 i mieszanin H2O
W dziedzinie inżynierii sprężanie mieszanin gazowych jest powszechnym, ale złożonym procesem, który wymaga głębokiego zrozumienia właściwości i zachowań związanych z nimi gazów. Dziś zagłębiamy się w specyfikę sprężania dwutlenku węgla (co2) po zmieszaniu z wodą (H2o), scenariusz, który przedstawia wyjątkowe wyzwania i zagrożenia.
Charakter CO2
CO2 to bezwonny i niewidzialny gaz, który jest cięższy niż powietrze otoczenia.
W temperaturze pokojowej (20°C) i ciśnieniu (1 bara) występuje jako gaz, ale jego zachowanie zmienia się w połączeniu z wodą. W przypadku, gdystężenie H 2 o jest większe niż 2,33% obj., woda zacznie się skraplać i tworzyć ciekłe kropelki.
Kondensacja gazowa H2o ma również miejsce na przykład wtedy, gdy gorąca, nasycona mieszanina gazów jest schładzana za pomocą chłodnicy międzystopniowej lub końcowej po sprężaniu.
Gdywystępuje ciecz H 2 o, mieszanina tworzy kwas węglowy (H2co3), który stanowi równowagę międzyjonami co 2 , ciecz H 2 o i HCO 3 -. Na równowagę tę ma wpływ ciśnienie parcjalne co2, które określa ilość co2 pozostającego w postaci gazu lub przekształconego wjony HCO 3 w kondensacie.
Im więcejjonów HCO 3 jest rozpuszczonych, tym bardziej kwaśny staje się kondensat.
Związane z tym ryzyko kwaśne
Główne ryzyko związane z kompresją mieszaniny co 2 i H 2 o polega na tworzeniu kwasów. Gdy co2 wchodzi w kontakt z wodą, tworzy kwas węglowy, który może mieć działanie korozyjne na materiały używane w komorze sprężania lub w dowolnym miejscu, w którym może wystąpić kondensacja.
Dlatego zastosowanie stali nierdzewnej w budowie sprężarek i powiązanych komponentów jest kluczowe. Stal nierdzewna zapewnia odporność na korozję kwasów powstających podczas sprężania i chłodzenia, zapewniając trwałość i niezawodność maszyny.
Stal nierdzewna
Stal nierdzewna jest znana ze swojej odporności na korozję, która jest przede wszystkim ze względu na obecność chromu. Z definicji, stale nierdzewne muszą mieć co najmniej 10.5% zawartości chromu wagowo. Odporność na korozję stali nierdzewnej można dodatkowo zwiększyć dzięki dodaniu innych elementów stopowych, takich jak nikiel, molibden, azot i tytan.
Na przykład wspólny typ, stal nierdzewna AISI 304L, zawiera 18.111% chromu i 8.074% niklu, oferując dobrą odporność na korozję i właściwości mechaniczne, o granicy plastyczności 351 N / mm² i wytrzymałości na rozciąganie 619 N / mm². Wyróżnia się również niską zawartością węgla, co pomaga zapobiegać korozji międzykrystalicznej po spawaniu.
Te właściwości sprawiają, że stal nierdzewna jest idealnym materiałem do wielu zastosowań, w tym w przemyśle medycznym, spożywczym i budowlanym, gdzie trwałość i higiena są najważniejsze.
Ryzyko związane z płynnością
Drugie i równie ważne ryzyko, które należy wziąć pod uwagę w przypadku mieszanin gazowych, które zawierają H2o jako część mieszaniny, jest związane z tworzeniem się kropel cieczy przed ściskaniem. Te ciekłe kropelki są znacznie mniej ściśliwe w porównaniu do gazu. Kiedy wejdą do komory sprężania sprężarki objętościowej, siły, które byłyby wymagane do ich sprężania, mogą być znacznie większe niż to, do czego sprężarka gazu jest przeznaczona.
Może to spowodować awarie wału korbowego, uszkodzenie tłoczyska lub inne mechaniczne uszkodzenia.
Aby zmniejszyć ryzyko związane ze sprężaniem mokrego co2 – a zwłaszcza nasyconego co2 , należy stosować go obowiązkowo
separator wlotowy.
- To urządzenie zapobiega przedostawaniu się ciekłej wody do komory sprężania, chroniąc cylindry, zawory i tłoki przed uszkodzeniem.
- Gwarantuje również niezawodne działanie sprężarki gazu w wymagających zastosowaniach.
Związane z tym ryzyko termiczne
Kolejnym aspektem, który należy wziąć pod uwagę, jest specyficzne ciepło mieszaniny gazów. Ciepło właściwe wskazuje ilość energii potrzebnej do zmiany temperatury gazu. Sprężanie takiej samej ilości powietrza otoczenia lub czystego co2 spowoduje zmianę temperatury gazu przy tym samym ciśnieniu na wylocie.
Dokładne zrozumienie tej właściwości jest niezbędne do dostrojenia procesu sprężania i związanych z nim wymagań chłodzenia, aby uniknąć ryzyka związanego z wahaniami temperatury.
Odpowiednio dobrana chłodnica międzystopniowa i aftercooler zapewni jak najbardziej wydajną pracę sprężarki i zredukuje koszty eksploatacji do minimum.
Wnioski
Sprężaniemieszanin co 2 i H 2 o jest zadaniem wymagającym poszanowania właściwości gazów.
Dzięki zastosowaniu odpowiednich materiałów, takich jak stal nierdzewna, i zastosowaniu środków bezpieczeństwa, takich jak separatory wlotowe, inżynierowie mogą skutecznie zarządzać ryzykiem i zapewnić bezpieczne i wydajne działanie.