Errori comuni e analisi diCompressori di idrogeno
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Compressori di idrogenosvolgono un ruolo cruciale in processi quali la raffinazione del petrolio e il trasporto del gas di sintesi del metanolo nelle industrie chimiche del carbone. Se un compressore di idrogeno non funziona correttamente, può causare arresti degli impianti o persino perdite di gas, incendi ed esplosioni, causando perdite economiche significative. Questo documento si concentra sui compressori a pistoni utilizzati per il trasporto di gas idrogeno, fornendo un'analisi dettagliata dei comuni problemi operativi e offrendo le corrispondenti raccomandazioni di manutenzione. Queste informazioni mirano ad assistere i responsabili della sicurezza e gli operatori delle apparecchiature nelle aziende chimiche.
Nei processi chimici su larga scala, molte reazioni gas-gas, gas-liquido o gas-solido richiedono condizioni di alta pressione, rendendo i compressori ampiamente utilizzati. Tra questi, i compressori a pistoni sono uno dei tipi più comuni. I compressori a pistoni offrono un'elevata efficienza di compressione e una forte adattabilità e possono essere progettati per applicazioni a bassa, media, alta e altissima pressione (oltre 350 MPa). A velocità di rotazione costanti, il volume di scarico dei compressori a pistoni rimane relativamente stabile nonostante le fluttuazioni della pressione di scarico. Tuttavia, i compressori a pistoni hanno strutture complesse e numerosi componenti, il che li rende inclini a guasti se non vengono utilizzati o sottoposti a manutenzione correttamente.
Nell'industria chimica, per garantire la normale progressione delle reazioni chimiche che utilizzano l'idrogeno come materia prima, l'idrogeno viene solitamente compresso ad alte pressioni, rendendo necessario l'uso di compressori a pistoni progettati principalmente per il trasporto dell'idrogeno. Ad esempio, nell'industria della sintesi dell'ammoniaca, la pressione di aspirazione della miscela idrogeno-azoto è di 0.03 MPa e, dopo 6-7 stadi di compressione, la pressione di scarico finale raggiunge 31,4 MPa. Nel processo di produzione di gas di sintesi del metanolo nelle industrie chimiche del carbone, la pressione di aspirazione della miscela idrogeno e anidride carbonica è di 2,5 MPa e, dopo più stadi di compressione, la pressione di scarico finale raggiunge 5-10 MPa (metodo a bassa pressione) o 35 MPa (metodo ad alta pressione).
1. Principio di funzionamento e classificazione diCompressori di idrogeno
1.1 Principio di funzionamento
La struttura di un compressore a idrogeno è relativamente complessa, con il suo diagramma schematico mostrato nella Figura 1. I componenti chiave includono il cilindro in ghisa, la camicia del cilindro in ghisa, la testata del cilindro in ghisa, l'albero motore in ghisa, la biella, la traversa (inclusa la slitta della traversa), la guarnizione, il pistone (inclusi gli anelli del pistone), gli anelli raschiaolio, la biella del pistone in acciaio inossidabile e la valvola del gas in acciaio inossidabile. Inoltre, ci sono alcuni dispositivi ausiliari come filtri del gas, tamponi e condotte dell'olio di lubrificazione.
Similmente ad altri compressori alternativi, il compressore a idrogeno comporta tre processi principali: aspirazione, compressione e scarico. Azionato da un motore elettrico, l'albero motore muove la testa a croce, la biella del pistone e il pistone avanti e indietro all'interno del cilindro. Il gas viene compresso dal pistone e infine espulso attraverso la valvola del gas.
Figura 1: Diagramma schematico della struttura del compressore dell'idrogeno
1.2 Classificazione
Compressori di idrogenosono classificati in base all'intervallo di volume di scarico e pressione di scarico. Le categorie specifiche sono mostrate nella Tabella 1.
Tabella 1: Classificazione diCompressori di idrogeno
In base alla posizione relativa del piano di base e della linea centrale del cilindro,compressori di idrogenopossono anche essere suddivisi in compressori orizzontali (il piano di base è parallelo alla linea centrale del cilindro, principalmente di tipo opposto, monolaterale e a bilanciamento simmetrico), compressori verticali (il piano di base è perpendicolare alla linea centrale del cilindro) e compressori angolari (il piano di base forma un certo angolo con la direzione della linea centrale del cilindro).
I compressori verticali e orizzontali con cilindri su un lato dell'albero motore sono adatti per condizioni di piccoli volumi di gas. Tra i compressori orizzontali, il tipo a bilanciamento simmetrico è ampiamente utilizzato ed è una delle migliori scelte per i compressori alternativi medi e grandi. Questo tipo di compressore ha più cilindri distribuiti uniformemente su entrambi i lati dell'albero motore, formando un angolo di 180 gradi con la direzione della linea centrale del cilindro. I compressori opposti sono adatti per condizioni di compressione del gas ad alta pressione, mentre i compressori angolari sono adatti per compressori di piccole e medie dimensioni. I compressori angolari possono essere ulteriormente suddivisi in vari tipi in base all'angolo, come il tipo W (angolo di 60 gradi), il tipo L (angolo di 90 gradi) e il tipo a ventola (angolo di 40 gradi), tra gli altri.
2. Modello del compressore dell'idrogeno e significato delle lettere
Per facilitare la rapida identificazione delle caratteristiche strutturali del compressore, della portata volumetrica, della pressione di esercizio e di altre informazioni,compressori di idrogeno, come altre comuni apparecchiature chimiche dinamiche, hanno numeri di modello designati, con ogni lettera che rappresenta significati diversi. Lo schema del modello di compressore di idrogeno è mostrato nella Figura 2.
Figura 2: Diagramma schematico del modello del compressore dell'idrogeno
Nella Figura 2, la "differenza" alla fine del numero di modello è utilizzata principalmente per distinguere tra i tipi di compressori, generalmente rappresentati da una combinazione di lettere e numeri. "Pressione" si riferisce alla pressione manometrica della pressione di scarico nominale dopo che il gas è stato compresso dal compressore, misurata alla pressione atmosferica standard. "Portata volumetrica nominale" si riferisce alla portata del gas scaricato dal compressore, calcolata in base alle condizioni nella posizione di aspirazione standard (pressione, temperatura, composizione del gas). La "struttura" e le "caratteristiche" del compressore di idrogeno rappresentano la struttura e le caratteristiche specifiche del compressore, con i significati di ciascuna lettera dettagliati nelle Tabelle 2 e 3.
Tabella 2: Lettere e significati della struttura del compressore dell'idrogeno
Tabella 3: Lettere e significati delle caratteristiche del compressore di idrogeno
3. Errori comuni diCompressori di idrogeno
Compressori di idrogenohanno elevati requisiti di precisione di fabbricazione e manutenzione. Quando il compressore di idrogeno funziona sotto azionamento del motore, l'albero motore ruota rapidamente e si muove avanti e indietro. Un'estremità dell'albero motore e della biella è collegata al componente della testa a croce, che si muove anche alternativamente all'interno della guida sotto l'azione dell'albero motore e della biella, spingendo infine il pistone a muoversi alternativamente e comprimere l'idrogeno (o il gas misto contenente idrogeno). Tuttavia, durante il movimento alternativo prolungato dell'albero motore, della biella e dei componenti della testa a croce, queste parti sono soggette a usura. Un'usura grave può influire sulla qualità operativa, rendendo necessario un rilevamento tempestivo e l'arresto per la manutenzione per garantire il funzionamento sicuro e stabile del compressore di idrogeno.
3.1 Guasti del sistema di lubrificazione e analisi delle cause
Il problema più comune con il sistema di lubrificazione dell'olio del compressore di idrogeno è la bassa pressione dell'olio. Durante il normale funzionamento, l'olio lubrificante viene pressurizzato dalla pompa dell'olio e inviato al filtro di primo stadio, quindi passa attraverso il radiatore dell'olio lubrificante esterno e il filtro di secondo stadio, ed è suddiviso in tre percorsi. Il primo percorso va al manometro dell'olio del compressore (inclusi i manometri remoti e locali); il secondo percorso raggiunge la piccola sezione del cuscinetto di biella per fornire lubrificazione; e il terzo percorso va alla pompa di compensazione per evitare perdite del limitatore di pressione dell'olio.
Nella normale manutenzione del sistema di lubrificazione, il primo passo è ispezionare visivamente ogni sistema di linea dell'olio, in particolare i punti di tenuta statici nei tubi. Se si riscontrano perdite o macchie di olio, la linea dell'olio che perde deve essere serrata. Durante il normale funzionamento del compressore di idrogeno, il sistema di lubrificazione è sempre in uno stato di pressione negativa, rendendo difficile rilevare una pressione dell'olio ridotta. Per determinarlo con precisione, sono necessarie ispezioni dettagliate dei punti di tenuta statici sulle linee dell'olio e tutti i tubi potenzialmente perdenti devono essere sostituiti per eliminare potenziali rischi. Inoltre, la qualità dell'olio lubrificante deve essere rigorosamente controllata, poiché il contenuto di acqua e i livelli di ioni metallici possono accelerare la degradazione dell'olio. Se il contenuto di gas non condensabile dell'olio supera lo standard, possono verificarsi fluttuazioni della pressione dell'olio. Ispezionando la linea di alimentazione dell'olio lubrificante e lo spazio tra la cavità del filtro di secondo stadio e il radiatore dell'olio, è possibile valutare il livello di condensa del gas nella linea dell'olio: spazi più grandi indicano più condensa. Due motivi comuni per la condensa sono: (1) l'olio lubrificante ha una certa solubilità per l'aria esterna, rendendo difficile evitare una piccola quantità di dissoluzione dell'aria; (2) il dispositivo limitatore di pressione dell'olio di secondo stadio restituisce olio miscelato con una piccola quantità di aria, formando schiuma, che si accumula e aumenta lo spazio. Per risolvere questo problema, l'uscita del tubo di ritorno dell'olio deve essere posizionata il più vicino possibile all'estremità più lontana dell'aspirazione del filtro dell'olio lubrificante per evitare la concentrazione di schiuma nella tubazione.
3.2 Analisi dei guasti e della manutenzione della valvola del gas, della piastra della valvola
Tipicamente,compressori di idrogenodovrebbe passare a un'unità di riserva e sottoporsi a manutenzione o ispezione ogni 3-6 mesi. Si dovrebbe prestare particolare attenzione alle valvole del gas, poiché le piastre delle valvole sono soggette ad accumulo di carbonio, accumulo di fanghi oleosi o polvere e le molle delle valvole del gas potrebbero rompersi. Il tappo di pressione della valvola del gas ha diverse viti superiori; durante la manutenzione, queste viti dovrebbero essere allentate e poste in un contenitore pulito o in un panno privo di polvere. Quindi, i bulloni e i dadi sulla parte superiore del tappo di pressione della valvola del gas dovrebbero essere allentati, lasciando i due bulloni e dadi diagonali finché non fuoriesce più gas dal cilindro, quindi rimuoverli tutti. Infine, rimuovere il tappo di pressione e il tappo di pressione della piastra della valvola, estrarre delicatamente la piastra della valvola e pulire eventuali macchie di olio o fanghi per l'ispezione del materiale. Tutte le valvole del gas dovrebbero essere sottoposte a test di pressione con azoto prima dell'installazione per garantire l'assenza di perdite. I dettagli sull'analisi dei guasti della piastra della valvola e sui metodi di gestione sono riportati nella Tabella 4.
Tabella 4: Analisi dei guasti della piastra valvola e metodi di gestione
3.3 Blocco cilindri
La scorrevolezza e la lubrificazione della parete del cilindro sono fondamentali. Quando il pistone si muove rapidamente all'interno del cilindro, se l'idrogeno contiene polvere o particolato, la parete del cilindro può graffiarsi o rigarsi, portando potenzialmente al guasto del cilindro. Se i graffi o le scanalature sono di lieve entità, possono essere levigati utilizzando una pietra per affilare semicircolare. Per graffi o scanalature più gravi, in cui la lunghezza della scanalatura supera 1/4 della circonferenza del cilindro e la larghezza della scanalatura è maggiore di 3 mm e la profondità maggiore di 0,4 mm, è necessario alesare il cilindro. L'alesatura è un trattamento comune per l'usura grave, aumentando leggermente il diametro del cilindro, ma non superando il 2% del diametro di progettazione originale, con una riduzione dello spessore della parete non superiore a 1/12 dello spessore originale. Dopo l'alesatura, selezionare pistoni e fasce elastiche che corrispondano al nuovo diametro del cilindro per garantire il gioco corretto.
3.4 Traversa e biella
La traversa è solitamente forgiata in acciaio al carbonio o in lega di alta qualità, che garantisce elevata resistenza e rigidità. Collega l'estremità inferiore dell'asta del pistone al cuscinetto di estremità piccola della biella, trasmettendo la forza dal pistone alla biella e all'albero motore. La biella converte il moto alternativo del pistone nel moto rotatorio dell'albero motore. La traversa, il perno della traversa, la piastra scorrevole e la guida sono collettivamente noti come gruppo della traversa e sono soggetti a crepe a causa dell'alta pressione.
Sostituzione della traversa:
Se la sede intermedia è stata rimossa dal corpo, la traversa può essere sostituita rimuovendola dalla flangia di collegamento. Se la sede intermedia è integrale al corpo, la sostituzione della traversa può essere eseguita attraverso i fori di misurazione nel corpo.
Durante la sostituzione della finestra, spostare la traversa al centro della finestra (ovvero al centro del percorso di scorrimento della traversa), ruotarla di 90 gradi lungo l'asse per allineare i percorsi di scorrimento superiore e inferiore con i due lati della finestra, quindi spostarla parallelamente fuori dalla finestra per la riparazione e la sostituzione.
Durante la riparazione, evitare di danneggiare la superficie di lavoro del percorso di scorrimento, allinearla con la porta di guida e assicurarsi che il gioco soddisfi i requisiti specificati.
Sostituzione del cuscinetto di banco della biella:
(1)Utilizzare il dispositivo di rotazione per posizionare il perno dell'albero motore nella parte superiore e fissarlo per evitare scivolamenti e incidenti.
(2) Per prima cosa, rimuovere i bulloni della biella dalla parte inferiore, utilizzare le viti dell'anello di sollevamento per sospendere il cappello della biella, quindi rimuovere i bulloni della biella superiore e sollevare il cappello e il cuscinetto insieme alle viti dell'anello di sollevamento.
(3)Ruotare lentamente l'albero motore con il dispositivo di rotazione per separare la biella dal perno dell'albero motore e rimuovere la biella per la sostituzione.
(4)Sostituire i cuscinetti di biella a coppie.
(5)Eseguire prove non distruttive sui bulloni della biella.
(6)Attualmente, i cuscinetti di biella di testa sono in genere cuscinetti standard a parete sottile, che non richiedono raschiatura. Il gioco dei cuscinetti di biella di testa deve soddisfare rigorosamente i requisiti di progettazione.
Sostituzione del cuscinetto di biella:
(1) Per prima cosa, rimuovere il dado di serraggio del perno di posizionamento ed estrarre il perno di posizionamento. Utilizzare un'asta tonda per spingere il perno della traversa fuori da un'estremità per separare la traversa dalla biella. Quindi, rimuovere la biella dal coperchio del motore e procedere con la sostituzione del cuscinetto di estremità piccola, proteggendo il percorso di scorrimento.
(2)Durante la sostituzione, premere il vecchio cuscinetto fuori dall'estremità piccola della biella e premere il nuovo cuscinetto.
3.5 Albero motore
La conicità e l'ovalizzazione del perno principale e del perno dell'albero motore devono essere<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.
Sostituzione del cuscinetto principale:
(1)Rimuovere il coperchio laterale del corpo macchina e i coperchi laterali terminali e separare i collegamenti dell'albero motore e del motore. Quindi, allentare il tubo dell'olio lubrificante e il coperchio del cuscinetto principale per rimuovere il guscio inferiore del cuscinetto principale.
(2) Posizionare un martinetto sotto l'albero motore nelle posizioni appropriate (mantenendolo in equilibrio), sollevare l'albero motore di circa 0.1–0.2 mm e utilizzare un'asta tonda o altri utensili adatti per rimuovere la calotta inferiore del cuscinetto principale dalla sede del cuscinetto. Allo stesso modo, inserire la nuova calotta inferiore nella sede del cuscinetto.
(3) Installare il nuovo guscio superiore e il coperchio del cuscinetto principale nella sede del cuscinetto e fissare i bulloni del cuscinetto come richiesto.
(4)I cuscinetti principali realizzati in coppia devono essere sostituiti in coppia.
(5)Regolare il gioco tra il cuscinetto di estremità grande e il perno dell'albero motore utilizzando spessori per cuscinetti a parete spessa. Per cuscinetti a parete sottile, raschiare se il gioco è troppo piccolo; sostituire se è eccessivamente grande.
(6)Misurare il gioco radiale utilizzando metodi di pressione del piombo e il gioco assiale utilizzando calibri a spessori o sottraendo i diametri del foro del cuscinetto e dell'albero.
(7)Il gioco radiale dovrebbe essere pari a 0.8‰–1.2‰ del diametro del perno.
(8)Per requisiti di progettazione specifici, il gioco del cuscinetto principale deve seguire rigorosamente i valori di progettazione del compressore.
4. Conclusione
Nei processi di produzione chimica che utilizzano l'idrogeno come materia prima, il compressore dell'idrogeno è un componente fondamentale dell'attrezzatura per le reazioni chimiche. Pertanto, è opportuno stabilire un programma di manutenzione ben pianificato, che includa controlli regolari sulle unità di riserva e lavori di manutenzione in base ai requisiti del produttore dopo il passaggio a un compressore di riserva. Inoltre, il sistema di lubrificazione deve essere controllato regolarmente e i filtri primario e secondario devono essere puliti. Durante le ispezioni, utilizzare uno stetoscopio per verificare la presenza di suoni anomali in vari segmenti del compressore per determinare se il blocco cilindri in ghisa, l'albero motore, le bielle, ecc. funzionano normalmente. Questo documento analizza e riassume i principi di funzionamento, le classificazioni e i guasti comuni dicompressori di idrogeno, fornendo una guida operativa per l'industria chimica, migliorando i livelli di funzionamento, gestione e manutenzione dicompressori di idrogeno, garantendo un funzionamento stabile, riducendo le perdite dovute ai tempi di inattività e massimizzando i vantaggi economici per le aziende.
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