Stisnjeni plini: tveganja pri stiskanju zmesi CO2 in H2O
V inženirstvu je stiskanje mešanic plinov pogost, vendar zapleten postopek, ki zahteva poglobljeno razumevanje lastnosti in obnašanja vključenih plinov. Danes se bomo poglobili v posebnosti stiskanja ogljikovega dioksida (CO2) v mešanici z vodo (H2O), kar je scenarij, ki predstavlja edinstvene izzive in tveganja.
Značilnosti CO2
CO2 je neviden plin brez vonja, ki je težji od okoliškega zraka.
Pri sobni temperaturi (20 °C) in tlaku (1 bar) obstaja kot plin, vendar se njegovo obnašanje v kombinaciji z vodo spremeni. Če je koncentracija H2O večja od 2,33 vol. %, se voda začne kondenzirati in tvoriti tekoče kapljice.
Do kondenzacije plinastega H2O pride na primer tudi, ko se vroča nasičena plinska zmes po stiskanju ohladi z vmesnim ali končnim hladilnikom.
Ob prisotnosti tekočega H2O zmes tvori ogljikovo kislino (H2CO3), ki je ravnotežje med CO2, tekočim H2O in ioni HCO3. Na to ravnovesje vpliva delni tlak CO2, ki določa količino CO2, ki ostane kot plin ali se v kondenzatu pretvori v ione HCO3.
Več kot je raztopljenih ionov HCO3, bolj kisel je kondenzat.
Tveganja, povezana s kislinami
Glavno tveganje pri stiskanju zmesi CO2 in H2O je nastajanje kislin. Ko CO2 pride v stik z vodo, nastane ogljikova kislina, ki lahko korozivno vpliva na materiale, uporabljene v kompresijski komori, ali na katerem koli mestu, kjer lahko pride do kondenzacije.
Zato je uporaba nerjavnega jekla pri izdelavi kompresorjev in povezanih sestavnih delov ključnega pomena. Nerjavno jeklo je odporno na korozivno naravo kislin, ki nastajajo med stiskanjem in hlajenjem, kar zagotavlja dolgo življenjsko dobo in zanesljivost strojev.
Nerjavno jeklo
Nerjavno jeklo je znano po svoji odpornosti proti koroziji, ki je predvsem posledica prisotnosti kroma. Po definiciji morajo nerjavna jekla vsebovati najmanj 10,5 % masnega odstotka kroma. Korozijsko odpornost nerjavnega jekla lahko povečate z dodajanjem drugih legirnih elementov, kot so nikelj, molibden, dušik in titan.
Na primer, običajna vrsta nerjavnega jekla AISI 304L vsebuje 18,111 % kroma in 8,074 % niklja ter zagotavlja dobro odpornost proti koroziji in mehanske lastnosti z mejo plastičnosti 351 N/mm² in natezno trdnostjo 619 N/mm². Odlikuje ga tudi nizka vsebnost ogljika, ki pomaga preprečevati interkristalno korozijo po varjenju.
Zaradi teh lastnosti je nerjavno jeklo popoln material za številne načine uporabe, vključno s tistimi v medicini, živilskopredelovalni industriji in gradbeništvu, kjer sta trpežnost in higiena bistvenega pomena.
Tveganja, povezana s tekočinami
Drugo in še pomembnejše tveganje, ki ga je treba upoštevati pri mešanicah plinov, ki vključujejo H2O, je povezano z nastankom tekočih kapljic pred stiskanjem. Te tekoče kapljice so v primerjavi s plinom veliko manj stisljive. Ko kapljice vstopijo v kompresijsko komoro prostorninskega kompresorja, so sile, ki bi bile potrebne za njihovo stiskanje, lahko veliko večje od sil, za katere je zasnovan plinski kompresor.
To lahko povzroči okvare ročične gredi, poškodbe batnice ali druge mehanske okvare.
Če želite zmanjšati tveganja, povezana s stiskanjem mokrega CO2, zlasti nasičenega CO2, morate obvezno uporabljati
vhodni izločevalnik.
- Ta naprava preprečuje, da bi tekoča voda vstopila v kompresijsko komoro, in tako varuje valje, ventile in bate pred poškodbami.
- Zagotavlja tudi zanesljivo delovanje plinskega kompresorja pri zahtevnih načinih uporabe.
Toplotna tveganja
Drugi vidik, ki ga je treba upoštevati, je specifična toplota mešanice plinov. Specifična toplota kaže, koliko energije je potrebne za spremembo temperature plina. Pri stiskanju enake količine okoliškega zraka ali čistega CO2 bo temperatura plina pri enakem izhodnem tlaku različna.
Temeljito razumevanje te lastnosti je bistvenega pomena, da natančno prilagodite postopek stiskanja in s tem povezane zahteve glede hlajenja. Tako se izognete vsem tveganjem, povezanim z nihanjem temperature.
S pravilno dimenzioniranim vmesnim in končnim hladilnikom bo kompresor deloval na najučinkovitejši možni način in bo stroške delovanja zmanjšal na najnižjo stopnjo.
Zaključek
Stiskanje mešanic CO2 in H2O je naloga, pri kateri je treba upoštevati lastnosti vključenih plinov.
Če uporabljate ustrezne materiale, kot je nerjavno jeklo, in varnostne ukrepe, kot so vhodni izločevalniki, lahko inženirji učinkovito obvladujejo tveganja ter zagotovijo varno in učinkovito delovanje.