co - tÖltŐ membrÁn kompresszor javÍtÁsamidra.uni-miskolc.hu/document/25511/20762.pdf · a...
TRANSCRIPT
0
MISKOLCI EGYETEM
GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR
ENERGETIKAI ÉS VEGYIPARI GÉPÉSZETI INTÉZET
VEGYIPARI GÉPÉSZETI INTÉZETI TANSZÉK
CO - TÖLTŐ MEMBRÁN
KOMPRESSZOR JAVÍTÁSA
Készítette:
Béres Ádám
TERVEZÉSVEZETŐ:
Joó Gyula
ÜZEMI KONZULENS:
Farkas Lajos
1
Tartalomjegyzék
Tartalomjegyzék ...................................................................................................................................... 1
Jelölésjegyzék .......................................................................................................................................... 2
1 Bevezetés ........................................................................................................................................... 3
2 A Linde történelme............................................................................................................................. 4
3 Linde Gáz Magyarország Zrt. ismertetése: ......................................................................................... 5
A Linde kazincbarcikai üzemeinek bemutatása ................................................................................. 10
4 A HYCO üzem részletes bemutatása ................................................................................................ 11
Az üzemek vezérlése és távirányítása ............................................................................................... 19
A karbantartások ütemezése ............................................................................................................ 19
5 Hofer CO töltő membrán kompresszor javítása ............................................................................... 21
A kompresszor funkciója ................................................................................................................... 21
A kompresszor éves karbantartása ................................................................................................... 22
A Hofer membránkompresszor általános ismertetése ..................................................................... 22
Működési elv ..................................................................................................................................... 24
A kompresszor hibái a nyári karbantartás előtt ................................................................................ 24
A membránkompresszor szétszerelése ............................................................................................. 25
6 Karbantartás utáni ellenőrzések és számítások ............................................................................... 32
A kompresszor szükséges végnyomásának meghatározása ............................................................. 32
Palackok töltési táblázata a hőmérséklet függvényében .................................................................. 33
Ellenőrző mérések a kompresszoron ................................................................................................ 35
Hőmérséklet és nyomás mérések ..................................................................................................... 36
Kompresszió energiaigényének számítása ........................................................................................ 39
A kompresszor gépkönyv szerinti fajlagos energia igénye ................................................................ 41
A számolt és gépkönyv szerinti fajlagosok eltérése .......................................................................... 42
Nyomásértékek a 3 fokozatú kompresszor közbenső fokozataiban ................................................. 42
A számítás elvi alapjai: ....................................................................................................................... 43
A kompresszor hatásfokának vizsgálata ............................................................................................ 44
A kompresszor fokozatonkénti teljesítmény igényének vizsgálata. .................................................. 46
A számolt teljesítmény igények összehasonlítása ............................................................................. 48
Kompresszor hatásfokának százalékos számítása ............................................................................. 48
Összefoglalás ......................................................................................................................................... 50
Summary ............................................................................................................................................... 51
Irodalom jegyzék ................................................................................................................................... 52
Ábra jegyzék .......................................................................................................................................... 53
Mellékletek ............................................................................................................................................ 54
2
Jelölésjegyzék
Jelölések / Rövidítések
ASU Air Separation Unit
Levegő Szétválasztó üzem
HYCO Hydrogen & Carbon monoxid
HYCO üzem
Nm3 / ó Gázok normál állapotban (0 C° – 1013,25 mbar)
mért térfogta Nm3 / ó
m3 / ó Gáztechnikai köbméter (15C°, 1000mbar) m3 / ó
C° Celsius
K° Kelvin
bara nyomás abszolút értékben
barg nyomás óra szerinti (gauge) értékben
GOX Gáz halmazállapotú oxigén
GAN Gáz halmazállapotú nitrogén
LOX Cseppfolyós oxigén
LIN Cseppfolyós nitrogén
CO Szénmonoxid
H2 Hidrogén
TDI Toloul-diizocianát
MDI Metilén-difenil-diizocianát
MDEA Methyl diethanolamine - mosó
PSA Pressure Swing Adsorption (változó nyomással
megvalósított adszorpció)
CB Cold Box
FP Filling Plant (Palack töltő üzem)
3
1 Bevezetés
A Linde Csoport ma már a világ legnagyobb ipari gázokat gyártó és forgalmazó cége.1
Szakmai gyakorlatom során megismertem a Linde Gáz Magyarország Zrt. miskolci és kazincbarcikai
üzemeit. Továbbá a Vegyipari Gépész Tanács Tanulmányútján lehetőségünk nyílt a répcelaki üzem
bejárására is. Különleges élmény volt a szárazjég tömbök látványa, és az itthon egyedülálló
nagytisztaságú széndioxid kutak megtekintése.
Mivel a diplomatervem témája a Linde kazincbarcikai üzemében működő 200 baros Hofer szénmonoxid
palack töltő membrán kompresszor javítása, ezért a kazincbarcikai üzem nyári karbantartási munkáit
részletesebben is ismertetem. Ennek kapcsán nem csak a kompresszort, de a HYCO üzemet is
bemutatom.
A Linde Gáz Magyarország Zrt. a fentieken túlmenően több más üzemmel is rendelkezik, melyeket
szintén röviden részletezek.
1 http://www.linde-worldwide.com/en/index.html#
1. ábra: A Linde, szinte minden országban jelen van
4
2 A Linde történelme
Carl von Linde (1842. jún. 11. – 1934. nov. 16.) német tudós és mérnök. 1866-tól Müncheni Egyetem
professzora, ahol hűtés technikát kutat. Ennek eredményeként 1879-ben megalapítja a Linde Hűtőgép
gyárat Wiesbadenban. Két évvel később visszatér a Müncheni egyetemre, ahol a már működő hűtőgépek
birtokában levegő cseppfolyósításával kísérletezik. 1895-ben sikerült levegőt cseppfolyósítania, 1902-
től sikerült tiszta oxigént kivonnia a cseppfolyós levegőből, 1903-ban a München melletti
Höllriegelskreuthban oxigén gyárat épített.
Találmányát tovább fejlesztve 1912-ben megépítette az első olyan levegő szétválasztó készüléket,
amellyel cseppfolyós nitrogént és oxigént egyidőben tudott előállítani. Ekkor alapította meg a Linde
részvénytársaságot műszaki és egészségügyi gázokra.
A Linde első magyarországi levegőbontója a miskolci Lenin Kohászati Művek oxigén gyárának
megvásárlásával jött létre 1987-ben.
2. ábra: Carl von Linde, Levegőbontó szabadalmi rajz
3. ábra: Első cseppfolyós oxigén szállító tartálykocsi, 1913-ból
5
3 Linde Gáz Magyarország Zrt. ismertetése:
A Linde Gáz Magyarország Zrt.2 a Linde Csoport tagja, mely vezető pozícióval rendelkezik Európában
és világszerte, az egyik legjelentősebb gázszolgáltató.
A 90-es évek második felétől egyre erősödő nemzetközi fúziós hullám a Linde Gáz Magyarország Zrt.
- t is elérte. 2001. januárjában került sor a Linde Gáz Magyarország Zrt. és az AGA Gáz Kft.
egyesülésére. Az egyesülés révén létrejött új társaság valamennyi ipari és egészségügyi gáz gyártásában
és forgalmazásában vezető szerepet tölt be Magyarországon.
A Linde műszaki gázai – oxigén, nitrogén, argon (az úgynevezett levegőgázok), továbbá széndioxid,
hidrogén, acetilén és hegesztési védőgázok, valamint az egyéb nemesgázok, éghető gázok, orvosi gázok,
elektronikai gázok, nagytisztaságú gázok és vizsgáló gázok - mind jelen vannak az ipar szinte
valamennyi területén, de ugyanígy a kutatásban és a gyógyászatban is.
Gázaink fontos feladatot látnak el például a hegesztés és vágás területén, a fémkohászatban és a vegyi
iparban, a gumi- és üveggyártásban, az építőiparban, az elektronikai alkatrészek gyártásánál, az
élelmiszeripari eljárásokban, az élelmiszeripari csomagolástechnikában, valamint a
környezetvédelemben.
A Linde Gáz Magyarország Zrt.3 ipari-, élelmiszeripari-, orvosi gázok gyártásával, palackozásával,
forgalmazásával, foglalkozik, valamint gázellátó rendszerek tervezésével, telepítésével,
karbantartásával és felülvizsgálatával.
Alkalmazási területek:
Élelmiszeripar
Hegesztés és vágás
Vegyipar
Fémkohászat
Különleges gázok
Szolgáltatások
Egészségügy
A Linde Gáz Magyarország Zrt. integrált irányítási rendszert működtet és fejleszt folyamatosan, amely
a következő szabványokat és követelményeket veszi figyelembe: – MSZ EN ISO 9001:2009
Minőségirányítási rendszerek, követelmények – MSZ EN ISO 13485:2012 Orvostechnikai eszközök,
minőségirányítási rendszerek – MSZ EN ISO 14001:2005 Környezetközpontú irányítási rendszerek –
MSZ 28001:2008 Munkahelyi egészségvédelem és biztonság irányítási rendszer – FSSC 22000
Élelmiszerbiztonsági rendszer.
Az LGM ZRT. kötelezettséget vállal arra, hogy alkalmazottai egészségét, a jó környezetet megőrzi és
az anyagi károkat elkerüli. A vállalat minden munkatársa arra törekszik, hogy a vevői elvárásoknak
messzemenően megfeleljen a biztonsági, egészség-környezetvédelmi szempontok
figyelembevételével. Az LGM ZRT. üzemeit úgy tervezték és működtetik, hogy a káros hatásokat a
lehető legnagyobb mértékben kiküszöböljék. A működésével kapcsolatos hatásokról nyíltan
tájékoztatja alkalmazottait, vevőit, a hatóságokat és szomszédjait.
2 forrás: http://www.lindegas.hu/hu/about_the_linde_group/linde_hungary/index.html 3 [1] számú melléklet
6
Répcelak:
Linde Gáz Magyarország Zrt. központi irodája. A legtöbb szervezeti egység itt található, köztük HR,
pénzügy, beszerzés, beruházási osztály, stb.
Répcelakon jelentős mennyiségű természetes eredetű szén-dioxidot bányásznak, melyet tisztítás után
közúti, illetve vasúti tartálykocsikban szállítanak a vevőkhöz, vagy töltik palackokba.
Közép-Európa legmodernebb altatógáz (dinitrogén-oxid) előállító berendezése itt található.
Budapest
Budapesten két telephely található, az egyiken korszerű töltőüzem és értékesítési központ működik.
A modern palacktöltő üzem valamennyi műszaki gáz töltésére alkalmas.
Dunaújváros
Dunaújvárosban egyrészt levegő szétválasztó üzem található, amely cseppfolyós levegőgázokat termel,
illetve technológiai gázokkal látja el a vasművet.
Másrészt egy töltő üzem, amely cseppfolyós, különleges és nagytisztaságú gázokat, gázkeverékeket
gyárt és tölt. Valamint Százhalombattán található egy ECOVAR üzem, amely nitrogénnel látja el a MOL
Dunamenti olajfinomítóját.
4. ábra: Linde Gáz Magyarország Zrt. Üzemei
5. ábra: Répcelaki üzem, tartálykocsi töltő
7
Kazincbarcika:
Kazincbarcikán a BorsodChem területén található három HYCO (Hydrogen and Carbon Oxide) üzem,
melyek ipari mennyiségben állítanak elő hidrogént és szén-monoxidot a BorsodChem Zrt. üzemeinek,
melyek csővezetéken jutnak el a fogyasztókhoz.
Ezen a telephelyen található még egy levegőbontó (ASU) üzem, amely gáz és cseppfolyós
halmazállapotban állít elő levegő gázokat. A levegő gázokat csővezetéken juttatja el a BC Zrt.-n belül
található fogyasztókhoz, a cseppfolyós levegőgázokat közúti tartálykocsival szállítják a vevőkhöz.
6. ábra: Dunaújvárosi levegőszétválasztó üzem
7. ábra: HYCO üzem Kazincbarcikán
8
A Linde kazincbarcikai palack töltő üzemébe a HYCO üzemekben megtermelt és csővezetéken a
telephelyre érkező nagytisztaságú (5.6)4 hidrogént is palackoznak a többi gáz mellett.
A telephelyen acetilénfejlesztő berendezés és acetilén töltő üzemel.
Ezenkívül a telephelyen palack karbantartást és nyomáspróbát is végeznek.
Miskolc
Műszaki gázok töltése, orvosi gázok töltése és azok értékesítése történik. Termék előállítás nincs, a
palackozás a töltőtartályokból szivattyú és elpárologtató segítségével valósul meg. A területén LOX,
LAR, LCO2 és LIN tartályok állnak.
4 A gáziparban a %-os tisztaság rövidített jelölése. Értelmezése: 5 db 9-es, 6-ra végződik, a második 9-es után van a tizedes vessző. Azaz: 99,9996% tisztaságú gázt jelöl a 5.6-os rövidítés.
8. ábra: Levegő szétválasztó üzem Kazincbarcikán
9. ábra: Cseppfolyós tartályok a miskolci üzemben
9
Az ipari gázok töltése palettás rendszerben történik. Oxigén, argon, nitrogén, CO2 és hegesztési
gázkeverékek palackozása folyik az üzemben. Az ipari gázpalackokat külső tárolóban helyezik el.
A telephelyen az összes Linde termék megtalálható.
LINDE GÁZ Magyarország Zrt. Integrált Irányítási Rendszert alakított ki, vezetett be, működtet és
fejleszt folyamatosan. Az integrált irányítási rendszer a következő szabványokat és követelményeket
veszi figyelembe:
MSZ EN ISO 9001:2009 Minőségirányítási rendszerek. Követelmények, MSZ EN ISO 13485:2012
Orvostechnikai eszközök. Minőségirányítási rendszerek. Szabályozási célú követelmények,
MSZ EN ISO 14001:2005 Környezetközpontú irányítási rendszerek. Követelmények és alkalmazási
irányelvek,
MSZ 28001:2008 A munkahelyi egészségvédelem és biztonság irányítási rendszere (MEBIR).
Követelmények (BS OHSAS 18001:2007),
FSSC 22000 Food Safety System Certification szerinti követelmények,
Az IFS (International Food Standard) szerinti követelmények.
10. ábra: Palacktöltő üzem Miskolcon
10
A Linde kazincbarcikai üzemeinek bemutatása5
A Linde kazincbarcikai üzemei a BorsodChem területén vannak, azzal szoros összeköttetésben. A BC
ellátására a Linde egy levegő szétválasztó üzemet és három HYCO üzemet működtet.
Kapacitásuk:
ASU üzem
o GOX: 4 000 Nm3 / óra
o GAN: 4 200 Nm3 / óra
o LIN: 3 500 Nm3 / óra
o LOX: 2 000 Nm3 / óra
o LAR: 212 Nm3 / óra
HYCO 1 és HYCO 2
o CO: 2 x 4 400 Nm3 / óra
o H2: 2 x 10 700 Nm3 / óra
o Gőz: 2 x 10 tonna / óra
HYCO 3
o CO: 12000 Nm3 / óra
o H2: 29200 Nm3 / óra
o Gőz: 22 tonna / óra
5 Forrás: Szakmai gyakorlaton gyűjtött információk
11
4 A HYCO üzem részletes bemutatása
A Linde kazincbarcikai HYCO üzemei döntő mértékben a BorsodChem kiszolgálására épültek6. Ezen
túlmenően egy kisebb mennyiségű szénmonoxidot (200m3/óra) egy 17 km-es csővezetéken keresztül a
sajóbábonyi KIS Chemicals részére is szolgáltat. A Linde saját töltése (palack, bündel, traileres
kamionok kiszolgálása) a megtermelt mennyiségnek csupán töredéke.
A „HYCO“ berendezés elnevezés, mint idegen nyelvű rövidítés, a termelt gázok alapján történt.
HY = hydrogen, CO= szénmonoxid.
Az alapreaktor hivatalos megnevezése, gőzreformer.
A HyCO-3 berendezés kiépítettsége az óránkénti 12 000 Nm3/h szénmonoxid kapacitáson és 29 200
Nm3/h hidrogén kapacitáson alapul. A műszaki koncepció földgáz gőzreformálásos, CO2
visszavezetéses eljárással történő szénmonoxid - és hidrogén előállítására épül, ahhoz kapcsolt kriogén
szénmonoxid tisztítással (a coldboxban). A hidrogéntisztítás nyomásváltós adszorpciós berendezéssel
(DWA/PSA) történik.
A folyamat az alábbi lépésekből áll:
• A földgáz kéntelenítése
• Földgázbontás és hőhasznosítás
• CO2-eltávolítás és visszaforgatás (MDEA)
• Folyamatgáz, szárítás maradék CO2 eltávolítás (TSA)
• H2, CO kinyerés és tisztítás (CB)
• H2 tisztítás (PSA)
A hidrogénnel összekevert és a forró termékgázzal előmelegített földgáz (feed) - szerves kéntartalmának
hidrogénezése, majd a keletkező kénhidrogén cinkoxiddal történő eltávolítása után – vízgőz és
széndioxid hozzáadását követően a reformer csövekbe kerül, ahol végbemegy a bontási reakció.
A berendezés gyakorlatilag egy földgázzal fűtött speciális kemence, belsejében terheléstől függően 950-
1050 C°-os füstgáz hőmérséklettel, melyben reformercsövek vannak függőleges irányban felfüggesztve.
Alul-felül gyűjtőcsövekbe torkollnak.
6 Linde-BorsodChem HYCO Szerződés részlet
12
A reformercsövekben az előmelegített földgáz (CnHm) és gőz (H2O) keveréke áramlik, mely a nikkel
bázisú katalizátorokon hő hatására, 840-870 C°-on hidrogén, szénmonoxid, széndioxid és metán
keverékére esik szét.
A reformer csövek katalizátorain az alábbi reakciók mennek végbe:
1. Reakció maga a gőzreformálás:
CnHm + n H2O => n CO + (m/2+n) H2 (1)
11. ábra: Függőleges reformercsövek a HYCO üzem belsejében
12. ábra: A reformer csövekbe töltött katalizátorok
13
Mivel a fő reakció endoterm, ezért a reakció hőigényét külső fűtéssel kell pótolni. A fűtés alapvetően
földgázzal és a technológia különböző lépcsőiben keletkező hulladék gázokkal történik, de a földgáz
mellé vissza keverhető a megtermelt, de fel nem használt hidrogén is, amellyel földgázt, mint
fűtőanyagot lehet megtakarítani. Ezzel a módszerrel a gőzreformer H2/CO aránya 1,5….2,5 –szeres
határok között változtatható a BorsodChem igényeinek megfelelően.
A 2. És 3. Reakció egyensúlyi folyamat, melynek eredménye a hőmérséklet és nyomás megfelelő
értékének tartásával lehatárolható.
CO + 3 H2 <=> CH4 + H2O (2)
CO + H2O <=> CO2 + H2 (3)
A berendezés hővisszanyerője által a konvertált gáz gőztermeléshez, a reakcióelegy (feed) az aminos
mosó telített oldatának és a kazántápvíz felmelegítéséhez szolgáltatja az energiát.
A technológia végén a bontott gáz véghűtése és a soron következő technológiai lépcsők belépő
hőmérsékletének beállítása hűtővízzel történik. A termelt gázokból leválasztásra kerül a kondenzvíz.
Ezt követi a széndioxid eltávolítása a bontott gázáramból amin-os mosással, és a széndioxid
visszavezetése a gőzreformer belépő oldalára a szénmonoxid kihozatal növeléséhez.
Ezt követi a bontott gáz szárítása, majd a CO/H2 szétválasztása és a CO tisztítása kriogén eljárással
(metános mosás) a coldboxban. A tiszta hidrogén kinyerése nyomásváltós adszorpcióval (PSA) történik,
ahol a szennyeződéseket különböző adszorbensekkel elnyeletik.
Az eljárás során keletkező kondenzátum visszavezetésre kerül a gőzreformálásos reakció során
átalakított gőzmennyiség pótlásához, kazántápvízhez történő hozzákeverésével, a víz kapcsolt
gáztalanításával és korróziógátló inhibitor hozzáadásával. Ezt követően, az így beállított víz
nyomásának emelése, előmelegítése, valamint gőz termelése történik a füstgázok hőjének
felhasználásával.
A reformáló kemence fűtéséhez szükséges hőbevitel nagyobb részét a csaknem nyomásmentes PSA és
coldbox maradékgáz biztosítja. A teljes reakcióhő igény fedezéséhez további földgázt vagy hidrogént
szükséges felhasználni.
A gőzreformerben, megfelelő hőtechnikai méretezés alapján, reformer csövek és az azok fűtésére
szolgáló égősorok egymással párhuzamosan, felváltva helyezkednek el. A reformer csövek felső vége a
kemence tető terében rugós felfogatással van felfüggesztve, két okból.
a 900 C° hőmérsékleten történő üzemelés miatt kb. 300mm-t nyúlnak,
szilárdságuk csökken, és amennyiben az alsó gyűjtő kollektoron támaszkodnának fel, saját
súlyuknál fogva megrogynának.
A fenti ismertető szerinti folyamatok a 13. ábra nyomon követhetők.7
7 HYCO 3 szerződés részlet
14
13. ábra: HYCO üzem elvi folyamat ábrája
15
A HYCO 3 folyamat ábrájának magyarázata
A fő termelési vonalon végig haladva:
Erdgas - földgáz betáplálás
Einsatz Vorbehandlung - földgáz előkezelés
Dampfreformer - gőzreformer
Prozessgas Warmerückgewinnung - processz gáz hővisszanyerő
MDEA Waesche - MDEA mosó
Adsorben station - adszorber egység
Coldbox - kriogén cseppfolyós CO leválasztó
CO Verdichter - CO kompresszor
CO Produkt - CO késztermék
A fő termelési vonal alatti egységek:
Druckwechseladsorptionsanlange – Változó nyomású adszorpciós berendezés (PSA)
H2 produkt – hidrogén késztermék
Gőzreformerbe fűtőgázként kerülnek bevezetésre:
o Heizgas - fűtőgáz (földgáz)
o Roh H2 - nyers hidrogén a PSA elől elvezetve.
o DVA Rest gas - PSA maradék öblítő gázai
A Fő termelési vonal feletti egységek:
Entmin.Wasser - demineralizált víz (ioncserélt lágy víz)
Export Dampf System - gőztermelő egység
Process Dampf System - processz gőz rendszer
CO2 Rückführverdichter - CO2 visszakeringtető kompresszor
Export Dampf - gőz késztermék kiadás
Megjegyzés
A H2 / CO arány a folyamatban két helyen szabályozható:
Amennyiben a BorsodChem nem igényel a CO-hoz képes 2,5-szeres mennyiségű hidrogént, a
hidrogén tisztító PSA előtt a nyers hidrogén egy része a gőzreformer fűtésére kerül
visszavezetésre. Ez földgáz megtakarítást jelent.
Amennyiben a CO2 visszakeringtető kompresszor nem üzemelne, úgy a CO mennyisége
csökkenne, ezáltal a H2 /CO arány nőne meg kb. 4-szeresre. Ez azonban széndioxid
kibocsájtással járna.
16
A HYCO üzem különböző kiterheltségi szinteken, hidrogén vissza égetéssel (vagy anélkül) különböző
H2 / CO arányokkal üzemel8 a lenti ábra szerint.
Ugyanez a H2-CO arány grafikusan is ábrázolásra került az elszámolások – árak meghatározása miatt.
14. ábra: A HYCO üzem működési tartománya
A fenti ábra két szempontból érdekes, egyrészt az árképzés miatt, ugyanis ha egy bizonyos mennyiségű
CO termékhez (pl.: 10 000 Nm3 / óra) a BorsodChem vihet minimum18 500 Nm3 / óra vagy maximum
24 500 Nm3 / óra hidrogént. Nagyobb mennyiségű H2 esetén olcsóbb a CO ára, kisebb mennyiség esteén
magasabb.
A szaggatott vonal szerinti eltolt görbék a földgáz magasabb metán tartalma (CH4) esetén érvényesek,
amikor több hidrogén van a földgázban.
8 HYCO 3 szerződés részlet
1. táblázat: Megtermelhető CO, H2 és gőz mennyiségek kiterheléstől és hidrogén visszaégetéstől függően
17
15. ábra: Katalizátor csövek bal oldalon,
égők a jobb oldalon
16. ábra: Égősor a gőzreformer mennyezetén,
két oldalon reformer csövek
17. ábra: Reformer csövek rugós függesztő szerkezete, az üzem legfelső szintjén
18
A HYCO berendezések szabályozhatósága (le- és felterhelési sebessége) a berendezés termelő
kapacitásának 5%-a óránként. Ennél gyorsabb leterhelés vagy leállítás a kialakult üzemi gyakorlat
szerint nem alkalmaznak. Amennyiben a BorsodChem üzemeiben olyan jellegű meghibásodás
jelentkezne, amely a szénmonoxid vagy a hidrogén igény ennél gyorsabb csökkenését eredményezné,
abban az esetben a megtermelt gázok fáklyázásra kerülnek.
A Linde és a BorsodChem közötti szerződés szerint, az ilyen okokból a fáklyázott mennyiségeket a
BorsodChem megfizeti. Ugyanezen a fáklyán a Linde a BorsodChemnél üzemzavar során keletkező
etilén mennyiségeket is lefáklyázza. A fáklya magassága az alatta tapasztalható hőhatásból kifolyólag,
biztonság technikai okokból 54 m magas.
18. ábra: A HYCO üzem 54 m magas fáklyája
19. ábra: A fáklya tetején 20. ábra: HYCO üzem a fáklya tetejéről
19
Az üzemek vezérlése és távirányítása
Az eddig ismertetett HYCO 3 üzemi karbantartás ideje alatt álltak az üzemek, de a szakmai gyakorlat
folyamán üzem közben is betekintést nyerhettem az üzemek vezérlését, szabályozását végző operátorok
munkájába.
A Linde kazincbarcikai vezérlőtermében 3 db HYCO üzem és egy darab levegő szétválasztó (ASU
üzem) vezérlése folyik, számtalan monitor és számítógép segítségével, ahogyan az a következő képen
látszik. A terem mind a négy oldalán ugyanígy folytatódnak a monitorok és számítógépek. A vezérlő
teremtől a HYCO 1 és 2 üzem kb. 100 m távolságra található, a levegő bontó kb. 200 m és a HYCO 3
üzem pedig 2 km. A HYCO 3 üzem távolsága miatt (annak helyszíni indítása és leállítása okán) a HYCO
3 üzemnek van egy saját, hasonló vezérlő terme is. Normál üzem esetén, annak funkcióját is ez a
központi vezérlő terem veszi át.
21. ábra: Vezérlő terem
A karbantartások ütemezése
Az üzemeknek folyamatosan kell működniük az egész év során és a karbantartási munkák tényleges
elvégzésére optimális esetben, időeltolással 2 hét áll rendelkezésre. Ahhoz, hogy mindez megvalósítható
legyen ilyen szűkös határidők mellet, már az év során folyamatosan gyűjteni kell a várható
meghibásodásra utaló jeleket vagy mérési eredményeket. Ezek alapján az egyes berendezések vagy
alkatrészek gyártóival időben fel kell venni a kapcsolatot, meg kell rendelni a szükséges alkatrészeket
illetve azokat is, amelyek a gépkönyvek szerint akkor is cserélendők évente, ha nincs meghibásodásra
utaló jel. Tehát a nyári karbantartás csak nagyon komoly, előre tervezett és pontosan ütemezett
karbantartási terv alapján végezhető el sikeresen.
20
Az augusztusi karbantartási ütemtervet a BorsodChem és a Linde közötti szerződésben szabályozott
módon, már előző év októberében egyeztetnie kell a két félnek ahhoz, hogy az alkatrészeket, az
alvállalkozókat és a berendezések beszállítóinak munkáját pontosan, előre tudják ütemezni. Ezt
követően havonta pontosítják, amennyiben valamely munkafázis valamilyen oknál fogva módosulna. A
lenti ábrán egy májusi pontosított leállási ütemterv látható.
22. ábra: Karbantartási ütemterv
A diplomatervemben ismertetésre kerülő Hofer membrán kompressszor karbantartási munkája csak egy
részlete az üzemek éves tervezett nyári karbantartási munkáinak.
21
5 Hofer CO töltő membrán kompresszor javítása
A kompresszor funkciója
A membrán kompresszor a HYCO üzemben megtermelt szénmonoxid egy kis részének palackozására
szolgál, 150 vagy 200 bar kimenő nyomással a palackok típusától függően. Ezzel a kompresszorral
történik a szénmonoxid palackok, palack kötegek (bündel) és trailerek töltése.
Ez rendkívül veszélyes folyamat több okból is. Egyrészt a szénmonoxid mérgező tulajdonsága miatt a
legkisebb szivárgás is veszélyes az egészségre, miközben színtelen és szagtalan gáz, másrészt éghető és
a magas nyomás miatt is körültekintően kell eljárni.
Ezen okok miatt a töltő szabad téren van, hogy a legkisebb szivárgás esetén se gyűljön fel a szénmonoxid
mérgező koncentrációban, mely a töltést kezelő személyzetnek egészség károsodást okozna. A töltés
végén ugyanis a lenti képen látható flexibilis töltő tömlőket le kell csatlakoztatni a palackokról, illetve
a palack kötegekről. Bár a töltés végén a töltő rendszer nyomásmentesítésre kerül, ennek ellenére juthat
a légtérbe kis mennyiségű gáz. A nyitott légtér ellenére, az elektromos berendezések és a világítás is
robbanás biztos kivitelű. Nem csak az üzem területére, hanem a töltőbe is csak hangjelzést adó
szénmonoxid érzékelővel szabad belépni üzem közben.
A CO biztonsági adatlapja a 2. sz. mellékletben található. A töltő 23. ábra szerinti jobb oldalán
horganyzott acél szerkezettel, lemez fallal elválasztva helyezkedik el a kompresszor ház. A kompresszor
Hofer gyártmányú, 3 fokozatú membrán kompresszor.
Típusa: Hofer, MKZ 800 - 5 / 500 - 10 / 350 - 25
Teljesítménye: 75kW, szállított mennyiség: 250m3/óra, végnyomása: 220 bar
23. ábra: CO-töltése bündelekbe 200 bar-on
22
A kompresszor éves karbantartása
A BorsodChem nyári nagy leállása idején, azzal együtt ütemezve kerül sor évente a kompresszor
karbantartására. Ez időszerű is volt, mivel az év során már több hiba is jelentkezett, illetve halmozódott,
ezáltal nem tudta szolgáltatni a 200 bar-os palackok és bündelek töltéséhez szükséges végnyomást.
A Hofer membránkompresszor általános ismertetése
A Hofer membránkompresszorok9 kívülről hermetikusan zártak. A fix tömítések szennyeződés mentes
sűrítést biztosítanak különböző gázoknak, mint például nitrogén, hidrogén, hélium, argon, etilén, fluor,
hidrogénszulfidok, klór, monoszilán, nitrogéntrifluorid, szénmonoxid valamint egyéb gázkeverékek
komprimálásához.
A Hofer szabvány szerint a kompresszorok tömítettsége 10-4mbar I/s. A membránkompresszorok
különösképpen mérgező és robbanás veszélyes gázok sűrítésére ajánlott, mivel tömítettsége védi az
embert és a környezetet. Nagy tisztaságú gázokat, szennyeződés és veszteség mentesen lehet
komprimálni.
Konstrukciós ismertetőjelek
A Hofer membránkompresszorokat az üzemi igényeknek megfelelően 1-től 4 fokozatig gyártják
hajtóművel kiegészítve. Minden membránfej egy háromszoros fém membránnal és membrántörés
biztosítóval van felszerelve. A több fokozatú gépek általában alapozás mentes kivitelben készülnek,
azaz nem fejtenek ki egyenetlen talajterhelést. A kompresszorok kivitele szabvány szerűen egyezik az
9 Forrás: 3. sz. melléklet: http://www.andreas-hofer.de/fileadmin/user_upload/Download/membrankompressoren_deu.pdf
24. ábra: 3 fokozatú Hofer membrán kompresszor
23
európai gépgyártási irányelvekkel, az ATEX előírásokkal valamint nyomás alatti gépek
irányelveivel(DGRL). A Hofer membránkompresszorok rendelkeznek a CE jelöléssel.
A Hofer membránkompresszor előnyei10:
A kompresszorok vízhűtése nem csak a gázhűtő és a hengerek hűtését biztosítja, hanem a membrán fej
hűtését is a hidraulikus oldalon.
Nincsenek további hűtővíz furatok a membrán fedélen. Ezáltal a nagy terhelésnek kitett
kompresszorfej nem kerül meggyengítésre.
A Hofer nem csak a kompresszorokat gyártja, hanem a szelepeket is (elzáró- visszacsapó-
biztonságiszelepek és ezek csatlakozó elemeit) és ezzel a szelep vezérléseket saját gyártással tudja
készre szerelni (tömszelence szelepekkel bezárólag).
A tervezés, engineering és gyártás egy kézben van a Hofernél. Ezáltal a karbantartási és javítási
munkák egyszerűbbek.
A vevői igényekre méretezve, a Hofer optimalizált előnyöket kínál a vevőknek.
Minden kompresszor a kívánt műszaki paraméterekre van optimalizálva és kivitelezve.
A Hofer kompresszorok horizontális felépítése lehetővé teszi az olaj túlfolyó szelepek legmagasabb
ponton történő elhelyezését a membránfejeken.
Ezáltal gyors és megbízható légtelenítést tesz lehetővé.
A kompresszorokat kereszt fej elhelyezéssel konstruálják a tartós üzem érdekében.
Nincsenek oldalirányban ható erők a dugattyúvezető gyűrűkre és a tömítő elemekre.
Az alacsony dugattyú sebesség valamint az igen csekély, fajlagos csapágyterhelés hosszú élettartamot
garantál a kopó alkatrészeknek.
A Hofer kompresszorok dugattyúin nem lépnek fel oldal irányú erők, melyek a főtengely forgó
mozgását lineáris mozgássá alakítják.
A forgattyús hajtómű különleges kialakítása által kombinálni lehet a dugattyús és membrános
komprimálást.
Nincs szükség egy második kompresszorba történő beruházásra. A Hofer membránkompresszor
előnye a magas szívási teljesítmény.
A Hofer kompresszorok tartalék és kopó alkatrészei a legalább 30 éves élettartamig rendelkezésre
állnak.
A tartalék és kopó alkatrészek, mindig a technika legújabb szintjén vannak.
A kiegyenlített tömegű Hofer kompresszorok szinte semmilyen szabad dinamikus erőt nem
produkálnak.
Nem szükséges a kompresszoroknak külön alap építése. Egyszerű teherbíró alaplemez
elegendő.
10 [3] sz. melléklet: Hofer membrán kompresszor
24
Működési elv
A tömítőgyűrűkkel ellátott dugattyú, amely az olajnyomást a membrán mozgatásához előállítja, mozog
a hengerben, minek következtében a membrán a gázt felszívja és sűríti. [4]
A membránok a membránfedél és lyukas tárcsa között fixen vannak beszorítva, amelyek a membránfej
karimájára vannak szerelve. A membránok fedéllel és lyukas tárcsával lefedett felületei görbült, homorú
formájúra vannak kiesztergálva és a membrán számára löketteret képeznek. A lyukas tárcsán lévő
furatokon keresztül áramlik a hidraulikaolaj a dugattyú szívó és nyomólöketeinél ide-oda. A dugattyú
szívólöketénél a membránok a lyukas tárcsához hajlanak és a gázt a szívószelep beszívja. A dugattyú a
nyomólöketénél a membránok a membránfedél irányába mozdulnak, mely által a gáz besűrűsödik és a
nyomószelepen keresztül kiáramlik. A kompresszorszelepek a membránfedélre vannak szerelve.
A dugattyú tömítőelemein keletkező olajveszteséget a kiegyenlítő szivattyú, amely minden
szívólöketnél kis mennyiségű olajat spriccel be a visszacsapó szelepen keresztül a membránfej
olajterébe, ismét kiegyenlíti. A túl nagy mennyiségű bespriccelt olaj a túlfolyószelepen keresztül, amely
a karimán került elhelyezésre, ömlik vissza a tartalék olajtartályba. A túlfolyószelep a szükséges
olajnyomás beállítására szolgál.
A kompresszor hibái a nyári karbantartás előtt
A három fokozatú membrán kompresszor nem volt képes a 220 bar-os töltési nyomás biztosítására.
A vizsgálat során kiderült, hogy a hiba egyik oka a 15 éves olajszivattyú elhasználódása, le kellett
cserélni új olajszivattyúra, azonban a gyártó a régi típusú szivattyút már nem gyártja, emiatt új típust
szállított, amiről a Lindét nem értesítette. Az olajszivattyú cseréje megtörtént, a régi csatlakozó csövek
rácsatlakoztatásra kerültek. A csere eredményeképpen kiderült, hogy a membrán kompresszor még
annyit sem szállít, mint a korábbi rossz olajszivattyúval. A Linde szakemberei és a gyártó végül is
megállapították, hogy az új olajszivattyú csatlakozó csonkjai bár réginek megfelelő pozícióban vannak,
más ütemben nyomják az olajat, mint a régi. A gyártóval történő levelezés után a csatlakozó tömlők
átszerelésével és az olajszivattyú PLC vezérlésének átprogramozásával a probléma ezen része
megoldódott.
25. ábra: Az új típusú olajszivattyú (az új membránkompresszoron)
25
A következő probléma a konstrukció változása miatt a membránkompresszor régi olajcsöveinek szűk
keresztmetszete volt, melyeket megfelelő átmérőre kellett cserélni.
A fenti két munkafázis elvégzése után a membránkompresszor olaj ellátása rendeződött. Az első és
második membrán fokozat már megfelelően működött. Gond már csak a harmadik fokozatnál
jelentkezett, ami abban nyilvánult meg, hogy az olajnyomás ott még nem érte el a szükséges értéket.
A hiba oka a dugattyú gyűrűs tömítésének kopása volt, melynek cseréje a karbantartás egyébként is
beütemezett munkája volt.
A membránkompresszor tömítéseinek cseréje
A már megfelelően működő olajszivattyú által szállított olaj a speciális, mind két végén dugattyús
tengely tömítési hibái miatt, leginkább a harmadik, legnagyobb olaj nyomású fokozatánál szivárgott és
került vissza az olajgyűjtő tartályba. A következő munka a membránkompresszor szétszerelése, a
dugattyús szivattyú és annak tengelyének kivétele, a dugattyúk tömítéseinek cseréje, a membránok
cseréje, majd a teljes membránkompresszor összeszerelése volt.
Ezeket a munkákat kísértem végig a nyári szakmai gyakorlatom során.
A membránkompresszor szétszerelése
A karbantartási utasításban leírtak szerint, [4],[5] első lépésben a három kompresszor fedél került
leszerelésre.
A 26. ábra a kisebbik fedél a 3. fokozaté, látszó felső oldala tartalmazza szívó és nyomó csonkok
menetes csatlakozását. A nagyobbik fedél az első fokozaté, ennek belső homorú gázoldala látszik, amely
a membrán felé néz. Ezen belülről látszanak a szívó és nyomó csonkok furatainak perforált nyílásai.
26. ábra: Az 1. és 3. fokozatok fedele
26
A fedelek levétele után válik láthatóvá és kivehetővé a membrán készlet.
A 27. ábra látható membránkészlet 3 egyforma tömör membránlemez, szorosan, üzemközben
légmentesen összeszorítva. A három membránlemezre biztonsági okokból van szükség, bármelyik
törését biztonsági rendszer felügyeli, mely azonnal leállítja a kompresszort.
A fotón ,,furatosnak” tűnő baloldali membrán az olaj oldali közegben, a lyukacsos olajtárcsán
fekszik fel, és a nyomást biztosító olaj beáramlási nyomai látszanak rajta.
A középső membránlemezen a légmentes összeillesztés érdekében felkent speciális zsír
maradványai láthatók.
A jobboldali membrán lemez, a 26. ábra látható gázoldali fedélhez nyomódik hozzá a gáz
komprimálása közben, ezért látszanak rajta kopás nyomok, valamint a szívó- és nyomócsonk
perforálásainál megkopott felületek (középen és a felső harmadában).
Ez az a három membrán lemez, melyeket összeillesztéskor zsírral megkenve és légmentesen
összeszorítva együtt kell helyükre illeszteni.
A membránok eltávolítását követően válik szabaddá az olajnyomás egyenletes eloszlását biztosító
furatokkal perforált tárcsa. Ennek a mintázata látható a 27. ábra baloldali membránlemezén.
A következő 28. ábra, az olajnyomás elosztó tárcsa belső, dugattyú felöli oldala látható. A tárcsa
közepén egy olajelosztó kúp van, a tárcsa másik, membránlemezek felöli oldala pedig homorú,
vastagsága 60 mm.
27. ábra: 1-1 fokozat membránkészlete
27
Az olaj elosztó tárcsát leszerelve szabaddá válik az olajoldali házrész belseje, ennek közepébe nyúlik be
a dugattyú ház vége, melyen keresztül a dugattyú által nyomott olaj ömlik be. Az olajoldali házrészben
található a hűtőkör réz vezetéke, az olajnyomást szabályzó szelepek beömlő és leeresztő csonkjai. A
házból nyúlnak ki homlok irányban az első lépésben leszerelt gázoldali fedél rögzítő csavarjai.
28. ábra: Olajnyomás elosztó tárcsa
29. ábra: Olaj oldali ház belső része
28
Az olajoldali ház a kompresszor dugattyúházára van felszerelve az alábbi ábra szerint:
Az eddig ismertetett egységek összeállítási rajza egyértelműsíti a membrán kompresszor szerkezetét.
Mindhárom fokozat azonos felépítésű, de átmérőben és szerelvényezésben különböznek egymástól,
mivel különböző nyomásfokozatokon üzemelnek.
A 31. ábra a korábbi fotókon látható elemek összeállítási rajza látható [6], amelyet az előző ábrák
sorrendjét követve balról-jobbra szereltünk szét. Az ábra bal oldalán a 17. tételszám a szívócsonk, 25.
tételszám a nyomócsonk, mely minden fokozatnál középen van. Ezt követi a gáztér, majd a 3 darabos
membránkészlet. Ennek túloldalán az olajtérben, a furatos olajnyomást elosztó tárcsa, közepén az olaj
áramlással szembe néző oldalán a kúpos olajterelővel. Az ábra jobb oldalán 1. tételszámmal az olajoldali
ház található (29. ábra) felszerelvényezve. Ennek jobboldali, nagy átmérőjű furatába csatlakozik a 30.
30. ábra: Dugattyúház
31. ábra: Membránkompresszor 2. fokozat metszeti rajza
29
ábra szerinti dugattyúház, melyben a dugattyú az olajat maga előtt nyomva préseli be az olajoldali
házba.
31- olaj beeresztő és golyós visszacsapó szelep,
34- olaj túlfolyó szelep,
44- hűtőspirál
40-45- hűtő víz be és ki vezetés
Mindhárom fokozat nyomást biztosító olaj oldalon hűtve van.
A 31. ábra bal oldalán látható gázoldali fedél (8) és 17-es számú szívó oldali csatlakozás, valamint a
tengely vonalban elhelyezkedő 25-ös számú, nyomó oldali gázcsatlakozás.
A fokozatokból kilépő komprimált gáz külön hűtőn kerül átvezetésre, majd a következő fokozat szívó
csonkjára.
32. ábra: A membrán kompresszor gázoldali fedele (2. fokozat szemből, 3. fokozat oldalról)
30
Hofer Membrán kompresszor szívó és nyomó üzemmódja
A membránkompresszor működésének megértéséhez a Hofer cég honlapján egy egyszerűsített animáció
található11. Ebből egy-egy képkocka mutatja a szívó és nyomó üzemmódot.
Szívó üzemód:
A kulisszás hajtómű által hajtott dugattyú hátrafelé (jobbra) mozog. Az előtte lévő olajtérből szívja az
olajat. Az olajtér nyomása lecsökken. A membrán az olajtér felé hajlik. Az előző fokozatból áramló gáz
kitölti a gázoldali részt, sárgával jelölve, szívó csonk nyitva, nyomó csonk zárva. Alul az olaj beeresztő
visszacsapó szelep utánengedi és feltölti az olajoldali házat. A felső olajtúlnyomás leeresztő szelep zárva
van. Az ábra jobb felső sarkában kinagyítva az olaj szivattyú látható, amit szintén a kulisszás hajtómű
hajt meg.
A szívó oldalon beáramló gáz az első fokozatban a 4,5 baros üzemi vezetékből érkezik, a többi fokozat
esetén a fokozatok közötti gázoldali hűtőkből.
A [11] mellékletben az animált videó megtekinthető és vezérelhető az ábra felső részén látható
gombokkal.
11 Hofer membránkompresszor egyszerűsített animált működése: http://www.andreas-hofer.de/produkte/membrankompressoren/animation-membrankompressor/
33. ábra: Membránkompresszor szívó üzemmódban
31
Nyomó üzemmód:
A kulisszás hajtómű által hajtott dugattyú előrefelé (balra) mozog. Az előtte lévő olajtérbe nyomja az
olajat. Az olajtér nyomása nő. A membrán az gáztér felé hajlik. A fokozatból kiáramló gáz (pirossal
jelölve) a következő fokozat előtti gázoldali hűtőbe kerül. Szívó csonk zárva, nyomó csonk nyitva. Alul
az olaj beeresztő visszacsapó szelep a nyomás miatt a kompresszió kezdetekor lezár. Amikor a membrán
eléri a végső kitérését, az olajnyomás hirtelen megnövekszik és a felső olajtúlnyomás leeresztő szelep
egy pillanatra megnyit, ami biztosítja a membránkompresszor túlterhelése elleni védelmet. Az olaj a
gyűjtőtartályba kerül, ahonnan az olaj szivattyú ismét felkomprimálja. Az ábra jobb felső sarkában
kinagyítva az olaj szivattyú látható, amit szintén a kulisszás hajtómű hajt meg.
Esetünkben 3 fokozatú a membránkompresszor, tehát a kulisszás hajtómű túloldalán is folytatódik a
dugattyú tengelye, így az I. és II. fokozat ellenütemben dolgozik. A III. fokozat olajnyomással történő
meghajtása céljából a tengelyen váll van, ami térfogat kiszorítással oldja meg az olaj nyomás
biztosítását. Ezért áll merőlegesen a dugattyúház közepén a III. fokozat.
34. ábra: Membránkompresszor szívó üzemmódban
32
6 Karbantartás utáni ellenőrzések és számítások
A kompresszor szükséges végnyomásának meghatározása
A Linde a műszaki gázokat 50 literes 200 baros palackokban értékesíti, definíció szerint gáztechnikai
m3-ben azaz 15C°-on és 1 bar nyomáson.
A palackokba töltött szénmonoxid hőmérséklete azonban a környezeti hőfoknak megfelelően változik,
emiatt a töltéskori hőmérsékletnek megfelelően magasabb vagy alacsonyabb nyomásra kell tölteni, hogy
visszahűlést vagy felmelegedést követően 15C° fokon meg legyen a 200 bar nyomás és ne adjon okot
vevői reklamációra.
Az egyesített gáztörvény értelmében, ideális gázokra: (p1 * V1) / T1 = (p2 * V2) / T2
A Linde kiterjedt adatokkal, kutatásokkal és számítási segédletekkel (diagrammokkal, táblázatokkal,
képletgyűjteménnyel) rendelkezik, melyek kifejezetten a Linde által gyártott és forgalmazott, vagy
komprimált gázokra vonatkoznak. Egy ilyen 1955-ből származó füzetet vettem alapul a karbantartás
megfelelőségének ellenőrzéséhez, melynek részleteit a [7] mellékletben összegyűjtöttem.
35. ábra: CO jelleggörbéje az ideális gázhoz képest
33
Ebből származik az előző oldali 35. ábra, mely a gázok ideális állapottól történő eltérését mutatja 0 C°-
on a nyomás függvényében a Linde mérései alapján. A diagramm szerint a CO igen érdekesen
viselkedik, mivel légköri nyomáson és 190 baron is ideális gázként viselkedik (nem tér el a diagramm
szerinti 1-es értéktől). Az ideális gázoktól mutatott legnagyobb eltérése 100 bar nyomásértéken van,
ahol 0,97-es értéket mutat. (nyomás hatására ,,összeesik”, azaz térfogata 0,97%-ra csökken) A
számunkra érdekes 200 bar töltési nyomás esetén az eltérés minimális, 1,01 (,,felkeményedik”, kevésbé
komprimálható) 35. ábra kék jelöléssel.
A fentiek alapján a 200 bar körüli végnyomásra töltendő CO majdnem ideális gázként viselkedik, tehát
egyszerűsítés képpen, így számolhatunk vele.
Például:
Mivel a gázpalack hőtágulása és térfogatváltozása elhanyagolható ezért, V1 = V2, tehát a nyomás és a
hőmérséklet viszonya egyszerűbben is felírható: p1 / T1 = p2 / T2
A 15C°-on (T1) elvárt nyomás (p1) értéke 200 bar
A palack töltési véghőmérséklet mérés alapján ismert, T2 = 40 C°
p2 számítása: p2 = p1 * (T2 / T1) ; a számítás K°-ban kell elvégezni.
p2 = 200 bar * [(273+40) / (273+15)] = 217,3611 bar ~ 218 bar
Tehát a kompresszor végnyomása legalább 218 bar vagy attól magasabb kell, hogy legyen.
Palackok töltési táblázata a hőmérséklet függvényében
Az előző pontban ismertetett képlettel a Linde kérésére kiszámoltam a már megtöltött és környezeti
hőmérsékletre lehűlt palackokban mérhető nyomást. Erre egyrészt értékesítéskor van szükség, hogy a
vevő lássa, hogy a 15C°-on 200 barra töltött palack nyomása miként alakul, főleg a téli időszakokban,
amikor a gáz nyomása a hideg miatt látványosan csökken. A töltési táblázat 15C°-nál magasabb értékei
nem csak a nyári időszakra vonatkoznak, hanem a töltés közben felmelegedett palackok szükséges
töltési nyomásának meghatározására is. A töltési táblázatot -30C° és +40C°között kellett
meghatároznom.
34
2. táblázat: Palackok töltési nyomása hőmérséklet függvényében
A fenti 2. táblázat gyakorlatilag kereskedelmi célokat szolgál, mivel a vevő a megvásárolt gáz
mennyiségét ez alapján tudja visszaellenőrizni, gáztechnikai m3-ben, azaz 15C°-on egy egyszerű
szorzással: palack térfogata 50 [liter] x 200 [bar] = 10 000 [liter] = 10 [m3]
Átszámítás gáztechnikai és normálköbméter között
A gázipar a gázok normál állapotával számol, az egyesített gáztörvény, Avogadró-törvény, Boyle-
Mariotte-törvény és Gay-Lussac-törvény alapján. A gázok normál állapota 0 C°-on (273,15K°) és
1013,25 mbar nyomáson van értelmezve. A magyar gázipari és fizikai szóhasználatban az ilyen
mennyiségeket normálköbméternek [Nm3] nevezik.
Erre szolgál a Boyle-Mariotte-törvényt, a Gay-Lussac-törvényt és a Charles-törvényt összevonva az
egyesített gáztörvény:
A képlet alapján a normál állapothoz tartozó térfogat:
A hőmérséklet és nyomás adatokat behelyettesítve: V2 [gáztechnikai m3] = 1,0688925 * 1 [Nm3]
15 C° 200,0 bar C° bar C° bar
-30 168,8 -6 185,4 18 202,1
-29 169,4 -5 186,1 19 202,8
-28 170,1 -4 186,8 20 203,5
-27 170,8 -3 187,5 21 204,2
-26 171,5 -2 188,2 22 204,9
-25 172,2 -1 188,9 23 205,6
-24 172,9 0 189,6 24 206,3
-23 173,6 1 190,3 25 206,9
-22 174,3 2 191,0 26 207,6
-21 175,0 3 191,7 27 208,3
-20 175,7 4 192,4 28 209,0
-19 176,4 5 193,1 29 209,7
-18 177,1 6 193,8 30 210,4
-17 177,8 7 194,4 31 211,1
-16 178,5 8 195,1 32 211,8
-15 179,2 9 195,8 33 212,5
-14 179,9 10 196,5 34 213,2
-13 180,6 11 197,2 35 213,9
-12 181,3 12 197,9 36 214,6
-11 181,9 13 198,6 37 215,3
-10 182,6 14 199,3 38 216,0
-9 183,3 15 200,0 39 216,7
-8 184,0 16 200,7 40 217,4
-7 184,7 17 201,4
A palackok nyomása a hőmérséklet függvényében
35
Előzőek alapján a 15 C°-os, 200 baros, 50 literes palackban lévő 10 m3 (gáztechnikai) gáz normál
állapotra átszámolva: 9,355478 Nm3
Azért használunk normál köbmétert [Nm3]-t, mivel bármilyen gáz gramm-molekula súlynyi mennyisége
normál állapotban 22,41 liter térfogatú és 6*1023 molekulát tartalmaz. (Avogadro törvény)
A diplomamunkám elején említett HYCO üzem (gőzreformer) reakciói során szükséges alapanyagok és
végtermékek egyenlete számításából határozza meg a Linde is a mennyiségeket. A földgáz és gőz
reakciója során szénmonoxid és hidrogén keletkezik az alábbi képlet szerint:
CH4 + H2O CO + 3 H2
azaz 1 molnyi (16 g; 22,41 liter) földgázból (CH4-ból) és 1 molnyi (18 g; 22,41 liter) gőzből keletkezik
1 mol (28 g; 22,41 liter) CO gáz és 3 molnyi (3*2g; azaz 3*22,41 liter) hidrogén.
A molnyi mennyiségek meghatározása a periódusos rendszer alapján [10] történik.
A fenti számítás tiszta metángázra vonatkozik. A valóságban a földgáznak kb. 95%-a csak a metán, a
további 5% széndioxid és egyéb hosszabb szénláncú szénhidrogének. Részben emiatt, de főleg a
széndioxid visszaforgatás hatására és a technológiai lépcsőkben keletkezett veszteségek, valamint a
fűtésre felhasznált földgáz miatt a HYCO üzemben megtermelt H2/CO aránya maximum 2,5 szeres az
elvi 3 szoros helyett. Amennyiben a BorsodChem igénye hidrogént tekintve ettől kevesebb, a
megtermelt hidrogén egy része, földgáz helyett a gőzreformer fűtésére visszaégethető, így a minimum
arány 1,5 -szeres lehet.
Ellenőrző mérések a kompresszoron
A kompresszor a szívóoldalon a 4,5 baros CO hálózatból kapja a sűrítendő szénmonoxidot 15C°-on.
A kompresszor végnyomása a mérés szerint 218 bar.
Gépkönyv[8],[9] szerinti szívás: 250m3 / óra -0 +5% ; (0 C°, 1013,25 mbar)
Teljesítménye: 56 kW
Villanymotor: 67 kW
Hűtővíz igény: 4m3 / óra ; max 24 C°
Maximális kompressziós hőmérséklet: < 155 C°
Az ellenőrző méréseket, 2016. októberében kb. 15 C° környezeti hőmérséklet mellett végeztük, de nyári
melegben valószínűleg a magasabb hőmérsékletű hűtővíz miatt néhány C°-kal magasabb értékek
adódtak volna.
36
Hőmérséklet és nyomás mérések
Hőmérséklet [C°] Nyomás [bar]
Mérés helye beépített mérő mért olajoldal gázoldal
1. fokozat szívó csonk 15 4,5
nyomó csonk 90 85 26,1
gáz oldali hűtő
2. fokozat szívó csonk 30
nyomó csonk 135 95 96,4
gáz oldali hűtő
3. fokozat szívó csonk 38
nyomó csonk 122 120 248,4 218
gáz oldali hűtő 29,8
3. táblázat: Leolvasott és mért értékek a karbantartás után
Magyarázat az 1. számú táblázathoz:
Hőmérséklet mérés:
Beépített hőmérők a komprimált oldalon mérnek.
Általam mért hőmérséklet adatok kilépő és belépő csonkon is mérésre kerültek. A két fokozat
közötti hőmérséklet különbségek a két fokozat közötti gázoldali hűtő hatékonyságát mutatják.
A kompresszor 3. fokozatát követő gázoldali hűtőből kilépő gáz a töltő csöveken keresztül a
palackokba kerül.
36. ábra: Hőmérők a 2-es és 3-as fokozaton (baloldal 2. fokozat, jobb oldal 3. fokozat)
37
Nyomás értékek mérése:
Az olajoldali beépített nyomásmérők a membránok olajoldali nyomását mutatják, mely érték
magasabb, mint a membránok gázoldalán fellépő nyomás. Az értékek különbsége a fém
membránok mozgatásához szükséges energiából és a furatos olajnyomást elosztó tárcsa
áramlási veszteségeiből adódnak.
A gázoldali mérés manométerrel történik a kompresszor nyomóoldali ágát követő gázhűtő után.
A gázoldali manométeres mérés csak a palacktöltés befejezése előtti időpontig lehetséges, mivel
a 5. fejezet, 21. oldalon leírtak alapján a töltőág nyomásmentesítésre kerül a töltés végén,
biztonsági okokból.
38. ábra: Olajoldali nyomásmérők (baloldalon 3. fokozat, jobboldalon 2. fokozat)
37. ábra: Hőmérséklet mérés a 3. fokozaton
38
Villamos energia felvétel – gyári és mért adatok
mért számolt
áramerősség mérés [A] Feszültség [V] telj. [kW]
minimum érték 99,7 400 39,88
maximum érték 105,4 400 42,16
Gyári adatok
áramerősség [A] Feszültség [V] telj. [kW]
áramfelvétel max 133 400 kompr. átl. telj. 56
vill. motor max
teljesítménye 75 4. táblázat: Energia felvételek és gyári adtok
A mért értékek töltés közbeni értékek, nem a 218 baros gáznyomás-végértékre vonatkoznak.
39. ábra: Áramerősség mérés, lakat fogóval
39
Kompresszió energiaigényének számítása
A kompresszió mindig munka-befektetéssel jár (így külső energiát igényel), lehet adiabatikus, mikor a
kompresszor és a környezet között nincs hőforgalom (hőátadás), és izoterm, amikor a képződő hőt
például hűtővízzel elvezetjük. A gyakorlatban általában az adiabatikust vagy izotermet megközelítő
átmenet játszódik le a kompresszorokban, de törekedni kell arra, hogy a kompresszor lehető legjobb
hűtésével az izoterm jelleggörbéhez minél közelebb kerüljünk. Az adiabatikus kompressziót lehetőleg
el kell kerülni mert intenzív hőmérséklet emelkedéssel jár, amelynek mértékét a következő
összefüggéssel számíthatjuk
ahol:
T1 kiinduló hőmérséklet 15C°, azaz 288K°
T2 a véghőmérséklet (K)
P1 a kezdőnyomás 4,5 barg, a képletben abszolút érték kell-5,5 bara
P2 a végnyomás 218 barg, a képletben abszolút érték kell-219 bara
k az adiabatikus kitevő, amely az állandó nyomáson és az állandó térfogaton mért fajhő
hányadosa, azaz: cp/cv CO-ra = 1,4 12
A fenti egyenletet átrendezve T2 értéke számítható:
A képletbe behelyettesítve: T2 = 825,199 K°
Amint az eredményből látható, adiabatikus kompresszióval nem számolhatunk, ilyen magas hőfokokat
messze el kell kerülnünk a kompresszorok intenzív hűtésével. Ennek megfelelően a 3 fokozatú membrán
kompresszor nem csak olaj oldali hűtőkörökkel rendelkezik hanem a fokozatok közötti gázoldali hűtők
is hozzá járulnak ahhoz, hogy minél alacsonyabban tartsuk a hőmérsékletet. A hőmérséklet alacsony
értéken tartásával és az izotermikus állapot változás megközelítésével, a kompresszió munka
szükséglete is lényegesen kisebb.
A megfelelően hűtött kompresszor miatt a következőkben izotermikus kompresszióval fogok számolni.
A korábban már említett Linde képlet gyűjtemény 221. diagramja és tapasztalati képlete szerint
határozzuk meg 200 barra történő komprimáláshoz szükséges energiaigényt.
12 forrás: http://www.vegyipari.hu/iskola/gazszallitas/g%C3%A1z_fiz_jell.htm
40
Hivatkozva a 35. ábra szerinti diagrammra, megállapíthatjuk, hogy a CO és a sűrített levegő görbéi
gyakorlatilag együtt futnak a 0 – 200 bar tartományban. Ez alapján a megközelítő számításhoz
használható a lenti 40. ábra, mely megadja 100m3 levegő sűrítéséhez tartozó energiaigényt. ( [7] eredeti
Linde segédlet 221. táblázata)
A valóságos kompressziós munkát közelítőleg az alábbi képlettel lehet meghatározni (kWh / 100Nm3
levegő)
Weff = 11,22 * lg (p2/p1)
ahol:
p1 – a kompresszor szívóoldali nyomása (4,5bar)
p2 – a kompresszor nyomóoldali nyomása (min. 218 bar töltési nyomás)
A számolt szükséges kompressziós munka: Weff = 18,90844 kWh / 100 Nm3 = 0,18908 kWh /Nm3 ,
mely szénmonoxidra is igaz a kompressziós jelleggörbe alapján.
40. ábra: Effektív sűrítési munka 100 Nm3 levegőre
41
Ellenőrzés képpen a 40. ábra szerinti 3 fokozatú kompresszor görbéjén megkeressük a vízszintes
tengelyen a nyomásviszonynak (218 / 4,5) 48,44-es vonal metszéspontját, ami a függőleges tengelyen
kb. 19,5 kWh / 100 Nm3 értéket ad. Ez egy Nm3-re vetítve 0,195 kWh / Nm3 fajlagos energia igényt
ad. Ez elvileg pontosabb érték, mivel a kompresszorunk is 3 fokozatú.
A kompresszor gépkönyv szerinti fajlagos energia igénye
A gépkönyv [9] szerint, 250 Nm3 beszívott mennyiséghez (Ansaugleistung) tartozón 56 kW
teljesítményigényt (Leistungsbedarf) ad meg. Ezekből az egy Nm3-re eső fajlagos 56kW / 250 Nm3/h
hányadosaként számolható és eredménye 0,224 kWh / Nm3. Ez a két adat 5 bar abszolút bemenő
nyomásra vonatkozik, ami 4 barg, tehát a ténylegesen 4,5 barg nyomású szénmonoxid vezetékből
történő szívás estén, az energia igény minimálisan kevesebb a gépkönyvhöz képest.
41. ábra: A membránkompresszor műszaki adatai a gépkönyv alapján
42
A számolt és a gépkönyv szerinti fajlagosok eltérése
Esetünkben a szénmonoxid vezeték 4,5 barg nyomása miatt, a 3 fokozatú membránkompresszor belső
munkavégzése 4,5 bar szívóoldali nyomástól 248,4 bar olajnyomásig számítandó.
A gépkönyv és a mérések szerint is a 3 fokozatú membránkompresszor működéséből adódóan a 3.
fokozatban a szükséges olajnyomás értéke 248,4 bar (38. ábra) ahhoz, hogy a gázoldalon meg legyen a
szükséges töltési nyomás, 218 bar.
A többlet nyomás igény abból származik, hogy a gázt komprimáló membránok biztonsági okokból 3
rétegűek. Továbbá, mindhárom fokozat előtt a furatos tárcsából kialakított olajnyomás elosztó jelent
többlet energia igényt. Ezt a konstrukciót a CO gáz veszélyessége miatt kellett választani.
A 40. ábra alján található képlettel ellenőrizve:
Weff = 11,22 * lg (p2/p1)
ahol:
p1 – a kompresszor szívóoldali nyomása (4,5 bar)
p2 – a kompresszor nyomóoldali olajnyomása 248,4 bar (218 bar gázoldali töltési nyomás
biztosításához)
Weff = 11,22 * lg ( 248,4 / 4,5 ) = 19,54 kWh / 100 Nm3 = 0,1954 kWh / Nm3
Ugyanezen ábrán látható 3 fokozatú jelleggörbe alapján ellenőrizve:
A p2/p1 (248,4 / 4,5) = 55,2 nyomásviszony, valamint a jelleggörbe metszéspontja 20,5 kWh / 100 Nm3
= 0,205 kWh / Nm3 fajlagos energia igényt ad.
Ha figyelembe vesszük a 35. ábra lévő CO jelleggörbéjét és azt megbecsüljük a 248 bar olajnyomáshoz
tartozó 218 baros gáznyomásra, akkor az ideális gázokhoz képest az eltérés 1,02-es szorzóra adódik. Ezt
figyelemben véve a fent kiszámolt 0,205 kWh / Nm3 fajlagosa elvileg 2%-al emelkedik, azaz 2,05 *
1,02 = 0,2091 -re adódik.
Megállapíthatjuk, hogy:
3 fokozatú membránkompresszor gépkönyv szerinti fajlagosa 0,224 kWh Nm3
A jelleggörbe szerinti számítás eredménye 0,2091 kWh Nm3
A két érték közötti eltérés minimális, értékileg 0,0149 kWh Nm3 , százalékosan 6%.
Tehát a továbbiakban a 35. ábra 0 - 200 bar közötti CO jelleggörbéjével és a 40. ábra szerinti 3 fokozatú
jelleggöbével számolva, legfeljebb 6% hiba adódhat.
Nyomásértékek a 3 fokozatú kompresszor közbenső fokozataiban
A Linde kérésére meg kellett határozni a nem mérhető, legfeljebb számítható gáz nyomás értékeket a
belépő gázoldali 4,5 bar és a 3.fokozati 218 bar között, az egyes fokozatok szívó és nyomó oldalán.
43
A kiszámítandó értékeket az alábbi táblázat sárgára színezett cellái jelzik:
Mérés helye
Hőmérséklet [C°] Nyomás [bar]
beépített mérő mért bázis olajoldal gázoldal
1. fokozat
szívó csonk 15 15 4,5
nyomó csonk 90 83 90 26,1 1fokozat p2
gáz oldali hűtő
2. fokozat
szívó csonk 30 32 2fokozat p1
nyomó csonk 135 95 135 96,4 2fokozat p2
gáz oldali hűtő
3. fokozat
szívó csonk 38 40 3fokozat p1
nyomó csonk 122 120 122 248,4 218
5. táblázat: Számítandó nyomásértékek
A hőmérséklet adatok pontosítása (kék színű cellák) az alábbiak szerint történt:
A nyomó csonkokba beépített hőmérőkhöz képest, az 1. és 3. fokozatokon 2-5 fokkal alacsonyabb
hőmérsékletet mértem a csonkok külső oldalán. Feltételezzük, hogy ugyanígy a 2. és 3. fokozat szívó
csonkján is kívülről mért hőmérséklet azonos mértékben alacsonyabb, mint a belső. A 2. fokozat nyomó
csonkján mért 95 C° nem irányadó, hibás mérés, mivel a hőmérő mágneses csonkjának nem találtam
megfelelő helyet.
Az 1. fokozat szívócsonkjában mért hőmérséklet (15 C° megbízható érték), csővezetéken érkező több
helyen mért gázról van szó.
A számítás elvi alapjai:
Az 3. táblázat leírtak szerint a membrán gázoldalán elérhető nyomóoldali gáznyomás a membrán
olajoldalán mért olajnyomás 87,76%-a. (a 3.fokozat nyomócsonkján 248,4 bar olajnyomás kell 218 bar
gázoldali nyomás eléréséhez)
Ugyanilyen nyomásviszonyok esetén az 1. fokozat (26,1bar olajnyomás) gázoldali kimenő nyomása
22,9 bar, a 2. fokozat esetén 96,4 bar olaj nyomás eredményez 84 bar gázoldali kimenő nyomást.
A következő fokozat bemenő nyomása a gázoldali hűtők hőmérséklet csökkenésével arányos:
p1 / T1 = p2 / T2 képlettel számolható, mivel a hűtőn átáramló térfogat változatlan.
A kiszámolt nyomásértékeket és a mért hőmérsékleteket a következő oldalon látható 42. ábra szerinti
diagramban ábrázoltam.
A számítás csak közelítő értékeket ad, mivel a fokozatok közötti áramlási veszteségek nem számíthatók
(visszacsapó szelepek, fokozatok közötti gázoldali hűtők miatt). Ugyanakkor a kompresszió adiabatikus,
mivel nem tudunk a folyamat során minden hőt maradéktalanul elvonni a komprimált gázból.
44
Mérés helye
Hőmérséklet [C°] Nyomás [bar]
beépített mérő mért bázis olajoldal gázoldal
1. fokozat
szívó csonk 15 15 4,5
nyomó csonk 90 83 90 26,1 22,91
gáz oldali hűtő ∆T=-58C° ∆p = -3,67
2. fokozat
szívó csonk 30 32 19,25
nyomó csonk 135 95 135 96,4 84,60
gáz oldali hűtő ∆T=-95C° ∆p = -19,7
3. fokozat
szívó csonk 38 40 64,90
nyomó csonk 122 120 122 248,4 218
gáz oldali hűtő 29,8
6. táblázat: 29. ábra alapadatai
A fokozatokban kialakult kompresszió viszonyok szórnak.
I. fokozat 22,91 / 4,50 = 5,09
II. fokozat 84,60 / 19,25 = 4,40
III. fokozat 218,00 / 64,90 = 3,36
A gépkönyv az egyes fokozatok kompresszióviszonyáról nem ad tájékoztatást.
A kompresszor hatásfokának vizsgálata
A kompresszió izotermikus, ha a kompresszió során fejlődött összes hőt elvezetjük, és így a közeg
hőmérséklete állandó marad. Esetünkben a teljes töltési folyamatot vizsgálva megállapíthatjuk, hogy a
15 C°-on és 4,5 bar nyomáson érkező szénmonoxid végül is 218 baron és 40 C°-on kerül a palackba,
miközben a lehető legtöbb hőt elvezetjük a kompresszor olajköréből, valamint a fokozatok közötti
gázhűtővel, ahogy azt a 42. ábra is mutatja. Ha tehát izotermikus kompresszióval számoljuk a
komprimálás igényét, akkor az összehasonlítási alapként szolgálhat a kompresszor veszteségeinek, vagy
hatásfokának számításához.
42. ábra: Fokozatok p-T diagram
45
Az izotermikus kompresszió munka igénye a
W = p1 * V1 * ln ( p2 / p1 ) -alapján számítható.
Ahol:
p1 = szívóoldali nyomás [N/m2] – légköri nyomás
p2 = kompresszió végnyomása [N/m2]
V1 = beszívott szénmonoxid mennyisége 15 C°-on légköri nyomáson [m3 / s]
W = a kompresszió munkája Wattban [Nm / s]
Mivel a palack töltés közbeni melegedését jelen számításból nem lehet kizárni, hiszen a kompresszornak
is 218 barra kell tölteni a palackot, így az elvi kompressziós munkaigényt is erre határozzuk meg.
Első lépésben a légköri nyomásról 218 barra komprimálva számolunk, majd ebből kivonjuk a már 4,5
baron érkező szénmonoxid kompressziós energia igényét.
Izotermikus kompresszió légköri nyomásról 218 barra
W = 100 000 N/m2 * 250/3600 m3/s * ln (218/1) = 37 392,3 Nm/s [W] = 37,392 kW
Izotermikus kompresszió légköri nyomásról 4,5 barra
W = 100 000 N/m2 * 250/3600 m3/s * ln (4,5/1) = 10 445,0 Nm/s [W] = 10,455 kW
Ideális- izotermikus kompresszió estén tehát a 4,5bar – 218bar közötti komprimálási energia a kettő
különbsége: 26,947 kW
Az így kiszámolt teljesítmény magában foglalja az alábbiakat:
a tiszta izotermikus kompresszió energia igényét 218 barra
Az így kiszámolt teljesítmény nem tartalmazza az alábbiakat:
a kompresszor olaj hűtői által elszállított hőmennyiségeket
a kompresszor gázhűtői által elszállított hőmennyiségeket
a kompresszorban fellépő áramlási és egyéb veszteségeket.
A kompresszor Gépkönyv szerinti teljesítménye 56 kW.
A kompresszor hatásfoka az ideális izotermikus kompresszióhoz képest: 48,12%.
46
A membránkompresszor teljesítmény szalagjából és hatásfokából látható, hogy a befektetett energia
52%-a hő formájában a hűtőkön keresztül elvezetésre kerül. A hatásfokot úgy lehete javítani, ha
intenzívebb hűtéssel a kompressziós végnyomás (218 bar) csökkenthető lenne. Az elvezetett hőt
hővisszanyeréssel hasznosítva más hőigény kielégíthető lenne.
A veszteségek további része a csővezetékekben fellépő áramlási veszteség, mely elvileg az átmérők
növelésével csökkenthető lenne, de ez nem járható út, mert gyári kompresszorról van szó.
A kompresszor fokozatonkénti teljesítmény igényének vizsgálata.
Hasonló módon ábrázolható a teljesítmény szalag a kompresszor egyes fokozatainak számításával is.
1. fokozat:
Izotermikus kompresszió légköri nyomásról 22,9 barra
W = 100 000 N/m2 * 250/3600 m3/s * ln (22,9/1) = 21 744,01 Nm/s [W] = 21,744 kW
Izotermikus kompresszió légköri nyomásról 4,5 barra
W = 100 000 N/m2 * 250/3600 m3/s * ln (4,5/1) = 10 445,0 Nm/s [W] = 10,455 kW
Ideális- izotermikus kompresszió estén tehát a 4,5 bar – 218 bar közötti komprimálási energia a kettő
különbsége: 11,289 kW
43. ábra: Izotermikus kompresszió teljesítmény igénye
Kompresszor
teljesítmény
felvétele:
56 kW
Izotermikus kompresszió
teljesítmény igénye:
26,974 kW
Kompresszor hűtéssel elvont
hő, ideális esetben.
47
2. fokozat:
Izotermikus kompresszió légköri nyomásról 84 barra
W = 100 000 N/m2 * 250/3600 m3/s * ln (84/1) = 30 769,56 Nm/s [W] = 30,769kW
Szívó oldalon a 19,25 barra történő sűrítés:
Az első fokozat végnyomása a közbenső hűtő miatt a II. fokozat szívó oldalán 3,67 barral
alacsonyabb. (p-T diagramm):
W = 100 000 N/m2 * 250/3600 m3/s * ln (19,25/1) = 20 538,271 Nm/s [W] = 20,538 kW
Tehát a második fokozat teljesítmény igénye a kettő különbsége: 10,231 kW
3. fokozat:
Izotermikus kompresszió légköri nyomásról 218 barra
W = 100 000 N/m2 * 250/3600 m3/s * ln (218/1) = 37 392,3 Nm/s [W] = 37,392 kW
Szívó oldalon a 64,9 barra történő sűrítés:
A második fokozat végnyomása a közbenső hűtő-fűtő a III. fokozat szívó oldalán 19,7 barral
alacsonyabb. (p-T diagramm):
W = 100 000 N/m2 * 250/3600 m3/s * ln (64,9/1) = 28 978,109 Nm/s [W] = 28,978kW
Tehát a harmadik fokozat teljesítmény igénye a kettő különbsége: 8,414 kW
A fokozatonként kiszámolt izotermikus kompresszió teljesítmény igénye 29,934 kW.
Amennyiben feltételezzük, hogy a kompresszor valós teljesítménye (56 kW) és a három fokozatú
kompresszió energia igénye (29,9 kW) közötti különbség, mint veszteség, azonos arányban érvényesül
az egyes fokozatok esetén is, akkor a következő teljesítmény arányos szalagdiagram rajzolható fel:
44. ábra: Mindhárom fokozatra külön-külön kiszámolt izotermikus kompresszió energia igénye
3. fokozat 8,414 kW
2. fokozat 10,231 kW
1. fokozat 11,289 kW
III. fokozat hűtőkörei
II. fokozat hűtőkörei
I. fokozat hűtőkörei
kompresszor valós
teljesítmény 56kW
a 3 fokozat izotermikus
kompressziójának
teljesítmény igénye:
29,934 kW
48
A számolt teljesítmény igények összehasonlítása
Az első lépésben kiszámolt egy fokozatban történő ideális izotermikus kompresszió estén a 4,5 bar –
218 bar közötti komprimálási energia 26,947 kW-ra adódott.
A fokozatonként kiszámolt és összesített kompresszió energia igénye 29,934 kW.
A kompresszor gépkönyv szerinti teljesítménye 56kW.
Az eltérések indokai:
Az első lépésben kiszámolt egy fokozatban történő ideális izotermikus kompresszió 26,947 kW-os
energiaigénye nem tartalmazza:
a kompresszor olaj hűtői által elszállított hőmennyiségeket
a kompresszor gázhűtői által elszállított hőmennyiségeket
a kompresszorban fellépő áramlási és egyéb veszteségeket
A fokozatonként kiszámolt és összesített kompresszió energia igénye 29,934 kW, mely már tartalmazza
a fokozatok közötti gázhűtő által elvont hőmennyiség miatti nyomáseséseket, ami miatt a következő
fokozat alacsonyabb belépő nyomásról szív, így nagyobb a kompressziós energia igény. Ez a számítás
sem tartalmazza:
a kompresszor olaj hűtői által elszállított hőmennyiségeket
a kompresszorban fellépő áramlási és egyéb veszteségeket.
A kompresszor gépkönyv szerinti teljesítménye 56kW.
Ez a teljesítmény a ténylegesen elhasznált energiát közli és minden veszteséget tartalmaz:
olajszivattyú teljesítménye,
kulisszás hajtómű teljesítménye,
meghajtó villanymotor hatásfoka,
a 3 rétegű biztonsági membrán mozgatási energiáját,
műszerezettség villamos energia igénye,
áramlási veszteségek,
olajrendszer visszaszivárgási veszteségei,
valamint a komprimálási energia hő formájában történő elvezetését, rendszer hűtését.
Kompresszor hatásfokának százalékos számítása
A kompresszor gépkönyv szerinti teljes energia igényének 48 %-a az ideális izotermikus kompresszió.
A többi energia a fenti felsorolás szerint hőformájában távozik a rendszerből. (olajhűtő, gázoldali hűtő,
töltéskor palackba kerülő meleg szénmonoxid, valamint hősugárzások)
A fokozatonként kiszámolt kompressziós igény (29,934kW) már tartalmazza a fokozatok közötti hűtők
okozta hőmérséklet és nyomásesést, ami a fokozatok kompresszió viszonyát emeli. Ezzel számolva a
kompresszor hatásfoka 53%.
49
A kompresszor és annak fokozatainak üzemi adatait azért kellett rögzíteni, illetve kiszámolni, hogy a
következő karbantartás során ezeket figyelembe véve már egyszerűbb legyen a kompresszor
beszabályozása, illetve kontrollálása.
A Linde a BorsodChem területén lévő összes üzemét és fontosabb berendezéseinek vezérlését -köztük
a CO kompresszorét is- egy vezénylő teremből távirányítással végzi. A vezénylőben az üzemállapotok
megjelenítésére számítógépek és számtalan monitor szolgál. A megjelenített üzemi jellemzők
függvényében a hozzájuk tartozó szabályzók, kapcsolók, szelepek és egyéb vezérlések a monitoron
megjelenő nyomógombokkal állíthatók, illetve szabályozhatók.
Egy ilyen monitor tartozik a CO töltés folyamatábrájához is, amin a töltés szabályozásának
felügyeletéhez elengedhetetlen nyomás és hőmérséklet adatok jelennek meg, valamint a beavatkozó
szervek- szelepek- nyitott vagy zárt állása. Ezen adatok figyelembevételével a számítógép elvileg
automatikusan levezényli a töltési folyamatot a ,,CO töltés START” megnyomását követően,
amennyiben a töltés folyamán nem keletkezik hibajelzés.
A töltési folyamat előtt a töltőre csatlakoztatott palackokat vagy bündeleket az ábra alján látható vákuum
szivattyúkkal fáklyára ürítik, hogy a palackokban és a töltőcsövekben semmilyen szennyező anyag (pl.:
levegő) ne maradjon.
Ezután a töltést a képernyő bal oldalán látható start gombbal elindítják.
A töltési folyamat végén az operátor elzárja a palackokra vagy bündelekre menő szelepeket, bypassra
állítja a kompresszort. A kompresszor és a palackok közötti töltő csövekből a maradék nyomást a
fáklyára nyitja.
Ezt követően történhet a palackok vagy bündelek lecsatlakoztatása a töltőcsövekről.
45. ábra: CO töltés vezérlő képernyője
50
Összefoglalás
A diploma munkám kidolgozása, valamint a nyári gyakorlaton szerzett tapasztalatok során
megismertem egy vegyi üzem karbantartási, javítási, üzemeltetési munkáinak jelentős részét. Ezek közé
tartozott a HYCO gőzreformer nyári karbantartási munkája, valamint az itt termelt szénmonoxid egy
részének palackba töltését megoldó 3 fokozatú membrán kompresszor karbantartása, hibaelhárítása.
A kompresszor javításában a kezdetektől részt vettem. Megállapítottuk a kompresszor hibáit,
tanulmányoztuk a gépkönyvet, valamint a korábban észlelt meghibásodásokkal kapcsolatos gyártóval
történt levelezéseket. Ennek során jelentkezik elsősorban a nyelvtudás fontossága, akár német, akár
angol nyelven. Ennek alapján összeállt a karbantartás szükséges lépései és elkezdődött a tényleges
szerelési munka. A diploma tervemhez mellékelt fotók is mutatják egy ilyen nagy méretű kompresszor
karbantartásának nehéz fizikai munkáját és az egyes lépések megtervezésének fontosságát.
A szétszerelés munka fázisait az 5. fejezetben (21. oldal) ismertettem fotókkal és metszeti ábrával
együtt. Ehhez kapcsolódóan részleteztem a kompresszor egyes részeinek funkcióját, a kompresszor
működési elvét és tulajdonságait.
Itt került leírásra a meghibásodás jellege is, ami egyrészt az olajszivattyú elhasználódásából, másrészt a
gyártótól cserére kapott új szivattyú eltérő működési elvéből adódott.
Harmadrészt, ezen túlmenően a membrán kompresszor tömítéseinek és tengely tömítéseinek időszakos
cseréje volt szükséges, mely az összes többi szerelési munkát maga után vonta. Ezeket a munkákat egy
fokozat esetében ismertettem, aminek az az oka, hogy a karbantartási műveletek azonos módon
ismétlődnek szét- összeszerelés esetén, mindhárom fokozatban. A fokozatok geometriájukban térnek el,
az első fokozata a legnagyobb átmérőjű, a harmadik a legkisebb.
A tengely tömítések cseréje, majd a membránkompresszor összeszerelése után a gépkönyvnek
megfelelő, első indítási protokollt kellett végre hajtani. Sikeres beindítást követően a már megfelelően
működő kompresszor fizikai jellemzőit, (fokozatonkénti nyomás- hőfokértékek, valamint áramfelvétel)
kellett rögzítenem. A töltési táblázat azért szükséges, hogy a vevő lássa, hogy a 15 C°-on 200 barra
töltött palack nyomása miként alakul, főleg a téli időszakokban, amikor a gáz nyomása a hideg miatt
látványosan csökken. A töltési táblázat 15 C°-nál magasabb értékei nem csak a nyári időszakra
vonatkoznak, hanem a töltés közben felmelegedett palackok szükséges töltési nyomásának
meghatározására is.
Következő lépés az adatok kiértékelése volt, mely magában foglalta a kompresszor fokozatonkénti
kompressziós energiaigénynek és a kompresszor hatásfokának meghatározását is. A számításoknál a
kompresszor valós teljesítmény igényét az ideális izotermikus kompresszió munka igényéhez képest
számoltam. A fokozatonkénti teljesítmény igény számítás csak közelítő értékű a mért és becsült adatok
valószínű pontatlansága miatt. Ezzel együtt is a már megfelelően működő 3 fokozatú membrán
kompresszorról olyan adatok állnak rendelkezésre, melyek eltérése vagy változása esetén lehet
következtetni a meghibásodás valószínű okaira. Minderre azért volt szükség, mert a kompresszor adatait
ilyen részletességgel nem jelzi vissza az operátoroknak a 45. ábra szerinti képernyő a vezérlő teremben.
51
Summary
Creating my diplom work and during the summer practice I collected lot of knowledges on maintenance,
repair and operating works in the chemical plants of Linde. These includes the summer maintenance
works of the HYCO plant as well as the repair and maintenance works of the three-stage membran
compressor Hofer, which is compressing the produced carbon monoxide and fills into the 200 bar gas
cilynders.
From beginning of the maintence works of the compressor i participated in. We identified the technical
errors studiing the manual and the earlier e-mails with the producer about the faults. During this activity
becomes clear that the knowledge of language skills are just as important as the technical knowledges.
Only based on the collected informations has started the really maintenace work. The attached photos
in my diplom work shows how hard are the physical works on a such big kompressor and how important
is the well-planned action of the work.
I expounded the dismantling with photos and sectional drawing. Related to this, I described in details
the funktions of each part, the principle of operation, and its operating properties. I have described here
the malfunctions which is one hand the attrition of the oil pump, on the other hand the different
operations mode of the delivered new one. (the construction has been changed). Thirdly, it was requierd
the seal kit replacement of the piston.
After this works and after the mounting of the membran compressor occurred the starting protocoll
based ont he maual. After the successful start I measured and documented the phisical features like
pressures and temperaures and electric energy consumption of the well working compressor, on each
stage. It was needed to create a filling sheet, including environmental temperatures and dependent
pressure values so that the customer can control the filled quantity in the cilynder. The same sheet can
be used to controll the needed filling pressure depending on cilynder temperature.
The next step was to evaluate the datas. This includes the energy demand of the stages of the compressor
and the calculation the efficiency of the compressor This calculation was based on the real energy
demand of the compressor and the theoretical energy demand of the ideal isothermal compression work.
The energy demand of each stage is only approximate value
This datas are useful because this detailed information are not available for the operators in the control
room, and, in case of change it allows to conclude where should be look after the failure.
The maintenance work on the Hofer compressor is only a small part of the planned summer maintenace
works. The plants must be run continuesly during the year and there is only a two week period for the
maintenace works. In order to realize this tremendous work, duirng the whole year must be collected all
indications of possibile malfunctions and based on its, should plan the works in advance for july and
august. So, the summer maintenance of a chemical plant needs very serious planning and scheduling
during the whole year.
52
Irodalom jegyzék
~ Linde Gáz Magyarország Zrt. honlapja
http://www.lindegas.hu/hu/about_the_linde_group/linde_hungary/index.html
~ Linde Gáz Magyarország Zrt. honlapja:
http://www.lindegas.hu/hu/index.html
~ Linde Gáz Magyarország Zrt. ismertetője [1]
~ HYCO ismertető (angol-ppt, [14])
~ HYCO 3 szerződés
~ Gőzreformer ismertető (Linde engineering) : http://www.linde-
engineering.com/en/process_plants/hydrogen_and_synthesis_gas_plants/gas_generation/steam_reforming/index.html
~ A. G. Kaszatkin: Alapműveletek, gépek és készülékek a vegyiparban
~ Dr. Janusz Ciborowski: A Vegyipari Műveletek Alapjai (1969)
~ Technisches Handbuch – Verdichter (Verlag Technik Berlin)
~ Egyetemes gáztörvény: https://hu.wikipedia.org/wiki/G%C3%A1zt%C3%B6rv%C3%A9ny
~ Hofer membránkompresszorok ismertetője: http://www.andreas-hofer.de/fileadmin/user_upload/Download/membrankompressoren_deu.pdf
~ Hofer membránkompresszor egyszerűsített animált működése: http://www.andreas-hofer.de/produkte/membrankompressoren/animation-membrankompressor/
~ Adiabatikus állapotváltozás: https://hu.wikipedia.org/wiki/Adiabatikus_%C3%A1llapotv%C3%A1ltoz%C3%A1s
~Az ideális gázok állapotváltozásai (izoterm, izobár, izochor, adiabatikus állapotváltozás): http://12d.ddsi.hu/t%C3%A9telek/Fizika/r%C3%A9gi/II.1_Az_idealis_gazok_allapotvaltozasai.pdf
~ Állapotvátozások: http://www.vegyipari.hu/iskola/gazszallitas/allapotvalt.htm
53
Ábra jegyzék
1. ábra: A Linde, szinte minden országban jelen van
2. ábra: Carl von Linde, Levegőbontó szabadalmi rajz
3. ábra: Első cseppfolyós oxigén szállító tartálykocsi, 1913-ból
4. ábra: Linde Gáz Magyarország Zrt. Üzemei
5. ábra: Répcelaki üzem, tartálykocsi töltő
6. ábra: Dunaújvárosi levegőszétválasztó üzem
7. ábra: HYCO üzem Kazincbarcikán
8. ábra: Levegő szétválasztó üzem Kazincbarcikán
9. ábra: Cseppfolyós tartályok a miskolci üzemben
10. ábra: Palacktöltő üzem Miskolcon
11. ábra: Függőleges reformercsövek a HYCO üzem belsejében
12. ábra: A reformer csövekbe töltött katalizátorok
13. ábra: HYCO üzem elvi folyamat ábrája
14. ábra: A HYCO üzem működési tartománya
15. ábra: Katalizátor csövek bal oldalon, égők a jobb oldalon 16. ábra: Égősor a gőzreformer mennyezetén, két oldalon reformer csövek
17. ábra: Reformer csövek rugós függesztő szerkezete, az üzem legfelső szintjén
18. ábra: A HYCO üzem 54 m magas fáklyája
19. ábra: A fáklya tetején
20. ábra: HYCO üzem a fáklya tetejéről
21. ábra: Vezérlő terem
22. ábra: Karbantartási ütemterv
23. ábra: CO-töltése bündelekbe 200 bar-on
24. ábra: 3 fokozatú Hofer membrán kompresszor
25. ábra: Az új típusú olajszivattyú (az új membránkompresszoron)
26. ábra: Az 1. és 3. fokozatok fedele
27. ábra: 1-1 fokozat membránkészlete
28. ábra: Olajnyomás elosztó tárcsa
29. ábra: Olaj oldali ház belső része
30. ábra: Dugattyúház
31. ábra: Membránkompresszor 2. fokozat metszeti rajza
32. ábra: A membrán kompresszor gázoldali fedele (2. fokozat szemből, 3. fokozat oldalról)
33. ábra: Membránkompresszor szívó üzemmódban
34. ábra: Membránkompresszor szívó üzemmódban
35. ábra: CO jelleggörbéje az ideális gázhoz képest
36. ábra: Hőmérők a 2-es és 3-as fokozaton (baloldal 2. fokozat, jobb oldal 3. fokozat)
37. ábra: Hőmérséklet mérés a 3. fokozaton
38. ábra: Olajoldali nyomásmérők (baloldalon 3. fokozat, jobboldalon 2. fokozat)
39. ábra: Áramerősség mérés, lakat fogóval
40. ábra: Effektív sűrítési munka 100 Nm3 levegőre
41. ábra: A membránkompresszor műszaki adatai a gépkönyv alapján
42. ábra: Fokozatok p-T diagram
43. ábra: Izotermikus kompresszió teljesítmény igénye
44. ábra: Mindhárom fokozatra külön-külön kiszámolt izotermikus kompresszió energia igénye
45. ábra: CO töltés vezérlő képernyője
54
Mellékletek
[1] Linde bemutatása
[2] Szén-monoxid biztonsági adatlapja
[3] Hofer membránkompresszor (német ismertető)
[4] Hofer kompresszor műszaki dokumentáció
[5] Membrántörés jelző műszaki dokumentáció
[6] Hofer géprajzok
[7] Linde segédlet 1955
[8] Hofer adatlap
[9] Hofer műszaki leírás kezelési utasítás (német)
[10] Periódusos rendszer
[11] Membránkompresszor szimulált működése (elektronikus melléklet, explorerben megnyitható)
[12] Számítások excelben:
Hőmérséklet és nyomásmérések
Elektromos mérések
Teljesítményszalag
Palack nyomás, hőmérséklet függvényben
[13] Karbantartási ütemterv 2015
[14] Kazincbarcikai HYCO és ASU üzemek (elektronikus melléklet, angol-ppt)
[15] Felhasznált fotók – elektronikus melléklet külön mappában