Farklı kapasitedeki turbo/santrifüj kompresör sistemi için geleneksel ve ileri ekserji analizi
Conventional and advenced exergy analysis for different capacity turbo/ centrifugal compressor system
Yazar: EMREHAN GÜRSOY
Danışman: DOÇ. DR. ENGİN GEDİK
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Ekserji, sisteme giren enerjinin ne kadarının işe veya sistemden çıkan işin ne kadarının enerjiye dönüştürüldüğünü ve o sistemden ne kadar yararlanılacağını gösteren yararlı iş potansiyelidir. İleri ekserji analizi ise, sistemde meydana gelen ekserji yıkımını sistemi oluşturan bileşenler arasındaki etkileşime bağlar ve sistemde yer alan sorunların tespitini yapmada kolaylık sağlar. Ayrıca yapılacak yatırım, iyileştirme vs. uygulamalarda ise mali ve zaman tasarrufu sağlar. Bu çalışmada; bir Demir Çelik fabrikasının "Hava Ayrıştırma Tesisi" üretim sürecinin başlangıcında yer alan 3 kademeli Turbo/Santrifüj Tip Ana Hava Kompresöründe ekserji ve ileri ekserji analizleri gerçekleştirilmiştir. Analizler, kompresörün 210.000 Nm3/h ve 240.000 Nm3/h olmak üzere iki farklı debi değeri için yapılmıştır.  Analize başlamadan önce sistemin ölçüm noktaları belirlenmiştir. Geleneksel ekserji analizi yapılırken sistemde yer alan bu ölçüm noktalarının işletme şartlarındaki değerleri, ileri ekserji analizinde ise işletme şartları altındaki değerlerin yanı sıra ölçüm noktalarının teorik ve kaçınılmaz değerleri de belirlenmiştir.

210.000 Nm3/h debide çalıştırılan kompresör için yapılan geleneksel ekserji analizi sonucunda ekserji yıkımının en fazla gerçekleştiği sistem bileşenlerinin kompresör kademeleri olduğu, en verimli bileşenlerin ise sıkışırken sıcaklığı artan havayı soğutmak amacıyla kullanılan soğutucuların olduğu tespit edilmiştir. Sistemde en verimsiz bileşenlerin ise kompresör kademeleri ve soğutuculara basınçlı su sağlayan pompanın olduğu tespit edilmiştir. Sistem veriminin ise %21,27 olduğu hesaplanmıştır. İleri ekserji analizinde, kompresörlerde ve pompada iyileştirmeler yapılırsa sistem verimliliğinin %40,83'e yükseleceği belirlenmiştir.

240.000 Nm3/h debide çalıştırılan kompresör için yapılan geleneksel ekserji analizi sonucunda ekserji yıkımının en fazla gerçekleştiği sistem bileşenlerinin de kompresör kademeleri olduğu, en verimli bileşenlerin ise sıkışırken sıcaklığı artan havayı soğutmak amacıyla kullanılan soğutucuların olduğu tespit edilmiştir. Sistemde en verimsiz bileşenlerin ise kompresör kademleri ve soğutuculara basınçlı su sağlayan pompanın olduğu tespit edilmiştir. Sistem veriminin ise %25,02 olduğu hesaplanmıştır. İleri ekserji analizinde, kompresörlerde ve pompada iyileştirmeler yapılırsa sistem verimliliğinin %80,67'ye yükseleceği belirlenmiştir.

Abstract:
Exergy is a useful working potential that shows how much of the energy entering the system is converted into work, or how much of the work that comes out of the system is converted into energy and how much to use. Advanced exergy analysis, on the other hand, link to the exergy destruction that occurs in the system to the interaction between the components that make up the system and provides an easy way to identify the problems in the system. In addition, investment, improvement etc. in applications, it allows us to save money and time. In this study, exergy and advanced exergy analyzes were carried out in the 3-stage Turbo / Centrifugal Type Main Air Compressor at the beginning of the "Air Separation Plant" production process of an Iron and Steel factory. Before starting the analysis, the measurement points of the system were determined. While performing conventional exergy analysis, the values of these measurement points in the system in the operating conditions, in the advanced exergy analysis, besides the values under the operating conditions, the theoretical and unavoidable values of the measurement points were also determined.

As a result of the traditional exergy analysis for the compressor operated at 210.000 Nm3/h flow rate, it has been determined that the system components where the exergy destruction occurs most are the compressor stages, and the most efficient components are the coolers used to cool the air with increasing temperature while compacting. It has been determined that the most inefficient components in the system are the compressor stages and the pump that supplies pressurized water to the coolers. System efficiency was calculated to be %21,27. In advanced exergy analysis, it is determined that if improvements are made in compressors and the demolition pump occurring in the system, the system efficiency will increase to 40,83%.

As a result of the traditional exergy analysis for the compressor operated at 240.000 Nm3/h flow rate, it has been determined that the system components where the exergy destruction occurs most are the compressor stages, and the most efficient components are the coolers used to cool the air with increasing temperature while compacting. It has been determined that the most inefficient components in the system are the compressor stages and the pump that supplies pressurized water to the coolers. System efficiency was calculated to be %25,02. In advanced exergy analysis, it is determined that if improvements are made in compressors and the demolition pump occurring in the system, the system efficiency will increase to 80,67%.