Поширені несправності та їх аналізВодневі компресори
Анотація:
Водневі компресоривідіграють вирішальну роль у таких процесах, як переробка нафти та транспортування синтез-газу метанолу у вугільно-хімічній промисловості. Якщо водневий компресор виходить з ладу, це може призвести до зупинки заводу або навіть до витоку газу, пожеж і вибухів, що спричинить значні економічні збитки. Ця стаття присвячена поршневим компресорам, які використовуються для транспортування газоподібного водню, надаючи детальний аналіз загальних операційних проблем і пропонуючи відповідні рекомендації з обслуговування. Ця інформація спрямована на допомогу менеджерам з безпеки та операторам обладнання на хімічних підприємствах.
У великомасштабних хімічних процесах багато реакцій газ-газ, газ-рідина або газ-тверда речовина потребують умов високого тиску, що робить компресори широко використовуваними. Серед них поршневі компресори є одними з найпоширеніших видів. Поршневі компресори забезпечують високу ефективність стиснення та сильну адаптивність, і вони можуть бути розроблені для застосувань із низьким, середнім, високим та надвисоким тиском (понад 350 МПа). При постійній швидкості обертання об’єм нагнітання поршневих компресорів залишається відносно стабільним, незважаючи на коливання тиску нагнітання. Однак поршневі компресори мають складну конструкцію та численні компоненти, що робить їх схильними до поломок, якщо вони не належним чином експлуатуються чи обслуговуються.
У хімічній промисловості, щоб забезпечити нормальний перебіг хімічних реакцій із використанням водню як сировини, водень зазвичай стискають до високого тиску, що вимагає використання поршневих компресорів, призначених головним чином для транспортування водню. Наприклад, у промисловості синтезу аміаку тиск на вході воднево-азотної суміші становить 0.03 МПа, а після 6-7 ступенів стиснення кінцевий тиск на виході досягає 31,4 МПа. У процесі виробництва синтез-газу метанолу у вугільно-хімічній промисловості тиск на вході суміші водню та вуглекислого газу становить 2,5 МПа, а після кількох ступенів стиснення кінцевий тиск на виході досягає 5-10 МПа (метод низького тиску ) або 35 МПа (метод високого тиску).
1. Принцип роботи та класифікаціяВодневі компресори
1.1 Принцип роботи
Конструкція водневого компресора є відносно складною, її схематична діаграма показана на малюнку 1. Ключові компоненти включають чавунний циліндр, чавунну гільзу циліндра, чавунну головку циліндра, чавунний колінчастий вал, шатун, хрестовину (включаючи повзун хрестовини) , сальник, поршень (включаючи поршневі кільця), масляні скребкові кільця, шатун поршня з нержавіючої сталі та газовий клапан з нержавіючої сталі. Крім того, є деякі допоміжні пристрої, такі як газові фільтри, буфери та трубопроводи мастила.
Подібно до інших поршневих компресорів, водневий компресор включає три основні процеси: всмоктування, стиснення та випуск. Колінчастий вал, що приводиться в рух електродвигуном, переміщує хрестовину, поршневий шатун і поршень вперед і назад у циліндрі. Газ стискається поршнем і, нарешті, викидається через газовий клапан.
Рисунок 1: Схематична діаграма структури водневого компресора
1.2 Класифікація
Водневі компресорикласифікуються на основі діапазону об’єму нагнітання та тиску нагнітання. Конкретні категорії наведено в таблиці 1.
Таблиця 1: КласифікаціяВодневі компресори
Виходячи з взаємного розташування площини основи та осьової лінії циліндра,водневі компресоритакож можна розділити на горизонтальні компресори (базова площина паралельна центральній лінії циліндра, в основному включає протилежний тип, односторонній тип і симетричний баланс), вертикальні компресори (базова площина перпендикулярна до центральної лінії циліндра) і кутові компресори компресори (площина основи утворює певний кут з напрямком осьової лінії циліндра).
Вертикальні компресори та горизонтальні компресори з циліндрами з одного боку колінчастого вала підходять для умов невеликого об’єму газу. Серед горизонтальних компресорів симетричний балансовий тип широко використовується і є одним із найкращих варіантів для середніх і великих поршневих компресорів. Цей тип компресора має кілька циліндрів, рівномірно розподілених по обидва боки колінчастого вала, утворюючи кут 180 градусів із центральною лінією циліндра. Опозитні компресори підходять для умов стиснення газу під високим тиском, тоді як кутові компресори підходять для компресорів малого та середнього розміру. Кутові компресори можна далі розділити на різні типи залежно від кута, такі як W-тип (кут 60 градусів), L-тип (кут 90 градусів) і вентиляторний тип (кут 40 градусів), серед інших.
2. Модель водневого компресора та значення букв
Щоб полегшити швидку ідентифікацію структурних особливостей компресора, об’ємної витрати, робочого тиску та іншої інформації,водневі компресори, як і інше поширене хімічне динамічне обладнання, мають номери моделей, де кожна буква означає різні значення. Принципова схема моделі водневого компресора показана на малюнку 2.
Рисунок 2: Схематична діаграма моделі водневого компресора
На малюнку 2 «відмінність» у кінці номера моделі в основному використовується для розрізнення типів компресорів, як правило, представлених комбінацією літер і цифр. «Тиск» означає надлишок номінального тиску нагнітання після стиснення газу компресором, виміряний за стандартного атмосферного тиску. «Номінальна об’ємна витрата» означає швидкість потоку газу, що випускається компресором, розраховану на основі умов у стандартному положенні всмоктування (тиск, температура, склад газу). «Конструкція» та «особливості» водневого компресора представляють структуру та специфічні характеристики компресора, а значення кожної літери детально описано в таблицях 2 і 3.
Таблиця 2: Букви та значення конструкції водневого компресора
Таблиця 3: Літери та значення функцій водневого компресора
3. Поширені збоїВодневі компресори
Водневі компресоримають високі вимоги до точності виготовлення та обслуговування. Коли водневий компресор працює від електродвигуна, колінчастий вал швидко обертається і рухається вперед і назад. Один кінець колінчастого вала та шатуна з’єднаний із компонентом хрестовини, який також здійснює зворотно-поступальний рух у напрямній під дією колінчастого вала та шатуна, зрештою приводячи поршень у зворотно-поступальний рух і стискаючи водень (або газову суміш, що містить водень). Однак при тривалому зворотно-поступальному русі колінчастого вала, шатуна і деталей хрестовини ці деталі схильні до зносу. Сильне зношення може вплинути на якість роботи, що вимагає своєчасного виявлення та відключення для технічного обслуговування, щоб забезпечити безпечну та стабільну роботу водневого компресора.
3.1 Несправності системи мастила та аналіз причин
Найбільш поширеною проблемою мастильної системи водневого компресора є низький тиск масла. Під час нормальної роботи масляна олива під тиском масляного насоса подається до фільтра першого ступеня, потім проходить через зовнішній охолоджувач мастила та фільтр другого ступеня та розподіляється на три маршрути. Перший шлях йде до манометра компресорного масла (включаючи виносні та місцеві манометри); другий шлях досягає малої частини підшипника великого кінця для забезпечення змащення; і третій шлях йде до компенсаційного насоса для запобігання витоку обмежувача тиску масла.
У звичайному технічному обслуговуванні системи мастила першим кроком є візуальний огляд кожної системи мастила, особливо статичних точок ущільнення в трубах. Якщо виявлено будь-які витоки або масляні плями, слід затягнути маслопровід, що витікає. Під час нормальної роботи водневого компресора система мастила завжди знаходиться в стані негативного тиску, що ускладнює виявлення зниженого тиску масла. Щоб точно визначити це, необхідні детальні перевірки статичних точок ущільнення на маслопроводах, і будь-які потенційно протікають труби слід замінити, щоб усунути потенційні ризики. Крім того, якість мастила необхідно суворо перевіряти, оскільки вміст води та рівні іонів металу можуть прискорити деградацію масла. Якщо вміст неконденсованого газу в маслі перевищує стандарт, можуть виникнути коливання тиску масла. Перевіривши магістраль подачі мастила та зазор між порожниною фільтра другого ступеня та охолоджувачем масла можна оцінити рівень конденсації газу в магістралі мастила – більші зазори вказують на більшу кількість конденсату. Дві поширені причини конденсації: (1) мастило має певну розчинність у зовнішньому повітрі, що ускладнює уникнення невеликої кількості розчинення повітря; (2) пристрій обмеження тиску масла другого ступеня повертає масло, змішане з невеликою кількістю повітря, утворюючи піну, яка накопичується і збільшує зазор. Щоб вирішити цю проблему, вихідний патрубок зворотної оливної труби слід розташувати якомога ближче до дальнього кінця впускного отвору фільтра масляного масла, щоб запобігти концентрації піни в трубопроводі.
3.2 Газовий клапан, несправності тарілки клапана та аналіз технічного обслуговування
Як правило,водневі компресорислід перейти на резервний блок і проходити технічне обслуговування або перевірку кожні 3-6 місяців. Особливу увагу слід приділити газовим клапанам, оскільки пластини клапанів схильні до нагару, накопичення масляного шламу або пилу, а пружини газових клапанів можуть зламатися. Напірна кришка газового клапана має кілька верхніх гвинтів; під час технічного обслуговування ці гвинти слід послабити та помістити в чистий контейнер або тканину без пилу. Потім потрібно послабити болти та гайки у верхній частині кришки напірного газового клапана, залишивши два діагональні болти та гайки, доки газ не почне витікати з балона, а потім видалити їх усі. Нарешті зніміть натискну кришку та натискну кришку пластини клапана, обережно витягніть пластину клапана та очистіть усі можливі масляні плями чи шлам для перевірки матеріалу. Перед установкою всі газові клапани повинні бути перевірені тиском азотом, щоб переконатися у відсутності витоків. Докладні відомості щодо аналізу несправності пластини клапана та методів поводження наведені в таблиці 4.
Таблиця 4: Аналіз несправності пластини клапана та методи обробки
3.3 Блок циліндрів
Гладкість і змащення стінок циліндра мають вирішальне значення. Оскільки поршень швидко рухається всередині циліндра, водень містить пил або тверді частки, на стінці циліндра можуть утворитися подряпини або канавки, що потенційно може призвести до поломки циліндра. Якщо подряпини або борозенки незначні, їх можна згладити за допомогою напівкруглого точильного каменю. Для серйозніших подряпин або канавок, де довжина канавки перевищує 1/4 окружності циліндра, а ширина канавки перевищує 3 мм і глибина перевищує 0.4 мм, потрібно розточити циліндр. Розточування — це звичайний спосіб лікування сильного зносу, де діаметр циліндра незначно збільшується, але не перевищує 2% початкового проектного діаметра, при цьому зменшення товщини стінки не перевищує 1/12 початкової товщини. Після розточування виберіть поршні та поршневі кільця, які відповідають новому діаметру циліндра, щоб забезпечити належний зазор.
3.4 Поперечна головка і шатун
Поперечна головка зазвичай кована з високоякісної вуглецевої або легованої сталі, що забезпечує високу міцність і жорсткість. Він з'єднує нижній кінець штока поршня з малим кінцевим підшипником шатуна, передаючи зусилля від поршня на шатун і колінчастий вал. Шатун перетворює зворотно-поступальний рух поршня в обертовий рух колінчастого вала. Хрестовина, штифт хрестовини, пластина ковзання та напрямна рейка разом відомі як вузол хрестовини та схильні до розтріскування через високий тиск.
Заміна крейцкопфа:
Якщо проміжне сідло було знято з корпусу, хрестовину можна замінити, знявши її зі з’єднувального фланця. Якщо проміжне сідло є одним цілим з корпусом, то заміну хрестовини можна виконати через мірні отвори в корпусі.
Під час заміни вікна перемістіть хрестовину в центр вікна (тобто в центр траєкторії ковзання хрестовини), поверніть її на 90 градусів уздовж осі, щоб вирівняти верхню та нижню шляхи ковзання з двома сторонами вікна, а потім паралельно перенесіть його з вікна для ремонту та заміни.
Під час ремонту уникайте пошкодження робочої поверхні траєкторії ковзання, вирівняйте її з отвором напрямної та переконайтеся, що зазор відповідає вказаним вимогам.
Заміна великого кінцевого підшипника шатуна:
(1) Використовуйте поворотний пристрій, щоб розташувати шийку колінчастого вала вгорі та закріпити її, щоб запобігти ковзанню та нещасним випадкам.
(2) Спочатку зніміть болти шатуна з нижньої частини, за допомогою гвинтів підйомного кільця підвісьте кришку шатуна, потім зніміть верхні болти шатуна та підніміть кришку та підшипник разом із гвинтами підйомного кільця.
(3) Повільно обертайте колінчастий вал поворотним пристроєм, щоб від’єднати шатун від шийної шийки колінчастого вала та вийміть шатун для заміни.
(4) Замініть підшипники шатуна попарно.
(5) Виконайте неруйнівний контроль болтів шатуна.
(6) На даний момент підшипники шатунного шатуна зазвичай є стандартними тонкостінними підшипниками, які не потребують очищення. Зазор підшипників великого торця повинен суворо відповідати вимогам конструкції.
Заміна малого кінцевого підшипника шатуна:
(1) Спочатку зніміть затискну гайку позиціонуючого штифта та вийміть позиціонуючий штифт. Використовуйте круглий стрижень, щоб висунути штифт хрестовини з одного кінця, щоб відокремити хрестовину від шатуна. Потім зніміть шатун з кришки двигуна та замініть малий кінцевий підшипник, захищаючи шлях ковзання.
(2) Під час заміни видавіть старий підшипник із малого кінця шатуна та запресуйте новий підшипник.
3.5 Колінчастий вал
Конусність і овальність головної шийки і шийки колінчастого вала повинні бути<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.
Заміна основного підшипника:
(1) Зніміть бічну кришку корпусу машини та торцеві бічні кришки та від’єднайте з’єднання колінчастого вала та двигуна. Потім послабте трубку мастила та кришку корінного підшипника, щоб зняти нижню оболонку корінного підшипника.
(2) Розмістіть домкрат під колінчастим валом у відповідних положеннях (тримаючи його збалансованим), підніміть колінчастий вал приблизно на 0.1–0.2 мм і використовуйте круглий стрижень або інший відповідний інструмент, щоб видалити нижню оболонку основного підшипника від гнізда підшипника. Подібним чином вставте новий нижній корпус у гніздо підшипника.
(3) Встановіть новий верхній корпус і кришку основного підшипника в гніздо підшипника та закріпіть болти підшипника, як потрібно.
(4) Корінні підшипники, зроблені попарно, необхідно замінювати попарно.
(5) Відрегулюйте зазор між великим торцевим підшипником і шийкою колінчастого вала за допомогою прокладок для товстостінних підшипників. Для тонкостінних підшипників зішкребіть, якщо зазор занадто малий; замініть, якщо він занадто великий.
(6) Виміряйте радіальний зазор за допомогою методів провідного тиску та осьовий зазор за допомогою щупів або віднімаючи діаметри отвору підшипника та вала.
(7) Радіальний зазор має становити 0.8‰–1.2‰ діаметра цапфи.
(8) Для конкретних вимог до конструкції зазор корінного підшипника повинен суворо відповідати проектним значенням компресора.
4. Висновок
У хімічних виробничих процесах із використанням водню як сировини водневий компресор є основним обладнанням для хімічних реакцій. Тому слід створити добре спланований графік технічного обслуговування, включаючи регулярні перевірки резервних блоків і роботи з технічного обслуговування відповідно до вимог виробника після переходу на резервний компресор. Крім того, слід регулярно перевіряти мастильну систему, очищати первинний і вторинний фільтри. Під час перевірок використовуйте стетоскоп, щоб перевірити наявність ненормальних звуків у різних сегментах компресора, щоб визначити, чи чавунний блок циліндрів, колінчастий вал, шатуни тощо функціонують нормально. У цьому документі аналізуються та підсумовуються принципи роботи, класифікації та типові несправностіводневі компресори, надання оперативних вказівок для хімічної промисловості, покращення роботи, управління та рівня обслуговуванняводневі компресори, забезпечення стабільної роботи, зменшення втрат під час простою та максимізація економічної вигоди для підприємств.
Відмова від відповідальності:
1. Деяка графічна та текстова інформація отримана з Інтернету та офіційних облікових записів WeChat з метою надання додаткової інформації.
2. Надана інформація призначена лише для ознайомлення та довідкових цілей і не означає схвалення висловлених поглядів. Не надається жодних гарантій щодо точності, надійності чи повноти інформації.
3. Якщо виникнуть сумніви щодо вмісту, авторських прав чи інших питань, зв’яжіться з нами протягом 30 днів для видалення.