CO - TÖLTŐ MEMBRÁN KOMPRESSZOR JAVÍTÁSA

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

0

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

1

Jelölésjegyzék Jelölések / Rövidítések Air Separation Unit ASU Levegő Szétválasztó üzem Hydrogen & Carbon monoxid HYCO HYCO üzem Gázok normál állapotban (0 C° – 1013,25 mbar) Nm3 / ó Nm3 / ó mért térfogta 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)

2

1 Bevezetés A Linde Csoport ma már a világ legnagyobb ipari gázokat gyártó és forgalmazó cége.1

1. ábra: A Linde, szinte minden országban jelen van

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#

3

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, 1902től sikerült tiszta oxigént kivonnia a cseppfolyós levegőből, 1903-ban a München melletti Höllriegelskreuthban oxigén gyárat épített.

2. ábra: Carl von Linde, Levegőbontó szabadalmi rajz

3. ábra: Első cseppfolyós oxigén szállító tartálykocsi, 1913-ból

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.

4

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 3

forrás: http://www.lindegas.hu/hu/about_the_linde_group/linde_hungary/index.html [1] számú melléklet

5

4. ábra: Linde Gáz Magyarország Zrt. Üzemei

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.

5. ábra: Répcelaki üzem, tartálykocsi töltő

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. 6

6. ábra: Dunaújvárosi levegőszétválasztó üzem

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.

7. ábra: HYCO üzem Kazincbarcikán

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.

7

8. ábra: Levegő szétválasztó üzem Kazincbarcikán

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.

9. ábra: Cseppfolyós tartályok a miskolci üzemben

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

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.

10. ábra: Palacktöltő üzem Miskolcon

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.

9

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:



5

ASU üzem o GOX: o GAN: o LIN: o LOX: o LAR:

4 000 Nm3 / óra 4 200 Nm3 / óra 3 500 Nm3 / óra 2 000 Nm3 / óra 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: o H2: o Gőz:

12000 Nm3 / óra 29200 Nm3 / óra 22 tonna / óra

Forrás: Szakmai gyakorlaton gyűjtött információk

10

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 9501050 C°-os füstgáz hőmérséklettel, melyben reformercsövek vannak függőleges irányban felfüggesztve. Alul-felül gyűjtőcsövekbe torkollnak.

6

Linde-BorsodChem HYCO Szerződés részlet

11

11. ábra: Függőleges reformercsövek a HYCO üzem belsejében

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.

12. ábra: A reformer csövekbe töltött katalizátorok

A reformer csövek katalizátorain az alábbi reakciók mennek végbe: 1. Reakció maga a gőzreformálás: CnHm + n H2O => n CO + (m/2+n) H2 (1)

12

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

13

13. ábra: HYCO üzem elvi folyamat ábrája

14

A HYCO 3 folyamat ábrájának magyarázata A fő termelési vonalon végig haladva:         

Erdgas Einsatz Vorbehandlung Dampfreformer Prozessgas Warmerückgewinnung MDEA Waesche Adsorben station Coldbox CO Verdichter CO Produkt

- földgáz betáplálás - földgáz előkezelés - gőzreformer - processz gáz hővisszanyerő - MDEA mosó - adszorber egység - kriogén cseppfolyós CO leválasztó - CO kompresszor - 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 Export Dampf System Process Dampf System CO2 Rückführverdichter Export Dampf

- demineralizált víz (ioncserélt lágy víz) - gőztermelő egység - processz gőz rendszer - CO2 visszakeringtető kompresszor - 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.

15

A HYCO üzem különböző kiterheltségi szinteken, hidrogén vissza égetéssel (vagy anélkül) különböző H2 / CO arányokkal üzemel8 a lenti ábra szerint.

1. táblázat: Megtermelhető CO, H2 és gőz mennyiségek kiterheléstől és hidrogén visszaégetéstől függően

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

16

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

17

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

18

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. 19

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.

20

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.

23. ábra: CO-töltése bündelekbe 200 bar-on

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 21

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

24. ábra: 3 fokozatú Hofer membrán kompresszor

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

22

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- visszacsapóbiztonságiszelepek 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. 

10

Nem szükséges a kompresszoroknak külön alap építése. Egyszerű teherbíró alaplemez elegendő.

[3] sz. melléklet: Hofer membrán kompresszor

23

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)

24

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

25

A fedelek levétele után válik láthatóvá és kivehetővé a membrán készlet.

27. ábra: 1-1 fokozat membránkészlete

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.

26

28. ábra: Olajnyomás elosztó tárcsa

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.

29. ábra: Olaj oldali ház belső része

27

Az olajoldali ház a kompresszor dugattyúházára van felszerelve az alábbi ábra szerint:

30. ábra: Dugattyúház

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.

31. ábra: Membránkompresszor 2. fokozat metszeti rajza

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. 28

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)

29

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:

33. ábra: Membránkompresszor szívó üzemmódban

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.andreashofer.de/produkte/membrankompressoren/animation-membrankompressor/

30

Nyomó üzemmód:

34. ábra: Membránkompresszor szívó üzemmódban

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.

31

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

35. ábra: CO jelleggörbéje az ideális gázhoz képest

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. 32

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.

33

A palackok nyomása a hőmérséklet függvényében 15 C° -30 -29 -28 -27 -26 -25 -24 -23 -22 -21 -20 -19 -18 -17 -16 -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7

200,0 bar 168,8 169,4 170,1 170,8 171,5 172,2 172,9 173,6 174,3 175,0 175,7 176,4 177,1 177,8 178,5 179,2 179,9 180,6 181,3 181,9 182,6 183,3 184,0 184,7

C° -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

bar 185,4 186,1 186,8 187,5 188,2 188,9 189,6 190,3 191,0 191,7 192,4 193,1 193,8 194,4 195,1 195,8 196,5 197,2 197,9 198,6 199,3 200,0 200,7 201,4

C° 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

bar 202,1 202,8 203,5 204,2 204,9 205,6 206,3 206,9 207,6 208,3 209,0 209,7 210,4 211,1 211,8 212,5 213,2 213,9 214,6 215,3 216,0 216,7 217,4

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, BoyleMariotte-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]

34

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.

35

Hőmérséklet és nyomás mérések Mérés helye

Hőmérséklet [C°]

Nyomás [bar]

beépített mérő

olajoldal gázoldal

1. fokozat szívó csonk nyomó csonk 90

mért 15 85

4,5 26,1

gáz oldali hűtő 2. fokozat szívó csonk nyomó csonk 135

30 95

96,4

gáz oldali hűtő 3. fokozat szívó csonk nyomó csonk 122 gáz oldali hűtő

38 120

248,4

218

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)

36

37. ábra: Hőmérséklet mérés a 3. fokozaton



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

Villamos energia felvétel – gyári és mért adatok

minimum érték maximum érték

áramfelvétel kompr. átl. telj. vill. motor max teljesítménye

mért áramerősség mérés [A] 99,7 105,4

Feszültség [V] 400 400

Gyári adatok áramerősség [A] max 133

Feszültség [V] 400

számolt telj. [kW] 39,88 42,16

telj. [kW] 56 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

38

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

39

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)

40. ábra: Effektív sűrítési munka 100 Nm3 levegőre

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

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

41

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.

42

A kiszámítandó értékeket az alábbi táblázat sárgára színezett cellái jelzik: Mérés helye szívó csonk 1. fokozat nyomó csonk gáz oldali hűtő szívó csonk 2. fokozat nyomó csonk gáz oldali hűtő szívó csonk 3. fokozat nyomó csonk

Hőmérséklet [C°] beépített mérő mért 15 90 83

bázis 15 90

135

30 95

32 135

122

38 120

40 122

Nyomás [bar] olajoldal gázoldal 4,5 26,1 1fokozat p2

96,4

2fokozat p1 2fokozat p2

248,4

3fokozat p1 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.

43

42. ábra: Fokozatok p-T diagram

Mérés helye szívó csonk 1. fokozat nyomó csonk gáz oldali hűtő szívó csonk 2. fokozat nyomó csonk gáz oldali hűtő szívó csonk 3. fokozat nyomó csonk gáz oldali hűtő

Hőmérséklet [C°] beépített mérő mért 15 90 83

135

122

30 95 38 120 29,8

bázis 15 90 ∆T=-58C° 32 135 ∆T=-95C° 40 122

Nyomás [bar] olajoldal gázoldal 4,5 26,1 22,91 ∆p = -3,67 19,25 96,4 84,60 ∆p = -19,7 64,90 248,4 218

6. táblázat: 29. ábra alapadatai

A fokozatokban kialakult kompresszió viszonyok szórnak.   

I. fokozat II. fokozat III. fokozat

22,91 / 4,50 = 5,09 84,60 / 19,25 = 4,40 218,00 / 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. 44

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%.

45

Kompresszor teljesítmény felvétele: 56 kW

Izotermikus kompresszió teljesítmény igénye: 26,974 kW

Kompresszor hűtéssel elvont hő, ideális esetben. 43. ábra: Izotermikus kompresszió teljesítmény igénye

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

46

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:

3. fokozat 8,414 kW 2. fokozat 10,231 kW kompresszor valós teljesítmény 56kW

1. fokozat 11,289 kW

a 3 fokozat izotermikus kompressziójának teljesítmény igénye: 29,934 kW

III. fokozat hűtőkörei II. fokozat hűtőkörei

I. fokozat hűtőkörei

44. ábra: Mindhárom fokozatra külön-külön kiszámolt izotermikus kompresszió energia igénye

47

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%.

48

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.

45. ábra: CO töltés vezérlő képernyője

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. 49

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.

50

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.

51

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.lindeengineering.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

52

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

53

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

54