مزایا و معایب کمپرسورهای محوری (AXIAL) در مقابل کمپرسورهای سانتریفوژ

کمپرسورهای محوری در محدوده جریان ورودی 51،000 تا 510،000 متر مکعب بر ساعت با  کمپرسور سانتریفوژ رقابت می کنند. مقایسه اقتصادی این دو نوع کمپرسور در کل این محدوده لازم می باشد. برای حجم ورودی پایین تر از 119،000 متر مکعب بر ساعت، ثابت شده که استفاده از کمپرسور سانتریفوژ جذاب تر می باشد. تجربه نشان داده است برای حجم ورودی بالاتر از 220،000 متر مکعب بر ساعت استفاده از کمپرسور سانتریفوژ چند مرحله (multiple centrifugal compressors) می تواند از نظر اقتصادی با یک کمپرسور محوری (single axial compressor) رقابت کند. قابلیت اطمینان بدنه کمپرسورهای سانتریفوژ چند مرحله در مقابل کمپرسورهای محوری تکی باید در هر پروژه خاص ارزیابی گردد. در زیر تعدادی از مزایا و معایب کمپرسور محوری نسبت به کمپرسور سانتریفوژ لیست شده است.

max1_compressor_rotor_ob5605-1923_620x230px
کمپرسور محوری

 

centrifugal-compressor

پروانه کمپرسور سانتریفوژ

 

centrifugal_diagram-300x217

کمپرسور سانتریفوژ

  • مزایا

1- حجم جریان ورودی برای هر ماشین حدود 1،200،000 متر مکعب بر ساعت می باشد. در کمپرسورهای محوری برای جریان های بالای 340،000 متر مکعب نمونه های زیادی وجود دارد و برای کمپرسور سانتریفوژ اینطور نیست.

2- راندمان می تواند تا 10% بالاتر از کمپرسورهای سانتریفوژ باشد که این مزیت به توان مصرفی کمتر، توان اسمی کمتر موتور و سیستم پشتیبانی کمکی کوچکتر، می انجامد. هرچند مراحل خنک کاری انفرادی در یک کمپرسور سانتریفوژ این فاصله بزرگ را کمتر می کند.

3- اندازه فیزیکی کوچکتر و وزن سبکتر نسبت به کمپرسورهای سانتریفوژ، هزینه نصب را کاهش می دهد. به عنوان مثال اندازه سایه بان (shelter)، اندازه جرثقیل (crane)، محیط نصب، فنداسیون ها، کارهای حمل و نقل و غیره همگی کاهش می یابند.

4- با استفاده از محرک توربین گاز یا بخار در سرعت بالاتر معمولا اجازه استفاده محرک مستقیم را می دهد و لازم به نصب گریبکس نیست.

5- طراحی کیسینگ/روتور توانایی اصلاحات عملکردی کمپرسور را تا حدودی به راحتی نسبت به کمپرسور سانتریفوژ فراهم می کند. این کار به وسیله اضافه کردن، حذف کردن، جابجایی مراحل یا طبقات و تنظیم زاویه پره استاتور (stator vane angles) مقدور می باشد.

6- نسبت فشار بالاتر در ازای هر کیسینگ (محدود شده به وسیله دمای دیسشارژ) به علت راندامان بالاتر.

7- کارکرد موازی آن با دیگر انواع کمپرسورها نسبت به کمپرسور سانتریفوژ راحت تر می باشد. این بخاطر نمودار شیب دار هد-دبی کمپرسور می باشد.

8- به جریان های بالاتری نسبت به کمپرسور سانتریفوژ می تواند دست پیدا کرد. در بیشتر کاربردها، یک کمپرسور تک بدنه محوری بهترین راه حل مقرون به صرفه برای هزینه های بهره برداری، راه اندازی و در هنگام قطع برق می باشد.

  • معایب

1- محدوده باریک جریان برای کارکرد پایدار، بخصوص با محرک سرعت ثابت، مگر اینکه پره استاتور قابل تغییر که بسیار گران می باشد به کار برده شود.

2- در مقایسه با کمپرسورهای سانتریفوژ، سیستم های کنترل جریان و کنترلرهای حفاظت سرج برای کمپرسور محوری بسیار پیچیده و گران می باشند. کنترل سرج باید بسیار قابل اطمینان باشد، زیرا که سرج می تواند خیلی سریع به یک کمپرسور محوری خسارت وارد کند.

3- بدتر شدن عملکرد کمپرسور محوری به علت رسوب و ساییدگی (fouling and erosion)  مسیر گاز بسیار بیشتر از کمپرسور سانتریفوژ است و این نیازمند فیلتراسیون ورودی بهتر می باشد. از اینرو کمپرسورهای محوری برای کارکرد پیوسته در سرویس های رسوبی مناسب نیست.

4- خسارت ناشی از بلعیدن اشیاء در کمپرسورهای محوری بسیار وسیع تر از کمپرسورهای سانتریفوژ می باشد.

5- در حال حاضر مدل های کمپرسور محوری برای کاربردهای فرایندی عمومی محدوده فشاری کمی نسبت به کمپرسور سانتریفوژ دارند. بالاترین حد فشار بیشتر سازندگان 12 barg می باشد. (هر چند کمپرسورهای محوری پتانسیل پیشرفت در افزایش محدوده فشار تا دست کم در محدوده کمپرسورهای سانتریفوژ را دارا می باشند).

6- به جز سرویس هوا، تجربه بسیار محدودی در سرویس های دیگر وجود دارد و این باعث می شود که در کاربرد آن در گازهای دیگر با مشکل مواجهه شود.

7- هزینه قطعات یدکی بزرگ و دارای اهمیت (capital spares) (شامل تیغه های استاتور) برای کمپرسور محوری بیشتر از کمپرسورهای سانتریفوژ می باشند.

8- به خاطر میزان سر و صدای (noise level) بالاتر کمپرسور محوری نیاز به اصلاحات صدایی (acoustical treatment) وسیع تری نسبت به کمپرسور سانتریفوژ دارد.

9- قابلیت اعتماد پره های استاتور متغییر در مراحل جندگانه (Reliability of multiple stages of variable stator vanes) می تواند یک دغدغه باشد. حرکت خطا در یک استاتور متغییر منفرد ممکن است منجر به سرج کنترل نشده و شکسته شدن تعداد زیادی از ردیف های تیغه (blade) شود.

10- به طور کلی یک کمپرسور محوری تمایل دارد بدون سختی و زحمت کار کند و از هیچ خطایی هم نمی گذرد. حالت های خطا خیلی شدید و با زمان زیاد برای تعمیر همراه می باشد و هزینه تعمیرات نیز بالا می باشد.

  • عوامل یکسان و برابر

1- قیمت کمپرسورهای محوری و سانتریفوژ در محدوده جریان هایی که هر دو کارایی دارند بسیار رقابتی است. بخصوص در محدوده جریان ورودی 120،000 تا 220،000 متر مکعب بر ساعت و زمانیکه کنترلرهای پره استاتور بر روی کمپرسور محوری تامین می شوند.

2- فاکتور ضریب اطمینان برای هر دو نوع بالا می باشد.

3- حساسیت دمای بالا و ارتعاش روتور تقریبا برای هر دو نوع مشابه می باشد.

4- خطر شکست پره/پروانه در اثر ارتعاش با فرض طراحی دقیق یکسان و تست کامل اجزا تقریبا برابر می باشد.

5- هزینه لوله کشی و شیرالات برای هر دو تقریبا برابر می باشد.