Basınçlı gazlar: CO2 ve H2O karışımlarını sıkıştırmanın riskleri
Mühendislik alanında, gaz karışımlarının sıkıştırılması, ilgili gazların özelliklerinin ve davranışlarının derin bir şekilde anlaşılmasını gerektiren, yaygın kullanılan ancak karmaşık bir prosestir. Bugün, kendine özgü zorluklar ve riskler sunan bir senaryo olan suyla (H2O) karıştırılmış karbondioksitin (CO2) sıkıştırılmasının ayrıntılarını ele alıyoruz.
CO2'nin yapısı
CO2 ortam havasına göre daha ağır olan kokusuz ve görünmez bir gazdır.
Oda sıcaklığında (20°C) ve basıncında (1 bar) gaz olarak bulunan CO2 suyla birleştiğinde davranışını değiştirir. H2O konsantrasyonu %2,33'ten yüksek bir hacimde olduğunda, su yoğuşmaya başlar ve sıvı damlacıklar oluşturur.
Gaz halindeki H2O yoğuşması, örneğin sıcak, doymuş bir gaz karışımı sıkıştırmadan sonra ara veya son soğutucu ile soğutulduğunda da gerçekleşir.
Sıvı H2O varken karışım, CO2, sıvı H2O ve HCO3 iyonları arasında bir denge olan karbonik asit (H2CO3) oluşturur. Bu denge, gaz olarak kalan veya kondensteki HCO3 iyonlarına dönüşen CO2 miktarını belirleyen CO2 kısmi basıncından etkilenir.
HCO3 iyonları ne kadar çözünürse kondens o kadar asidik hale gelir.
Asidik riskler
CO2 ve H2O karışımının sıkıştırılması ile ilgili birincil risk asit oluşumudur. CO2 suyla temas ettiğinde, sıkıştırma odasında kullanılan malzemeler veya yoğuşmanın meydana gelebileceği herhangi bir konum üzerinde aşındırıcı etkilere neden olabilecek karbonik asit oluşturur.
Bu nedenle, kompresörlerin ve ilgili bileşenlerin yapımında paslanmaz çelik kullanılması çok önemlidir. Paslanmaz çelik, sıkıştırma ve soğutma sırasında oluşan asitlerin aşındırıcı yapısına karşı direnç sağlayarak makinelerin uzun ömürlü ve güvenilir olmasını sağlar.
Paslanmaz çelik
Paslanmaz çelik, temel olarak krom varlığından kaynaklanan korozyona karşı direnciyle ünlüdür. Tanımı gereği paslanmaz çelikler, ağırlığına göre en az %10,5 krom içeriğine sahip olmalıdır. Paslanmaz çeliğin korozyon direnci nikel, molibden, azot ve titanyum gibi diğer alaşım elementlerin eklenmesiyle daha da artırılabilir.
Örneğin, yaygın bir paslanmaz çelik tipi olan AISI 304L, %18,111 krom ve %8,074 nikel içerir. Korozyona yüksek direnç, 351 N/mm² akma mukavemeti ve 619 N/mm² çekme mukavemeti ile güçlü mekanik özellikler sunar. Ayrıca bu malzemenin kaynak işleminden sonra granüler korozyonu önlemeye yardımcı olan düşük karbon içeriği de dikkat çekmektedir.
Bu özellikler, paslanmaz çeliği tıp, gıda işleme ve inşaat gibi dayanıklılık ile hijyenin çok önemli olduğu sektörlerde birçok uygulama için ideal bir malzeme haline getirir.
Sıvı riskler
H2O içeren gaz karışımlarıyla çalışırken göz önünde bulundurulması gereken ikinci ve eşit derecede önemli bir diğer risk, sıkıştırmadan önce sıvı damlalarının oluşmasıdır. Bu sıvı damlacıkları gaza kıyasla çok daha az sıkıştırılabilir. Bir volümetrik kompresörün sıkıştırma odasına giren sıvı damlaları sıkıştırmak için gereken kuvvetler, gaz kompresörünün tasarlandığı gücün çok ötesine geçebilir.
Bu durum krank mili arızalarına, piston rotu hasarına veya diğer mekanik arızalara neden olabilir.
Islak CO2 ve özellikle doymuş CO2 sıkıştırmayla ilgili riskleri azaltmak için
bir giriş seperatörü kullanılması zorunludur.
- Bu cihaz, suyun sıkıştırma odasına girmesini önler, silindirleri, valfleri ve pistonları hasara karşı korur.
- Ayrıca zorlu uygulamalarda gaz kompresörünün güvenilir çalışmasını garanti eder.
Termal riskler
Dikkate alınması gereken bir diğer konu da gaz karışımının özgül ısısıdır. Özgül ısı, gazın sıcaklığını değiştirmek için ne kadar enerji gerektiğini gösterir. Aynı miktarda ortam havası veya saf CO2'nin sıkıştırılması aynı çıkış basıncında farklı bir gaz sıcaklığına neden olur.
Sıcaklık değişimleriyle ilgili riskleri önlemek için sıkıştırma prosesinin ve ilgili soğutma gereksinimlerinin ince ayarlarında bu özelliğin tam olarak anlaşılması çok önemlidir.
Uygun boyutlu ara ve son soğutucu, kompresörün mümkün olan en verimli şekilde çalışmasını sağlar ve işletme maliyetlerini minimuma indirir.
Sonuç
CO2 ve H2O karışımlarının sıkıştırılması, ilgili gazların özelliklerine dikkat edilmesini gerektiren bir iştir.
Mühendisler, paslanmaz çelik gibi doğru malzemeleri ve giriş separatörleri gibi güvenlik önlemlerini kullanarak riskleri etkili bir şekilde yönetebilir ve güvenli ve verimli çalışma sağlar.