SEO: Surge Engine Optimization

De jongere lezer zal meteen denken dat ik een spelfout in de titel heb gemaakt. Het is toch Search Engine Optimization? De heilige graal die door allerlei internetbedrijven wordt beloofd om je ranking in Google en andere zoekmachines, zo hoog mogelijk te krijgen? Nee, wat ik bedoel is andere koek (a different kind of cookie, zoals Van Gaal gezegd zou kunnen hebben…). Mijn SEO richt zich op een van de meest gebruikte apparaten in de procesindustrie: de compressor. Ik heb in een andere blog al het verschil aangegeven tussen de twee belangrijkste soorten pompen (Luctor et Emergo): verdringerpompen en centrifugaalpompen. Compressoren zijn eigenlijk niets anders dan lucht- of gaspompen. Hoewel het principe hetzelfde is als bij een vloeistofpomp, maakt het feit dat lucht of gas samendrukbaar is het gedrag van een compressor heel anders als van een pomp. In beide gevallen geldt de wet van Bernouilli (de spin-out): de som van bewegings (kinetische) energie, potentiële energie en druk(energie) is constant. De schoepen in de compressor geven snelheid aan het gas (= kinetische energie), maar worden in de kanalen erachter weer afgeremd. Doordat de snelheid afneemt en de som van het totaal gelijk blijft, moet de druk dus wel toenemen. En dat doet het ook. Die drukverhoging zorgt er vervolgens voor dat het gas getransporteerd kan worden naar een locatie in het proces waar een lagere druk heerst.

De turbocompressor

In de procesindustrie wordt veelvuldig gebruik gemaakt van compressoren. Er kunnen heel grote hoeveelheden gas mee getransporteerd worden en/of heel hoge drukken mee gehaald worden en daarmee verbruiken compressoren een behoorlijk deel van de totale energiebehoefte van de fabriek. De noodzakelijke drukverhoging wordt meestal niet bereikt in één stap, maar vereist meerdere stappen achter elkaar. Ook zijn combinaties mogelijk waarbij hoge flows en hoge drukken in één apparaat gecombineerd worden: een axiale flow (met de stromingsrichting mee) en een radiale (centrifugaal) compressor (haaks op de rotatierichting). Dit resulteert in complexe mechanische ontwerpen.

Schermafbeelding 2016-05-01 om 13.23.17-1

Afbeelding 1: Een axiale en centrifugale compressor gecombineerd in één apparaat. Het axiale deel is bedoeld om een groot volume te kunnen verwerken en het radiale deel is bedoeld om nog een extra drukverhoging te creëren.

Zoals je in Luctor et Emergo hebt kunnen lezen bestaat er bij centrifugaalpompen een verband tussen de hoeveelheid die door de pomp stroomt (de flow) en de drukverhoging (de opvoerhoogte). Dit wordt weergegeven in een pompcurve. Voor turbocompressoren (de axiale en centifugale compressoren: zie afbeelding 1) bestaat eenzelfde soort pompcurve. Er is echter een groot verschil: bij een centrifugaalpomp kan de flow door de pomp afnemen tot nul (bijvoorbeeld door het sluiten van een afsluiter aan de perskant van de pomp). Als de pompcurve dan wordt gevolgd tot het punt waarbij de flow “0” is, bereikt de pomp de maximale opvoerhoogte. Dit wordt de shut-off head genoemd. Bij een turbocompressor lukt dat niet en treedt een complex fenomeen op dat bekend staat onder de naam surge (= pompen).

De surge nader bekeken

Binnen een bepaalde bandbreedte kan de flow door de compressor worden verlaagd zoals dat ook bij een pomp kan (Afbeelding 2).

Surge 1

Afbeelding 2: Binnen een bepaalde bandbreedte kan de flow door een compressor worden verlaagd zoals dit ook bij een centrifugaalpomp kan

Dus bijvoorbeeld als de flow door de compressor verlaagd wordt van 100 naar 80, gaat de druk omhoog van 40 naar 50. Beneden een bepaalde flow (het surge punt) worden de flow en drukverhoging onstabiel. De flow zal zelfs negatief worden (terugstroming in de compressor). De drukverhoging zal afnemen en uiteindelijk weer hetzelfde patroon volgen. Dit is een cyclisch patroon (afbeelding 3) en het gas gaat pulserend door de compressor heen. Dit zal enorme krachten op de compressorschoepen uitoefenen met grote kans op schade en gevaar voor het proces waar deze compressor in wordt gebruikt.

Surge 2Afbeelding 3: Een typische surge cyclus, waarbij de flow door de compressor onstabiel wordt en terugstroming ontstaat

Turbocompressoren worden niet alleen in de procesindustrie gebruikt, maar ook in de auto. De “Turbo” is een turbocompressor die door de uitlaatgassen wordt aangedreven. Ook deze turbo in de surge gaan en dat gaat ongeveer zo:

Surge Engine Optimization

In praktijk wordt een turbocompressor op een veilige afstand van zijn surge punt bediend. Als de flow door de compressor te laag dreigt te worden, wordt deze door een automatische regeling weer verhoogd. Dit kan bijvoorbeeld optreden door een drukverhoging in het proces waar de compressor naartoe pompt, het sluiten van een afsluiter in het proces of door een verandering van de gassamenstelling bij gelijkblijvende condities (vooral in de olie- en gaswinning kan dit optreden). Bij een luchtcompressor wordt dit meestal gedaan door na de compressor een regelklep te installeren, of bij een gascompressor een recycle die van de pers teruggaat naar de zuig. Door het openen van deze regelklep zal de flow door de compressor zelf niet verder afnemen en buiten zijn surge-gebied blijven.

Het is wel zo dat een surge heel snel kan optreden en de regelingen die de compressoren moeten beschermen moeten daarom extreem snel zijn. Soms is zelfs de regeling niet snel genoeg en zal de compressor moeten worden gestopt door een op zichzelf staand veiligheidssysteem (een interlock).

Tenslotte is het nog van belang om tijdens de testfase van de compressor, of na een fabrieksstop, tenminste een keer praktisch te bepalen waar het surge-punt ligt. Dit gebeurt onder toezicht van diverse experts, maar blijft toch een spannend klusje. Ik heb al diverse van deze tests mogen meemaken. Het meest spectaculaire was toch wel de test met een 450.000 m3/uur luchtcompressor met een vermogen van 45 Megawatt (60.000 pk), op dat moment het grootste elektrisch aangedreven apparaat ter wereld. Je weet ongeveer wanneer het surge-moment komt, maar het is toch schrikken als het zover is…

­­

Leuk artikel? Help me dan om het artikel te verspreiden door op een of meerdere van de social media knoppen hieronder te drukken.

Heb jij ervaring met compressoren en heb je zelf een mooie anekdote of een vraag over surge? Deel het in de commentaarvelden hieronder

0 antwoorden

Plaats een Reactie

Meepraten?
Draag gerust bij!

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Verplichte velden zijn gemarkeerd met *