DE2113038A1

DE2113038A1 - Mess- und Regelanordnung zum kondensatfreien Betrieb von Gasverdichtern

Info

Publication number: DE2113038A1
Application number: DE19712113038
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Ahrens
Original assignee: Chemische Werke Huels AG
Current assignee: Huels AG
Priority date: 1971-03-18
Filing date: 1971-03-18
Publication date: 1972-09-28
Also published as: DE2113038B2; DE2113038C3

Description

Meß- und Regelanordnung zum kondensatfreien Betrieb von Gasverdichtern

Die Erfindung betrifft eine Meß« und Regelanordnung zum kondensatfreien Betrieb von mehrstufigen mit Gaszwischenkühlern versehenen GasVerdichtern.

Zur Erzielung des optimalen Wirkungsgrades werden Gase isotherm verdichtet. Zu diesem Zweck sucht man die im Gas enthaltene Kompres s ions wärme durch Kühlmedien in einzelnen zwischen die Verdichterstufen geschalteten Gaskühlern weitgehend abzuführen. Es ist dabei anzustreben, daß die Temperatur des Gases in den Zwischenkühlern die Taupunkttemperatur, d.h. den Temperaturwert, bei dem das feuchte auf dem gegebenen Druckniveau befindliche Gas mit Wasserdampf gesättigt ist, nicht unterschreitet.

Bei der Unterschreitung der Taupunkttemperatür vereinigen sich die mit der Luft angesaugten Gase wie SO₂, SO₃, CO₂ und NH₃ mit dem kondensierten Wasserdampf zu Säuren und Basen und bewirken auf dem Strömungswege Korrosionen, wie die der Lauf räder. Dichtungen, Zwischenkühler und so fort.

Die im Luftstrom mitgeführten Wasserkondensat-Tropfen führen an den Laufrädern der Verdichter zu Kavitationsschäden, die beispielsweise bei einem Axialverdichter sich als Aufrauhung seiner empfindlichen Beschaufelung bemerkbar machen kann.

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Die Kondensattropfen tragen Schmutzteilchen und Korrosionsprodukte mit; sie verdampfen zum Teil auf ihrem Strömungswege zur nächsten Kühlstufe -vorwiegend an den heißen Wandungen des Läufers und der Leitapparate. Folgen hiervon sind Schmutz· ablagerungen, die zur Verengung der Stzömungskanäle führen und damit auch zur erheblichen Leistungsminderung des Verdichters.

Schmutzablagerungen an den Laufrädern können die Ursache von starken Unwuchten sein, die bekanntlich beim Betrieb der Tur- !»verdichter zu Schadensfällen führen.

Zur Vermeidung der Taupunktunterschreitung im gekühlten Gas war es bisher üblich, die Temperatur im Zwischenkühler nach Tabellen zu regeln und zwar von Hand durch Variieren des Kühlmittelflusses zum Kühler.

Die DAS 1 428 047 beschreibt eine Regelanordnung, nach der für jede Verdichterstufe eine Temperaturdifferenz aus der Eintrittstemperatur des Mediums beim Eintritt in eine Verdichterstufe und der Taupunkttemperatur dieses Mediums nach dem Austritt aus dieser Verdichterstufe bestimmt wird und als Sollwert an einem Pestwertregler eingestellt wird.

Doch auch eine solche Regelanordnung hat unübersehbare Nachteiles

Zum einen kann die Zwischenkühlertemperatur nicht stufenlos geregelt werden und so der zeitlichen Änderung der Änsaugtemperatur stetig angepaßt werden. , Zum anderen hat die Wahl des TemperaturdLfferenz-Sollwertes nach der erwarteten maximalen Ansaugtemperatur den Nachteil, daß bei einer tieferen tatsächlichen Ansaugtemperatur die Zwischenkühlertemperatur zu hoch eingeregelt wird. Das bedeutet aber, daß der Wirkungsgrad der Verdichteranlage herabgesetzt wird.

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Liegt dagegen die tatsächliche Ansaugtemperatur über dem erwarteten maximalen Wert, so kommt es zu Unterschreitungen des Taupunktes und zunächst zur Verminderung der Ansaugleistung des Verdichters und im weiteren zu erwähnten Schaden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Temperatur des Gases in Zwischenkühlern von Gas Verdichtern mit einfachen Mitteln selbsttätig so zu regeln, daß der Wirkungsgrad der Verdichteranlage nicht gemindert wird, die Ansaugleistung erhalten bleibt und ein dauerhafter korrosionsfreier Betrieb gesichert ist. "Γ"

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die am Eingang einer Verdichterstufe gemessene Temperatur T₁ einem Sollwertgeber zugeführt wird, der diesen Wert T₃ mit Hilfe von voreingestellten Konstanten zu einem Wert T.m + a umwandelt, wobei die Konstanten m und a dem Zusammenhang T.ra + a = T₂ entnommen sind und T„ die nach dem Mollier-i,x-Diagramm dem Wert T.. und dem Enddruck der Verdichterstufe zugeordnete Temperatur darstellt, diesen Wert T.m + a = T„ einem Folgeregler als Sollwert zuführt, der diesen Sollwert mit der nach einer Druckerhöhung in der ersten und vor der nachfolgenden Verdichterstufe jedoch nach dem Zwischenkühler entstandenen Temperatur als Istwert vergleicht und diesen Istwert durch die Verstellung eines Stellgliedes am Zwischenkühler auf den Wert des Sollwertes bringt.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen in der sicheren Vermeidung der Taupunktunterschreitung bei der Zwischenkühlung« Hieraus resultiert die Möglichkeit, den von dem Maschinenhersteller garantierten maximalen Wirkungsgrad des Verdichters einzuhalten, die Laufzeiten des Verdichtern von Revision zu Revision wegen verminderter Verschmutzxing und

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Korrosion zu verlängern und den Bedienungsaufwand klein zu halten.

Nimmt man die Ansaugluft von der Temperatur T. als maximal feucht an, d.h. rechnet man mit 100 % relativer Feuchtigkeit, so findet man aus dem Mollier-i,x-Diagramm zu diesem Wert T. und zu einem von der Verdichterstufe bewirkten Enddruck die Temperatur T,, die am Eingang der zweiten Verdichterstufe herrschen müßte, um den Taupunkt gerade nicht zu unterschreiten.

Auf diese Weise kann man für den durch die Verdichterkonstruktion festgelegten Enddruck der einen Stufe, oder, was fast gleich ist, zu jedem Eingangsdruck der nachfolgenden Stufe die (T-, T„)-Wertepaare finden. Trägt man T„ gegen T₃ auf, wie in Fig. 1 gezeigt, so ergibt sich ein linearer Zusammenhang T₂ = T..m + a, wo m die Steigung der Geraden und a der Abschnitt der Τ,,-Achse ist. Dieser Wert, T.m + a, stellt den gewünschten Wert der Drucklufttemperatur am Eingang der nachfolgenden Verdichterstufe dar, bedeutet also denjenigen Wert, der im Zwischenkühler hergestellt werden muß.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Regelanordnung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Fig. 2 stellt eine zweistufige Turboverdichteranlage für feuchte Luft dar.

Der Verdichter (la, Ib) wird von einer Turbine (2) angetrieben und verdichtet feuchte Luft, die durch die Leitung (3) aus der Atmosphäre angesaugt wird. Die in der Stufe (la) verdichtete heiße Luft wird durch die Leitung (4) zum Zwischenkühler (5) geleitet und nach der Zwischenkühlung über die Leitung (6) der

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Verdichterstufe (1 b) zugeführt. Die Temperatur T₁ der angesaugten Luft wird mit einem Temperaturfühler gemessen und im Transmitter (11) in einen elektrischen-oder pneumatischen Wert umgeformt, der dann dem Sollwertgeber (10) zugeführt wird.

Im Sollwertgeber (10) wird der Temperaturwert mit der eingestellten Konstanten m multipliziert und das Produkt zu der Konstanten a addiert. Der so entstandene Wert (T, m + a) stellt nun den Sollwert für die Drucklufttemperatur nach der Zwischenkühlung dar und wird dem Folgeregler (8) zugeführt. Dieser erhält von dem Transmitter (7) den Istwert der Drucklufttemperatur T» nach der Zwischenkühlung. Vom Regler (8) wird die Abweichung des Istwertes vom Sollwert in eine Steuerbewegung des Stellgliedes (9) umgeformt und hierdurch der Mengendurchfluß des Kühlmittels verändert. Unterschreitet der Istwert den Sollwert, wird das Stellglied (9), ein Drosselorgan, in Schließrichtung bewegt und hierdurch der Mengendurchsatz des Kühlmittels durch den Zwischenkühler gedrosselt. Bei entgegengesetzter Regelabweichung-bewirkt diese eine Steuerbewegung des Stellgliedes in Richtung Öffnen.

Dieses erfolgt so lange bis die fortlaufend gemessene Temperatur T₂ den Wert (T.m + a) annimmt, d.h. bis die Drucklufttemperatur am Ausgang des Zwischenkühlers (5) über den jeweiligen Taupunkt eingeregelt ist.

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Claims

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Patentanspruch

Meß— und Regelanordnung zum kondensat freien Batrieb von mehrstufigen mit Gaszwischenkühlern versehenen GasVerdichtern dadurch gekennzeichnet, daß die am Eingang einer Verdichterstufe gemessene Temperatur T, einem Sollwertgeber zugeführt wird, der diesen Wert T. mit Hilfe von voreingestellten Konstanten -zu einem Wert T, m + a umwandelt, wobei die Konstanten m und a dem Zusammenhang T.m + a = T₂ entnommen sind und T₂ die nach dem Mollier-i,x-Diagramm dem Wert T, und dem Enddruck der Verdichterstufe zugeordnete Temperatur darstellt, diesen Wert T,m + a = T₂ einem Folgeregler als Sollwert zuführt, der diesen Sollwert mit der nach einer Druckerhöhung in der ersten und vor der nachfolgenden Verdichterstufe jedoch nach dem Zwischenkühler entstandenen Temperatur als Istwert vergleicht und diesen Istwert durch die Verstellung eines Stellgliedes am Zwischenkühler auf den Wert des Sollwertes bringt. Ό

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