Häufige Fehler und Analyse vonWasserstoffkompressoren
Abstrakt:
Wasserstoffkompressorenspielen eine entscheidende Rolle in Prozessen wie der Erdölraffination und dem Transport von Methanolsynthesegas in der Kohlechemieindustrie. Wenn ein Wasserstoffkompressor ausfällt, kann dies zu Anlagenstillständen oder sogar zu Gaslecks, Bränden und Explosionen führen, was erhebliche wirtschaftliche Verluste verursacht. Dieser Artikel konzentriert sich auf Kolbenkompressoren, die zum Transport von Wasserstoffgas verwendet werden, und bietet eine detaillierte Analyse häufiger Betriebsprobleme sowie entsprechende Wartungsempfehlungen. Diese Erkenntnisse sollen Sicherheitsmanager und Anlagenbediener in Chemieunternehmen unterstützen.
Bei großtechnischen chemischen Prozessen erfordern viele Gas-Gas-, Gas-Flüssigkeits- oder Gas-Feststoff-Reaktionen Hochdruckbedingungen, weshalb Kompressoren häufig zum Einsatz kommen. Kolbenkompressoren gehören dabei zu den gängigsten Typen. Kolbenkompressoren bieten eine hohe Kompressionseffizienz und starke Anpassungsfähigkeit und können für Anwendungen mit niedrigem, mittlerem, hohem und ultrahohem Druck (über 350 MPa) ausgelegt werden. Bei konstanter Drehzahl bleibt das Auslassvolumen von Kolbenkompressoren trotz Schwankungen des Auslassdrucks relativ stabil. Kolbenkompressoren haben jedoch komplexe Strukturen und zahlreiche Komponenten, wodurch sie bei unsachgemäßem Betrieb oder Wartung fehleranfällig sind.
Um in der chemischen Industrie den normalen Ablauf chemischer Reaktionen mit Wasserstoff als Rohstoff zu gewährleisten, wird Wasserstoff normalerweise auf hohen Druck komprimiert. Dafür werden Kolbenkompressoren verwendet, die in erster Linie für den Wasserstofftransport ausgelegt sind. In der Ammoniaksyntheseindustrie beispielsweise beträgt der Eingangsdruck des Wasserstoff-Stickstoff-Gemisches 0,03 MPa, und nach 6-7 Kompressionsstufen erreicht der endgültige Auslassdruck 31,4 MPa. Beim Prozess der Methanolsynthesegasproduktion in der Kohlechemie beträgt der Eingangsdruck des Wasserstoff-Kohlendioxid-Gemisches 2,5 MPa, und nach mehreren Kompressionsstufen erreicht der endgültige Auslassdruck 5-10 MPa (Niederdruckmethode) oder 35 MPa (Hochdruckmethode).
1.Arbeitsprinzip und Klassifizierung vonWasserstoffkompressoren
1.1Funktionsprinzip
Der Aufbau eines Wasserstoffkompressors ist relativ komplex. Abbildung 1 zeigt ein schematisches Diagramm. Zu den wichtigsten Komponenten gehören der Gusseisenzylinder, die Gusseisen-Zylinderlaufbuchse, der Gusseisen-Zylinderkopf, die Gusseisen-Kurbelwelle, die Pleuelstange, der Kreuzkopf (einschließlich Kreuzkopfschieber), die Dichtung, der Kolben (einschließlich Kolbenringe), Ölabstreifringe, die Kolbenpleuelstange aus Edelstahl und das Gasventil aus Edelstahl. Darüber hinaus gibt es einige Zusatzgeräte wie Gasfilter, Puffer und Schmierölleitungen.
Ähnlich wie bei anderen Kolbenkompressoren umfasst der Wasserstoffkompressor drei Hauptprozesse: Ansaugen, Verdichten und Ausstoßen. Angetrieben von einem Elektromotor bewegt die Kurbelwelle den Kreuzkopf, die Kolbenstange und den Kolben im Zylinder hin und her. Das Gas wird vom Kolben komprimiert und schließlich durch das Gasventil ausgestoßen.
Abbildung 1: Schematische Darstellung der Struktur eines Wasserstoffkompressors
1.2 Klassifizierung
Wasserstoffkompressorenwerden basierend auf dem Bereich des Abgabevolumens und des Abgabedrucks klassifiziert. Die spezifischen Kategorien sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Tabelle 1: Klassifizierung vonWasserstoffkompressoren
Basierend auf der relativen Position der Basisebene und der Zylindermittellinie,Wasserstoffkompressorenkönnen auch in horizontale Kompressoren (die Basisebene ist parallel zur Zylindermittellinie, hauptsächlich einschließlich gegenüberliegender Art, einseitiger Art und symmetrischer Ausgleichsart), vertikale Kompressoren (die Basisebene ist senkrecht zur Zylindermittellinie) und Winkelkompressoren (die Basisebene bildet einen bestimmten Winkel mit der Zylindermittellinienrichtung) unterteilt werden.
Vertikale Kompressoren und horizontale Kompressoren mit Zylindern auf einer Seite der Kurbelwelle eignen sich für kleine Gasvolumen. Unter horizontalen Kompressoren wird der symmetrische Ausgleichstyp häufig verwendet und ist eine der besten Optionen für mittlere und große Kolbenkompressoren. Dieser Kompressortyp hat mehrere Zylinder, die gleichmäßig auf beiden Seiten der Kurbelwelle verteilt sind und einen 180-Grad-Winkel mit der Zylindermittellinienrichtung bilden. Gegenläufige Kompressoren eignen sich für Hochdruck-Gaskompressionsbedingungen, während Winkelkompressoren für kleine bis mittelgroße Kompressoren geeignet sind. Die Winkelkompressoren können je nach Winkel weiter in verschiedene Typen unterteilt werden, beispielsweise W-Typ (60-Grad-Winkel), L-Typ (90-Grad-Winkel) und Fächertyp (40-Grad-Winkel).
2.Wasserstoffkompressormodell und Buchstabenbedeutungen
Um die schnelle Identifizierung von Kompressorstrukturmerkmalen, Volumenstrom, Arbeitsdruck und anderen Informationen zu erleichtern,Wasserstoffkompressoren, wie auch andere gängige chemische dynamische Geräte, haben bestimmte Modellnummern, wobei jeder Buchstabe eine andere Bedeutung hat. Das schematische Diagramm des Wasserstoffkompressormodells ist in Abbildung 2 dargestellt.
Abbildung 2: Schematische Darstellung des Wasserstoffkompressormodells
In Abbildung 2 dient der „Unterschied“ am Ende der Modellnummer in erster Linie zur Unterscheidung zwischen Kompressortypen und wird im Allgemeinen durch eine Kombination aus Buchstaben und Zahlen dargestellt. „Druck“ bezieht sich auf den Manometerdruck des Nennauslassdrucks, nachdem das Gas vom Kompressor komprimiert wurde, gemessen bei normalem atmosphärischem Druck. „Nennvolumenstrom“ bezieht sich auf den Durchfluss des vom Kompressor abgegebenen Gases, berechnet auf Grundlage der Bedingungen an der Standardansaugposition (Druck, Temperatur, Gaszusammensetzung). Die „Struktur“ und „Merkmale“ des Wasserstoffkompressors stellen die Struktur und die spezifischen Merkmale des Kompressors dar, wobei die Bedeutung jedes Buchstabens in den Tabellen 2 und 3 aufgeführt ist.
Tabelle 2: Buchstaben und Bedeutungen der Wasserstoffkompressorstruktur
Tabelle 3: Buchstaben und Bedeutungen der Wasserstoffkompressorfunktionen
3.Häufige Fehler vonWasserstoffkompressoren
Wasserstoffkompressorenhaben hohe Fertigungspräzision und Wartungsanforderungen. Wenn der Wasserstoffkompressor mit Motorantrieb läuft, dreht sich die Kurbelwelle schnell und bewegt sich hin und her. Ein Ende der Kurbelwelle und der Pleuelstange ist mit dem Kreuzkopfbauteil verbunden, das sich unter der Wirkung der Kurbelwelle und der Pleuelstange ebenfalls innerhalb der Führung hin- und herbewegt und letztendlich den Kolben antreibt, der den Wasserstoff (oder das wasserstoffhaltige Mischgas) hin- und herbewegt und komprimiert. Bei der längeren Hin- und Herbewegung der Kurbelwelle, der Pleuelstange und der Kreuzkopfbauteile sind diese Teile jedoch anfällig für Verschleiß. Starker Verschleiß kann die Betriebsqualität beeinträchtigen und muss rechtzeitig erkannt und zur Wartung abgeschaltet werden, um den sicheren und stabilen Betrieb des Wasserstoffkompressors zu gewährleisten.
3.1Ausfälle im Schmierölsystem und Ursachenanalyse
Das häufigste Problem im Schmierölsystem des Wasserstoffkompressors ist niedriger Öldruck. Während des normalen Betriebs wird das Schmieröl von der Ölpumpe unter Druck gesetzt und an den Filter der ersten Stufe geliefert. Anschließend durchläuft es den externen Schmierölkühler und den Filter der zweiten Stufe und wird in drei Wege aufgeteilt. Der erste Weg führt zum Kompressoröldruckmesser (einschließlich Fern- und lokaler Messgeräte); der zweite Weg erreicht den kleinen Abschnitt des Pleuellagers, um Schmierung zu gewährleisten; und der dritte Weg führt zur Ausgleichspumpe, um ein Auslaufen des Öldruckbegrenzers zu verhindern.
Bei der normalen Wartung des Schmierölsystems besteht der erste Schritt darin, jedes Ölleitungssystem visuell zu überprüfen, insbesondere die statischen Dichtungsstellen in den Rohren. Wenn Lecks oder Ölflecken gefunden werden, sollte die undichte Ölleitung festgezogen werden. Während des normalen Betriebs des Wasserstoffkompressors befindet sich das Schmierölsystem immer in einem Unterdruckzustand, wodurch es schwierig ist, einen verringerten Öldruck zu erkennen. Um dies genau festzustellen, sind detaillierte Inspektionen der statischen Dichtungsstellen an den Ölleitungen erforderlich, und alle potenziell undichten Rohre sollten ausgetauscht werden, um potenzielle Risiken auszuschließen. Darüber hinaus muss die Qualität des Schmieröls streng kontrolliert werden, da Wassergehalt und Metallionengehalt den Ölabbau beschleunigen können. Wenn der nicht kondensierbare Gasgehalt des Öls den Standard überschreitet, können Öldruckschwankungen auftreten. Durch Inspektion der Schmierölversorgungsleitung und des Spalts zwischen dem Filterhohlraum der zweiten Stufe und dem Ölkühler kann der Grad der Gaskondensation in der Ölleitung beurteilt werden – größere Spalts weisen auf mehr Kondensation hin. Zwei häufige Gründe für Kondensation sind: (1) Das Schmieröl hat eine gewisse Löslichkeit für Außenluft, wodurch es schwierig ist, eine kleine Menge Luftlösung zu vermeiden; (2) Das Öldruckbegrenzergerät der zweiten Stufe gibt Öl mit einer kleinen Menge Luft vermischt zurück und bildet Schaum, der sich ansammelt und den Spalt vergrößert. Um dieses Problem zu lösen, sollte der Auslass der Rücklaufölleitung so nah wie möglich am entfernten Ende des Schmierölfiltereinlasses positioniert werden, um Schaumbildung in der Rohrleitung zu verhindern.
3.2 Analyse von Gasventil- und Ventilplattenausfällen sowie Wartungsarbeiten
NormalerweiseWasserstoffkompressorensollte auf eine Standby-Einheit umgeschaltet und alle 3 bis 6 Monate gewartet oder überprüft werden. Besondere Aufmerksamkeit sollte den Gasventilen gewidmet werden, da Ventilplatten anfällig für Kohlenstoffablagerungen, Ölschlammablagerungen oder Staub sind und Gasventilfedern brechen können. Die Gasventildruckkappe hat mehrere obere Schrauben; während der Wartung sollten diese Schrauben gelöst und in einen sauberen Behälter oder ein staubfreies Tuch gelegt werden. Dann sollten die Schrauben und Muttern oben auf der Gasventildruckkappe gelöst werden, wobei die beiden diagonalen Schrauben und Muttern so lange bleiben, bis kein Gas mehr aus dem Zylinder entweicht, und dann alle entfernt werden. Entfernen Sie abschließend die Druckkappe und die Ventilplattendruckkappe, ziehen Sie die Ventilplatte vorsichtig heraus und reinigen Sie alle möglichen Ölflecken oder Schlamm zur Materialprüfung. Alle Gasventile sollten vor der Installation mit Stickstoff druckgeprüft werden, um sicherzustellen, dass keine Lecks vorhanden sind. Einzelheiten zur Fehleranalyse und Handhabungsmethoden der Ventilplatte sind in Tabelle 4 aufgeführt.
Tabelle 4: Analyse und Handhabung von Ventilplattenfehlern
3.3 Zylinderblock
Die Glätte und Schmierung der Zylinderwand sind entscheidend. Wenn der Kolben sich schnell im Zylinder hin- und herbewegt, kann die Zylinderwand Kratzer oder Rillen bekommen, wenn der Wasserstoff Staub oder Partikel enthält, was möglicherweise zu einem Zylinderausfall führt. Kleine Kratzer oder Rillen können mit einem halbrunden Schleifstein geglättet werden. Bei stärkeren Kratzern oder Rillen, deren Länge 1/4 des Zylinderumfangs überschreitet und die Breite über 3 mm und die Tiefe über 0,4 mm beträgt, muss der Zylinder aufgebohrt werden. Aufbohren ist eine gängige Behandlung bei starkem Verschleiß. Dabei wird der Zylinderdurchmesser leicht vergrößert, jedoch nicht mehr als 2 % des ursprünglichen Konstruktionsdurchmessers, wobei die Wandstärke um nicht mehr als 1/12 der ursprünglichen Stärke reduziert wird. Wählen Sie nach dem Aufbohren Kolben und Kolbenringe aus, die zum neuen Zylinderdurchmesser passen, um das richtige Spiel sicherzustellen.
3.4 Kreuzkopf und Pleuel
Der Kreuzkopf wird normalerweise aus hochwertigem Kohlenstoff- oder legiertem Stahl geschmiedet und bietet hohe Festigkeit und Steifigkeit. Er verbindet das untere Ende der Kolbenstange mit dem kleinen Endlager der Pleuelstange und überträgt die Kraft vom Kolben auf die Pleuelstange und die Kurbelwelle. Die Pleuelstange wandelt die Hin- und Herbewegung des Kolbens in die Drehbewegung der Kurbelwelle um. Der Kreuzkopf, der Kreuzkopfbolzen, die Gleitplatte und die Führungsschiene werden zusammen als Kreuzkopfbaugruppe bezeichnet und neigen aufgrund des hohen Drucks zum Reißen.
Auswechseln des Querhaupts:
Wenn der Zwischensitz vom Körper entfernt wurde, kann der Querkopf durch Entfernen vom Anschlussflansch ersetzt werden. Wenn der Zwischensitz in den Körper integriert ist, kann der Querkopf durch Messlöcher im Körper ersetzt werden.
Bewegen Sie beim Fensteraustausch den Querträger zur Mitte des Fensters (d. h. zur Mitte des Querträger-Gleitpfads), drehen Sie ihn um 90 Grad entlang der Achse, um die oberen und unteren Gleitpfade mit den beiden Seiten des Fensters auszurichten, und bewegen Sie ihn dann zur Reparatur und zum Austausch parallel aus dem Fenster.
Achten Sie bei Reparaturen darauf, die Arbeitsfläche des Gleitpfads nicht zu beschädigen. Richten Sie diese an der Führungsöffnung aus und stellen Sie sicher, dass der Abstand den angegebenen Anforderungen entspricht.
Ersetzen des Pleuellagers am großen Pleuel:
(1)Mithilfe der Drehvorrichtung den Kurbelwellenzapfen oben positionieren und gegen Verrutschen und Unfälle sichern.
(2) Entfernen Sie zuerst die Pleuelschrauben vom unteren Teil und hängen Sie die Pleuelkappe mithilfe der Heberingschrauben auf. Entfernen Sie dann die oberen Pleuelschrauben und heben Sie die Kappe und das Lager zusammen mit den Heberingschrauben an.
(3) Drehen Sie die Kurbelwelle langsam mit der Drehvorrichtung, um die Pleuelstange vom Kurbelwellenzapfen zu trennen und die Pleuelstange zum Auswechseln zu entfernen.
(4)Die Pleuellager paarweise ersetzen.
(5) Führen Sie eine zerstörungsfreie Prüfung an den Pleuelschrauben durch.
(6) Derzeit sind Pleuellager typischerweise Standardlager mit dünnen Wänden, die nicht abgeschabt werden müssen. Das Spiel der Pleuellager muss streng den Konstruktionsanforderungen entsprechen.
Austausch des Pleuelauges:
(1) Entfernen Sie zunächst die Klemmmutter des Positionierungsstifts und nehmen Sie den Positionierungsstift heraus. Drücken Sie den Kreuzkopfstift mit einer runden Stange von einem Ende aus heraus, um den Kreuzkopf von der Pleuelstange zu trennen. Entfernen Sie dann die Pleuelstange von der Motorabdeckung und fahren Sie mit dem Austausch des Pleuellagers fort, wobei Sie den Gleitweg schützen.
(2) Beim Austausch das alte Lager aus dem kleinen Pleuelauge herausdrücken und das neue Lager einpressen.
3.5 Kurbelwelle
Die Konizität und Ovalität des Hauptzapfens und des Kurbelwellenzapfens sollten<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.
Austausch des Hauptlagers:
(1) Entfernen Sie die Seitenabdeckung des Maschinenkörpers und die Endseitenabdeckungen und trennen Sie die Kurbelwellen- und Motorverbindungen. Lösen Sie dann die Schmierölleitung und die Hauptlagerabdeckung, um die untere Hauptlagerschale zu entfernen.
(2) Platzieren Sie an geeigneten Stellen einen Wagenheber unter der Kurbelwelle (halten Sie ihn im Gleichgewicht), heben Sie die Kurbelwelle ungefähr 0,1–0,2 mm an und entfernen Sie mit einer Rundstange oder anderen geeigneten Werkzeugen die untere Hauptlagerschale aus dem Lagersitz. Setzen Sie die neue Unterschale auf die gleiche Weise in den Lagersitz ein.
(3)Setzen Sie die neue obere Hauptlagerschale und den Deckel in den Lagersitz ein und ziehen Sie die Lagerbolzen wie erforderlich fest.
(4) Paarweise gefertigte Hauptlager müssen paarweise ausgetauscht werden.
(5)Bei dickwandigen Lagern das Spiel zwischen Pleuellager und Kurbelwellenzapfen mit Unterlegscheiben einstellen. Bei dünnwandigen Lagern das Spiel abschaben, wenn es zu klein ist, und ersetzen, wenn es zu groß ist.
(6) Das radiale Spiel wird mit Hilfe von Vordruckverfahren und das axiale Spiel mit Fühlerlehren oder durch Subtraktion der Durchmesser von Lagerbohrung und Welle gemessen.
(7)Das radiale Spiel sollte 0,8‰–1,2‰ des Zapfendurchmessers betragen.
(8) Aus konstruktionsspezifischen Gründen sollte das Hauptlagerspiel strikt den Konstruktionswerten des Kompressors entsprechen.
4. Fazit
Bei chemischen Produktionsprozessen mit Wasserstoff als Rohstoff ist der Wasserstoffkompressor ein zentrales Gerät für chemische Reaktionen. Daher sollte ein gut geplanter Wartungsplan erstellt werden, der regelmäßige Kontrollen der Standby-Einheiten und Wartungsarbeiten gemäß den Herstelleranforderungen nach dem Wechsel zu einem Backup-Kompressor umfasst. Darüber hinaus sollte das Schmierölsystem regelmäßig überprüft und die Primär- und Sekundärfilter gereinigt werden. Verwenden Sie bei Inspektionen ein Stethoskop, um in verschiedenen Kompressorsegmenten auf ungewöhnliche Geräusche zu achten und festzustellen, ob der Zylinderblock aus Gusseisen, die Kurbelwelle, die Pleuelstangen usw. normal funktionieren. Dieses Dokument analysiert und fasst die Funktionsprinzipien, Klassifizierungen und häufigen Fehler vonWasserstoffkompressoren, Bereitstellung von Betriebsanleitungen für die chemische Industrie, Verbesserung des Betriebs-, Management- und Wartungsniveaus vonWasserstoffkompressoren, wodurch ein stabiler Betrieb gewährleistet, Ausfallzeiten reduziert und der wirtschaftliche Nutzen für Unternehmen maximiert wird.
Haftungsausschluss:
1. Einige Bild- und Textinformationen stammen aus dem Internet und von offiziellen WeChat-Konten und dienen der Weitergabe weiterer Informationen.
2. Die bereitgestellten Informationen dienen ausschließlich zu Lern- und Referenzzwecken und stellen keine Billigung der geäußerten Ansichten dar. Es wird keine Garantie für die Richtigkeit, Zuverlässigkeit oder Vollständigkeit der Informationen übernommen.
3. Wenn Bedenken hinsichtlich des Inhalts, des Urheberrechts oder anderer Probleme bestehen, kontaktieren Sie uns bitte innerhalb von 30 Tagen, um die Probleme zu beheben.