Défauts courants et analyse desCompresseurs d'hydrogène
Abstrait:
Compresseurs d'hydrogèneLes compresseurs à piston jouent un rôle crucial dans des processus tels que le raffinage du pétrole et le transport du gaz de synthèse du méthanol dans les industries chimiques du charbon. Si un compresseur à hydrogène tombe en panne, cela peut entraîner des arrêts d'usine ou même des fuites de gaz, des incendies et des explosions, entraînant des pertes économiques importantes. Cet article se concentre sur les compresseurs à piston utilisés pour le transport de l'hydrogène gazeux, en fournissant une analyse détaillée des problèmes opérationnels courants et en proposant des recommandations de maintenance correspondantes. Ces informations visent à aider les responsables de la sécurité et les opérateurs d'équipements dans les entreprises chimiques.
Dans les procédés chimiques à grande échelle, de nombreuses réactions gaz-gaz, gaz-liquide ou gaz-solide nécessitent des conditions de haute pression, ce qui explique l'utilisation répandue de compresseurs. Parmi ceux-ci, les compresseurs à piston sont l'un des types les plus courants. Les compresseurs à piston offrent une efficacité de compression élevée et une forte adaptabilité, et ils peuvent être conçus pour des applications à basse, moyenne, haute et ultra-haute pression (plus de 350 MPa). À vitesse de rotation constante, le volume de refoulement des compresseurs à piston reste relativement stable malgré les fluctuations de la pression de refoulement. Cependant, les compresseurs à piston ont des structures complexes et de nombreux composants, ce qui les rend sujets aux pannes s'ils ne sont pas correctement utilisés ou entretenus.
Dans l'industrie chimique, pour assurer le déroulement normal des réactions chimiques utilisant l'hydrogène comme matière première, l'hydrogène est généralement comprimé à des pressions élevées, ce qui nécessite l'utilisation de compresseurs à piston conçus principalement pour le transport de l'hydrogène. Par exemple, dans l'industrie de la synthèse d'ammoniac, la pression d'admission du mélange hydrogène-azote est de 0,03 MPa, et après 6-7 étapes de compression, la pression de refoulement finale atteint 31,4 MPa. Dans le processus de production de gaz de synthèse de méthanol dans les industries chimiques du charbon, la pression d'admission du mélange hydrogène et dioxyde de carbone est de 2,5 MPa, et après plusieurs étapes de compression, la pression de refoulement finale atteint 5-10 MPa (méthode basse pression) ou 35 MPa (méthode haute pression).
1. Principe de fonctionnement et classification desCompresseurs d'hydrogène
1.1 Principe de fonctionnement
La structure d'un compresseur d'hydrogène est relativement complexe, son schéma étant illustré à la figure 1. Les principaux composants comprennent le cylindre en fonte, la chemise de cylindre en fonte, la culasse en fonte, le vilebrequin en fonte, la bielle, la traverse (y compris le coulisseau de traverse), la garniture, le piston (y compris les segments de piston), les segments racleurs d'huile, la bielle de piston en acier inoxydable et la vanne à gaz en acier inoxydable. De plus, il existe des dispositifs auxiliaires tels que des filtres à gaz, des tampons et des conduites d'huile de lubrification.
Comme les autres compresseurs à piston, le compresseur à hydrogène implique trois processus principaux : l'admission, la compression et l'échappement. Entraîné par un moteur électrique, le vilebrequin déplace la traverse, la bielle du piston et le piston d'avant en arrière dans le cylindre. Le gaz est comprimé par le piston et finalement expulsé par la soupape à gaz.
Figure 1 : Schéma de principe de la structure du compresseur d'hydrogène
1.2 Classification
Compresseurs d'hydrogènesont classés en fonction de la plage de volume et de pression de refoulement. Les catégories spécifiques sont présentées dans le tableau 1.
Tableau 1 : Classification desCompresseurs d'hydrogène
En fonction de la position relative du plan de base et de l'axe central du cylindre,compresseurs d'hydrogènepeuvent également être divisés en compresseurs horizontaux (le plan de base est parallèle à l'axe central du cylindre, comprenant principalement le type opposé, le type unilatéral et le type à équilibre symétrique), les compresseurs verticaux (le plan de base est perpendiculaire à l'axe central du cylindre) et les compresseurs angulaires (le plan de base forme un certain angle avec la direction de l'axe central du cylindre).
Les compresseurs verticaux et horizontaux avec cylindres d'un côté du vilebrequin conviennent aux conditions de faible volume de gaz. Parmi les compresseurs horizontaux, le type à équilibrage symétrique est largement utilisé et constitue l'un des meilleurs choix pour les compresseurs alternatifs de moyenne et grande taille. Ce type de compresseur possède plusieurs cylindres répartis uniformément des deux côtés du vilebrequin, formant un angle de 180 degrés avec la direction de l'axe central du cylindre. Les compresseurs opposés conviennent aux conditions de compression de gaz à haute pression, tandis que les compresseurs angulaires conviennent aux compresseurs de petite à moyenne taille. Les compresseurs angulaires peuvent être divisés en différents types en fonction de l'angle, tels que le type W (angle de 60 degrés), le type L (angle de 90 degrés) et le type à ventilateur (angle de 40 degrés), entre autres.
2. Modèle de compresseur à hydrogène et signification des lettres
Pour faciliter l'identification rapide des caractéristiques structurelles du compresseur, du débit volumétrique, de la pression de travail et d'autres informations,compresseurs d'hydrogène, comme d'autres équipements chimiques dynamiques courants, ont des numéros de modèle désignés, chaque lettre représentant une signification différente. Le schéma du modèle de compresseur d'hydrogène est présenté à la figure 2.
Figure 2 : Schéma du modèle de compresseur d'hydrogène
Dans la figure 2, la « différence » à la fin du numéro de modèle est principalement utilisée pour distinguer les types de compresseurs, généralement représentés par une combinaison de lettres et de chiffres. La « pression » fait référence à la pression manométrique de la pression de refoulement nominale après que le gaz a été comprimé par le compresseur, mesurée à la pression atmosphérique standard. Le « débit volumétrique nominal » fait référence au débit du gaz refoulé par le compresseur, calculé en fonction des conditions à la position d'aspiration standard (pression, température, composition du gaz). La « structure » et les « caractéristiques » du compresseur d'hydrogène représentent la structure et les caractéristiques spécifiques du compresseur, la signification de chaque lettre étant détaillée dans les tableaux 2 et 3.
Tableau 2 : Lettres et significations de la structure du compresseur d'hydrogène
Tableau 3 : Lettres et significations des caractéristiques du compresseur à hydrogène
3. Défaillances courantes deCompresseurs d'hydrogène
Compresseurs d'hydrogèneLes compresseurs à hydrogène ont des exigences élevées en matière de précision de fabrication et de maintenance. Lorsque le compresseur à hydrogène fonctionne sous l'entraînement du moteur, le vilebrequin tourne rapidement et se déplace d'avant en arrière. Une extrémité du vilebrequin et de la bielle est reliée au composant de la traverse, qui effectue également un mouvement alternatif dans le guide sous l'action du vilebrequin et de la bielle, entraînant finalement le piston à effectuer un mouvement alternatif et à comprimer l'hydrogène (ou le gaz mixte contenant de l'hydrogène). Cependant, pendant le mouvement alternatif prolongé du vilebrequin, de la bielle et des composants de la traverse, ces pièces sont sujettes à l'usure. Une usure importante peut affecter la qualité de fonctionnement, nécessitant une détection et un arrêt rapides pour maintenance afin de garantir le fonctionnement sûr et stable du compresseur à hydrogène.
3.1 Défaillances du système de lubrification et analyse des causes
Le problème le plus courant avec le système d'huile de lubrification du compresseur d'hydrogène est la faible pression d'huile. En fonctionnement normal, l'huile de lubrification est pressurisée par la pompe à huile et acheminée vers le filtre du premier étage, puis passe par le refroidisseur d'huile de lubrification externe et le filtre du deuxième étage, et est divisée en trois voies. La première voie va au manomètre de pression d'huile du compresseur (y compris les jauges distantes et locales) ; la deuxième voie atteint la petite section du palier de bielle pour assurer la lubrification ; et la troisième voie va à la pompe de compensation pour éviter les fuites du limiteur de pression d'huile.
Lors de l'entretien normal du système d'huile de lubrification, la première étape consiste à inspecter visuellement chaque système de conduite d'huile, en particulier les points d'étanchéité statiques dans les tuyaux. Si des fuites ou des taches d'huile sont détectées, la conduite d'huile qui fuit doit être resserrée. Pendant le fonctionnement normal du compresseur d'hydrogène, le système d'huile de lubrification est toujours dans un état de pression négative, ce qui rend difficile la détection d'une pression d'huile réduite. Pour déterminer cela avec précision, des inspections détaillées des points d'étanchéité statiques sur les conduites d'huile sont nécessaires et tout tuyau potentiellement fuyant doit être remplacé pour éliminer les risques potentiels. De plus, la qualité de l'huile de lubrification doit être strictement vérifiée, car la teneur en eau et les niveaux d'ions métalliques peuvent accélérer la dégradation de l'huile. Si la teneur en gaz non condensables de l'huile dépasse la norme, des fluctuations de pression d'huile peuvent se produire. En inspectant la conduite d'alimentation en huile de lubrification et l'espace entre la cavité du filtre de deuxième étage et le refroidisseur d'huile, on peut évaluer le niveau de condensation de gaz dans la conduite d'huile - des espaces plus grands indiquent plus de condensation. Les deux raisons les plus courantes de la condensation sont les suivantes : (1) l'huile de lubrification a une certaine solubilité dans l'air extérieur, ce qui rend difficile d'éviter une petite quantité de dissolution d'air ; (2) le dispositif limiteur de pression d'huile de deuxième étage renvoie l'huile mélangée à une petite quantité d'air, formant de la mousse, qui s'accumule et augmente l'écart. Pour résoudre ce problème, la sortie du tuyau de retour d'huile doit être positionnée aussi près que possible de l'extrémité de l'admission du filtre à huile de lubrification pour éviter la concentration de mousse dans le tuyau.
3.2 Analyse des pannes et de la maintenance des vannes à gaz et des plaques de vannes
Typiquement,compresseurs d'hydrogèneLe cylindre doit être mis en veille et soumis à une maintenance ou une inspection tous les 3 à 6 mois. Une attention particulière doit être accordée aux vannes à gaz, car les plaques de soupape sont sujettes à l'accumulation de carbone, de boues d'huile ou de poussière, et les ressorts de soupape à gaz peuvent se casser. Le bouchon de pression de la vanne à gaz comporte plusieurs vis supérieures ; pendant la maintenance, ces vis doivent être desserrées et placées dans un récipient propre ou un chiffon sans poussière. Ensuite, les boulons et les écrous situés sur le dessus du bouchon de pression de la vanne à gaz doivent être desserrés, en laissant les deux boulons et écrous diagonaux jusqu'à ce qu'aucun gaz ne s'échappe de la bouteille, puis retirez-les tous. Enfin, retirez le bouchon de pression et le bouchon de presse de la plaque de soupape, retirez délicatement la plaque de soupape et nettoyez toutes les taches d'huile ou de boues possibles pour l'inspection du matériau. Toutes les vannes à gaz doivent être testées sous pression avec de l'azote avant l'installation pour garantir l'absence de fuites. Les détails sur l'analyse des défaillances de la plaque de soupape et les méthodes de manipulation sont présentés dans le tableau 4.
Tableau 4 : Analyse des défaillances des plaques de soupape et méthodes de traitement
Bloc-cylindres 3.3
La douceur et la lubrification de la paroi du cylindre sont cruciales. Comme le piston se déplace rapidement dans le cylindre, si l'hydrogène contient de la poussière ou des particules, la paroi du cylindre peut être rayée ou rainurée, ce qui peut entraîner une défaillance du cylindre. Si les rayures ou les rainures sont mineures, elles peuvent être lissées à l'aide d'une pierre à aiguiser demi-ronde. Pour les rayures ou les rainures plus importantes, lorsque la longueur de la rainure dépasse 1/4 de la circonférence du cylindre et que la largeur de la rainure est supérieure à 3 mm et la profondeur supérieure à 0,4 mm, il est nécessaire d'aléser le cylindre. L'alésage est un traitement courant en cas d'usure importante, augmentant légèrement le diamètre du cylindre, mais ne dépassant pas 2 % du diamètre de conception d'origine, avec une réduction de l'épaisseur de la paroi ne dépassant pas 1/12 de l'épaisseur d'origine. Après l'alésage, sélectionnez des pistons et des segments de piston qui correspondent au nouveau diamètre du cylindre pour assurer un jeu approprié.
3.4 Traverse et bielle
La traverse est généralement forgée à partir d'acier au carbone ou d'acier allié de haute qualité, offrant une résistance et une rigidité élevées. Elle relie l'extrémité inférieure de la tige de piston au palier de petite extrémité de la bielle, transmettant la force du piston à la bielle et au vilebrequin. La bielle convertit le mouvement alternatif du piston en mouvement de rotation du vilebrequin. La traverse, l'axe de traverse, la plaque coulissante et le rail de guidage sont collectivement connus sous le nom d'ensemble de traverse et sont sujets aux fissures en raison de la pression élevée.
Remplacement de la traverse :
Si le siège intermédiaire a été retiré du corps, la traverse peut être remplacée en la retirant de la bride de raccordement. Si le siège intermédiaire est solidaire du corps, le remplacement de la traverse peut être effectué à travers les trous de mesure du corps.
Lors du remplacement de la fenêtre, déplacez la traverse vers le centre de la fenêtre (c'est-à-dire le centre du chemin de coulissement de la traverse), faites-la pivoter de 90 degrés le long de l'axe pour aligner les chemins de coulissement supérieur et inférieur avec les deux côtés de la fenêtre, puis déplacez-la parallèlement hors de la fenêtre pour la réparation et le remplacement.
Lors de la réparation, évitez d'endommager la surface de travail du chemin de glissement, alignez-la avec l'orifice de guidage et assurez-vous que le jeu répond aux exigences spécifiées.
Remplacement du grand palier d'extrémité de la bielle :
(1)Utilisez le dispositif de rotation pour positionner le tourillon du vilebrequin en haut et fixez-le pour éviter tout glissement et tout accident.
(2) Tout d'abord, retirez les boulons de la bielle de la partie inférieure, utilisez des vis à anneau de levage pour suspendre le capuchon de la bielle, puis retirez les boulons de la bielle supérieure et soulevez le capuchon et le roulement avec les vis à anneau de levage.
(3) Faites tourner lentement le vilebrequin avec le dispositif de rotation pour séparer la bielle du tourillon du vilebrequin et retirez la bielle pour la remplacer.
(4)Remplacez les roulements de bielle par paires.
(5) Effectuer des essais non destructifs sur les boulons de bielle.
(6) Actuellement, les coussinets de bielle sont généralement des coussinets standards à parois minces, ne nécessitant aucun raclage. Le jeu des coussinets de bielle doit répondre strictement aux exigences de conception.
Remplacement du palier de petite extrémité de la bielle :
(1) Tout d'abord, retirez l'écrou de serrage de la goupille de positionnement et retirez la goupille de positionnement. Utilisez une tige ronde pour pousser la goupille de la traverse hors d'une extrémité afin de séparer la traverse de la bielle. Ensuite, retirez la bielle du capot moteur et procédez au remplacement du roulement de petite extrémité, en protégeant le chemin de glissement.
(2) Lors du remplacement, appuyez sur l'ancien roulement pour le faire sortir de la petite extrémité de la bielle et appuyez sur le nouveau roulement.
3.5 Vilebrequin
La conicité et l'ovalité du tourillon principal et du tourillon du vilebrequin doivent être<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.
Remplacement du palier principal :
(1)Retirez le couvercle latéral du corps de la machine et les couvercles latéraux d'extrémité, puis séparez les connexions du vilebrequin et du moteur. Ensuite, desserrez le tuyau d'huile de lubrification et le couvercle du palier principal pour retirer la coque inférieure du palier principal.
(2) Placez un cric sous le vilebrequin aux positions appropriées (en le gardant équilibré), soulevez le vilebrequin d'environ 0,1–0,2 mm et utilisez une tige ronde ou d'autres outils appropriés pour retirer la coque inférieure du palier principal du siège du palier. De même, insérez la nouvelle coque inférieure dans le siège du palier.
(3) Installez la nouvelle coque supérieure du roulement principal et le couvercle dans le siège du roulement et fixez les boulons du roulement comme requis.
(4)Les paliers principaux fabriqués par paires doivent être remplacés par paires.
(5) Réglez le jeu entre le grand palier d'extrémité et le tourillon du vilebrequin à l'aide de cales pour paliers à parois épaisses. Pour les paliers à parois minces, grattez si le jeu est trop petit ; remplacez-le s'il est trop grand.
(6) Mesurez le jeu radial en utilisant des méthodes de pression de plomb et le jeu axial en utilisant des jauges d'épaisseur ou en soustrayant les diamètres du trou de roulement et de l'arbre.
(7)Le jeu radial doit être de 0,8‰–1,2‰ du diamètre du tourillon.
(8)Pour les exigences spécifiques à la conception, le jeu du palier principal doit suivre strictement les valeurs de conception du compresseur.
4. En conclusion
Dans les procédés de production chimique utilisant l'hydrogène comme matière première, le compresseur d'hydrogène est un élément essentiel de l'équipement pour les réactions chimiques. Par conséquent, un programme de maintenance bien planifié doit être établi, comprenant des contrôles réguliers sur les unités de secours et des travaux de maintenance conformément aux exigences du fabricant après le passage à un compresseur de secours. De plus, le système d'huile de lubrification doit être régulièrement vérifié et les filtres primaires et secondaires nettoyés. Lors des inspections, utilisez un stéthoscope pour vérifier les bruits anormaux dans divers segments du compresseur afin de déterminer si le bloc-cylindres en fonte, le vilebrequin, les bielles, etc. fonctionnent normalement. Cet article analyse et résume les principes de fonctionnement, les classifications et les pannes courantes des compresseurs à hydrogène.compresseurs d'hydrogène, fournissant des conseils opérationnels pour l'industrie chimique, améliorant les niveaux d'exploitation, de gestion et de maintenance decompresseurs d'hydrogène, garantissant un fonctionnement stable, réduisant les pertes dues aux temps d'arrêt et maximisant les avantages économiques pour les entreprises.
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