Kiertokaasukompressorin rikkoutumiset

Abstract

Insinöörityön tarkoituksena oli selvittää Borealiksen Porvoon polypropeenilaitoksen kaksivaiheisen, mäntätoimisen kiertokaasukompressorin venttiilirikkojen syyt vuonna 2010 tapahtuneissa alasajoissa sekä kehittää parannusehdotuksia, joilla tulevat rikkoutumiset estettäisiin. Työssä määritettiin myös asetuslämpötila kompressorin välijäähdyttimen jälkeiselle kaasulle syksyllä 2010 tehdyn prosessimuutoksen vuoksi.

Rikkoutumisia analysoitiin tutustumalla automaatiojärjestelmästä löytyneisiin rikkoutumisia edeltäviin tietoihin. Vaurioitumissyiden ymmärtämiseksi työssä perehdyttiin prosessiin ja sen ominaisuuksiin. Komprimointia mallinnettiin tietokonesimulaatioiden avulla. Lisäksi tietoa kerättiin tehtaan automaatiojärjestelmästä, haastatteluista, raporteista, kaasuanalyyseistä, laitevalmistajien materiaaleista sekä tutkimuksista.

Kiertokaasukompressorin alasajon aiheuttivat kullakin kerralla nesteiskun hajottamat pakoventtiilit. Sylintereihin päätynyt neste oli pääosin kondensoitunutta haittatuotetta, oligomeeria. Rikkoutumistyyppejä löydettiin kaksi, ja ne eroavat toisistaan rikkoutumiskohdan perusteella. Ensimmäisellä kerralla hajosivat ensimmäisen vaiheen ja toisella toisen vaiheen pakoventtiilit. Ensimmäiseen vaiheeseen neste kulkeutui todennäköisesti kaasuseoksen mukana kapasiteetiltaan riittämättömän pisaranerottimen ohi. Toisen vaiheen rikkoutuessa neste syntyi kompressorin sisällä, mutta epäselväksi jäi, oliko neste kondensoitunut välijäähdyttimessä ja kulkeutunut sylinteriin vai syntyikö se paineen kasvaessa sylinterin sisällä. Tiettyjen tuotteiden ja niiden ominaisuuksien huomattiin lisäävän toisen vaiheen rikkoutumisriskiä.

Uusien rikkoutumisten välttämiseksi työssä tehtiin useita ehdotuksia prosessin parantamiseksi. Nesteiden pääsyn estämiseksi ensimmäiseen vaiheeseen on syytä käynnistää selvitys pisaranerottimen kapasiteetin kasvattamiseksi. Kompressoria ympäröivien säiliöiden tyhjennyskäytäntöjä päivitettiin. Muutoksia tuli myös automaatiojärjestelmän lukituslämpötiloihin sekä toisen vaiheen imulämpötilaan.

The purpose of this Bachelor’s thesis was to explain the reasons for the valve breakdowns in a two-stage reciprocating compressor at Borealis polypropylene factory in Porvoo during the year 2010 and to develop improvements that would prevent any future breakdowns. Due to a process change in autumn 2010, this thesis also defined a setting temperature for the gas after the compressor intercooler.

The breakdowns were analyzed by exploring the pre-breakdown data found in the automation system. In order to understand the breakdowns, the process and its properties had to be examined. The compressing was modeled using computer simulations. Data was also gathered from the plant automation system, interviews, reports, gas analyses, vendor materials and researches.

The recycle gas compressor breakdown was each time caused by liquid impact breaking the discharge valves. The liquid that ended up into the cylinders was mainly a condensed, harmful product, an oligomer. Two different breakdown types were found, and they differed from each other by location. In the first case the first stage discharge valves probably broke down because some liquid ran along with the gas through an insufficient demister. In the second case, the second stage discharge valves broke down because liquid was condensed inside the compressor. However, it was unclear whether the liquid was condensed in the intercooler and then ran into the cylinder or whether it was condensed in the cylinder as the pressure started to rise. Certain products and their properties were found to increase the risk of the second stage breakdown.

To avoid new breakdowns, several proposals were made in order to improve the process. A research about increasing the capacity of the demister must be launched to prevent liquids from entering the first stage of the compressor. The emptying policies of the surrounding containers were updated. Changes were also made to locking temperatures and the second stage suction temperature in the automation system.