Mohamad
03-25-2011, 04:17 AM
خشك كن
هدف از به كار گيري خشك كن در ايستگاه سوخت رساني ، كاهش بخار آب موجود در گاز ايستگاه و رساندن آن به سطح قابل قبول مي باشد. ميزان بخار موجود بايد درحدي باشد كه نه تنها در عملكرد خودرو ايجاد مشكل ننمايد، بلكه در سيلندر خودرو، مخازن ايستگاه، لوله كشي ها و ديگر تجهيزات موجود در ايستگاه نيز از لحاظ خوردگي مشكلي ايجاد نكند.
خشك كن ها مي توانند در قسمت كم فشار يا در قسمت پرفشار كمپرسور نصب گردند. بيشتر خشك كن ها به منظور جذب بخار آب از يك غربال مولكولي استفاده مي نمايند. شكل 14 يك نمونه خشك كن قابل كاربرد در ايستگاه CNG را نشان مي دهد.
http://ingva.ir/images/stories/Article/CNGFuelingStation/Picture14.jpg
شکل 14- خشك كن
كيفيت CNG
مشخصات لازم براي كيفيت مناسب CNG با درنظر گرفتن عملكرد مناسب خودرو، خوردگي در انواع تجهيزات آن و تجهيزات ايستگاه، در سه استاندارد آمده است. بر طبق هريك از سه استاندارد مقدار بخار آب موجود در CNG بايد درحد محدود و قابل قبولي باشد. ميزان مجاز بخار آب مربوط به هريك از استانداردها در ادامه آورده شده است:
استاندارد CARB Specification : ميزان بخار آب در CNG بايد به اندازه اي باشد كه نقطة شبنم آن حداقل F ◦ 10 پايين تر از 99 % دماي طراحي زمستان ASHRAE باشد.
استاندارد 1616J SAE : ميزان بخار آب در CNG بايد به اندازه اي باشد كه نقطة شبنم آن حداقل F ◦ 10 پايين تر از كمترين دماي خشك ماهانه ايستگاه باشد.
استاندارد NFPA52 : ميزان بخار آب بايد كمتر از 7 پوند در هر ميليون مترمكعب گاز باشد.
دماي نقطة شبنم
دماي نقطة شبنم يك گاز دمايي است كه در آن دما بخار موجود در يك حجم معين و فشار معلوم شروع به تقطير مي كند. اگر دماي گاز بالاتر از دماي نقطة شبنم باشد، گاز حالت مافوق گرم داشته و ميزان بخار آن از حالت نقطة شبنم كمتر مي باشد. در نقطة شبنم، گاز بيشترين مقدار بخار آب را در خود دارد و پايين تر از نقطة شبنم بخار موجود شروع به تقطير مي كند.
دماي نقطة شبنم با افزايش فشار زياد مي شود. يعني در مكان هاي پرفشار بعد از كمپرسور و در تجهيزات خودرو براحتي ممكن است به دماي نقطة شبنم برسيم و شاهد تشكيل قطرات آب باشيم. مي توان روند افزايش دماي نقطة شبنم با فشار را در جدول 1مشاهده كرد.
http://ingva.ir/images/stories/Article/CNGFuelingStation/Table%201.jpg
جدول 1 - روند افزايش دماي نقطة شبنم با فشار
به عنوان مثال اگر يك گاز CNG با ميزان بخار آب 7 پوند در ميليون متر مكعب گاز را درنظر بگيريم، در فشار psig 3600، دماي نقطة شبنم F ◦ 52 خواهدبود. به اين معني كه اگر گاز در اين فشار به دماي F ◦ 52 برسد، بخارهاي آب در مخازن خودرو، ايستگاه و لوله كشي ها تشكيل مي شود. بخار آب مي تواند در اثر هواي سرد زمستان يا بر اثر انبساط در مجاري باريك سوخت رساني، منجمد شود و به اين ترتيب موجب انسداد لوله ها گردد. علاوه بر اين قطرات آب تشكيل شده در گاز مي تواند با CO2 و H2S موجود، تركيب شده و اسيدهاي گوگرد و كربنيك را تشكيل دهند. وجود اين اسيدها در گاز مي تواند بشدت خوردگي در انواع تجهيزات را فزوني بخشد.
معيارهاي طراحي
به منظور حذف پتانسيل تشكيل قطرات آب در CNG و جلوگيري از مشكلات متعاقب آن، گاز بايد تا اندازه اي خشك گردد كه در مخازن (محل بيشترين فشار)، نقطة شبنم F ◦ 10 پايين تر از كمترين دماي ممكن محيط باشد. به طور مثال اگر ايستگاه در مكاني بنا شده كه در زمستان دماي آن تا حد صفردرجة فارنهايت برسد، دستگاه خشك كن بايستي گاز CNG را تا حدي خشك نمايد كه در مكان هايي با بيشترين فشار دماي نقطة شبنم كمتر از F ◦ 10 باشد .
انواع روش هاي نم گيري
سه روش عمده و متداول به منظور خشك نمودن گاز طبيعي و CNG در دستگاه هاي خشك كن به كار گرفته مي شود:
خشك كن هاي سرمايشي : كمترين نقطة شبنم CNG درصورت استفاده از اين نوع خشك كن F ◦ 35 خواهد بود. بنابراين فقط در مناطقي قابل كاربرد است كه حداقل دماي آن در طول سال كمتر از F ◦ 45 نباشد.
خشك كن هاي جاذب : كه بر اساس جذب آب موجود در CNG عمل كرده و تا حد معيني مي توان نقطة شبنم گاز را كاهش داد. در اين حالت بايد توجه شود كه مواد جاذب به كار رفته در اين نوع بسيار خورنده و خطرناك مي باشند.
خشك كن هاي نم گير : معمول ترين نوع خشك كن در ايستگاه هاي CNG مي باشند. در اين نوع، ميزان رطوبت موجود در گاز CNG توسط غربال مولكولي و مواد خشك كننده، كاهش مي يابد. غربال مولكولي(در ابعاد آنگسترومي) بخار آب را در شبكه متخلخل خود گرفتار مي كند و سپس از اشباع شدن توسط گرما، آب جذب شده را به بيرون دفع مي نمايد. به وسيلة اين نوع از خشك كن ها مي توان تا نقطة شبنم F ◦ 150- نيز رسيد.
محل نصب خشك كن
دستگاه هاي خشك كن مي توانند در قسمت كم فشار (ورودي) يا پرفشار (خروجي) كمپرسور نصب گردند. اگر دستگاه خشك كن را در قسمت پرفشار (خروجي) كمپرسور نصب نماييم مادة خشك كننده در معرض فشار بسيار عظيم و همچنين نوسانات دبي جريان قرار خواهد گرفت كه ممكن است موجب تخريب غربال مولكولي گردد. علاوه بر اين، نوسانات مي توانند بر عملكرد مادة خشك كن و درنتيجه دماي شبنم نهايي تأثير بگذارد. بنابراين توصيه مي شود دستگاه هاي خشك كن در قسمت كم فشار(ورودي) كمپرسور نصب گردند.
انواع خشك كن ها
به طوركلي در ايستگاه هاي CNG از دو نوع خشك كن استفاده مي شود. يكي دستگاه هاي خشك كن PSA كه بر اساس تغييرات فشار كار مي كنند و ديگري دستگاه هاي خشك كن TSA مي باشند كه بر اساس تغييرات دمايي كار مي كنند. در هر دو نوع، از يك مادة جاذب مانند غربال مولكولي جهت جذب بخار آب از جريان گاز استفاده مي شود. مهمترين تفاوت بين دو روش را مي توان در نحوة دوباره فعال سازي يا خشك كردن، ماده جاذب دانست.
دستگاه خشك كن PSA
به طوركلي دستگاه هاي خشك كن PSA به منظور غني سازي يا تخليص مادة خاص در CNG به كار برده مي شوند. در كاربرد خاص مي توان از آن به عنوان خشك كن نيز استفاده نمود. در اين حالت گاز اشباع شده در فشار كم را مي توان به اتمسفر تخليه نمود يا اين كه آن را سوزاند. استفاده از سيستم PSA داراي قيمت پاييني مي باشد ولي از معايب آن مي توان به از دست دادن مقداري گاز و افزايش بار كمپرسور اشاره نمود. شكل 15 جدا شدن مادة A را در فشار پايين نشان مي دهد.
http://ingva.ir/images/stories/Article/CNGFuelingStation/Picture15.jpg
شکل 15 - خشك كن نوع PSA
دستگاه خشك كن TSA
در اين سيستم از يك گرم كن به عنوان بازيابندة غربال مولكولي استفاده مي شود. شكل 16 مدار عملكرد خشك كن نوع TSA را نشان مي دهد. اين سيستم معمولاً داراي دو نوع تك برجي (گرم كن خارجي) و دوبرجي مي باشد. سيستم از نوع TSA دو برجي مي تواند در قسمت خروجي كمپرسور نصب گردد.
http://ingva.ir/images/stories/Article/CNGFuelingStation/Picture16.jpg
شکل 16 - مدار كاركرد خشك كن نوع TSA
خشک کن نوع TSA تک برجی:
سيستم خشك كن TSA تك برجي ، داراي گرم كن خارجي بوده و هر 1 تا 6 ماه، يك بار احتياج به بازيابي دارد. در برخي اوقات يك بازيابندة متحرك مورد استفاده قرار مي گيرد.سيستم تك برجي داراي امتيازاتي نظير قيمت پايين، قابليت اطمينان بالا، هزينة تعميراتي كم (جدا از هزينة بازيابي) است و بعلاوه تمام امتيارات سيستم دو برجي را نيز دارا مي باشد. شكل 17 دو نمونه خشك كن TSA تك برجي را نشان مي دهد.
http://ingva.ir/images/stories/Article/CNGFuelingStation/Picture17.jpg
شکل 17 - دو نمونه از خشك كن نوع TSA تک برجی
اين سيستم داراي معايبي نظير هزينة بالاي بازيابي و كمبود نيروي متخصص بازياب در منطقة مشخص، مي باشد. همچنين مسائل جوي و شرايط آب وهوايي نيز بايد مساعد بازيابي باشند.
خشك كن نوع TSA دو برجی:
سيستم هاي خشك كن TSA دوبرجي داراي چندين نوع طراحي مي باشند: گرمايش داخلي با پاك كنندة داخلي يا خارجي و سيستم بازيابي حلقه بسته. در طراحي مناسب و درست سيستم خشك كن TSA دو برجي، مي توان بدون آن كه به سيكل بازيابي نياز داشته باشيم ماد ة جاذب و خشك كن را در حدود 2 تا 3 سال به طور ممتد به كار گرفت. چرخة كاري بلند مدت اين سيستم مي تواند هزينه هاي تعميراتي را بشدت كاهش دهد. همچنين در اين سيستم مادة خشك كن بازدهي بيشتري خواهد داشت و براي مدت طولاني تري مي تواند به كار گرفته شود. شكل 18 نمونه هايي از خشك كن TSA دو برجي را نشان مي دهد.
http://ingva.ir/images/stories/Article/CNGFuelingStation/Picture18.jpg
شکل 18 - خشك كن نوع TSA دو برجی
پيشنهادات
در دبي كم جريان (كمتر از scfm150) ، در حالتي كه رطوبت گاز كمتر از 14 پوند در هر ميليون متر مكعب گاز باشد، استفاده از دستگاه هاي خشك كن TSA تك برجي از لحاظ اقتصادي مقرون به صرفه تر مي باشد. در اين حالت حتماً بايد دقت نمود كه امكانات مربوط به سرويس دهي بازيابي و همچنين شرايط جوي مناسب براي آن فراهم باشد. به خصوص در حالتي كه در يك منطقة خاص تعداد ايستگاه ها زياد باشند استفاده از اين نوع خشك كن ها توصيه مي شود.
در شرايطي غير از شرايط فوق بهتر است كه از سيستم TSA دوبرجي استفاده نمود. در اين سيستم، هزينة اولية مربوط به پاك كنندة خارجي، از پاك كننده هاي داخلي كمتر مي باشد و هر دو نوع، از سيستم حلقه بسته 68 هزينة اولية كمتري دارند. ولي در حالتي كه در كل استفاده از پاك كننده ها بهينه نباشد، بهتر است از سيستم حلقه بسته استفاده شود.
هدف از به كار گيري خشك كن در ايستگاه سوخت رساني ، كاهش بخار آب موجود در گاز ايستگاه و رساندن آن به سطح قابل قبول مي باشد. ميزان بخار موجود بايد درحدي باشد كه نه تنها در عملكرد خودرو ايجاد مشكل ننمايد، بلكه در سيلندر خودرو، مخازن ايستگاه، لوله كشي ها و ديگر تجهيزات موجود در ايستگاه نيز از لحاظ خوردگي مشكلي ايجاد نكند.
خشك كن ها مي توانند در قسمت كم فشار يا در قسمت پرفشار كمپرسور نصب گردند. بيشتر خشك كن ها به منظور جذب بخار آب از يك غربال مولكولي استفاده مي نمايند. شكل 14 يك نمونه خشك كن قابل كاربرد در ايستگاه CNG را نشان مي دهد.
http://ingva.ir/images/stories/Article/CNGFuelingStation/Picture14.jpg
شکل 14- خشك كن
كيفيت CNG
مشخصات لازم براي كيفيت مناسب CNG با درنظر گرفتن عملكرد مناسب خودرو، خوردگي در انواع تجهيزات آن و تجهيزات ايستگاه، در سه استاندارد آمده است. بر طبق هريك از سه استاندارد مقدار بخار آب موجود در CNG بايد درحد محدود و قابل قبولي باشد. ميزان مجاز بخار آب مربوط به هريك از استانداردها در ادامه آورده شده است:
استاندارد CARB Specification : ميزان بخار آب در CNG بايد به اندازه اي باشد كه نقطة شبنم آن حداقل F ◦ 10 پايين تر از 99 % دماي طراحي زمستان ASHRAE باشد.
استاندارد 1616J SAE : ميزان بخار آب در CNG بايد به اندازه اي باشد كه نقطة شبنم آن حداقل F ◦ 10 پايين تر از كمترين دماي خشك ماهانه ايستگاه باشد.
استاندارد NFPA52 : ميزان بخار آب بايد كمتر از 7 پوند در هر ميليون مترمكعب گاز باشد.
دماي نقطة شبنم
دماي نقطة شبنم يك گاز دمايي است كه در آن دما بخار موجود در يك حجم معين و فشار معلوم شروع به تقطير مي كند. اگر دماي گاز بالاتر از دماي نقطة شبنم باشد، گاز حالت مافوق گرم داشته و ميزان بخار آن از حالت نقطة شبنم كمتر مي باشد. در نقطة شبنم، گاز بيشترين مقدار بخار آب را در خود دارد و پايين تر از نقطة شبنم بخار موجود شروع به تقطير مي كند.
دماي نقطة شبنم با افزايش فشار زياد مي شود. يعني در مكان هاي پرفشار بعد از كمپرسور و در تجهيزات خودرو براحتي ممكن است به دماي نقطة شبنم برسيم و شاهد تشكيل قطرات آب باشيم. مي توان روند افزايش دماي نقطة شبنم با فشار را در جدول 1مشاهده كرد.
http://ingva.ir/images/stories/Article/CNGFuelingStation/Table%201.jpg
جدول 1 - روند افزايش دماي نقطة شبنم با فشار
به عنوان مثال اگر يك گاز CNG با ميزان بخار آب 7 پوند در ميليون متر مكعب گاز را درنظر بگيريم، در فشار psig 3600، دماي نقطة شبنم F ◦ 52 خواهدبود. به اين معني كه اگر گاز در اين فشار به دماي F ◦ 52 برسد، بخارهاي آب در مخازن خودرو، ايستگاه و لوله كشي ها تشكيل مي شود. بخار آب مي تواند در اثر هواي سرد زمستان يا بر اثر انبساط در مجاري باريك سوخت رساني، منجمد شود و به اين ترتيب موجب انسداد لوله ها گردد. علاوه بر اين قطرات آب تشكيل شده در گاز مي تواند با CO2 و H2S موجود، تركيب شده و اسيدهاي گوگرد و كربنيك را تشكيل دهند. وجود اين اسيدها در گاز مي تواند بشدت خوردگي در انواع تجهيزات را فزوني بخشد.
معيارهاي طراحي
به منظور حذف پتانسيل تشكيل قطرات آب در CNG و جلوگيري از مشكلات متعاقب آن، گاز بايد تا اندازه اي خشك گردد كه در مخازن (محل بيشترين فشار)، نقطة شبنم F ◦ 10 پايين تر از كمترين دماي ممكن محيط باشد. به طور مثال اگر ايستگاه در مكاني بنا شده كه در زمستان دماي آن تا حد صفردرجة فارنهايت برسد، دستگاه خشك كن بايستي گاز CNG را تا حدي خشك نمايد كه در مكان هايي با بيشترين فشار دماي نقطة شبنم كمتر از F ◦ 10 باشد .
انواع روش هاي نم گيري
سه روش عمده و متداول به منظور خشك نمودن گاز طبيعي و CNG در دستگاه هاي خشك كن به كار گرفته مي شود:
خشك كن هاي سرمايشي : كمترين نقطة شبنم CNG درصورت استفاده از اين نوع خشك كن F ◦ 35 خواهد بود. بنابراين فقط در مناطقي قابل كاربرد است كه حداقل دماي آن در طول سال كمتر از F ◦ 45 نباشد.
خشك كن هاي جاذب : كه بر اساس جذب آب موجود در CNG عمل كرده و تا حد معيني مي توان نقطة شبنم گاز را كاهش داد. در اين حالت بايد توجه شود كه مواد جاذب به كار رفته در اين نوع بسيار خورنده و خطرناك مي باشند.
خشك كن هاي نم گير : معمول ترين نوع خشك كن در ايستگاه هاي CNG مي باشند. در اين نوع، ميزان رطوبت موجود در گاز CNG توسط غربال مولكولي و مواد خشك كننده، كاهش مي يابد. غربال مولكولي(در ابعاد آنگسترومي) بخار آب را در شبكه متخلخل خود گرفتار مي كند و سپس از اشباع شدن توسط گرما، آب جذب شده را به بيرون دفع مي نمايد. به وسيلة اين نوع از خشك كن ها مي توان تا نقطة شبنم F ◦ 150- نيز رسيد.
محل نصب خشك كن
دستگاه هاي خشك كن مي توانند در قسمت كم فشار (ورودي) يا پرفشار (خروجي) كمپرسور نصب گردند. اگر دستگاه خشك كن را در قسمت پرفشار (خروجي) كمپرسور نصب نماييم مادة خشك كننده در معرض فشار بسيار عظيم و همچنين نوسانات دبي جريان قرار خواهد گرفت كه ممكن است موجب تخريب غربال مولكولي گردد. علاوه بر اين، نوسانات مي توانند بر عملكرد مادة خشك كن و درنتيجه دماي شبنم نهايي تأثير بگذارد. بنابراين توصيه مي شود دستگاه هاي خشك كن در قسمت كم فشار(ورودي) كمپرسور نصب گردند.
انواع خشك كن ها
به طوركلي در ايستگاه هاي CNG از دو نوع خشك كن استفاده مي شود. يكي دستگاه هاي خشك كن PSA كه بر اساس تغييرات فشار كار مي كنند و ديگري دستگاه هاي خشك كن TSA مي باشند كه بر اساس تغييرات دمايي كار مي كنند. در هر دو نوع، از يك مادة جاذب مانند غربال مولكولي جهت جذب بخار آب از جريان گاز استفاده مي شود. مهمترين تفاوت بين دو روش را مي توان در نحوة دوباره فعال سازي يا خشك كردن، ماده جاذب دانست.
دستگاه خشك كن PSA
به طوركلي دستگاه هاي خشك كن PSA به منظور غني سازي يا تخليص مادة خاص در CNG به كار برده مي شوند. در كاربرد خاص مي توان از آن به عنوان خشك كن نيز استفاده نمود. در اين حالت گاز اشباع شده در فشار كم را مي توان به اتمسفر تخليه نمود يا اين كه آن را سوزاند. استفاده از سيستم PSA داراي قيمت پاييني مي باشد ولي از معايب آن مي توان به از دست دادن مقداري گاز و افزايش بار كمپرسور اشاره نمود. شكل 15 جدا شدن مادة A را در فشار پايين نشان مي دهد.
http://ingva.ir/images/stories/Article/CNGFuelingStation/Picture15.jpg
شکل 15 - خشك كن نوع PSA
دستگاه خشك كن TSA
در اين سيستم از يك گرم كن به عنوان بازيابندة غربال مولكولي استفاده مي شود. شكل 16 مدار عملكرد خشك كن نوع TSA را نشان مي دهد. اين سيستم معمولاً داراي دو نوع تك برجي (گرم كن خارجي) و دوبرجي مي باشد. سيستم از نوع TSA دو برجي مي تواند در قسمت خروجي كمپرسور نصب گردد.
http://ingva.ir/images/stories/Article/CNGFuelingStation/Picture16.jpg
شکل 16 - مدار كاركرد خشك كن نوع TSA
خشک کن نوع TSA تک برجی:
سيستم خشك كن TSA تك برجي ، داراي گرم كن خارجي بوده و هر 1 تا 6 ماه، يك بار احتياج به بازيابي دارد. در برخي اوقات يك بازيابندة متحرك مورد استفاده قرار مي گيرد.سيستم تك برجي داراي امتيازاتي نظير قيمت پايين، قابليت اطمينان بالا، هزينة تعميراتي كم (جدا از هزينة بازيابي) است و بعلاوه تمام امتيارات سيستم دو برجي را نيز دارا مي باشد. شكل 17 دو نمونه خشك كن TSA تك برجي را نشان مي دهد.
http://ingva.ir/images/stories/Article/CNGFuelingStation/Picture17.jpg
شکل 17 - دو نمونه از خشك كن نوع TSA تک برجی
اين سيستم داراي معايبي نظير هزينة بالاي بازيابي و كمبود نيروي متخصص بازياب در منطقة مشخص، مي باشد. همچنين مسائل جوي و شرايط آب وهوايي نيز بايد مساعد بازيابي باشند.
خشك كن نوع TSA دو برجی:
سيستم هاي خشك كن TSA دوبرجي داراي چندين نوع طراحي مي باشند: گرمايش داخلي با پاك كنندة داخلي يا خارجي و سيستم بازيابي حلقه بسته. در طراحي مناسب و درست سيستم خشك كن TSA دو برجي، مي توان بدون آن كه به سيكل بازيابي نياز داشته باشيم ماد ة جاذب و خشك كن را در حدود 2 تا 3 سال به طور ممتد به كار گرفت. چرخة كاري بلند مدت اين سيستم مي تواند هزينه هاي تعميراتي را بشدت كاهش دهد. همچنين در اين سيستم مادة خشك كن بازدهي بيشتري خواهد داشت و براي مدت طولاني تري مي تواند به كار گرفته شود. شكل 18 نمونه هايي از خشك كن TSA دو برجي را نشان مي دهد.
http://ingva.ir/images/stories/Article/CNGFuelingStation/Picture18.jpg
شکل 18 - خشك كن نوع TSA دو برجی
پيشنهادات
در دبي كم جريان (كمتر از scfm150) ، در حالتي كه رطوبت گاز كمتر از 14 پوند در هر ميليون متر مكعب گاز باشد، استفاده از دستگاه هاي خشك كن TSA تك برجي از لحاظ اقتصادي مقرون به صرفه تر مي باشد. در اين حالت حتماً بايد دقت نمود كه امكانات مربوط به سرويس دهي بازيابي و همچنين شرايط جوي مناسب براي آن فراهم باشد. به خصوص در حالتي كه در يك منطقة خاص تعداد ايستگاه ها زياد باشند استفاده از اين نوع خشك كن ها توصيه مي شود.
در شرايطي غير از شرايط فوق بهتر است كه از سيستم TSA دوبرجي استفاده نمود. در اين سيستم، هزينة اولية مربوط به پاك كنندة خارجي، از پاك كننده هاي داخلي كمتر مي باشد و هر دو نوع، از سيستم حلقه بسته 68 هزينة اولية كمتري دارند. ولي در حالتي كه در كل استفاده از پاك كننده ها بهينه نباشد، بهتر است از سيستم حلقه بسته استفاده شود.