مقدمه

ماشینهایی که جذب کننده قدرت مکانیکی می باشند و این قدرت را به صورتهای مختلفی از قبیل انرژی حرارتی ، انرژی جنبشی و یا پتانسیل به سیال ( تراکم پذیر ) اعمال می کنند طیف وسیعی را شامل می شوند از قبیل : فن ها ، دمنده ها ، کمپرسورها .

فن ها دارای نسبت تراکم کمتر از ۱۵/۱ بوده و افزایش فشار توسط آنها در حد صدم اتمسفر می باشد ( به ماشینهایی که فشار مکش در آنها زیر اتمسفر می باشد و فشار خروجی نزدیک اتمسفر باشد پمپ خلاء گفته می شود ) دمنده ها یا بلورها نسبت تراکم بالاتر در مقایسه با فن ها دارند ( بیشتر از ۱۵/۱ و معمولاً کمتر از ۳ ) و در آنها خنک کاری گاز صورت نمی گیرد ، و در نهایت کمپرسورها که دارای نسبت تراکم بیشتری بوده و در آنها غالباً خنک کاری گازی صورت می گیرد .

یکی از موارد استفاده از کمپرسورها ، جهت افزایش فشار گازها تا یک حد معین برای کاربردهای صنعتی می باشد .

در ابتدا قبل از بررسی اجمالی انواع کمپرسورها نگاهی گذرا به انواع و دسته بندی آنها و سپس به طور جداگانه بررسی کمپرسورهای پر مصرف ترین نوع آنها خواهید کرد .

تقسیم بندی کلی و تفاوت عمده

کمپرسورها را بر حسب مکانیزم و اصول کارکرد و نحوه اعمال انرژی به سیال به دو گروه عمده تقسیم می کنند .

۱- کمپرسورها (Positive displacement ) یا (intermittent ) جریان متقاطع

۲- کمپرسورهای (dynamic ) یا (continues ) جریان پیوسته

تفاوت های مهم این دو گروه از نظر فرایند متراکم سازی می توان به صورت زیر بیان کرد :

۱- کمپرسورهای جابجائی مثبت برای فشارهای زیاد و متوسط و شدت جریانهای پائین بکار می روند در حالی که کمپرسورهای دینامیکی برای فشارهای متوسط و پائین با جریانهای متوسط و بالا بکار می روند .

۲- فشارهای ایجاد شده در کمپرسورهای دینامیک ( سانتریفیوژ ) مقدار ثابت و محدودی دارد . در صورتی که فشارهای ایجادد شده توسط کمپرسورهای جابجائی مثبت می تواند متغیر و قابل تنظیم بوده و اصولاً تابع نیاز سیستم می باشد .

۳- همانطوریکه از نامگذاری این دو گروه ملاحظه می شود جریان در کمپرسورهای رفت و برگشتی ناپویسته بوده بگونه ای که مقداری گاز به درون کمپرسورها کشیده شده عمل تراکم روی ان انجام ، سپس تخلیه و دوباره سیکل تکرار می شود ولی کمپرسورهای سانتریفیوژ طبیعت سیکلیک نداشته و جریان پیوسته ممتد می باشد .

۴- کمپرسورهای جا به جایی مثبت با کاهش حجم هوا ، فشار هوا افزایش پیدا می کند . کمپرسورهای پیستونی و اسکر و متداولترین نوع این کمپرسورها می باشند رابطه قانون گازهای کامل PV/T = constant در مورد این کمپرسورها صادق می باشند اما در کمپرسورهای سانتریفیوژ با دادن شتاب به ذرات هوا و سپس برخورد این ذرات با diffuser انرژی جنبشی به انرژی پتانسیل با همان فشار تبدیل می شود .

۵- کمپرسورهای دینامیکی ( سانتریفیوژ ) بر اساس نیوری گریز از مرکز در طول پره ایمپلر ایجاد انرژی کرده و این انرژچی جنبشی در خروجی کمپرسور به فشار مبدل می شود ( مقداری نیروی سانتریفیوژ و در نتیجه فشار ایجاد شده به سرعت دورانی و دانسیته گاز بستگی دارد ) کمپرسورهای جابجائی مثبت مستقیماً فشار گاز را توام با کاهش حجم ، افزایش می دهند .

کمپرسورهای دینامیک اساساً به دو گروه محوری و سانتریفیوژ مقسم شده و کمپرسورهای نوع جابجائی مثبت هم در دو گروه Rotary و رفت و برگشتی قرار می گیرند .

فاکتورهای دخیل در انتخاب :

به منظور تعیین مشخصه های یک کمپرسور نخستین پارامترهائی که می باید معلوم باشند ، شدت جریان نرمال ، حداکثر و حداقل ، فشار مکش و فشار خروجی خواهند بود .

خواص گاز

خواص گاز در تعیین مشخصه کاری کمپرسور دارای اهمیت زیادی می باشد و در مرحله انتخاب می باید آنالیز گاز ، وزن مولکولی متوسط ، گرمای ویژه ،‌مقادیر احتمالی مایعات ، ذرات جامد موجود و ترکیبات آنها تعیین گردند . با توجه به اینکه کمپرسورها به ندرت قادر به کمپرس گازها کثیف هستند لذا حتی الامکان بهتر است ناخالصیها توسط دستگاههای (Scrubber ) و (Separator ) تفکیکی شوند .

ماهیت خورندگی

سیالات خورنده و یا مواد خورنده افزوده شده به آنها ، به منظور انتخاب اجزاء کمپرسور آبندها و روغن کاری برای سازندگان بایستی معلوم گردند . ممکن است گازی خورنده نبوده اما با اضافه شدن چند ppm از ماده دیگر داخل آن خاصیت خورندگی شدیدی از نظر شیمیائی ایجاد بکند .

تراکم

تراکم رفتار مهمی در عملکرد کمپرسورها داشته و بهتر است در چند نقطه از نظر حرارت و فشار معادل در محدوده کاری گاز تراکم ( حتی در صورت منحنی تغییرات آن ) برای سازنده معلوم گردد .

رطوبت

رطوبت ممکن است از طریق بخارات آب موجود در هوا (Water scrubber ) باشد و یا از طریق (Over – Carry ) قابل تقطیر دیگری که به همراه گاز است . این مقدار و رطوبت و یا بخارات قابل دیگر در محاسبات حجم بایستی منظور گردد .

حرارت مکش

وضعیتهائی در فرایند پیش میاید که محدودیتهای را در انتخاب را اعمال
می کند . این شرایط می تواند شامل درجه حرارت های تشکیل واکنش های شیمیائی حرارت اضافی مزاحم برای روغن کاری ، انفجار در بالا و غیره باشد . بنابراین درجه حرارت ورودی و درجه حرارت ایجاد شده توسط کمپرسور از دیدگاههای فوق می بایست مورد مطالعه قرار بگیرد .

فشار

فشار مابین سیستم و ما بین مراحل در ارتباط با تعیین فشار خروجی و نیز تلفات مصرفی کمپرسور نقش پیدا می کنند . معمولاًٌ افقی معادل ۳-۵Psig ما بین مراحل قابل قبول خواهد بود .

تأمین قدرت مورد نیاز و سرعت دورانی

کمپرسورها را می توان با ماشین های محرک متفاوتی از قبیل توربین های بخار ، توربین های گازی ، موتورهای احتراق داخلی و موتورهای الکتریکی بکار بست سهولت دسترسی به هر کدام از ماشین های یاد شده و سرعت دورانی آنها در نوع کمپرسورها انتخابی تأثیر خواهند داشت . کمپرسورهای رفت و برگشتی در دورهای پائین و نوع سانتریفیوژ در دورهای خیلی زیاد ساخته و مورد استفاده قرار می گیرند .

کاربرد کمپرسورها

کمپرسورها جهت افزایش فشار سیالات قابل تراکم ( گاز و بخار ) تا حد معینی مورد استفاده قرار می یگرند . این فشار ممکن است نیازهای مختلفی را تأمین کند از قبیل : غلبه کردن بر اصطکاک و تلفات مسیر ، تأثیر در یک واکنش معین در نقطه تحویل گاز ،‌ و بهبود خواص ترمودینامیکی گاز .

گازهای جابجا شده از نقطه نظر وزن مولکولی و دیگر خواص شیمیائی و فیزیکی دامنه وسیعی را تشکیل می دهند . امروزه از سبکترین گازها همانند هیدروژن تا سنگینترین آنها هگزافلورید اورانیم توسط کمپرسورهای گوناگون جابجا می شوند .

صنایع و زمینه های متعددی وجود دارند که هر کدام از آنها نیازهای بخصوصی با انتخاب کمپرسور مناسب تأمین می گردد که این زمینه عبارتند از :

·       تهویه ساختمان ها ، تونل ها ،‌ معادن و کوره ها

·       تأمین هوای فشرده جهت احتراق در ماشین های احتراق داخلی و دیگ های بخار

·       انتقال گاز ( تأمین فشار لازم جهت جریان گاز و افت های مسیر )

·       تأمین فشار مخازن ذخیره تحت فشار

·       تزریق گاز به میدانهای نفتی

·       سیستمهای تبرید

·       فرایندهای شیمیائی و تصفیه گاز

کمپرسورهای دینامیکی ( سانتریفیوژ و محوری ) توانائی جابجای گازها را در حجم های زیاد با فشارهای متوسط و پایین دارا بوده و در مقابل کمپرسورهای جابجائی مثبت قادرند فشارهای فوق العاده را با مقدار جریان اندک تأمین کنند .

در مواردی که امکان همراه شدن مایعات با گاز ( به مقدار کم ) وجود داشته باشد و یا ذرات جامدی در گاز موجود باشد تنها از کمپرسورهای سانتریفیوژ قابل استفاده خواهند بود در صورتی که تغییرات وزن مولکولی و دانسیته برای این کمپرسورها مشکل غیر قابل علاجی تلقی می شود .

کمپرسورهای پیستونی در فشارها و وزن های مولکولی متغیر براحتی کار می کند اما نیاز به تعمیرات بیشتر و فندانسیونهای بزرگ و پر هزینه استفاده از این ماشین ها را محدود می کند .

ما بین کمپرسورهای رفت و برگشتی و سانتریفیوژ ، کمپرسورهای اوتاری
 ( از نظر حجم جریان ) قرار می گیرد . این ماشین ها از نظر هزینه طراحی و ساخت نیز مقرون به صرفه تر می باشند . در صورت نیاز به کمپرسورهای  oil free کمپرسورهاتی روتاری ( نوع Screw ) انتخاب مناسبی خواهد بود .

اصولاً کمپرسورهای روتاری برای جابجائی گازهای چسبنده ، گازهای تشکیل دهنده پلیمر ، و گازهای حاوی ذرات و قطرات مایع مورد استفاده قرار می گیرند . عیب اصلی آنها ایجاد سر و صدای زیاد و عدم توانایی آنها برای جابجائی گازها حاوی ذرات جامد شناخته شده است .

برای گازهای مثل اسیتیلن که نسبت به افزایش درجه حرارت حساس هستند و نیز برای گازهای خورنده از کمپرسورهای بخصوصی به (Liquid ring piston ) استفاده می کنند که در این کمپرسورها تحول تراکم یک فرایند نزدیک به ایزوترمال را طی می کند .

در مواردی که گاز سمی و خورنده شدید کمپرس و جابجا می شوند از کمپرسورهای دیافراگمی که ذاتاً (Leakage Free ) بدون نشت هستند و همچنین برای مقاصد خلوص صد در صد گاز (High Purity ) از این کمپرسور استفاده می شود .

انواع کمپرسور مورد استفاده در صنایع نفت :

کمپرسورهای پیستونی – مایعی LIQUID – PISTON – OMPRESSOR کمپرسورهای پیستونی قدیمی ترین و متداول ترین نوع کمپرسورهای جابجائی مثبت بشمار می روند این کمپرسورها بیشتر در فشارهای بالای ۱۳ بار تا ۳۵۰ بار با ظرفیت های کم مورد استفاده قرار می گیرند . استفاده از این کمپرسورها در فشارهای زیر ۱۳ بار تنها در حجم های کم زیر ۱٫۵ متر مکعب در دقیقه متداول می باشد.