压缩气体：压缩二氧化碳和水的混合物存在的风险
在工程领域，气体混合物的压缩是一个常见而又复杂的过程，它要求深入了解相关气体的特性和行为。今天，我们将深入探讨二氧化碳 (CO2) 与水 (H2O) 混合时的压缩细节，这种情况会带来独特的挑战和风险。
二氧化碳的性质
二氧化碳是一种无色无味的气体，比环境空气重。
在室温 (20°C) 和室压 (1 bara) 下，它以气体形态存在，但与水结合后，其行为会发生变化。如果水的浓度大于 2.33%（体积百分比），水就会开始凝结并形成液滴。
气态水也会发生冷凝，例如，压缩后用中间冷却器或后冷却器冷却热饱和气体混合物时。
当存在液态水时，混合物会形成碳酸 (H2CO3)，这是二氧化碳、液态水和 HCO3- 离子之间的平衡。此平衡受二氧化碳分压的影响，该分压决定了冷凝物中保持气体状态或转化为 HCO3- 离子的二氧化碳量。
溶解的 HCO3- 离子越多，冷凝物的酸性就越强。
相关酸性风险
压缩二氧化碳和水的混合物存在的主要风险在于酸的形成。二氧化碳与水接触后会形成碳酸，其会对压缩室中所用的材料或任何可能发生冷凝的地方产生腐蚀作用。
因此，使用不锈钢制造压缩机及相关组件至关重要。不锈钢可耐受压缩和冷却过程中形成的酸性物质的腐蚀性，确保机器的长使用寿命和高可靠性。
不锈钢
不锈钢以其耐腐蚀性而闻名，这主要归功于铬的存在。根据定义，不锈钢中的铬含量必须至少达到 10.5%（重量百分比）。通过添加镍、钼、氮和钛等其他合金元素，可进一步增强不锈钢的耐腐蚀性。
例如，常见的 AISI 304L 型不锈钢含有 18.111% 的铬和 8.074% 的镍，具有良好的耐腐蚀性和机械性能，屈服强度为 351 N/mm²，抗拉强度为 619 N/mm²。它还以碳含量低而著称，这有助于防止焊接后的晶间腐蚀。
这些特性使不锈钢成为许多应用的理想材料，包括医疗、食品加工和建筑行业，因为这些行业对耐用性和卫生性要求非常高。
相关液体风险
在处理含有水的混合气体时，要考虑的第二个同样重要的风险与压缩前形成的液滴有关。与气体相比，这些液滴的可压缩性要低得多。当它们进入容积式压缩机的压缩室时，压缩它们所需的力可能要远远超出气体压缩机的设计规格。
这可能会导致曲轴故障、活塞杆损坏或其他机械故障。
为降低与压缩含水二氧化碳（尤其是饱和二氧化碳）相关的风险，必须使用
进口分离器。
- 该装置可防止液态水进入压缩室，防止气缸、阀门和活塞受损。
- 它还可确保气体压缩机在严苛的应用中可靠运行。
相关热风险
另一个需要考虑的方面是气体混合物的比热。比热表示改变气体温度所需的能量。压缩相同量的环境空气与纯二氧化碳，在相同出口压力下气体的温度不同。
充分了解这一特性对于微调压缩过程和相关冷却要求以避免温度变化带来的任何风险至关重要。
尺寸合适的中间冷却器和后冷却器可使压缩机以高效率的方式运行，尽量降低运行成本。
结论
压缩二氧化碳和水的混合物是一项需要重视相关气体特性的任务。
通过使用合适的材料（如不锈钢）并采用进口分离器等安全措施，工程师可以有效地管控风险并确保安全高效的运行。