일반적인 오류 및 분석수소 압축기
추상적인:
수소 압축기석탄 화학 산업에서 석유 정제 및 메탄올 합성 가스 수송과 같은 공정에서 중요한 역할을 합니다. 수소 압축기가 오작동하면 플랜트 정지 또는 가스 누출, 화재 및 폭발로 이어져 상당한 경제적 손실을 초래할 수 있습니다. 이 논문은 수소 가스 수송에 사용되는 피스톤 압축기에 초점을 맞추고 일반적인 운영 문제에 대한 자세한 분석을 제공하고 해당 유지 관리 권장 사항을 제공합니다. 이러한 통찰력은 화학 기업의 안전 관리자 및 장비 운영자를 지원하는 것을 목표로 합니다.
대규모 화학 공정에서 많은 가스-가스, 가스-액체 또는 가스-고체 반응은 고압 조건을 필요로 하므로 압축기가 널리 사용됩니다. 이 중 피스톤 압축기는 가장 일반적인 유형 중 하나입니다. 피스톤 압축기는 높은 압축 효율과 강력한 적응성을 제공하며 저압, 중압, 고압 및 초고압(350MPa 이상) 응용 분야에 맞게 설계할 수 있습니다. 일정한 회전 속도에서 피스톤 압축기의 배출량은 배출 압력의 변동에도 불구하고 비교적 안정적으로 유지됩니다. 그러나 피스톤 압축기는 구조가 복잡하고 구성 요소가 많기 때문에 제대로 작동하거나 유지 관리하지 않으면 고장이 발생하기 쉽습니다.
화학 산업에서 수소를 원료로 사용하는 화학 반응의 정상적인 진행을 보장하기 위해 수소는 일반적으로 고압으로 압축되므로 주로 수소 수송을 위해 설계된 피스톤 압축기를 사용해야 합니다. 예를 들어, 암모니아 합성 산업에서 수소-질소 혼합물의 흡입 압력은 0.03 MPa이고, 6-7단계의 압축 후 최종 배출 압력은 31.4 MPa에 도달합니다. 석탄 화학 산업에서 메탄올 합성 가스를 생산하는 과정에서 수소와 이산화탄소 혼합물의 흡입 압력은 2.5 MPa이고, 여러 단계의 압축 후 최종 배출 압력은 5-10 MPa(저압법) 또는 35 MPa(고압법)에 도달합니다.
1. 작동 원리 및 분류수소 압축기
1.1 작동 원리
수소 압축기의 구조는 비교적 복잡하며, 개략도는 그림 1에 나와 있습니다. 주요 구성품으로는 주철 실린더, 주철 실린더 라이너, 주철 실린더 헤드, 주철 크랭크샤프트, 커넥팅로드, 크로스헤드(크로스헤드 슬라이드 포함), 패킹, 피스톤(피스톤 링 포함), 오일 스크레이퍼 링, 스테인리스 스틸 피스톤 커넥팅로드, 스테인리스 스틸 가스 밸브가 있습니다. 또한 가스 필터, 버퍼, 윤활유 파이프라인과 같은 보조 장치가 있습니다.
다른 왕복 압축기와 마찬가지로 수소 압축기는 흡입, 압축, 배기의 세 가지 주요 프로세스를 포함합니다. 전기 모터로 구동되는 크랭크샤프트는 실린더 내에서 크로스헤드, 피스톤 커넥팅로드, 피스톤을 앞뒤로 움직입니다. 가스는 피스톤에 의해 압축되고 마지막으로 가스 밸브를 통해 배출됩니다.
그림 1: 수소 압축기 구조의 개략도
1.2 분류
수소 압축기배출량과 배출 압력의 범위에 따라 분류됩니다. 구체적인 범주는 표 1에 나와 있습니다.
표 1: 분류수소 압축기
기본 평면과 실린더 중심선의 상대적 위치를 기준으로,수소 압축기수평 압축기(바닥면이 실린더 중심선과 평행하며 주로 대향형, 단면형, 대칭형 밸런스형 포함), 수직 압축기(바닥면이 실린더 중심선과 수직), 각형 압축기(바닥면이 실린더 중심선 방향과 특정 각도를 이룸)로 나눌 수도 있습니다.
크랭크샤프트의 한쪽에 실린더가 있는 수직 압축기와 수평 압축기는 작은 가스 용량 조건에 적합합니다. 수평 압축기 중에서 대칭형 밸런스 유형이 널리 사용되며 중대형 왕복 압축기에 가장 적합한 선택 중 하나입니다. 이 유형의 압축기는 크랭크샤프트의 양쪽에 여러 개의 실린더가 고르게 분포되어 실린더 중심선 방향과 180도 각도를 형성합니다. 대향형 압축기는 고압 가스 압축 조건에 적합한 반면, 각형 압축기는 소형에서 중형 압축기에 적합합니다. 각형 압축기는 각도에 따라 W형(60도 각도), L형(90도 각도), 팬형(40도 각도) 등 다양한 유형으로 세분화할 수 있습니다.
2. 수소 압축기 모델 및 문자 의미
압축기 구조적 특징, 체적 유량, 작동 압력 및 기타 정보를 신속하게 식별할 수 있도록 하기 위해수소 압축기, 다른 일반적인 화학 동적 장비와 마찬가지로 지정된 모델 번호가 있으며, 각 문자는 다른 의미를 나타냅니다. 수소 압축기 모델의 개략도는 그림 2에 나와 있습니다.
그림 2: 수소 압축기 모델의 개략도
그림 2에서 모델 번호의 끝에 있는 "차이점"은 주로 압축기 유형을 구별하는 데 사용되며, 일반적으로 문자와 숫자의 조합으로 표현됩니다. "압력"은 압축기가 가스를 압축한 후의 공칭 배출 압력의 게이지 압력을 말하며, 표준 대기압에서 측정합니다. "공칭 체적 유량"은 압축기가 배출한 가스의 유량을 말하며, 표준 흡입 위치(압력, 온도, 가스 구성)의 조건에 따라 계산합니다. 수소 압축기의 "구조"와 "특징"은 압축기의 구조와 특정 특성을 나타내며, 각 문자의 의미는 표 2와 표 3에 자세히 나와 있습니다.
표 2: 수소 압축기 구조의 문자와 의미
표 3: 수소 압축기 기능의 문자 및 의미
3. 일반적인 실패 사례수소 압축기
수소 압축기높은 제조 정밀도와 유지 관리 요구 사항이 있습니다. 수소 압축기가 모터 구동으로 작동할 때 크랭크 샤프트는 빠르게 회전하고 앞뒤로 움직입니다. 크랭크 샤프트와 커넥팅 로드의 한쪽 끝은 크로스헤드 구성 요소에 연결되어 있으며, 이 구성 요소는 크랭크 샤프트와 커넥팅 로드의 작용으로 가이드 내에서 왕복하여 궁극적으로 피스톤을 구동하여 수소(또는 수소가 포함된 혼합 가스)를 왕복하고 압축합니다. 그러나 크랭크 샤프트, 커넥팅 로드 및 크로스헤드 구성 요소의 장기간 왕복 중에 이러한 부품은 마모되기 쉽습니다. 심각한 마모는 작동 품질에 영향을 미쳐 수소 압축기의 안전하고 안정적인 작동을 보장하기 위해 유지 관리를 위한 적시 감지 및 종료가 필요할 수 있습니다.
3.1 윤활유 시스템 고장 및 원인 분석
수소 압축기 윤활유 시스템에서 가장 흔한 문제는 낮은 오일 압력입니다. 정상 작동 중에 윤활유는 오일 펌프에 의해 가압되어 1단계 필터로 전달된 다음 외부 윤활유 쿨러와 2단계 필터를 통과하여 세 가지 경로로 나뉩니다. 첫 번째 경로는 압축기 오일 압력 게이지(원격 및 로컬 게이지 포함)로 이동합니다. 두 번째 경로는 윤활을 제공하기 위해 빅엔드 베어링의 작은 섹션에 도달합니다. 세 번째 경로는 오일 압력 리미터 누출을 방지하기 위해 보상 펌프로 이동합니다.
윤활유 시스템의 정상적인 유지관리에서 첫 번째 단계는 각 오일 라인 시스템, 특히 파이프의 정적 밀봉 지점을 시각적으로 검사하는 것입니다. 누출이나 오일 얼룩이 발견되면 누출된 오일 라인을 조여야 합니다. 수소 압축기의 정상적인 작동 중에 윤활유 시스템은 항상 음압 상태이므로 감소된 오일 압력을 감지하기 어렵습니다. 이를 정확하게 확인하려면 오일 라인의 정적 밀봉 지점을 자세히 검사해야 하며 잠재적으로 누출될 수 있는 파이프를 교체하여 잠재적 위험을 제거해야 합니다. 또한 윤활유의 품질을 엄격히 확인해야 합니다. 수분 함량과 금속 이온 수준이 오일 분해를 가속화할 수 있기 때문입니다. 오일의 응축되지 않는 가스 함량이 표준을 초과하면 오일 압력 변동이 발생할 수 있습니다. 윤활유 공급 라인과 2단계 필터 캐비티와 오일 쿨러 사이의 간격을 검사하여 오일 라인의 가스 응축 수준을 평가할 수 있습니다. 간격이 클수록 응축이 더 많음을 나타냅니다. 응축의 두 가지 일반적인 이유는 다음과 같습니다. (1) 윤활유는 외부 공기에 대해 어느 정도 용해성이 있어 소량의 공기 용해를 피하기 어렵습니다. (2) 2단계 오일 압력 제한 장치는 소량의 공기와 혼합된 오일을 반환하여 거품을 형성하고 이것이 축적되어 간극을 증가시킵니다. 이 문제를 해결하려면 반환 오일 파이프 출구를 윤활유 필터 흡입구의 맨 끝에 최대한 가깝게 배치하여 파이프라인에 거품이 집중되는 것을 방지해야 합니다.
3.2 가스 밸브, 밸브 플레이트 고장 및 유지 관리 분석
일반적으로,수소 압축기대기 장치로 전환하고 3~6개월마다 유지관리 또는 검사를 받아야 합니다. 밸브 플레이트는 탄소 축적, 오일 슬러지 축적 또는 먼지가 발생하기 쉽고 가스 밸브 스프링이 파손될 수 있으므로 가스 밸브에 특별한 주의를 기울여야 합니다. 가스 밸브 압력 캡에는 여러 개의 상단 나사가 있습니다. 유지관리하는 동안 이러한 나사를 풀어 깨끗한 용기나 먼지 없는 천에 넣어야 합니다. 그런 다음 가스 밸브 압력 캡 상단의 볼트와 너트를 풀어 실린더에서 가스가 새지 않을 때까지 두 개의 대각선 볼트와 너트를 그대로 둔 다음 모두 제거합니다. 마지막으로 압력 캡과 밸브 플레이트 프레스 캡을 제거하고 밸브 플레이트를 조심스럽게 빼내고 재료 검사를 위해 가능한 오일 얼룩이나 슬러지를 청소합니다. 모든 가스 밸브는 설치 전에 질소로 압력 테스트를 실시하여 누출이 없는지 확인해야 합니다. 밸브 플레이트 고장 분석 및 취급 방법에 대한 자세한 내용은 표 4에 나와 있습니다.
표 4: 밸브 플레이트 고장 분석 및 취급 방법
3.3 실린더 블록
실린더 벽의 매끄러움과 윤활은 매우 중요합니다. 피스톤이 실린더 내에서 빠르게 왕복하기 때문에 수소에 먼지나 입자상 물질이 포함되어 있으면 실린더 벽이 긁히거나 홈이 생겨 잠재적으로 실린더가 고장날 수 있습니다. 긁힘이나 홈이 사소하면 반원형 숫돌을 사용하여 매끈하게 다듬을 수 있습니다. 홈의 길이가 실린더 원주의 1/4을 초과하고 홈 너비가 3mm를 초과하고 깊이가 0.4mm를 초과하는 심각한 긁힘이나 홈의 경우 실린더를 보링해야 합니다. 보링은 심각한 마모에 대한 일반적인 치료법으로, 실린더 직경을 약간 늘리지만 원래 설계 직경의 2%를 초과하지 않고 벽 두께 감소는 원래 두께의 1/12를 초과하지 않습니다. 보링 후 적절한 간극을 보장하기 위해 새로운 실린더 직경과 일치하는 피스톤과 피스톤 링을 선택합니다.
3.4 크로스헤드 및 커넥팅로드
크로스헤드는 일반적으로 고품질 탄소 또는 합금강으로 단조되어 높은 강도와 강성을 제공합니다. 피스톤 로드의 하단을 커넥팅 로드의 작은 엔드 베어링에 연결하여 피스톤에서 커넥팅 로드와 크랭크샤프트로 힘을 전달합니다. 커넥팅 로드는 피스톤의 왕복 운동을 크랭크샤프트의 회전 운동으로 변환합니다. 크로스헤드, 크로스헤드 핀, 슬라이드 플레이트 및 가이드 레일은 모두 크로스헤드 어셈블리로 알려져 있으며 고압으로 인해 균열이 발생하기 쉽습니다.
크로스헤드 교체:
중간 시트가 본체에서 제거된 경우, 크로스헤드는 연결 플랜지에서 제거하여 교체할 수 있습니다. 중간 시트가 본체와 일체형인 경우, 크로스헤드 교체는 본체의 측정 구멍을 통해 수행할 수 있습니다.
창문을 교체할 때는 크로스헤드를 창문 중앙(즉, 크로스헤드 슬라이드 경로의 중앙)으로 옮긴 다음, 축을 따라 90도 회전하여 위쪽과 아래쪽 슬라이드 경로를 창문의 두 측면에 맞춘 다음, 창문 밖으로 평행하게 옮겨 수리하고 교체합니다.
수리 시 슬라이드 경로 작업 표면이 손상되지 않도록 주의하고 가이드 포트에 맞추고, 여유 공간이 지정된 요구 사항을 충족하는지 확인하세요.
커넥팅 로드의 대형 엔드 베어링 교체:
(1) 크랭크샤프트 저널을 상단에 위치시키기 위해 회전장치를 사용하여 고정하여 미끄러짐 및 사고를 방지합니다.
(2)먼저 하부에서 커넥팅로드 볼트를 제거하고 리프팅 링 나사를 사용하여 커넥팅로드 캡을 매달고, 상부 커넥팅로드 볼트를 제거하고 리프팅 링 나사와 함께 캡과 베어링을 들어 올립니다.
(3)회전장치로 크랭크샤프트를 천천히 회전시켜 커넥팅로드를 크랭크샤프트 저널에서 분리하고 커넥팅로드를 제거하여 교체한다.
(4) 커넥팅로드 빅엔드 베어링을 쌍으로 교체합니다.
(5)연결봉볼트에 대한 비파괴검사를 실시한다.
(6) 현재 커넥팅로드 빅엔드 베어링은 일반적으로 표준 박벽 베어링으로 스크래핑이 필요하지 않습니다. 빅엔드 베어링의 클리어런스는 설계 요구 사항을 엄격히 충족해야 합니다.
연결봉의 작은 끝 베어링 교체:
(1) 먼저 위치 핀 클램핑 너트를 제거하고 위치 핀을 꺼냅니다. 둥근 막대를 사용하여 크로스 헤드 핀을 한쪽 끝에서 밀어내어 크로스 헤드와 커넥팅 로드를 분리합니다. 그런 다음 엔진 커버에서 커넥팅 로드를 제거하고 슬라이드 경로를 보호하면서 소형 엔드 베어링 교체를 진행합니다.
(2) 교체시에는 기존 베어링을 커넥팅로드 소단에서 눌러 빼내고 새로운 베어링을 눌러 넣어주세요.
3.5 크랭크샤프트
메인 저널과 크랭크 샤프트 저널의 테이퍼 및 타원은 다음과 같아야 합니다.<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.
메인 베어링 교체:
(1)기계 본체의 측면 커버와 엔드 측면 커버를 제거하고 크랭크 샤프트와 모터 연결부를 분리합니다. 그런 다음 윤활유 파이프와 메인 베어링 커버를 풀어 메인 베어링 하부 쉘을 제거합니다.
(2) 적절한 위치(균형을 유지)에서 크랭크 샤프트 아래에 잭을 놓고 크랭크 샤프트를 약 0.1–0.2mm 들어올린 다음 원형 막대나 기타 적합한 도구를 사용하여 베어링 시트에서 메인 베어링 하부 셸을 제거합니다. 마찬가지로 새 하부 셸을 베어링 시트에 삽입합니다.
(3)새로운 메인 베어링 상부 셸과 커버를 베어링 시트에 설치하고 필요에 따라 베어링 볼트를 고정합니다.
(4) 쌍으로 제작된 메인 베어링은 쌍으로 교체해야 합니다.
(5) 두꺼운 벽 베어링의 경우 shim을 사용하여 큰 엔드 베어링과 크랭크샤프트 저널 사이의 클리어런스를 조정합니다. 얇은 벽 베어링의 경우 클리어런스가 너무 작으면 긁어내고 너무 크면 교체합니다.
(6) 리드압력법을 사용하여 반경방향 간극을 측정하고, 촉침게이지를 사용하거나 베어링 구멍과 샤프트의 직경을 빼서 축방향 간극을 측정합니다.
(7) 반경방향 클리어런스는 저널 직경의 0.8‰–1.2‰이어야 합니다.
(8) 설계 특정 요구 사항에 대해서는 메인 베어링 간극이 압축기 설계 값을 엄격히 따라야 합니다.
4. 결론
수소를 원료로 사용하는 화학 생산 공정에서 수소 압축기는 화학 반응의 핵심 장비입니다. 따라서 예비 장치에 대한 정기적인 점검과 백업 압축기로 전환한 후 제조업체 요구 사항에 따른 유지보수 작업을 포함하여 잘 계획된 유지보수 일정을 수립해야 합니다. 또한 윤활유 시스템을 정기적으로 점검하고 1차 및 2차 필터를 청소해야 합니다. 검사 중에 청진기를 사용하여 다양한 압축기 세그먼트에서 비정상적인 소리가 나는지 확인하여 주철 실린더 블록, 크랭크 샤프트, 커넥팅 로드 등이 정상적으로 작동하는지 확인합니다. 이 논문에서는 작동 원리, 분류 및 일반적인 실패를 분석하고 요약합니다.수소 압축기화학 산업에 대한 운영 지침을 제공하고 운영, 관리 및 유지 보수 수준을 개선합니다.수소 압축기안정적인 운영을 보장하고, 가동 중지로 인한 손실을 줄이며, 기업의 경제적 이익을 극대화합니다.
부인 성명:
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