Распространенные неисправности и анализВодородные компрессоры
Абстрактный:
Водородные компрессорыиграют решающую роль в таких процессах, как переработка нефти и транспортировка синтез-газа метанола в угольно-химической промышленности. Если водородный компрессор выходит из строя, это может привести к остановке завода или даже утечкам газа, пожарам и взрывам, что приведет к значительным экономическим потерям. В этой статье основное внимание уделяется поршневым компрессорам, используемым для транспортировки водородного газа, с подробным анализом общих эксплуатационных проблем и соответствующими рекомендациями по техническому обслуживанию. Эти идеи направлены на помощь менеджерам по безопасности и операторам оборудования на химических предприятиях.
В крупномасштабных химических процессах многие реакции газ-газ, газ-жидкость или газ-твердое тело требуют условий высокого давления, что делает компрессоры широко используемыми. Среди них поршневые компрессоры являются одним из наиболее распространенных типов. Поршневые компрессоры обеспечивают высокую эффективность сжатия и сильную адаптивность, и они могут быть спроектированы для приложений низкого, среднего, высокого и сверхвысокого давления (более 350 МПа). При постоянных скоростях вращения объем нагнетания поршневых компрессоров остается относительно стабильным, несмотря на колебания давления нагнетания. Однако поршневые компрессоры имеют сложную конструкцию и многочисленные компоненты, что делает их подверженными неисправностям, если они неправильно эксплуатируются или обслуживаются.
В химической промышленности для обеспечения нормального протекания химических реакций с использованием водорода в качестве сырья водород обычно сжимают до высоких давлений, что требует использования поршневых компрессоров, предназначенных в первую очередь для транспортировки водорода. Например, в промышленности синтеза аммиака давление на входе смеси водорода и азота составляет 0.03 МПа, а после 6-7 ступеней сжатия конечное давление нагнетания достигает 31,4 МПа. В процессе производства синтез-газа метанола в углехимической промышленности давление на входе смеси водорода и диоксида углерода составляет 2,5 МПа, а после нескольких ступеней сжатия конечное давление нагнетания достигает 5-10 МПа (метод низкого давления) или 35 МПа (метод высокого давления).
1.Принцип работы и классификацияВодородные компрессоры
1.1Принцип работы
Структура водородного компрессора относительно сложна, ее принципиальная схема показана на рисунке 1. Основные компоненты включают чугунный цилиндр, чугунную гильзу цилиндра, чугунную головку цилиндра, чугунный коленчатый вал, шатун, крейцкопф (включая ползун крейцкопфа), набивку, поршень (включая поршневые кольца), маслосъемные кольца, поршневой шатун из нержавеющей стали и газовый клапан из нержавеющей стали. Кроме того, имеются некоторые вспомогательные устройства, такие как газовые фильтры, буферы и трубопроводы смазочного масла.
Подобно другим поршневым компрессорам, водородный компрессор включает три основных процесса: впуск, сжатие и выпуск. Приводимый в действие электродвигателем, коленчатый вал перемещает крейцкопф, шатун поршня и поршень вперед и назад внутри цилиндра. Газ сжимается поршнем и, наконец, выталкивается через газовый клапан.
Рисунок 1: Принципиальная схема конструкции водородного компрессора
1.2 Классификация
Водородные компрессорыклассифицируются на основе диапазона объема нагнетания и давления нагнетания. Конкретные категории показаны в Таблице 1.
Таблица 1: КлассификацияВодородные компрессоры
На основании относительного положения базовой плоскости и центральной линии цилиндра,водородные компрессорыТакже их можно разделить на горизонтальные компрессоры (базовая плоскость параллельна осевой линии цилиндра, в основном это компрессоры оппозитного типа, одностороннего типа и симметричного уравновешенного типа), вертикальные компрессоры (базовая плоскость перпендикулярна осевой линии цилиндра) и угловые компрессоры (базовая плоскость образует определенный угол с направлением осевой линии цилиндра).
Вертикальные компрессоры и горизонтальные компрессоры с цилиндрами на одной стороне коленчатого вала подходят для условий малого объема газа. Среди горизонтальных компрессоров широко используется тип симметричного баланса, который является одним из лучших вариантов для средних и больших поршневых компрессоров. Этот тип компрессора имеет несколько цилиндров, равномерно распределенных по обеим сторонам коленчатого вала, образуя угол в 180 градусов с направлением центральной линии цилиндра. Оппозитные компрессоры подходят для условий сжатия газа под высоким давлением, в то время как угловые компрессоры подходят для малых и средних компрессоров. Угловые компрессоры можно дополнительно разделить на различные типы в зависимости от угла, такие как W-тип (угол 60 градусов), L-тип (угол 90 градусов) и вентиляторный тип (угол 40 градусов) и другие.
2. Модель водородного компрессора и значения букв
Для облегчения быстрой идентификации конструктивных особенностей компрессора, объемного расхода, рабочего давления и другой информации,водородные компрессоры, как и другое распространенное химическое динамическое оборудование, имеют обозначенные номера моделей, где каждая буква представляет различные значения. Принципиальная схема модели водородного компрессора показана на рисунке 2.
Рисунок 2: Принципиальная схема модели водородного компрессора
На рисунке 2 «разница» в конце номера модели в основном используется для различения типов компрессоров, обычно представленных комбинацией букв и цифр. «Давление» относится к манометрическому давлению номинального давления нагнетания после сжатия газа компрессором, измеренному при стандартном атмосферном давлении. «Номинальный объемный расход» относится к расходу газа, нагнетаемого компрессором, рассчитанному на основе условий в стандартном положении всасывания (давление, температура, состав газа). «Структура» и «особенности» водородного компрессора представляют собой структуру и конкретные характеристики компрессора, при этом значения каждой буквы подробно описаны в таблицах 2 и 3.
Таблица 2: Буквы и значения конструкции водородного компрессора
Таблица 3: Буквы и значения характеристик водородного компрессора
3.Распространенные неисправностиВодородные компрессоры
Водородные компрессорыимеют высокую точность изготовления и требования к обслуживанию. Когда водородный компрессор работает от электропривода, коленчатый вал быстро вращается и движется вперед и назад. Один конец коленчатого вала и шатуна соединен с компонентом крейцкопфа, который также совершает возвратно-поступательное движение внутри направляющей под действием коленчатого вала и шатуна, в конечном итоге заставляя поршень совершать возвратно-поступательное движение и сжимать водород (или смешанный газ, содержащий водород). Однако во время длительного возвратно-поступательного движения коленчатого вала, шатуна и компонентов крейцкопфа эти детали подвержены износу. Сильный износ может повлиять на качество работы, что требует своевременного обнаружения и остановки для технического обслуживания, чтобы обеспечить безопасную и стабильную работу водородного компрессора.
3.1Неисправности системы смазочного масла и анализ причин
Наиболее распространенной проблемой системы смазки водородного компрессора является низкое давление масла. Во время нормальной работы смазочное масло нагнетается масляным насосом и подается в фильтр первой ступени, затем проходит через внешний охладитель смазочного масла и фильтр второй ступени и разделяется на три маршрута. Первый маршрут идет к манометру давления масла компрессора (включая удаленные и локальные манометры); второй маршрут достигает малой секции подшипника большой головки для обеспечения смазки; а третий маршрут идет к компенсационному насосу для предотвращения утечки ограничителя давления масла.
При обычном обслуживании системы смазочного масла первым шагом является визуальный осмотр каждой системы масляных линий, особенно статических точек уплотнения в трубах. Если обнаружены какие-либо утечки или масляные пятна, следует затянуть протекающую масляную линию. Во время нормальной работы водородного компрессора система смазочного масла всегда находится в состоянии отрицательного давления, что затрудняет обнаружение пониженного давления масла. Чтобы точно определить это, необходимы подробные проверки статических точек уплотнения на масляных линиях, и любые потенциально протекающие трубы следует заменить, чтобы исключить потенциальные риски. Кроме того, необходимо строго проверять качество смазочного масла, поскольку содержание воды и уровни ионов металлов могут ускорить деградацию масла. Если содержание неконденсирующегося газа в масле превышает стандарт, могут возникнуть колебания давления масла. Осмотрев линию подачи смазочного масла и зазор между полостью фильтра второй ступени и масляным охладителем, можно оценить уровень конденсации газа в масляной линии — большие зазоры указывают на большую конденсацию. Две распространенные причины конденсации: (1) смазочное масло имеет определенную растворимость для внешнего воздуха, что затрудняет предотвращение небольшого количества растворения воздуха; (2) ограничитель давления масла второй ступени возвращает масло, смешанное с небольшим количеством воздуха, образуя пену, которая накапливается и увеличивает зазор. Для решения этой проблемы выпускное отверстие возвратной масляной трубы должно быть расположено как можно ближе к дальнему концу впускного отверстия фильтра смазочного масла, чтобы предотвратить концентрацию пены в трубопроводе.
3.2 Анализ неисправностей газовых клапанов, клапанных пластин и технического обслуживания
Обычно,водородные компрессорыследует переключиться на резервный блок и проходить техническое обслуживание или осмотр каждые 3–6 месяцев. Особое внимание следует уделять газовым клапанам, поскольку пластины клапанов склонны к накоплению углерода, масляного шлама или пыли, а пружины газовых клапанов могут сломаться. Крышка давления газового клапана имеет несколько верхних винтов; во время обслуживания эти винты следует ослабить и поместить в чистый контейнер или чистую ткань. Затем следует ослабить болты и гайки в верхней части крышки давления газового клапана, оставив два диагональных болта и гайки до тех пор, пока газ не перестанет выходить из цилиндра, а затем снять их все. Наконец, снимите крышку давления и крышку прижимной пластины клапана, осторожно вытащите пластину клапана и очистите все возможные масляные пятна или шлам для проверки материала. Все газовые клапаны должны быть испытаны под давлением азотом перед установкой, чтобы убедиться в отсутствии утечек. Подробная информация об анализе отказов пластины клапана и методах устранения неполадок приведена в таблице 4.
Таблица 4: Анализ неисправностей клапанной пластины и методы устранения
3.3 Блок цилиндров
Гладкость и смазка стенки цилиндра имеют решающее значение. Поскольку поршень быстро совершает возвратно-поступательное движение внутри цилиндра, если водород содержит пыль или твердые частицы, стенка цилиндра может поцарапаться или покрыться канавками, что может привести к выходу цилиндра из строя. Если царапины или канавки незначительны, их можно сгладить с помощью полукруглого точильного камня. Для более серьезных царапин или канавок, когда длина канавки превышает 1/4 окружности цилиндра, а ширина канавки больше 3 мм, а глубина больше 0.4 мм, требуется расточка цилиндра. Расточка является обычным методом лечения сильного износа, при котором диаметр цилиндра немного увеличивается, но не более чем на 2% от исходного проектного диаметра, при этом толщина стенки уменьшается не более чем на 1/12 от исходной толщины. После расточки выберите поршни и поршневые кольца, которые соответствуют новому диаметру цилиндра, чтобы обеспечить надлежащий зазор.
3.4 Крейцкопф и шатун
Крейцкопф обычно выкован из высококачественной углеродистой или легированной стали, что обеспечивает высокую прочность и жесткость. Он соединяет нижний конец штока поршня с малым концом подшипника шатуна, передавая усилие от поршня к шатуну и коленчатому валу. Шатун преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Крейцкопф, палец крейцкопфа, скользящая пластина и направляющая рейка вместе известны как узел крейцкопфа и подвержены растрескиванию из-за высокого давления.
Замена крейцкопфа:
Если промежуточное седло было снято с корпуса, то крейцкопф можно заменить, сняв его с соединительного фланца. Если промежуточное седло является неотъемлемой частью корпуса, то замена крейцкопфа может быть выполнена через измерительные отверстия в корпусе.
Во время замены окна переместите траверсу в центр окна (т. е. в центр пути скольжения траверсы), поверните ее на 90 градусов вдоль оси, чтобы совместить верхний и нижний пути скольжения с двумя сторонами окна, а затем параллельно выдвиньте ее из окна для ремонта и замены.
При ремонте избегайте повреждения рабочей поверхности направляющей, совмещайте ее с направляющим отверстием и следите за тем, чтобы зазор соответствовал указанным требованиям.
Замена большого подшипника шатуна:
(1) Используйте поворотное устройство, чтобы установить шейку коленчатого вала вверху и закрепить ее, чтобы предотвратить скольжение и несчастные случаи.
(2) Сначала снимите болты шатуна с нижней части, используйте подъемные кольцевые винты для подвешивания крышки шатуна, затем снимите верхние болты шатуна и поднимите крышку и подшипник вместе с подъемными кольцевыми винтами.
(3) Медленно вращайте коленчатый вал с помощью поворотного устройства, чтобы отделить шатун от шейки коленчатого вала, и снимите шатун для замены.
(4) Замените подшипники большой головки шатуна попарно.
(5)Провести неразрушающий контроль шатунных болтов.
(6)В настоящее время подшипники большой головки шатуна обычно представляют собой стандартные тонкостенные подшипники, не требующие шабрения. Зазор подшипников большой головки должен строго соответствовать требованиям конструкции.
Замена подшипника малой головки шатуна:
(1)Сначала снимите зажимную гайку позиционирующего штифта и выньте позиционирующий штифт. Используйте круглый стержень, чтобы вытолкнуть штифт крейцкопфа с одного конца, чтобы отделить крейцкопф от шатуна. Затем снимите шатун с крышки двигателя и приступайте к замене подшипника малой головки, защищая путь скольжения.
(2) Во время замены выпрессуйте старый подшипник из малого конца шатуна и запрессуйте новый подшипник.
3.5 Коленчатый вал
Конусность и овальность коренной шейки и шейки коленчатого вала должны быть<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.
Замена коренного подшипника:
(1)Снимите боковую крышку корпуса машины и торцевые боковые крышки, и разъедините соединения коленчатого вала и двигателя. Затем ослабьте трубку смазочного масла и крышку главного подшипника, чтобы снять нижнюю оболочку главного подшипника.
(2)Поместите домкрат под коленчатый вал в соответствующих положениях (сохраняя его в равновесии), поднимите коленчатый вал примерно на 0.1–0.2 мм и используйте круглый стержень или другие подходящие инструменты, чтобы снять нижнюю оболочку главного подшипника с седла подшипника. Аналогичным образом вставьте новую нижнюю оболочку в седло подшипника.
(3) Установите новый верхний корпус и крышку коренного подшипника в гнездо подшипника и закрепите болты подшипника по мере необходимости.
(4) Коренные подшипники, изготовленные парами, следует заменять парами.
(5)Отрегулируйте зазор между большим концевым подшипником и шейкой коленчатого вала с помощью прокладок для толстостенных подшипников. Для тонкостенных подшипников соскоблите, если зазор слишком мал; замените, если он слишком велик.
(6)Измерьте радиальный зазор с помощью методов измерения давления свинца, а осевой зазор — с помощью щупов или путем вычитания диаметров отверстия подшипника и вала.
(7) Радиальный зазор должен составлять 0.8‰–1.2‰ диаметра шейки.
(8) В соответствии с требованиями, предъявляемыми к конструкции, зазор основного подшипника должен строго соответствовать расчетным значениям компрессора.
4. Вывод
В химических производственных процессах, использующих водород в качестве сырья, водородный компрессор является основным оборудованием для химических реакций. Поэтому следует установить хорошо спланированный график технического обслуживания, включая регулярные проверки резервных блоков и работы по техническому обслуживанию в соответствии с требованиями производителя после переключения на резервный компрессор. Кроме того, следует регулярно проверять систему смазочного масла и очищать первичные и вторичные фильтры. Во время проверок используйте стетоскоп для проверки ненормальных звуков в различных сегментах компрессора, чтобы определить, нормально ли функционируют чугунный блок цилиндров, коленчатый вал, шатуны и т. д. В этой статье анализируются и обобщаются принципы работы, классификации и распространенные неисправностиводородные компрессоры, обеспечивая оперативное руководство для химической промышленности, улучшая уровни эксплуатации, управления и обслуживанияводородные компрессоры, обеспечивая стабильную работу, сокращая потери от простоев и максимизируя экономические выгоды для предприятий.
Отказ от ответственности:
1. Некоторая графическая и текстовая информация взята из Интернета и официальных аккаунтов WeChat с целью предоставления более подробной информации.
2. Предоставленная информация предназначена только для учебных и справочных целей и не подразумевает одобрения выраженных взглядов. Не дается никаких гарантий относительно точности, надежности или полноты информации.
3. Если у вас возникли опасения относительно контента, авторских прав или другие проблемы, свяжитесь с нами в течение 30 дней для удаления.