Samenvatting: Optimalisatie van een anti-surge regeling bij een centrifugaalcompressor voor aardgas
Deze masterproef is uitgevoerd bij Fluxys te Zeebrugge met begeleiding vanuit KU Leuven Campus Brugge. Fluxys is een onafhankelijk gasinfrastructuurbedrijf met als kerntaken aardgasopslag, aardgasvervoer en terminalling van vloeibaar aardgas. Dit laatste gebeurt op de LNG-terminal in Zeebrugge, waar het vloeibaar aardgas wordt opgeslagen in geïsoleerde opslagtanks. Maar door de invloed van omgevingswarmte kunnen afkookgassen ontstaan. Omdat afkookgassen zorgen voor drukvariaties in de opslagtanks moeten ze soms verwerkt worden. De verwerking kan aan de hand van compressoren op verschillende manieren gebeuren. Eén van die compressoren is de Mannesmann Demag 103-JA centrifugaalcompressor. Dit onderzoek is dan ook toegespitst op deze compressor.
Bij het gebruik van die voormelde centrifugaalcompressor wordt vastgesteld dat de anti-surge regeling te vroeg in werking treedt. Dit probleem is opgetreden na de implementatie van een digitaal systeem. De anti-surge regeling bestaat uit een anti-surge klep die moet zorgen dat te allen tijde een minimaal debiet doorheen de compressor stroomt. Dit minimaal debiet is van belang om het fenomeen surge te vermijden. Om het onderzoek uit te voeren werden de volgende onderzoeksvragen opgesteld: ‘Wat is de oorzaak dat de anti-surge regeling van een centrifugaalcompressor voor aardgas vroeger in werking treedt, na de implementatie van een digitaal systeem?’ en ‘Hoe kan de anti-surge regeling worden geoptimaliseerd?’.
Om een antwoord te kunnen formuleren op de onderzoeksvragen wordt eerst een literatuurstudie uitgevoerd. Dit is van belang om de werking van een centrifugaalcompressor en het fenomeen surge te begrijpen. Vervolgens brengt een analyse van de huidige situatie een klare kijk op de volledige anti-surge regeling. Met deze informatie kan een antwoord geformuleerd worden op de eerste onderzoeksvraag. De oorzaak is een verkeerd opgebouwde en gedimensioneerde proportionele regelaar. Om deze te optimaliseren, zoals gevraagd in de tweede onderzoeksvraag, moet bruikbare data worden verzameld. Er wordt een experiment opgezet met als doel de werkingscurve van de compressor te reconstrueren. Het is van belang dat de anti-surge klep volledig dicht blijft. Dit kan door het setpoint van de proportionele regelaar aan te passen. Het experiment werd stopgezet na het bereiken van het operating point, voor de veiligheid van de compressor. De belangrijkste parameters worden opgenomen zoals temperatuur, debiet, druk, toerental, klepstanden en andere.
De process value van de proportionele regelaar is functie van bepaalde opgenomen parameters, meer bepaald van de uitlaatdruk, uitlaattemperatuur en drukval over de venturi aan de uitlaat. Die waardes moeten berekend worden bij het minimaal debiet om de process value uit te rekenen waarbij de klep volledig moet zijn geopend. Het minimaal debiet werd vastgelegd met behulp van een berekende veiligheidsmarge. Door het stopzetten van het experiment, na het behalen van het operating point, moeten de waardes bepaald worden aan de hand van de theoretische werkingscurve en regressieanalyses. Met die verwachte waardes kan de process value berekend worden. Het setpoint waarbij de klep moet beginnen openen is hetzelfde gebleven. Met een gekend setpoint en process value kan de proportionele band met de bijhorende proportionele versterking berekend worden. Hieruit volgde dan de nieuwe of geoptimaliseerde proportionele regelaar.
Bij de benadering van de process value moeten enkele bemerkingen worden gemaakt. Zo wijkt het toerental wat af en variëren de inlaatcondities (aanzuigdruk, molaire massa gas en andere). Er moeten ook bemerkingen gemaakt worden bij de regressieanalyses. Het is dus van belang op te merken dat de dimensionering van de proportionele regelaar een benadering is. Vooraleer die regelaar geïmplementeerd wordt, is het aanbevolen een experiment uit te voeren.
