سوال: آیا امکان استفاده از کمپرسورهای هوا به جای کمپرسورهای گازهای پیرولیز (گاز طبیعی – متان) وجود دارد؟

فرض کنید برای دریافت خوراک سوخت مداوم، قصد نصب یک کمپرسور کوچک آزمایشگاهی میان کندانسور گاز پیرولیز و راکتور خود را دارید و با محاسبات تئوریک به شرح زیر مشخصات جریان گاز پیرولیز خود را محاسبه کرده اید: دبی کمتر از ۱۵۰ لیتر بر دقیقه و فشاری کمی بیش از فشار اتمسفریک (کمتر از ۵ بار)؛ در بازار نیز کمپرسورهای هوا به وفور یافت می شوند و این فراوانی در مورد کمپرسورهای گاز صادق نیست. آیا میتوان از کمپرسورهای هوا به جای کمپرسورهای گازهای پیرولیز (گاز طبیعی – متان) بهره برد؟

جواب کوتاه “خیر، به هیچ وجه” هست. اگر به سرتان زده بود به سراغ این گزینه بروید و علاقه‌ای به درک چرایی پاسخ این سوال ندارید تا همین‌جا مطالعه‌ی متن برای شما کافیست، امکان و اجازه‌ی استفاده از کمپرسورهای هوا برای سایر‌‌ گازها، بالاخص هیدروکربن‌ها را ندارید. اما چرا؟

اگرچه کمپرسور هوا، به ویژه‌ کمپرسور پیستونی، توانایی افزایش فشار متان یا گاز طبیعی را داراست (شبیه‌سازی فرآیند بر روی PROII و یا Hysys با تعیین توان مصرفی و دمای خروجی گاز نیز همین نتیجه را نشان میدهد)، لیکن با استفاده از گاز به جای هوا، شما دسته‌بندی الکتریکی محیط (EAC)* را دگرگون می سازید و با توجه به آنکه کاسه‌نمدها و اتصالات چفت‌شدگی موردنیاز گاز شما را ندارند، هرگونه نشت گازی محیط را به سمت انفجار سوق میدهد.

به زبان مفصل‌تر، فرقی ندارد کمپرسور پیستونی، اسکرو و یا سانتریفیوژ باشد (بله، بکارگیری کمپرسورهای خاص‌تر هم دردی از شما درمان نمیکند)، کمپرسور هوا برای فشرده‌سازی “هوا” طراحی و ساخته شده است و شما امکان استفاده ایمن از کمپرسور هوا در خدمات گاز طبیعی را ندارید.

کارکرد اصلی کمپرسور فشرده‌سازی گازهایی چون هوا، هیدروژن، نیتروژن، مبرّدها و غیره است. کمپرسور گاز را فشرده نموده و فشار را افزایش می دهد.

تفاوت اساسی هوا و گاز طبیعی در ضریب k (خارج قسمت Cp بر Cv) است و به موجب آن دمای هوای گاز طبیعی خروجی و توان مورد نیاز برای فشرده‌سازی آن کمتر از دما و توان مورد نیاز برای فشرده‌سازی هواست، در سطح مولکولی هیچ مشکلی نداریم. وزن مولکولی هوا ۲۹ و وزن مولکولی گاز طبیعی چیزی بین ۱۷/۲ و ۱۷/۸ می باشد.

منحنی‌های ترمودینامیکی هوا و گاز طبیعی بسیار متفاوت هستند

همانطور که میدانید، برای اشتعال، گاز طبیعی می بایست میان دو سطح LEL و UEL (پنج تا پانزده درصد متان در هوا) باشد. این بدان معناست که دستگاه شما می بایست ۶ برابر متان موجود در سیستم، هوا به داخل مکیده باشد؛ دمای خوداشتعالی متان نیز حدود ۷۰۰ درجه سانتیگراد است. فلذا حرارت ناشی از فشرده‌سازی متان خیلی پیش از آنکه کار شما به آتش‌سوزی داخلی برسد، منجر به ذوب بسیاری از قطعات کمپرسور هوا خواهد شد.

دمای حداقلی خوداشتعالی - طول زنجیره‌ی کربنی
حداقل دمای خوداشتعالی با توجه به طول زنجیره‌ کربنی هیدروکربن‌ها
درصد اکسیژن موجود در محلول‌های گازی مختلف برای آتش‌پذیری
درصد لازم اکسیژن در محلول گازی برای اشتعال‌پذیری

تفاوتی دیگر میان کمپرسور هوا و کمپرسور گاز را نیز می بایست مدنظر قرار دهید. گاز طبیعی به مراتب خشک‌تر هواست و کاسه‌نمدهای کمپرسور هوا هنگام بکارگیری با گاز طبیعی خشک شده و انعطاف خود را از دست خواهند داد، که متعاقب آن احتمال نشت گاز وجود خواهد داشت. این نشت منجر به ایجاد محیطی انفجاری در نزدیکی موتور (که در مقابل انفجار ایمن نیست) و سایر قطعات الکتریکی خواهد شد.

یک کمپرسور هوا به تغییرات بسیاری نیازمند است تا مناسب سرویس‌دهی به گاز طبیعی شود. از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

۱. تغییرات داخلی در طراحی و قطعات به کار گرفته شده برای تغییر در ویژگی‌های ترمودینامیکی کمپرسور.
۲. تعیین بازه‌ی بحرانی برای عملیات.
۳. توجه به Surge Line و تغییرات آن.
۴. نصب سیستم محافظت در برابر Surge (اگر کمپرسور سانتریفیوژ است).
۵. تغییر کامل سیستم لابیرنت برای جلوگیری از نشت و آتش‌سوزی.
۶. تمامی کولرهای داخلی می بایست متناسب با بار حرارتی جدید طراحی شوند.

برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد کمپرسورهای مناسب CNG (گاز طبیعی فشرده) می توانید به بخش کتابخانه و هندبوک هانلون مراجعه کنید. (هندبوک کمپرسور چاپ انتشارات مک‌گروهیل)