گاز طبیعی به طور گسترده‌ای برای گرم کردن خانه ، تولید برق و به عنوان یک ماده اولیه مورد استفاده در ساخت بسیاری از مواد شیمیایی استفاده می‌شود. گاز طبیعی مانند نفت در مخازن بزرگ زیرزمینی یافت می‌شود و باید از این سلول‌های زیرزمینی استخراج و به کارخانه‌های فرآوری و سپس به مراکز توزیع برای تحویل نهایی به مصرف‌کننده نهایی منتقل شود. گاز با استفاده از انواع کمپرسورهای مختلف که گاز را جمع‌آوری می‌کند، تحت فشار قرار داده می‌شود و از طریق لوله‌های توزیع به مراکز مختلف پردازش و نقاط استفاده منتقل می‌شود. کمپرسورهایی که گاز را جابه‌جا می‌کنند در کشتی‌ها و میادین حفاری، در کارخانه‌های شیمیایی و در پیچ و خم عظیم لوله‌هایی که شبکه توزیع را تشکیل می‌دهند، قرار دارند تا گاز را به شکل خالص و قابل استفاده به بازار آورند. این مقاله به جنبه‌های مختلف روانکاری گاز، کمپرسور گاز و روانکارهای کمپرسور، نگهداری سیال می‌پردازد و برخی از دستورالعمل‌های تحلیل خرابی کمپرسور را توضیح میدهد.
منظور از کمپرسور گاز چیست؟
گاز طبیعی و نفت در نتیجه پوسیدگی گیاهان و جانورانی که میلیون‌ها سال پیش روی زمین زندگی می‌کردند به وجود آمده است. مواد پوسیده متعاقباً در محفظه‌های بزرگی به نام مخازن گاز در لایه های سنگی زیر زمین به دام می‌افتند. این محفظه‌‌ها ممکن است عمدتا حاوی گاز باشند. تخمین زده می‌شود میزان گاز طبیعی قابل بازیافت تنها در داخل ایالات متحده 900 تا 1300 تریلیون فوت مکعب (Tcf) است.
ترکیب گاز طبیعی در سر چاه متغیر است و اغلب حاوی ترکیبات مختلفی از هیدروکربن‌های فرّار و آلاینده‌هایی از جمله دی‌اکسید کربن، سولفید هیدروژن و نیتروژن است. گاز طبیعی خط لوله تجاری عمدتاً حاوی متان و مقادیر کمتری از اتان، پروپان و گاهی اوقات مقادیر جزئی بوتان است.
برای حمل و نقل و ذخیره‌سازی، گاز طبیعی باید فشرده شود تا در فضا صرفه‌جویی شود. فشار گاز در خطوط لوله مورد استفاده برای انتقال گاز طبیعی به طور معمول در 1000 تا 1500 psig (پوند در هر اینچ مربع) حفظ می‌شود. برای اطمینان از حفظ این فشار، ایستگاه‌های فشرده‌سازی در فاصله تقریباً 100 مایلی در طول خط لوله قرار می‌گیرند. این برنامه به کمپرسورها و روان‌کننده‌هایی نیاز دارد که به طور خاص برای این کاربرد طراحی شده باشند.
مقاله "هر آنچه که باید در مورد انواع کمپرسورهای هوا بدانید" در مورد انواع و ساختار پایه کمپرسورها توضیح میدهد.
کمپرسورهای جابجایی مثبت با به دام انداختن حجم ثابتی از هوا و سپس کاهش حجم به افزایش فشار منجر می‌شوند...
انواع کمپرسورهای گاز
کمپرسورها را می‌توان به دو دسته اصلی رفت و برگشتی و چرخشی طبقه‌بندی کرد. کمپرسورهای رفت و برگشتی برای فشرده‌سازی گازهای طبیعی و سایر گازها زمانی که فشارهای مورد نظر بالا و نرخ جریان گاز نسبتاً کم است استفاده می‌شود. آنها همچنین برای فشرده‌سازی هوا استفاده می‌شوند.
کمپرسورهای رفت و برگشتی
کمپرسورهای رفت و برگشتی گاز را با کاهش فیزیکی حجم گاز موجود در سیلندر با استفاده از پیستون فشرده می‌کنند. با کاهش حجم گاز، فشار مربوطه افزایش می‌یابد. به این نوع کمپرسور، نوع جابجایی مثبت نیز می‌گویند. کمپرسورهای رفت و برگشتی معمولاً یک فرآیند یکبار مصرف هستند. یعنی فشرده‌سازی گاز و جداسازی روانکننده در یک پاس اتفاق می‌افتد.
کمپرسورهای رفت و برگشتی ممکن است بیشتر به دو دسته تک اثره یا دو اثره طبقه‌بندی شوند. کمپرسورهای تک اثر که به عنوان کمپرسورهای خودرو یا واحدهای پیستونی تنه نیز طبقه‌بندی می‌شوند، گاز را در یک طرف پیستون در یک جهت فشرده می‌کنند. کمپرسورهای دو اثره گاز را در دو طرف پیستون فشرده می‌کنند. برای در نظر گرفتن فرآیند روانکاری، راحت است قطعاتی را که نیاز به روغن‌کاری دارند به دو دسته قطعات سیلندر و قطعات در حال اجرا تقسیم کنیم. قطعات سیلندر شامل پیستون، رینگ پیستون، آستر سیلندر، بسته‌بندی سیلندر و سوپاپ می‌باشد. تمام قطعات مرتبط با انتهای محرک (انتهای میل لنگ)، راهنماهای ضربدری، یاتاقان اصلی و مچ گیر، میل‌لنگ و یاتاقان‌های پین سر متقاطع، قطعات در حال اجرا هستند. معادله ای که توسط Scales برای تخمین مقدار روغن تزریق شده به یک سیلندر برای روانکاری توصیه می‌شود:
Q = BxSxNx62.8 / 10,000,000
جایی که: B اندازه سوراخ (بر حسب اینچ)، S استروک (بر حسب اینچ)، N سرعت چرخش (rpm) و Q نرخ مصرف بیان شده به صورت لیتر روغن در طول روز 24 ساعت است.
بعد از تعیین مقدار روانکننده، سیال با استفاده از پمپ مکانیکی مستقیماً به سیلندرها و بسته‌بندی‌ها وارد می‌شود. ماشین‌های تک‌عملی که معمولاً به سمت میل لنگ باز می‌شوند، از روغن‌کاری برای روانکاری سیلندر استفاده می‌کنند. دریچه‌های کمپرسور با استفاده از روانکننده گاز اتمیزه شده در سیستم روانکاری می‌شوند. در مقایسه با روغن‌کاری قطعات سیلندر، روانکاری قطعات در حال اجرا معمولاً بسیار ساده‌تر است زیرا هیچ تماسی با گاز وجود ندارد. سازنده تجهیزات درجه ویسکوزیته مورد نیاز را در این مورد مشخص می‌کند.
از آنجا که دمای گاز با افزایش فشار افزایش می‌یابد، در صورت عدم حذف گرما، روانکننده در معرض دمای بالا قرار می‌گیرد و تجزیه می‌شود. بنابراین سیلندرهای کمپرسور مجهز به ژاکت‌های خنک‌کننده هستند. به خاطر داشته باشید یکی از مهمترین نقش‌های روانکننده سیلندر کمپرسور به عنوان خنک‌کننده است.
خنک‌کننده معمولاً آب یا مبرد آب گلیکول است. اگرچه می‌توان از روانکننده مشابهی برای خنک کردن سیلندر و قسمت‌های در حال اجرا استفاده کرد، اما موارد زیادی وجود دارد که از روان‌کننده‌های مختلف استفاده می‌شود زیرا روانکننده سیلندر در دمای بالا در معرض گاز فشرده قرار می‌گیرد. بنابراین روانکننده باید پایداری حرارتی و اکسیداتیو را نیز از خود نشان دهد.
کمپرسورهای روتاری
کمپرسورهای روتاری به عنوان کمپرسورهای جابجایی مثبت یا دینامیک طبقه‌بندی می‌شوند. یک کمپرسور با جابجایی مثبت از کاهش حجم گاز برای افزایش فشار گاز استفاده می‌کند. نمونه هایی از این نوع کمپرسورها عبارتند از کمپرسورهای چرخشی، لوبی و پرّه‌ای. کمپرسور اسکرو دوّار از دو پیچ یا روتور بهم پیوسته تشکیل شده است که گاز را بین روتورها و محفظه کمپرسور به دام می‌اندازد. موتور روتور نر را به حرکت در می‌آورد که به نوبه خود روتور ماده را به حرکت در می‌آورد. هر دو روتور در محفظه‌ای قرار دارند که دارای پورت‌های ورودی و خروجی گاز است. گاز از طریق درگاه ورودی به فضای خالی بین روتورها کشیده می‌شود. همانطور که روتورها حرکت می‌کنند، حجم گاز محبوس شده به طور متوالی کاهش می‌یابد و توسط روتورها فشرده می‌شود.
این کمپرسورها در انواع پیچی خشک یا مرطوب (غرق روغن) موجود هستند. در نوع پیچ خشک، روتورها در داخل استاتور بدون روانکننده (یا خنک کننده) کار می‌کنند. گرمای فشرده‌سازی خارج از کمپرسور حذف می‌شود و آن را به یک عملیات تک مرحله‌ای محدود می‌کند.
در کمپرسور پیچی روغنی، روانکننده به گاز تزریق می‌شود که در داخل استاتور محبوس می‌شود. در این حالت از روانکننده برای خنک‌سازی، آب‌بندی و روانکاری استفاده می‌شود. گاز از مخلوط فشرده شده گاز و روانکننده در یک جداکننده خارج می‌شود. کمپرسورهای دوّار مانند کمپرسور اسکرو، به طور پیوسته (1 تا 8 بار در دقیقه) مخلوط روانکار و گاز را به گردش در می‌آورند تا خنک‌سازی و جداسازی گاز را تسهیل کنند و این برخلاف کمپرسورهای رفت و برگشتی است که فرآیندهای یکباره دارند.
در یک کمپرسور چرخشی، روان کننده به محفظه کمپرسور تزریق می‌شود. روتورها در معرض مخلوطی از گاز و روانکننده قرار می‌گیرند. روانکننده علاوه بر ایجاد یک لایه نازک روی روتورها برای جلوگیری از تماس فلز با فلز، عملکرد آب‌بندی را نیز برای جلوگیری از فشرده‌سازی مجدد گاز ایجاد می‌کند و این زمانی رخ میدهد که گاز داغ و فشار بالا از سطح آب‌بندی بین روتورها یا سایر شبکه‌های مشبک خارج شده و دوباره فشرده شود.
فشرده‌سازی مجدد باعث می‌شود که دمای تخلیه گاز از محدوده طراحی شده فراتر رود. این مورد اغلب منجر به از دست دادن توان عملیاتی و قابلیت اطمینان ضعیف می‌شود. روانکننده همچنین با حذف گرمای تولید شده در هنگام فشرده‌سازی گاز به عنوان خنک‌کننده عمل می‌کند. به عنوان مثال، برای کمپرسورهای هوای چرخشی، دمای تخلیه هوا ممکن است 80 درجه سانتی‌گراد تا 110 درجه سانتی‌گراد (180 درجه فارنهایت تا 230 درجه فارنهایت) باشد که به دلیل اختلاط آشفته هوای گرم و روان کننده، اکسیداسیون را تسریع می‌کند.
علاوه بر این عملکردها، بلبرینگ‌های ورودی و خروجی کمپرسور باید روغن‌کاری شوند. در کمپرسورهای مارپیچ دوّار، روانکننده با گاز فشرده شده در دماهای بالا در تماس است و نیروی برشی بالایی را بین روتورهای درهم تنیده تجربه می‌کند.
مخلوط روانکننده و گاز از خط تخلیه کمپرسور به جداکننده گاز/روانکار می‌رود که در آن گاز فشرده از روانکننده جدا می‌شود. پس از جداسازی، روانکننده خنک و فیلتر می‌شود و سپس به داخل محفظه کمپرسور و یاتاقان‌ها پمپ می‌شود.
همانند کمپرسورهای رفت و برگشتی، روانکاری کمپرسورهای پرّه‌ای دوّار نیز یک عملیات یکبار مصرف است. روانکننده به داخل محفظه کمپرسور تزریق می‌شود و با گاز فشرده خارج می‌شود و معمولاً چرخش مجدد نمی‌یابد. روانکننده یک لایه نازک بین پوشش کمپرسور و پرّه‌های کشویی ایجاد می‌کند، در حالی که روانکاری را در شکاف‌های روتور برای پرّه‌ها فراهم می‌کند. حرکت لغزشی پرّه‌ها در امتداد سطح محفظه کمپرسور نیاز به روان‌کننده‌ای دارد که بتواند فشارهای زیاد در سیستم کمپرسور را تحمل کند.
انرژی حاصل از مجموعه‌ای از پره‌ها که با سرعت بالا می‌چرخند به گاز منتقل می‌شود و سپس به یک دیفیوزر تخلیه می‌شود که در آن سرعت گاز کاهش می‌یابد و انرژی جنبشی آن به فشار ساکن تبدیل می‌شود. یکی از مزایای این نوع کمپرسور قابلیت جابجایی حجم زیادی از گازها است.
کمپرسورهای دواّر با فشار نهایی کمتر از 1 مگاپاسکال (تقریباً 145 psi) روانکاری آسان‌تری دارند. به دلیل پتانسیل تماس پرّه به سیلندر یا تماس لوب به لوب، کمپرسورهای پیچ و پرّه دوّار نیاز به استفاده از روغن ضد سایش (AW) دارند. انتخاب کمپرسور مناسب و روانکار وابسته به کاربرد با خواص فیزیکی و شیمیایی مناسب برای یک فرآیند موفقیت‌آمیز حیاتی است.
کلام آخر
کمپرسورهای گاز طبیعی نقشی اساسی در صنعت انرژی ایفا کرده و سبب حمل و نقل و ذخیره‌سازی گاز طبیعی در فواصل وسیع می‌شوند. این دستگاه‌های مکانیکی از مکانیسم‌های مختلفی مانند حرکت رفت و برگشتی یا گریز از مرکز برای افزایش فشار گاز طبیعی استفاده می‌کنند تا امکان تحویل کارآمد به کاربران نهایی فراهم آید. برای عملکرد قابل اعتماد این تجهیزات روانکاری موثر ضروری است. روان کننده های موجود در کمپرسورهای گاز طبیعی برای به حداقل رساندن اصطکاک، اتلاف گرما و جلوگیری از سایش و پارگی قطعات متحرک عمل می‌کنند و در نتیجه عملکرد صاف و طول عمر تجهیزات را افزایش می‌دهند. چالش‌هایی مانند آلودگی با ناخالصی‌های گاز و تخریب نفت، انجام اقدامات تعمیر و نگهداری سخت‌گیرانه، از جمله تجزیه و تحلیل منظم روغن، فیلتراسیون، و رعایت توصیه‌های سازنده در مورد این تجهیزات یک ضرورت محسوب می‌شود. با بهینه‌سازی روش‌های روانکاری، اپراتورها می‌توانند کارایی عملیاتی را افزایش و زمان خرابی را کاهش دهند و استانداردهای ایمنی و زیست‌محیطی را در عملیات فشرده‌سازی گاز طبیعی رعایت کنند.
منبع
Totten, G.E. (2019) Natural gas compressors and their lubrication. https://www.machinerylubrication.com/Read/344/natural-gas-compressors-lubrication.
سوالات متداول
کمپرسورهای گاز طبیعی ابزارهای مکانیکی هستند که برای افزایش فشار گاز طبیعی برای حمل و نقل یا ذخیره‌سازی با کاهش حجم آن استفاده می شوند. آنها با فشرده کردن گاز به فشار بالاتر، معمولاً با استفاده از حرکت رفت و برگشتی یا گریز از مرکز کار می‌کنند.
انواع اصلی کمپرسورهای گاز طبیعی عبارتند از کمپرسورهای رفت و برگشتی که از پیستون برای فشرده‌سازی گاز استفاده می‌کنند و کمپرسورهای گریز از مرکز که از پروانه‌های چرخان برای افزایش فشار گاز استفاده می‌کنند.
روانکاری در کمپرسورهای گاز طبیعی برای کاهش اصطکاک، جلوگیری از سایش و پارگی، دفع گرما و حفظ عملکرد کارآمد قطعات متحرک مهم است.
سیستم‌های روانکاری رایج مورد استفاده در کمپرسورهای گاز طبیعی عبارتند از: روانکاری پاششی، روانکاری تحت فشار و سیستم‌های روانکاری تغذیه اجباری.
انتخاب روانکننده می‌تواند با تأثیر بر عواملی مانند ویسکوزیته، پایداری حرارتی، مقاومت در برابر اکسیداسیون و سازگاری با آلاینده‌های گاز بر عملکرد و نگهداری کمپرسور تأثیر بگذارد.
عوامل کلیدی که باید هنگام انتخاب روانکار برای کمپرسورهای گاز طبیعی در نظر گرفته شوند عبارتند از شرایط عملیاتی (دما، فشار، سرعت)، سازگاری با آلاینده‌های گاز، توصیه‌های سازنده و الزامات نظارتی.
چالش‌های رایج روانکاری در کمپرسورهای گاز طبیعی شامل آلودگی به ناخالصی های گاز، تخریب روغن به دلیل دما و فشار بالا و روانکاری ناکافی است که منجر به خرابی قطعات می‌شود. اینها را می‌توان از طریق فیلتراسیون مناسب، تجزیه و تحلیل روغن، کنترل دما و نگهداری منظم برطرف کرد.
شیوه‍‌های نگهداری توصیه شده برای اطمینان از روانکاری مناسب و افزایش طول عمر کمپرسورهای گاز طبیعی شامل آنالیز منظم روغن، پر کردن روغن، تعویض فیلتر، بازرسی سیستم های روغن کاری و پیروی از دستورالعمل های سازنده برای فواصل نگهداری است.
