Komprimerede gasser: Risiko for komprimering af CO2- og H2O-blandinger
Inden for ingeniørområdet er kompression af gasblandinger en almindelig, men kompleks proces, der kræver en dyb forståelse af de involverede gassers egenskaber og adfærd. I dag dykker vi ned i detaljerne ved at komprimere kuldioxid (CO2), når det blandes med vand (H 2 O), et scenarie, der indebærer unikke udfordringer og risici.
CO2's karakter
CO2 er en lugtfri og usynlig gas, der er tungere end den omgivende luft.
Ved stuetemperatur (20 grader) og tryk (1 bara) findes den som gas, men dens adfærd ændrer sig, når den kombineres med vand. Hvis H2O koncentrationen er større end 2,33% vol., vil vandet begynde at kondensere og danne flydende dråber.
Kondensering af gasformigt H2O sker også, for eksempel når en varm, mættet gasblanding afkøles med en mellem- eller efterkøler efter kompression.
Nårder er væske H 2 O til stede, danner blandingen kulsyre (H2CO3), hvilket er en balance mellem CO2, væske H2O og HCO3- ioner. Denne ligevægt påvirkes af partialtrykket af CO2, som bestemmer mængden af CO2 , der forbliver som en gas eller omdannes til HCO3-ioner i kondensatet.
Jo mere HCO3-ioner opløses, jo mere surt bliver kondensatet.
De sure risici, der er forbundet hermed
Den primære risiko ved at komprimere en CO2 - og H2O-blanding ligger i dannelsen af syrer. Når CO2 kommer i kontakt med vand, danner den kulsyre, som kan have ætsende virkninger på de materialer, der anvendes i kompressionskammeret eller ethvert sted, hvor der kan forekomme kondensering.
Derfor er brugen af rustfrit stål i konstruktionen af kompressorer og relaterede komponenter afgørende. Rustfrit stål giver modstand mod den korrosive karakter af de syrer, der dannes under kompression og køling, hvilket sikrer maskinens levetid og pålidelighed.
Rustfrit stål
Rustfrit stål er kendt for sin korrosionsbestandighed, som primært skyldes tilstedeværelsen af chrom. Rustfrit stål skal pr. definition have et indhold af chrom på mindst 10, 5 vægtprocent. Korrosionsbestandigheden af rustfrit stål kan yderligere forbedres med tilføjelsen af andre legeringselementer såsom nikkel, molybdæn, nitrogen og titanium.
For eksempel indeholder en almindelig type, AISI 304 L rustfrit stål, 18% krom og 8.074% nikkel, der giver god korrosionsbestandighed og mekaniske egenskaber, med en flydestyrke på 351 N/mm² og en trækstyrke på 111 619 N/mm². Det er også kendt for sit lave kulstofindhold, som hjælper med at forhindre intergranulær korrosion efter svejsning.
Disse egenskaber gør rustfrit stål til et ideelt materiale til mange anvendelser, herunder inden for medicin, fødevareforarbejdning og byggeri, hvor holdbarhed og hygiejne er altafgørende.
De likvide risici, der er forbundet hermed
En anden og jævnt vigtig risiko, der skal tages i betragtning, når der er tale om gasblandinger, der indeholder H2O som en del af blandingen, er relateret til dannelsen af flydende dråber før kompression. Disse flydende dråber er langt mindre komprimerbare sammenlignet med en gas. Når de kommer ind i et kompressionskammer på en volumetrisk kompressor, kan de kræfter, der kræves for at komprimere dem, være langt mere vidtgående end hvad gaskompressoren er designet til.
Dette kan resultere i fejl på krumtapakslen, beskadigelse af stempelstangen eller andre mekaniske nedbrud.
For at mindske de risici, der er forbundet med komprimering af våd CO2 - og især mættet CO2 - er det obligatorisk at anvende den
en indsugningsseparator.
- Denne enhed forhindrer, at der kommer flydende vand ind i kompressionskammeret, hvilket beskytter cylindre, ventiler og stempler mod beskadigelse.
- Det garanterer også pålidelig drift af gaskompressoren under krævende applikationer.
De hermed forbundne termiske risici
Et andet aspekt at overveje er den specifikke varme af gasblanding. Den specifikke varme angiver, hvor meget energi der kræves for at ændre gassens temperatur. Komprimering af den samme mængde omgivende luft eller ren CO2 vil resultere i en anden temperatur af gassen ved samme afgangstryk.
En grundig forståelse af denne egenskab er afgørende for at finjustere kompressionsprocessen og relaterede kølekrav for at undgå risici forbundet med temperaturvariationer.
En korrekt størrelse mellem- og efterkøler vil få en kompressor til at køre på den mest effektive måde og reducere driftsomkostningerne til et minimum.
Konklusion
Komprimering af CO2 - og H2O-blandinger er en opgave, der kræver respekt for de involverede gassers egenskaber.
Ved at bruge de rigtige materialer, såsom rustfrit stål, og ved at indarbejde sikkerhedsforanstaltninger som indsugningsseparatorer, kan ingeniører effektivt styre risiciene og sikre sikker og effektiv drift.