Memahami Kontrol Kapasitas Kompresor Udara Sentrifugal
Oleh Rick Stasyshan dan Ian Macleod, Compressed Air and Gas Institute
Majalah Compressed Air Best Practices® (CABP) baru-baru ini bertemu dengan Rick Stasyshan, Konsultan Teknis Institut Udara dan Gas (CAGI), dan Ian Macleod dari Bagian Kompresor Sentrifugal CAGI dan perusahaan anggota Ingersoll Rand.
CABP: Tuan-tuan, terima kasih untuk seri artikel tentang kompresor sentrifugal. Mengapa Anda memilih kontrol kapasitas kompresor sentrifugal untuk wawancara ini, dan dapatkah Anda memberikan pengantar singkat?
CAGI: CAGI dan pelanggan sentrifugal kami memiliki minat dan tujuan yang sama - untuk memaksimalkan efisiensi sistem kompresor dan mengoptimalkan penggunaan energi sistem. Karena kontrol kapasitas pada kompresor sentrifugal sedikit lebih kompleks daripada kompresor jenis perpindahan positif, selalu disarankan untuk berkonsultasi dengan teknisi terlatih pabrik. Anggota Bagian Kompresor Sentrifugal CAGI dapat memberikan bantuan itu.
Kompresor sentrifugal bersifat dinamis, dan masing-masing memiliki kurva karakteristik kenaikan tekanan seiring penurunan kapasitas. Tanpa sistem kontrol apa pun, kompresor akan beroperasi di sepanjang kurva alami ini. Aliran dan tekanan kompresor sentrifugal biasanya dikontrol oleh kombinasi perangkat kontrol saluran masuk dan katup bongkar (UV).
CABP: Dapatkah Anda meringkas bagaimana perangkat ini bekerja dalam kombinasi untuk mencapai hasil yang diinginkan dan berbagi opsi apa yang mungkin tersedia?
CAGI: Ya, karena kontrol kompresor sentrifugal sedikit lebih rumit, kami akan memandu pembaca melalui sistem dan opsi yang tersedia.
Solusi untuk Peraturan Saluran Masuk
Saluran masuk dapat dicekik pada kompresor dinamis untuk terus mengurangi kapasitas kompresor. Aliran minimum ditentukan ketika rasio tekanan mencapai batas pompa dan mesin mencapai tekanan maksimum. Rentang pengaturan, atau penurunan, ditentukan oleh desain alat berat. Misalnya, penurunan kualitas dipengaruhi oleh jumlah tahapan dan desain impeller. Kisaran pengaturan juga dipengaruhi oleh faktor eksternal, seperti kondisi udara masuk (suhu, tekanan, dan kelembaban), dan suhu pendingin.
Perangkat Kontrol Saluran Masuk
Berikut ini adalah dua metode untuk membatasi masuk:
Inlet butterfly valve (IBV): Katup kupu-kupu inlet dapat digerakkan secara elektronik atau pneumatik, dan ketika menutup itu menciptakan penurunan tekanan di katup, secara efektif mengurangi tekanan masuk ke kompresor dan throttling kemampuan kompresor untuk membuat tekanan dan selanjutnya mengalir .
Inlet Guide Vanes or (IGVs): Inlet guide vanes juga dapat digerakkan secara elektronik atau pneumatik, dan merupakan serangkaian bilah radial yang diatur dalam intake. Baling-baling ini, dalam posisi terbuka lebar, sejajar dengan aliran udara, dan pada saat tertutup sepenuhnya berada pada 90 derajat terhadap aliran udara. Ketika baling-baling pemandu diputar dari terbuka penuh ke tertutup sebagian, mereka menyebabkan gas yang ditarik berputar ke arah yang sama dengan baling-baling. Pra-pusaran mengubah sudut datang dari udara yang masuk saat mendekati bagian penggerak impeler, secara efektif mengurangi energi yang diperlukan untuk menghasilkan tekanan dan aliran. Penggunaan IGV dapat secara efektif membatasi kompresor dengan manfaat tambahan karena lebih efisien. Tergantung di mana Anda beroperasi pada kurva kompresor, pengguna dapat melihat hingga 9 persen peningkatan efisiensi dibandingkan dengan pembatasan IBV standar.
Titik setel beban kompresor sentrifugal biasanya pada tekanan yang diberikan, jadi ketika tekanan sistem turun di bawah tingkat yang diberikan, kompresor akan memuat.
Sistem Kontrol dan Pengaturan untuk Kompresor Sentrifugal
1. Kontrol Auto-Dual (Lihat Gambar 1)
 |
Peraturan standar dicapai dengan menggunakan katup kupu-kupu saluran masuk (IBV), atau inlet guide vanes (IGV) dan pengontrol.
Titik setel tekanan pelepasan kompresor akan ditetapkan pada tingkat yang diinginkan dan IBV atau IGV akan memodulasi saluran masuk kompresor untuk mempertahankan tekanan pelepasan konstan pada rentang kontrol (B®C).
Pada titik throttle minimum (C), katup IBV atau IGV berhenti menutup, sehingga tekanan pelepasan naik ke titik setel bongkar. Pada saat ini kompresor akan bongkar, IBV atau IGV akan menutup, dan katup bongkar sepenuhnya terbuka.
Kompresor tetap dalam kondisi tanpa beban sampai kompresor melanjutkan beban pada aliran penuh dan siklus diulang. Waktu reload bervariasi dalam metode kontrol ini, dan tergantung pada kapasitas penyimpanan sistem relatif terhadap perubahan permintaan, mungkin disarankan untuk menginstal langkah-langkah (penyimpanan udara tekan tambahan) untuk melindungi proses dan kompresor terhadap siklus pendek.
Jika kompresor tidak perlu memuat ulang dalam periode waktu yang tetap, unit dapat dikonfigurasikan untuk mematikan dan berhenti. Controller akan secara otomatis memulai kembali dan memuat sebagai respons terhadap tekanan sistem yang jatuh ke titik setel beban (A).
2. Kontrol Tekanan Konstan dengan Modulating Unloading Regulation (UV) (Lihat Gambar 2)
 |
Metode kontrol ini menggunakan IBV atau IGV, UV modulasi, dan pengontrol.
Titik setel tekanan pelepasan kompresor akan ditetapkan pada tingkat yang diinginkan, dan IBV atau IGV akan memodulasi saluran masuk kompresor untuk mempertahankan tekanan pelepasan konstan pada rentang kontrol (A®B).
Pada titik throttle minimum (B), posisi IBV / IGV dijaga tetap, dan katup muat (UV) mulai memodulasi terbuka.
Dengan cara ini, tekanan pelepasan konstan dipertahankan pada rentang operasi penuh kompresor (A®C).
Beberapa kontrol juga dapat mengatur agar posisi katup bongkar (UV) maksimum dapat diprogram. Hal ini memungkinkan pemilik untuk meminimalkan operasi yang tidak efisien selama periode permintaan rendah dengan membatasi operasi pembongkaran ke titik di antara (B®C).
Sistem kontrol tekanan konstan dirancang untuk secara terus-menerus mengontrol output udara sambil menjaga fluktuasi tekanan bersih seminimal mungkin. Tekanan konstan sangat penting dalam banyak aplikasi.
Dampak Faktor Eksternal pada Regulasi
CABP: Anda menyebutkan bahwa regulasi dapat dipengaruhi sebagian besar oleh faktor eksternal, seperti tekanan balik, suhu hisap, dan suhu pendinginan. Mungkin wawancara di masa depan tentang topik ini mungkin dilakukan secara berurutan, tetapi bisakah Anda memberi kami tinjauan sekilas dan versi ringkas dari dampak ini?
CAGI: Pengaruh variabel pada kinerja sentrifugal mudah ditampilkan secara grafis.
Rasio turndown tipikal untuk desain sentrifugal adalah 30 hingga 40 persen saat beroperasi dalam mode dual otomatis. Persentase tergantung pada kondisi udara masuk seperti yang disebutkan di atas, dan biasanya akan lebih besar pada suhu dingin dan lebih kecil dalam kondisi musim panas. Dalam desain sentrifugal ada trade-off antara efisiensi aerodinamis dan penurunan. Kerusakan yang lebih besar dapat dicapai, tetapi menghasilkan efisiensi aerodinamika yang lebih rendah. Analisis ini harus dibuat bekerja sama dengan pabrikan berdasarkan profil aliran yang diperlukan untuk menentukan desain sistem yang optimal.
Angka-angka ini menunjukkan pengaruh variabel seperti suhu saluran masuk, tekanan saluran masuk dan suhu air pendingin.
Bagaimana Surge Terjadi pada Kompresor Sentrifugal
CABP: Anda menyebutkan fenomena gelombang. Bisakah Anda menguraikan kapan ini berpotensi terjadi?
CAGI: Surge adalah fenomena ketidakstabilan aerodinamik yang dapat terjadi pada kompresor sentrifugal. Peningkatan tekanan pada kompresor sentrifugal diciptakan dengan memberikan kecepatan tinggi (energi kinetik) ke jalur aliran udara melalui impeller. Konversi kecepatan menjadi tekanan (energi potensial) kemudian terjadi dalam diffuser, dan mungkin dalam volute, jika kompresor dilengkapi.
Karena keterbatasan ini, setiap tahap kompresi tunggal tidak dapat meningkatkan head tekanan di atas batas rasio sekitar 2,5 (tergantung pada desain).
Jika kompresor sentrifugal mengalami lonjakan selama operasi kompresor, itu dianggap berjalan dalam kondisi tidak stabil. Produsen mempertimbangkan peristiwa lonjakan ketika merancang kompresor mereka, dan dengan demikian terjadinya satu atau bahkan beberapa lonjakan tidak akan mengurangi masa pakai atau merusak kompresor. Seorang teknisi yang memenuhi syarat harus dipanggil jika terjadi lonjakan berulang. Semua produsen menggunakan kontrol antisipasi lonjakan untuk memastikan operasi yang andal. Ada beberapa metode berbeda untuk mencapai kontrol lonjakan.
Kontrol Lonjakan dan Perlindungan
CABP: Bagaimana Anda mengendalikan dan melindungi dari situasi ini yang timbul selama operasi?
CAGI: Anggota kami telah merancang kontrol lonjakan dan perlindungan ke dalam produk mereka. Surge adalah situasi yang bisa dihindari. Kontrol lonjakan dan perlindungan tersedia untuk sistem kontrol tekanan otomatis ganda dan konstan. Bahkan, sebagai bagian dari sistem start-up, teknisi secara manual melonjak kompresor untuk mengatur sistem kontrol.
1. Kontrol arus motor:
Arus motor dapat dikorelasikan dengan aliran kompresor. Saat aliran berkurang, arus motor juga akan berkurang. Ini dapat dikorelasikan dengan titik lonjakan kompresor. Dengan kontrol ini, ketika motor mencapai nilai arus minimum yang ditetapkan, katup bongkar akan mulai membuka untuk mencegah kompresor melonjak. Metode ini sederhana dan mudah, namun tidak selalu mengoptimalkan kisaran turndown aktual dari kompresor.
2. Surge optimasi kontrol antisipasi:
Untuk mengoptimalkan kontrol antisipasi lonjakan, pengontrol memonitor posisi sebenarnya dari garis lonjakan sehubungan dengan kondisi saluran masuk ambien yang ada, dan mencegah kompresor dari lonjakan dengan membuka katup pembongkaran ketika aliran kompresor mencapai titik lonjakan. Kontrol ini mengoptimalkan turndown dan memungkinkan kompresor bekerja pada turndown aktual berdasarkan kondisi saluran masuk ambient yang ada.
Sistem kontrol modern yang digunakan oleh sebagian besar pabrikan menghasilkan operasi yang bebas masalah, andal, dan efisien. Dengan beberapa metodologi kontrol untuk dipilih, pelanggan dapat mengoptimalkan kinerja kompresor sentrifugal mereka sesuai dengan kebutuhan aplikasi. Memahami dampak kondisi lingkungan pada kinerja kompresor memungkinkan peningkatan lebih lanjut dalam hal keandalan dan efisiensi.
CABP: Terima kasih atas ikhtisar ini. Dapatkah Anda memberi tahu pembaca kami bagaimana mereka bisa mendapatkan lebih banyak informasi atau bantuan tentang topik-topik ini?
CAGI: Anggota Bagian Kompresor Sentrifugal CAGI, termasuk Atlas Copco, Cameron, FS Elliott dan Ingersoll Rand, telah melatih para insinyur untuk membantu dan membimbing pengguna dengan memilih ukuran dan opsi yang tepat dari kompresor sentrifugal untuk operasi mereka. Penilaian sistem kompresor direkomendasikan ketika meningkatkan dan / atau mengganti sistem yang ada untuk memastikan bahwa kinerja sistem dimaksimalkan. Anggota kami juga dapat membantu dalam pengoperasian peralatan dan sistem yang ada.
Untuk informasi lebih rinci tentang CAGI, anggotanya, aplikasi udara tekan, atau jawaban untuk pertanyaan udara tekan Anda, silakan hubungi Institut Udara dan Gas Terkompresi. Sumber daya pendidikan CAGI termasuk kursus e-learning tentang SmartSite, panduan seleksi, dan video, serta Buku Pegangan Udara & Gas Terkompresi.
---- http: //www.hqcompressor.com
