II. RAPORTARE ŞTIINŢIFICĂ
Cod proiect: PN-III-P2-2.1-BG-2016-0270
Număr proiect: 76BG/2016
Titlul proiectului: ˝ Studii privind modernizarea unei stații de comprimare a gazelor naturale folosind un compresor cu șurub cu injecție de ulei ˝
Coordonator (CO): Universitatea Petrol-Gaze din Ploiești
Denumire activitate: ˝Studiu privind analiza termodinamică comparativă a
performanțelor energetice ale compresoarelor˝
Raport științific si tehnic in extenso
Etapa 1: ˝Stadiul actual al tehnicii în domeniul compresoarelor utilizate pentru comprimarea gazelor naturale˝
Avizat,
Coordonator, Partener 1/2, Partener 2/2 - Agent Economic,Universitatea Petrol-Gaze din Ploiești Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare
Turbomotoare - COMOTI S.C. RAFFLES ENERGY S.R.L. București
Reprezentant Legal Coordonator, Reprezentant Legal Partener 1/2, Reprezentant Legal Partener 2/2
- Agent Economic, Rector,
Prof.univ.dr.ing. Mihai Pascu COLOJA Președinte - Director General,
Valentin SILIVESTRU Administrator,
Dr.ing. Silviu Iulian STAN Semnătură:
Semnătură:
Semnătură:
Ștampilă: Ștampilă: Ștampilă:
Director Proiect, Responsabil de proiect P1/2, Responsabil de proiect P2/2
- Agent economic, Conf.univ.dr.ing. Sorin NEACȘU CS III ing. Cristian SLUJITORU Dr.ing. Silviu Iulian STAN
Semnătură:
Semnătură:
Semnătură:
Stadiul actual al tehnicii în domeniul compresoarelor utilizate pentru comprimarea gazelor naturale
Cod proiect: PN-III-P2-2.1-BG-2016-0270 Număr proiect: 76BG/2016 Etapa 1/2016 1
Raport științific și tehnic în extenso
privind implementarea proiectului în Etapa de executare 1/2016
Cod proiect: PN-III-P2-2.1-BG-2016-0270
Număr proiect: 76BG/2016
Titlul proiectului: ˝ Studii privind modernizarea unei stații de comprimare a gazelor naturale
folosind un compresor cu șurub cu injecție de ulei ˝
Etapa 1: ˝Stadiul actual al tehnicii în domeniul compresoarelor utilizate pentru comprimarea
gazelor naturale˝
Cuprins
1. Obiective ....................................................................................................................................................... 1
2. Rezumatul etapei ......................................................................................................................................... 1
3. Descrierea științifică și tehnică ................................................................................................................... 2
3.1. Prezentare privind tipurile de compresoare utilizate pentru comprimarea gazelor .......................... 3
3.2. Modelul termodinamic al procesului dintr-un compresor cu șurub .................................................... 5
3.3. Performanțele compresoarelor cu șurub ................................................................................................ 5
3.4. Model termodinamic pentru un compresor volumetric cu piston ....................................................... 6
3.5. Comparație între compresorul cu șurub cu injecție de ulei și compresorul cu piston ....................... 6
3.6. Firme producătoare de compresoare cu șurub cu injecție de ulei cu presiune mare de refulare ..... 7
3.7. Cerințe de piață ......................................................................................................................................... 7
4. Gradul de realizare al fazei......................................................................................................................... 8
5. Concluzii ....................................................................................................................................................... 8
Bibliografie ....................................................................................................................................................... 9
1. Obiective
Obiectivele Etapei 1 de la Contractul de finanțare pentru execuție proiecte NR 76BG⁄2016
sunt:
realizarea unui algoritm, materializat într-o metodologie utilă specialiștilor din acest
domeniu, de calcul termodinamic pentru punerea în evidență a performanțelor mașinilor analizate
care să ajute la analiza comparativă a performanțelor energetice ale compresorului cu șurub cu injecție
de ulei în raport cu alte mașini similare;
prezentarea experienței dobândită în utilizarea compresoarelor cu șurub cu injecție de ulei
și de a evidenția punctele cheie în comparație cu alte tipuri de compresoare. Studiul realizat prezintă
caracteristicile esențiale ale compresoarelor cu șurub și furnizează date de la aplicații reale evidențiind
aceste caracteristici, într-un mod corect și concret, prin realizarea unei analize detaliate a tipurilor de
compresoare utilizate pentru comprimarea gazelor naturale, a tendințelor privind evoluția
parametrilor, a tehnologiilor de realizare, finalizându-se cu concluzii privind alegerea optimă, din
punct de vedere tehnico-economic, a acestui tip de compresor.
2. Rezumatul etapei
Compresoarele cu șurub au caracteristicile compresoarelor rotative, fiind compresoare
volumetrice. În ultimele decenii este tipul de compresor care a căpătat o utilizare masivă în industrie
- comparativ cu compresoarele cu piston/centrifugale - și acest fapt se datorează eficienței ridicate,
dimensiunilor mici de gabarit și unor intervale mari de întreținere/mentenanță (fiabilitate sporită).
Compresoarele cu șurub cu injecție de ulei sunt capabile să atingă performanțe ridicate prin realizarea
Stadiul actual al tehnicii în domeniul compresoarelor utilizate pentru comprimarea gazelor naturale
Cod proiect: PN-III-P2-2.1-BG-2016-0270 Număr proiect: 76BG/2016 Etapa 1/2016 2
unor rapoarte mari de comprimare într-o singură treaptă, iar, prin îmbunătățirea uleiului/tehnologiei
de separare, domeniile de aplicabilitate putând să fie extinse continuu.
Studiul își propune să facă o analiză a tipurilor de compresoare utilizate pentru comprimarea
gazelor naturale, a tendințelor privind evoluția parametrilor de ieșire, a tehnologiilor de realizare.
Cheltuielile cu cercetarea de dezvoltare pentru a realiza îmbunătățirea trebuie să fie justificate prin
creșterea profitului/eficienței procesului.
În acest context, pentru Etapa 1 de la Contractul de finanțare pentru execuție proiecte NR
76BG⁄2016, coordonatorului proiectului, Universitatea Petrol-Gaze din Ploiești, îi revine o activitate
de cercetare fundamentală ce se finalizează cu un Raport de activitate ce conține un studiu intitulat:
˝Studiu privind analiza termodinamică comparativă a performanțelor energetice ale
compresoarelor˝.
Activitățile desfășurate au necesitat activități de documentare elaborate pentru a veni cu cele
mai noi rezultate ale cercetărilor din acest domeniu prioritar pentru industria de distribuție a gazelor
naturale. Cercetările sintetizate cu responsabilitate au condus la realizarea de studii comparative între
diferitele soluții de comprimare a gazelor și au avut ca rezultate o serie de activități, după cum urmează:
1. Prezentarea noțiunilor generale despre compresoarele cu șurub;
2. Realizarea unui model termodinamic al procesului dintr-un compresor cu șurub;
3. Evidențierea performantelor compresoarelor cu șurub fără injecție de ulei și a celor cu
șurub cu injecție de ulei;
4. Compararea performanțelor de ieșire de la compresorul cu șurub fără injecție de ulei cu
cele de la compresorul cu șurub cu injecție de ulei;
5. Realizarea unui model termodinamic pentru un compresor volumetric cu piston;
6. Compararea performanțelor de ieșire de la compresorul cu șurub cu injecție de ulei cu cele
de la compresorul cu piston.
Foarte important de menționat este faptul că pentru a realiza activitățile enumerate mai sus a
fost elaborat un algoritm ingineresc, bine structurat, care s-a materializat într-un produs software
specializat realizat în mediul de programare Visual Studio 2013/C# care permite, foarte ușor,
modelarea proceselor termodinamice și calculul parametrilor mașinilor analizate.
De asemenea, partenerului P1 - Institutul National de Cercetare-Dezvoltare Turbomotoare
- COMOTI, i-a revenit activitate de cercetare fundamentală ˝Analiza tendințelor privind evoluția
parametrilor, a tehnologiilor de realizare a compresoarelor˝.
Din studierea literaturii de specialitate si a pieței, se poate aprecia că, din toată gama de utilaje
de comprimare, compresorul cu șurub este cel mai popular și, din acest motiv, constituie un procent
substanțial din vânzarea compresoarelor volumetrice din prezent. Acceptarea lor rapidă pe piață, în
ultimii treizeci de ani, se datorează vitezei de rotație relativ ridicate în comparație cu alte tipuri de
mașini volumetrice ceea ce le face compacte, cu capacitatea de a menține o eficiență ridicată pe o
largă gamă de presiuni/debite de funcționare, durată de viață lungă și o mare fiabilitate.
Cererea acestor tipuri de compresoare a crescut mult în ultima perioadă, în mare parte ca o
alternativă la varianta compresoarelor cu piston. Analiza prospectelor furnizate de firmele străine,
producătoare de astfel de echipamente, a lucrărilor științifice în domeniu, chiar a comunicărilor
prezentate la conferințe și simpozioane au stat la baza elaborării acestui studiu.
Se poate sublinia faptul că rezultatele studiului pot fi utilizate foarte ușor de către toți specialiștii
din diverse domenii ce folosesc aceste tipuri de utilaje de comprimare a gazelor și a răspuns, prin
activitățile desfășurate, obiectivelor acestei prime etape din cadrul proiectului mai sus menționat.
3. Descrierea științifică și tehnică
Obiectivul principal al contractului constă în modernizarea unei stații de comprimare gaze
naturale folosind un compresor cu șurub.
Compresoarele dinamice imprimă gazului, prin mișcarea de rotație, o energie cinetică ridicată,
care este apoi transformată în presiune, în difuzor. Compresoarele volumetrice, deplasare pozitivă,
ridică presiunea gazului prin reducerea volumului.
Stadiul actual al tehnicii în domeniul compresoarelor utilizate pentru comprimarea gazelor naturale
Cod proiect: PN-III-P2-2.1-BG-2016-0270 Număr proiect: 76BG/2016 Etapa 1/2016 3
Atunci când se analizează soluția de comprimare optimă, trebuie analizați următorii parametri:
debitul de gaz, presiunea de aspirație, presiunea de refulare, temperatura de aspirație; turația și tipul
gazului comprimat.
3.1. Prezentare privind tipurile de compresoare utilizate pentru comprimarea gazelor
Studiul prezent s-a axat pe principalele tipuri de compresoare prezente pe piață și utilizate
pentru comprimarea gazelor naturale: compresoare cu piston, compresoare cu șurub și compresoare
centrifugale. Pentru fiecare dintre aceste tipuri s-au prezentat principalele avantaje și dezavantaje.
Compresoarele centrifugale sunt compresoare dinamice, comprimarea realizându-se prin
aplicarea unei forțe inerțiale gazului - accelerare - prin intermediul unui rotor centrifugal. În cazul
utilizării compresoarelor centrifugale se vor evidenția principalele avantaje și dezavantaje:
Avantaje: Dezavantaje:
eficiență mare cost inițial mare
se pot atinge presiuni mari, până la 800 bar sistem complicat de monitorizare și control
(conform fișei tehnice Man Diesel & Turbo)
se pot realiza schid-uri echipate complet sistem de control al debitului - fenomen pompaj
prin proiectare se asigură gaz curat, fără
ulei
turațiile mari necesită lagăre speciale și sisteme
sofisticate de monitorizare a vibrațiilor și jocurilor
nu necesită fundații speciale necesită personal specializat de întreținere
Compresoarele cu piston sunt compresoare volumetrice, ce folosesc mișcarea unui piston
într-un cilindru pentru a realiza trecerea de la un nivel de presiune mic al gazului la un nivel superior
(comprimare). În cazul utilizării compresoarelor cu piston se vor evidenția principalele avantaje și
dezavantaje:
Avantaje: Dezavantaje:
proiectare simplă, ușor de instalat întreținere costisitoare
preț de cost inițial mic multe piese în mișcare
gamă largă de puteri probleme legate de vibrații
se pot atinge presiuni extrem de mari probleme speciale legate de vibrații
randamente bune datorită răcirii între trepte
Compresorul cu șurub face parte din categoria compresoarele volumetrice deoarece creșterea
presiunii se realizează prin micșorarea volumului spațiului de lucru. Avantajul major al acestor tipuri
de compresoare constă în faptul că procesul de comprimare este continuu, mașina nu are supape și
este puțin sensibilă la calitate gazelor.
Compresorul cu șurub se compune din două rotoare elicoidale care se rotesc în interiorul unei
carcase (figura 3.1). Unul dintre rotoarele elicoidale este antrenat prin intermediul unui reductor, iar
celălalt este liber, el fiind antrenat prin contactul cu primul rotor. Datorită formei elicoidale a celor
două rotoare și a faptului că ele sunt permanent în angrenare rotindu-se în sensuri opuse, volumul
cuprins intre zona de angrenare carcasă și peretele din zona de refulare variază continuu.
a. Părțile mecanice b. Reductorul de antrenare
Figura 3.1. Compresor cu șurub
Stadiul actual al tehnicii în domeniul compresoarelor utilizate pentru comprimarea gazelor naturale
Cod proiect: PN-III-P2-2.1-BG-2016-0270 Număr proiect: 76BG/2016 Etapa 1/2016 4
Prin ungerea rotoarelor la compresoarele cu injecție de ulei, este permisă antrenarea de către
rotorul conducător a rotorului condus, injecția de ulei eliminând necesitatea trenului de roți de
sincronizare, utilizate la soluția compresorului fără ungere. Totodată injecția de ulei face ca procesul
de comprimare izoterm să fie aproape de ideal, aceasta ducând la performanțe înalte.
Modul de variație al volumului de lucru pentru masa de gaz care străbate periodic compresorul
se face prin rotirea celor două axe spațiul dintre două profile consecutive vine periodic în legătură cu
orificiul de aspirație și de refulare, dar acest lucru nu se petrece simultan. Muchia cea mai înaltă a
profilului pentru fiecare rotor se comportă ca un sertar în momentul când trece prin dreptul ferestrelor
de aspirație sau refulare. Performanțele compresoarelor cu șurub se determină în funcție de debitul
masic care-l străbate. Eficiența volumetrică este definită prin raportul dintre debitul real de gaz care
străbate compresorul și debitul teoretic
Printre alte avantaje ale soluției injecției de ulei enumerăm:
răcirea gazului prin injecția de ulei duce la creșterea simțitoare a raportului de comprimare;
uleiul injectat asigură creșterea eficienței energetice;
rotorul conducător conduce rotorul condus, fără a mai fi necesară reglarea jocului dintre
cele două rotoare (ducând la eliminarea sistemului de roți de sincronizare utilizat la compresoarele
fără injecție de ulei).
Totodată putem enumera câteva din avantajele utilizării compresorului cu șurub cu injecție de
ulei, comparativ cu celelalte tipuri de compresoare:
controlul temperaturii la evacuare, evitându-se astfel problemele cauzate de punctual de rouă;
toleranța la particule lichide;
vibrații reduse;
gabarit redus, necesități minimale privind fundațiile și incintele de lucru;
prin injecția de ulei se asigură etanșarea între rotoare și carcasă, respectiv protecție contra
coroziunii, reducerea zgomotelor, răcirea gazului.
Caracteristica de performanță și flexibilitatea acestui tip de compresor sunt apropiate de cele
ale unui compresor cu piston, iar eficiența comprimării este apropiată de a compresoarelor
centrifugale. Costurile de întreținere sunt mai mici decât la compresoarele centrifugale, iar raportat
la compresoarele cu piston chiar cu o treime.
Pe piață sunt acum compresoare cu șurub cu diametrul rotorului conducător între 75 și 620
mm (și chiar mai mari), ceea ce duce la debite de până la 60000 m3/oră. Dacă la compresoarele cu
șurub fără injecție de ulei raportul optim de comprimare este de cca. 3,5, la compresoarele cu șurub
cu injecție de ulei se pot atinge rapoarte de comprimare de 15 și chiar mai mari. Diferența de presiune
aspirație - refulare este în medie de cca. 15 bari, dar sunt și compresoare cu șurub cu diferență de
presiune de 40, max. 70 bar (prospecte recente).
Progresele tehnologice realizate în construirea compresoarelor cu șurub a făcut ca acestea să fie
folosite cu succes pentru înlocuirea compresoarelor cu piston în industria petrolieră. Compresoarele cu
șurub se mai utilizează și pentru realizarea pompelor de căldură și a instalațiilor frigorifice.
Concluzionând, putem menționa caracteristicile principale ale compresoarelor cu șurub, cu
injecție de ulei:
economie de putere prin utilizarea slide-valve;
rapoarte mari de comprimare;
cost de întreținere mic;
un singur skid ca aranjament;
nu-i necesară răcirea carcaselor;
pot opera la presiuni mici de aspirație;
absența componentelor alternative - compresorul cu piston - și unor forțe interne relativ
mici, compresorul poate accepta viteze de rotație mari (deci compacte);
acceptă prezența componentelor sub formă lichidă, de importanță la exploatarea puțurilor
de petrol/gaze;
acceptă la comprimare o varietate mare de gaze.
Stadiul actual al tehnicii în domeniul compresoarelor utilizate pentru comprimarea gazelor naturale
Cod proiect: PN-III-P2-2.1-BG-2016-0270 Număr proiect: 76BG/2016 Etapa 1/2016 5
3.2. Modelul termodinamic al procesului dintr-un compresor cu șurub
Din punct de vedere termodinamic compresorul cu șurub este considerat un sistem deschis
deoarece în timpul funcționării, în permanența desfășurării procesului de lucru, se face un schimb de masă
cu mediul exterior. În mașină intră gaz și eventual ulei pulverizat și iese gaz comprimat și uleiul introdus.
Pentru a îndeplinii obiectivele Activității 1.1, din cadrul etapei 1, s-a realizat un software
specializat în mediul de programare Visual Studio 2013/C# care permite, pe baza unui algoritm bine
structurat, modelarea proceselor termodinamice și calculul parametrilor mașinilor analizate. În figura
3.2 este prezentată o parte din interfața programului.
Figura 3.2. Interfața programului de calcul
Pentru modelarea proceselor termodinamice dintr-un compresor cu șurub s-a ales un ciclu
termodinamic format dintr-o adiabată care modelează comprimarea gazului, procesul 1 - 2 din figura
4.3, o izobară 2 - 3 care modelează procesul de evacuare a gazelor comprimate și o a doua izobară 3
- 1 care modelează admisia gazului în mașină.
Deoarece compresorul rotativ nu are un volum vătămător ca la compresorul cu piston întreaga
cantitate de gaze comprimată se evacuează. Din această cauză ciclul se completează cu izocora 3 - 4.
Ipotezele de calcul utilizate în analiză sunt următoarele: pe ciclul termodinamic evoluează gaze
considerate gaze perfecte, care respectă ecuația de stare a lui Clapeyron; transformările de stare ce
modelează procesul de comprimare sunt considerate ireversibile, gradul de ireversibilitate fiind
caracterizat de randamentul izentropic; transformările de stare ce caracterizează procesele de admisie
și evacuare sunt considerare reversibile.
3.3. Performanțele compresoarelor cu șurub
Deoarece uleiul injectat în compresor pe lângă efectele mecanice are și un efect termodinamic
important prin răcirea gazelor comprimate, iar în practică sunt utilizate și compresoare cu șurub fără
injecție de ulei s-a realizat modelarea termodinamică a unui compresor cu șurub fără injecție de ulei
pentru a avea un termen de comparație față de cel cu injecție de ulei. Pentru acest caz s-a utilizat
ipoteza că procesul de comprimare este un proces adiabat ireversibil. Calculele s-au realizat pentru
sarcina maximă (100%), sarcina minimă (20% ) și sarcina medie (60%). Variația sarcinii s-a realizat
prin modificarea corespunzătoare a debitului de intrare.
Deoarece uleiul injectat modifică semnificativ procesul de comprimare pentru calcul acestui
tip de compresor s-au considerat următorii parametrii:
intrare p1 = 5 bar, t1 = 20°C;
ieșire p2 = 45 bar, t2 = 80°C;
Parametrii sunt asemănători cu cei obținuți experimental pe stand pentru mașini similare.
Injecția de ulei face ca procesul de comprimare să nu mai fie adiabatic. În acest caz s-a
considerat un proces politrop. Având parametrii de intrare și ieșire impuși s-a calculat exponentul
politropic pentru acest proces este n=1,09264 valoare care este apropiată de izotermă (n = 1).
Rezultatele comparative sunt prezentate în tabelul 3.1. Analizând ciclurile compresorului
uscat și cu injecție de ulei se observă că lucrul mecanic consumat pentru comprimarea gazului este
mai mic în cazul compresorului cu injecție de ulei față de compresorul uscat.
Stadiul actual al tehnicii în domeniul compresoarelor utilizate pentru comprimarea gazelor naturale
Cod proiect: PN-III-P2-2.1-BG-2016-0270 Număr proiect: 76BG/2016 Etapa 1/2016 6
Se observă cu ușurință că în cazul compresorului cu șurub cu injecție de ulei puterile necesare
comprimării la toate sarcinile analizate sunt semnificativ mai mici decât la compresorul uscat. Un alt
avantaj al compresorului cu șurub cu injecție de ulei este temperatura scăzută de refulare a gazului
comprimat 80°C fata de 275,9°C.
Tabelul 3.1. Prezentare comparativă între compresorul cu șurub fără/cu injecție de ulei
Sarcina [%] Compresor fără injecție de ulei Compresor cu injecție de ulei
Putere [kW] T2 [oC] Putere [kW] T2 [oC]
100 323,52 275,9 255,59 80
20 80,82 275,9 63,85 80
60 126,34 275,9 99,81 80
3.4. Model termodinamic pentru un compresor volumetric cu piston
Pentru a avea un termen bun de comparație s-a ales cel mai utilizat compresor volumetric,
compresorul cu piston.
S-au determinat performanțele energetice ale acestuia în ipoteza ca funcționează cu aceiași
sarcină ca și compresorul cu șurub cu injecție de ulei adică comprimă același debit în același condiții.
3.5. Comparație între compresorul cu șurub cu injecție de ulei și compresorul cu piston
Rezultatele comparative între compresorul cu piston și compresorul cu șurub cu injecție de
ulei sunt prezentate în tabelul 3.2. Se observă că și în raport cu acest tip de compresor, compresorul
cu șurub cu injecție de ulei este mai economic la toate regimurile de sarcină, de asemenea temperatura
de refulare este scăzută.
Tabelul 3.2. Prezentare comparativă între compresorul cu piston și cel cu șurub cu injecție de ulei
Sarcina [%] Compresor fără injecție de ulei Compresor cu injecție de ulei
Putere [kW] T2 [oC] Putere [kW] T2 [oC]
100 334.26 275.9 255.59 80
20 83.51 275.9 63.85 80
60 208.89 275.9 99.81 80
Figura 3.3. Comparație între compresorul cu piston (verde, pătrate) și compresorul cu șurub cu
injecție de ulei (roșu, cerculețe)
Stadiul actual al tehnicii în domeniul compresoarelor utilizate pentru comprimarea gazelor naturale
Cod proiect: PN-III-P2-2.1-BG-2016-0270 Număr proiect: 76BG/2016 Etapa 1/2016 7
3.6. Firme producătoare de compresoare cu șurub cu injecție de ulei cu presiune mare de
refulare
Howden-Scoția - Realizează compresoare cu șurub, cu injecție de ulei cu presiune maximă
de refulare de 60 bar.
Kobelco-Japonia - Realizează compresoare cu șurub cu injecție de ulei cu presiune max.de
100 barg.
MAN Germania - Realizează compresoare cu șurub, cu injecție de ulei cu presiune max.
de 51,5 bara.
SRM Suedia - Realizează compresoare cu șurub, cu injecție de ulei cu presiune maxima
de 80 bar.
INCDTurbomotoare COMOTI - Produce o gamă de compresoare cu șurub, cu injecție de
ulei, de tip:
CU 64 GM presiune max. de refulare 45 bara;
CU 90 GM presiune max. de refulare 45 bara;
CU 128 GM presiune max. de refulare 45 bara;
CHP 220 cu presiune max. de refulare 45 bara.
Figura 3.4. Compresor cu șurub CHP220 - debit max. 5000 Nm3/oră, presiune aspirație 4,5 bara,
presiune refulare 45 bara
3.7. Cerințe de piață
O analiză scurtă a cerințelor de piață ne poate ajuta în creionarea parametrilor tehnici ai unui
compresor cu șurub, cu injecție de ulei, cu presiune de refulare mare.
Totodată, din analiza parametrilor specifici tipurilor de compresoare prezentate, este clar ca
un astfel de compresor nu va fi utilizat pe traseul unei conducte de transport, unde debitele sunt
mari/foarte mari corelat cu un raport mic de comprimare (pentru acoperirea pierderilor).
Compresorul cu șurub poate fi folosit în procese industriale care necesită debite relativ
mici/medii, dar presiuni mari de lucru (cu rapoarte mari de comprimare), așa cum se arată în
continuare:
petrochimie, procese industriale specifice;
boostere pentru alimentarea turbomotoarelor;
industria echipamentelor de refrigerare, în special la utilizare ca agent frigorific a CO2;
compresoare care să ridice presiunea gazelor la racordarea la conducta de transport (prin
fenomenul gaz-lift).
Plecând de la literatura de specialitate, marea majoritate a producătorilor de compresoare pentru
gaze acceptă ca punct de plecare în alegerea unui anumit tip de compresor, diagrama din figura 3.5.
În figura 3.5. se prezintă domeniul aplicabil fiecărui tip de compresor menționat în această
lucrare.
Stadiul actual al tehnicii în domeniul compresoarelor utilizate pentru comprimarea gazelor naturale
Cod proiect: PN-III-P2-2.1-BG-2016-0270 Număr proiect: 76BG/2016 Etapa 1/2016 8
Cu toate că domeniul aplicabil compresorului cu șurub este inclus și în domeniul specific
compresorului cu piston și compresorului centrifugal, există un domeniu specific în care compresorul
cu șurub poate fi utilizat, în special datorită numeroaselor avantaje pe care aceste compresoare le
prezintă, precum au fost cele menționate în această lucrare.
Figura 3.5. Diagramă cu domeniile specifice aplicabile fiecărui tip de compresor (extras din articolul
al cărui autor este Takao Ohama - articol publicat în cadrul Turbomachinery Symposium, 2006)
4. Gradul de realizare al fazei
Considerăm că obiectivele Etapei 1 de la Contractul de finanțare pentru execuție proiecte
NR 76BG⁄2016 au fost realizate în proporție de 100% deoarece:
1. S-a construit modelul termodinamic al compresorului cu șurub;
2. S-au analizat principalele tipuri de compresoare utilizate pentru comprimarea gazelor;
3. S-a realizat o metodologie pentru un produs software care permite calculul performanțelor
compresorului cu șurub și realizarea reprezentărilor grafice profesionale a ciclurilor termodinamice;
4. S-a realizat o comparație termodinamică între compresorul cu șurub fără injecție de ulei și
cel cu injecție de ulei;
5. S-a realizat o comparație termodinamică între compresorul cu piston și compresorul cu
șurub cu injecție de ulei;
6. Pentru aceste tipuri de compresoare s-au prezentat principalele avantaje și dezavantaje în
cazul utilizării lor in-situ, pentru a realiza, în cazul unei aplicații viitoare, alegerea corectă din punct
de vedere tehnico-economic;
7. S-a făcut o prezentare a principalilor fabricanți ai acestor tipuri de utilaje folosite la
comprimarea gazelor, cu evidențierea parametrilor principali și o enumerare succintă a cerințelor
pieței, din punct de vedere al beneficiarilor acestui tip de utilaj.
5. Concluzii
1. Alegerea unui anumit tip de compresor se va efectua ținând cont de specificul locației unde
se va monta compresorul precum și de parametrii funcționali ai instalației de gaz lift existenți în locație.
Stadiul actual al tehnicii în domeniul compresoarelor utilizate pentru comprimarea gazelor naturale
Cod proiect: PN-III-P2-2.1-BG-2016-0270 Număr proiect: 76BG/2016 Etapa 1/2016 9
2. Pentru realizarea etapei 1 s-a construit un algoritm materializat într-un produs software
modern specializat în mediu de programare Visual Studio 2013/C# care permite calcularea
performanțelor mașinilor analizate și reprezentarea ciclurilor termodinamice în diagrame profesionale.
3. S-au construit cicluri termodinamice pentru compresorul cu șurub fără injecție de ulei,
compresorul cu șurub cu injecție de ulei și compresorul volumetric cu piston.
4. S-au realizat analize comparative pe baza rezultatelor obținute în ipoteza că toate mașinile
analizate comprimă aceeași cantitate de gaz, starea inițială și ipotezele fiind similare pentru toate
analizele.
5. Rezultatele au arătat superioritatea compresorului cu șurub cu injecție de ulei. Uleiul injectat
pe lângă reducerea frecărilor are un rol important în procesul termodinamic prin răcirea gazului
comprimat care se realizează în timpul procesului de comprimare. Acest lucru face ca funcționarea
compresorului cu șurub cu injecție de ulei să se apropie foarte mult de comportarea unui compresor
izoterm. Reamintim că procesul ideal de comprimare, care se face cu un consum minim de energie este
procesul izoterm.
6. Caracteristica de performanță și flexibilitatea compresorului cu șurub sunt apropiate de cele
ale unui compresor cu piston, iar eficiența comprimării este apropiată de a compresorului centrifugal.
Costurile de întreținere sunt mai mici decât la compresoarele centrifugale, iar raportat la compresoarele
cu piston chiar cu o treime.
7. Unele dintre motivele pentru care se poate lua în considerare un compresor cu șurub sunt:
modificările ce pot apare în condițiile referitoare la procesul de gaz-lift;
progresele recente în domeniul tehnologiilor de compresoare și lărgirea domeniului de
aplicare pentru gama de compresoare cu șurub;
existența mai multor beneficii pentru potențialii clienți - comparativ ce celelalte categorii de
compresoare -, cum ar fi o fiabilitate ridicată, costurile de întreținere relativ reduse, controlul
temperaturii la evacuare, toleranța la particule lichide, vibrații reduse, gabarit redus, necesități minimale
privind fundațiile și incintele de lucru.
Bibliografie
1. Feidt M., Thermodynamique et Optimisation Energetique de Sistemes et Procedes, Tehnique
et Documentation (Lavoisier), Paris, 1987;
2. Incropera F.P., DeWitt D.P., Fundamentals of Heat and Mass Transfer, Editura John Wiley &
Sons, New York, 1990;
3. Marinescu M., Baran M.N., Radcenco V., Temotehnica tehnica, MatrixRom, București, 1998;
4. Neacsu S., Comprimarea si lichefierea gazelor, Editura Romconvert, Ploiești, 2002;
5. Neacșu S., Termotehnică și mașini termice, Editura Printeh, București, 2009;
6. Oroveanu T, Trifan C, Albulescu M., Sur le taux optimal de compression pour le gazoducs,
Buletin I.P.G. Ploieşti, vol.XLIII/2, 1991;
7. Oroveanu T., David V., Stan Al., Trifan C., Colectarea, transportul, depozitarea şi distribuţia
produselor petroliere şi gazelor, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1985;
8. Radcenco V., Termodinamica generalizata, Editura Tehnica, București, 1994;
9. Soare AI., Stratula C., Transportul si depozitarea fluidelor - Vol. II, Editura Universității din
Ploiești, 2002;
10. Stosic N., Smith I., Kovacevic A., Screw Compressors Mathematical Modeling and
Performace Calculation, Springer VerlagBerlin Heidelberg 2005;
11. Van Wylen G., Sonntag R., Borgnakke C., Fundamentals of Classical Thermodynamics, Jon
Wiley & Sons New York 1994;
12. Wilcox D.C., Basic Fluid Mechanics, DWC Industries, California 2003.
13. API 619, Rotary - Type positive-displacement compressors for petroleum, petrochemical and
natural gas industries , 2010;
14. ISO10440-1, Petroleum and natural gas industries - Rotary-type positive-displacement
compressors. Part 1- process gas compressors, 2007;
Stadiul actual al tehnicii în domeniul compresoarelor utilizate pentru comprimarea gazelor naturale
Cod proiect: PN-III-P2-2.1-BG-2016-0270 Număr proiect: 76BG/2016 Etapa 1/2016 10
15. Seshaiah N., Experimental and computational studies on oil injected twin screw compressors,
2006;
16. Ohama T. & others, Process gas applications where API 619 screw compressors replaced
reciprocating and centrifugal compresors;
17. Ohama T. & others, High pressure oil injected screw compressors (API 619 design) for heavy
duty process gas;
18. Khan M.O., Basic practices în compressors selection, 1984;
19. Prospecte firme HOWDEN, SRM, MAN, KOBELCO, DRESSER-RAND.