Veelvoorkomende fouten en analyse vanWaterstofcompressoren
Abstract:
Waterstofcompressorenspelen een cruciale rol in processen zoals petroleumraffinage en methanolsynthesegastransport in de kolenchemische industrie. Als een waterstofcompressor defect raakt, kan dit leiden tot fabriekssluitingen of zelfs gaslekken, branden en explosies, wat aanzienlijke economische verliezen veroorzaakt. Dit artikel richt zich op zuigercompressoren die worden gebruikt voor het transport van waterstofgas, biedt een gedetailleerde analyse van veelvoorkomende operationele problemen en biedt bijbehorende onderhoudsaanbevelingen. Deze inzichten zijn bedoeld om veiligheidsmanagers en apparatuuroperators in chemische ondernemingen te helpen.
Bij grootschalige chemische processen vereisen veel gas-gas-, gas-vloeistof- of gas-vaste reacties hoge drukomstandigheden, waardoor compressoren veel worden gebruikt. Zuigercompressoren zijn een van de meest voorkomende typen. Zuigercompressoren bieden een hoge compressie-efficiëntie en een sterke aanpasbaarheid, en ze kunnen worden ontworpen voor toepassingen met lage, gemiddelde, hoge en ultrahoge druk (meer dan 350 MPa). Bij constante rotatiesnelheden blijft het afvoervolume van zuigercompressoren relatief stabiel, ondanks schommelingen in de afvoerdruk. Zuigercompressoren hebben echter complexe structuren en talrijke componenten, waardoor ze gevoelig zijn voor storingen als ze niet goed worden bediend of onderhouden.
In de chemische industrie wordt waterstof doorgaans tot hoge druk gecomprimeerd om de normale voortgang van chemische reacties met waterstof als grondstof te garanderen, wat het gebruik van zuigercompressoren vereist die primair zijn ontworpen voor waterstoftransport. In de ammoniaksynthese-industrie is bijvoorbeeld de inlaatdruk van het waterstof-stikstofmengsel 0.03 MPa, en na 6-7 compressiefasen bereikt de uiteindelijke uitlaatdruk 31,4 MPa. In het proces van methanolsynthesegasproductie in de steenkoolchemische industrie is de inlaatdruk van het waterstof- en koolstofdioxidemengsel 2,5 MPa, en na meerdere compressiefasen bereikt de uiteindelijke uitlaatdruk 5-10 MPa (lagedrukmethode) of 35 MPa (hogedrukmethode).
1. Werkingsprincipe en classificatie vanWaterstofcompressoren
1.1 Werkingsprincipe
De structuur van een waterstofcompressor is relatief complex, met het schematische diagram weergegeven in Figuur 1. Belangrijke componenten zijn onder andere de gietijzeren cilinder, gietijzeren cilinderbus, gietijzeren cilinderkop, gietijzeren krukas, drijfstang, kruiskop (inclusief kruiskopschuif), pakking, zuiger (inclusief zuigerveren), olieschraapringen, roestvrijstalen zuigerdrijfstang en roestvrijstalen gasklep. Daarnaast zijn er enkele hulpapparaten zoals gasfilters, buffers en smeerolieleidingen.
Net als andere zuigercompressoren omvat de waterstofcompressor drie hoofdprocessen: inlaat, compressie en uitlaat. Aangedreven door een elektromotor beweegt de krukas de kruiskop, zuigerdrijfstang en zuiger heen en weer in de cilinder. Het gas wordt door de zuiger samengeperst en uiteindelijk via de gasklep uitgeblazen.
Figuur 1: Schematisch diagram van de structuur van de waterstofcompressor
1.2 Classificatie
Waterstofcompressorenworden geclassificeerd op basis van het bereik van het afvoervolume en de afvoerdruk. De specifieke categorieën worden weergegeven in Tabel 1.
Tabel 1: Classificatie vanWaterstofcompressoren
Gebaseerd op de relatieve positie van het basisvlak en de middellijn van de cilinder,waterstofcompressorenkunnen ook worden onderverdeeld in horizontale compressoren (het basisvlak loopt parallel aan de middellijn van de cilinder, voornamelijk inclusief het tegenovergestelde type, het enkelzijdige type en het symmetrische balanstype), verticale compressoren (het basisvlak staat loodrecht op de middellijn van de cilinder) en hoekcompressoren (het basisvlak vormt een bepaalde hoek met de richting van de middellijn van de cilinder).
Verticale compressoren en horizontale compressoren met cilinders aan één kant van de krukas zijn geschikt voor kleine gasvolumecondities. Onder horizontale compressoren wordt het symmetrische balanstype veel gebruikt en is een van de beste keuzes voor middelgrote en grote zuigercompressoren. Dit type compressor heeft meerdere cilinders die gelijkmatig verdeeld zijn aan beide kanten van de krukas, waardoor een hoek van 180 graden ontstaat met de richting van de cilindermiddellijn. Tegengestelde compressoren zijn geschikt voor hogedrukgascompressiecondities, terwijl hoekcompressoren geschikt zijn voor kleine tot middelgrote compressoren. De hoekcompressoren kunnen verder worden onderverdeeld in verschillende typen op basis van de hoek, zoals W-type (hoek van 60 graden), L-type (hoek van 90 graden) en ventilatortype (hoek van 40 graden), onder andere.
2. Waterstofcompressormodel en letterbetekenissen
Om de snelle identificatie van de structurele kenmerken van de compressor, het volumedebiet, de werkdruk en andere informatie te vergemakkelijken,waterstofcompressoren, zoals andere gangbare chemische dynamische apparatuur, hebben aangewezen modelnummers, waarbij elke letter een andere betekenis vertegenwoordigt. Het schematische diagram van het waterstofcompressormodel wordt weergegeven in Figuur 2.
Figuur 2: Schematisch diagram van het waterstofcompressormodel
In Figuur 2 wordt het "verschil" aan het einde van het modelnummer voornamelijk gebruikt om onderscheid te maken tussen typen compressoren, over het algemeen weergegeven door een combinatie van letters en cijfers. "Druk" verwijst naar de manometerdruk van de nominale persdruk nadat het gas door de compressor is gecomprimeerd, gemeten bij standaard atmosferische druk. "Nominale volumetrische stroomsnelheid" verwijst naar de stroomsnelheid van het gas dat door de compressor wordt afgevoerd, berekend op basis van de omstandigheden bij de standaard zuigpositie (druk, temperatuur, gassamenstelling). De "structuur" en "kenmerken" van de waterstofcompressor vertegenwoordigen de structuur en specifieke kenmerken van de compressor, waarbij de betekenissen van elke letter worden gedetailleerd in Tabellen 2 en 3.
Tabel 2: Letters en betekenissen van de structuur van de waterstofcompressor
Tabel 3: Letters en betekenissen van de functies van de waterstofcompressor
3. Veelvoorkomende storingen vanWaterstofcompressoren
Waterstofcompressorenhebben hoge productieprecisie en onderhoudsvereisten. Wanneer de waterstofcompressor onder motoraandrijving werkt, draait de krukas snel en beweegt heen en weer. Eén uiteinde van de krukas en de drijfstang is verbonden met het kruiskopcomponent, dat ook heen en weer beweegt binnen de geleider onder de werking van de krukas en de drijfstang, en uiteindelijk de zuiger aandrijft om de waterstof (of waterstofbevattend gemengd gas) heen en weer te bewegen en te comprimeren. Tijdens de langdurige heen en weer gaande beweging van de krukas, drijfstang en kruiskopcomponenten zijn deze onderdelen echter gevoelig voor slijtage. Ernstige slijtage kan de operationele kwaliteit beïnvloeden, waardoor tijdige detectie en uitschakeling voor onderhoud noodzakelijk is om de veilige en stabiele werking van de waterstofcompressor te garanderen.
3.1 Storingen in het smeeroliesysteem en oorzaakanalyse
Het meest voorkomende probleem met het smeeroliesysteem van de waterstofcompressor is een lage oliedruk. Tijdens normale werking wordt de smeerolie door de oliepomp onder druk gezet en naar het filter van de eerste fase geleid, waarna het door de externe smeeroliekoeler en het filter van de tweede fase gaat en in drie routes wordt verdeeld. De eerste route gaat naar de oliedrukmeter van de compressor (inclusief externe en lokale meters); de tweede route bereikt het kleine gedeelte van het big-end lager om smering te bieden; en de derde route gaat naar de compensatiepomp om lekkage van de oliedrukbegrenzer te voorkomen.
Bij normaal onderhoud van het smeeroliesysteem is de eerste stap het visueel inspecteren van elk olieleidingsysteem, met name de statische afdichtingspunten in de leidingen. Als er lekken of olievlekken worden gevonden, moet de lekkende olieleiding worden vastgedraaid. Tijdens normaal gebruik van de waterstofcompressor bevindt het smeeroliesysteem zich altijd in een negatieve druktoestand, waardoor het moeilijk is om een verminderde oliedruk te detecteren. Om dit nauwkeurig te bepalen, zijn gedetailleerde inspecties van statische afdichtingspunten op de olieleidingen nodig en moeten alle mogelijk lekkende leidingen worden vervangen om mogelijke risico's te elimineren. Bovendien moet de kwaliteit van de smeerolie strikt worden gecontroleerd, omdat het watergehalte en de metaalionenniveaus de oliedegradatie kunnen versnellen. Als het niet-condenseerbare gasgehalte van de olie de norm overschrijdt, kunnen er schommelingen in de oliedruk optreden. Door de smeerolietoevoerleiding en de opening tussen de filterholte van de tweede fase en de oliekoeler te inspecteren, kan men het niveau van gascondensatie in de olieleiding beoordelen - grotere openingen duiden op meer condensatie. Twee veelvoorkomende redenen voor condensatie zijn: (1) de smeerolie heeft een bepaalde oplosbaarheid voor externe lucht, waardoor het moeilijk is om een kleine hoeveelheid luchtoplossing te voorkomen; (2) het tweede-traps oliedrukbegrenzerapparaat retourneert olie gemengd met een kleine hoeveelheid lucht, waardoor schuim ontstaat, dat zich ophoopt en de opening vergroot. Om dit probleem op te lossen, moet de uitlaat van de retourolieleiding zo dicht mogelijk bij het uiteinde van de inlaat van het smeeroliefilter worden geplaatst om schuimconcentratie in de pijpleiding te voorkomen.
3.2 Gasklep, klepplaatstoringen en onderhoudsanalyse
Typisch,waterstofcompressorenmoet overschakelen naar een standby-eenheid en elke 3 tot 6 maanden onderhoud of inspectie ondergaan. Er moet speciale aandacht worden besteed aan de gaskleppen, aangezien klepplaten gevoelig zijn voor koolstofophoping, ophoping van olieslib of stof, en gasklepveren kunnen breken. De drukdop van de gasklep heeft verschillende bovenste schroeven; tijdens onderhoud moeten deze schroeven worden losgedraaid en in een schone container of stofvrije doek worden geplaatst. Vervolgens moeten de bouten en moeren aan de bovenkant van de drukdop van de gasklep worden losgedraaid, waarbij de twee diagonale bouten en moeren blijven zitten totdat er geen gas meer uit de cilinder ontsnapt, en verwijder ze vervolgens allemaal. Verwijder ten slotte de drukdop en de drukdop van de klepplaat, trek de klepplaat voorzichtig eruit en maak eventuele olievlekken of slib schoon voor materiaalinspectie. Alle gaskleppen moeten vóór installatie onder druk worden getest met stikstof om lekkages te voorkomen. Details over de analyse van klepplaatstoringen en behandelingsmethoden worden weergegeven in Tabel 4.
Tabel 4: Analyse en behandelingsmethoden voor klepplaatfalen
3.3 Cilinderblok
De gladheid en smering van de cilinderwand zijn cruciaal. Omdat de zuiger snel heen en weer beweegt in de cilinder, kan de cilinderwand bekrast of gegroefd raken als de waterstof stof of deeltjes bevat, wat mogelijk kan leiden tot cilinderfalen. Als krassen of groeven klein zijn, kunnen ze worden gladgestreken met een halfronde slijpsteen. Voor ernstigere krassen of groeven, waarbij de lengte van de groef groter is dan 1/4 van de cilinderomtrek en de groefbreedte groter is dan 3 mm en de diepte groter is dan 0.4 mm, is het nodig om de cilinder te boren. Boren is een veelvoorkomende behandeling voor ernstige slijtage, waarbij de cilinderdiameter licht wordt vergroot, maar niet meer dan 2% van de oorspronkelijke ontwerpdiameter, waarbij de wanddikte niet meer dan 1/12 van de oorspronkelijke dikte mag worden verminderd. Selecteer na het boren zuigers en zuigerveren die passen bij de nieuwe cilinderdiameter om de juiste speling te garanderen.
3.4 Kruiskop en drijfstang
De kruiskop is doorgaans gesmeed uit hoogwaardig koolstof- of gelegeerd staal, wat zorgt voor een hoge sterkte en stijfheid. Het verbindt het onderste uiteinde van de zuigerstang met het kleine eindlager van de drijfstang, en brengt de kracht van de zuiger over op de drijfstang en krukas. De drijfstang zet de heen en weer gaande beweging van de zuiger om in de roterende beweging van de krukas. De kruiskop, kruiskoppen, glijplaat en geleiderail worden gezamenlijk de kruiskopconstructie genoemd en zijn gevoelig voor scheuren door hoge druk.
Het kruiskop vervangen:
Als de tussenzitting uit het lichaam is verwijderd, kan de kruiskop worden vervangen door deze uit de verbindingsflens te verwijderen. Als de tussenzitting integraal is met het lichaam, kan de kruiskopvervanging worden uitgevoerd via meetgaten in het lichaam.
Verplaats tijdens het vervangen van het raam de dwarsbalk naar het midden van het raam (d.w.z. het midden van het schuifpad van de dwarsbalk), draai deze 90 graden langs de as om de bovenste en onderste schuifpaden uit te lijnen met de twee zijkanten van het raam en beweeg deze vervolgens parallel uit het raam voor reparatie en vervanging.
Zorg er bij het repareren voor dat het werkoppervlak van de glijbaan niet wordt beschadigd, lijn het uit met de geleidingspoort en zorg ervoor dat de speling voldoet aan de gespecificeerde vereisten.
Het vervangen van het grote eindlager van de drijfstang:
(1)Gebruik het draaimechanisme om de krukaslagers bovenaan te positioneren en vast te zetten om schuiven en ongelukken te voorkomen.
(2) Verwijder eerst de bouten van de drijfstang van het onderste deel, gebruik de hijsringschroeven om de drijfstangkap op te hangen, verwijder vervolgens de bovenste bouten van de drijfstang en til de kap en het lager samen met de hijsringschroeven op.
(3)Draai de krukas langzaam met het draaimechanisme om de drijfstang van de krukaslagering te scheiden en verwijder de drijfstang voor vervanging.
(4) Vervang de drijfstanglagers per paar.
(5) Voer niet-destructief onderzoek uit op de bouten van de drijfstang.
(6)Momenteel zijn drijfstang-big-endlagers doorgaans standaard dunwandige lagers, die niet geschraapt hoeven te worden. De speling van big-endlagers moet strikt voldoen aan de ontwerpvereisten.
Het kleine eindlager van de drijfstang vervangen:
(1)Verwijder eerst de klemmoer van de positioneringspen en haal de positioneringspen eruit. Gebruik een ronde staaf om de kruiskoppen van één uiteinde naar buiten te duwen om de kruiskop van de drijfstang te scheiden. Verwijder vervolgens de drijfstang van de motorkap en ga verder met het vervangen van het kleine eindlager, waarbij het glijpad wordt beschermd.
(2)Druk bij het vervangen het oude lager uit het kleine uiteinde van de drijfstang en druk het nieuwe lager erin.
3.5 Krukas
De tapsheid en ovaliteit van de hoofdlager- en krukaslag moeten<0.10 mm; the main shaft levelness should be <0.05 mm/M (higher in the motor direction). Each inspection should include non-destructive testing of the crankshaft journals.
Het hoofdlager vervangen:
(1)Verwijder de zijkap van de machinebehuizing en de eindzijkappen en scheid de krukas- en motorverbindingen. Maak vervolgens de smeerolieleiding en de hoofdlagerkap los om de onderste schaal van het hoofdlager te verwijderen.
(2)Plaats een krik onder de krukas op de juiste posities (houd deze in evenwicht), til de krukas ongeveer 0.1–0.2 mm op en gebruik een ronde staaf of ander geschikt gereedschap om de onderste schaal van het hoofdlager uit de lagerzitting te verwijderen. Plaats op dezelfde manier de nieuwe onderste schaal in de lagerzitting.
(3)Installeer de nieuwe bovenste behuizing en het deksel van het hoofdlager in de lagerzitting en draai de lagerbouten vast zoals vereist.
(4)Hoofdlagers die in paren zijn gemaakt, moeten ook in paren worden vervangen.
(5) Pas de speling tussen het grote eindlager en de krukaslager aan met behulp van shims voor dikwandige lagers. Voor dunwandige lagers, schraap als de speling te klein is; vervang als deze te groot is.
(6) Meet de radiale speling met behulp van looddrukmethoden en de axiale speling met behulp van voelermaten of door de diameters van het lagergat en de as af te trekken.
(7)De radiale speling moet 0.8‰–1.2‰ van de diameter van het lager zijn.
(8)Voor ontwerp-specifieke vereisten moet de hoofdlagerspeling strikt de ontwerpwaarden van de compressor volgen.
4. Conclusie
Bij chemische productieprocessen waarbij waterstof als grondstof wordt gebruikt, is de waterstofcompressor een essentieel onderdeel van de apparatuur voor chemische reacties. Daarom moet een goed gepland onderhoudsschema worden opgesteld, inclusief regelmatige controles van standby-eenheden en onderhoudswerkzaamheden volgens de vereisten van de fabrikant na het overschakelen op een back-upcompressor. Bovendien moet het smeeroliesysteem regelmatig worden gecontroleerd en moeten de primaire en secundaire filters worden gereinigd. Gebruik tijdens inspecties een stethoscoop om te controleren op abnormale geluiden in verschillende compressorsegmenten om te bepalen of het gietijzeren cilinderblok, de krukas, de drijfstangen, enz. normaal functioneren. Dit artikel analyseert en vat de werkingsprincipes, classificaties en veelvoorkomende storingen vanwaterstofcompressoren, het bieden van operationele begeleiding voor de chemische industrie, het verbeteren van de operationele, management- en onderhoudsniveaus vanwaterstofcompressoren, waardoor een stabiele werking wordt gegarandeerd, uitvaltijdverliezen worden verminderd en de economische voordelen voor ondernemingen worden gemaximaliseerd.
Vrijwaring:
1. Sommige grafische en tekstuele informatie is afkomstig van het internet en officiële WeChat-accounts, met de bedoeling om meer informatie te delen.
2. De verstrekte informatie is alleen bedoeld voor leer- en referentiedoeleinden en impliceert geen goedkeuring van de geuite meningen. Er worden geen garanties gegeven met betrekking tot de nauwkeurigheid, betrouwbaarheid of volledigheid van de informatie.
3. Als u zorgen heeft over de inhoud, het auteursrecht of andere kwesties, neem dan binnen 30 dagen contact met ons op, zodat we de content kunnen verwijderen.