Kesalahan Umum dan AnalisisnyaKompresor Hidrogen
Abstrak:
Kompresor hidrogenmemainkan peran penting dalam proses seperti penyulingan minyak bumi dan pengangkutan gas sintesis metanol dalam industri kimia batu bara. Jika kompresor hidrogen tidak berfungsi dengan baik, hal itu dapat menyebabkan penghentian pabrik atau bahkan kebocoran gas, kebakaran, dan ledakan, yang menyebabkan kerugian ekonomi yang signifikan. Makalah ini berfokus pada kompresor piston yang digunakan untuk mengangkut gas hidrogen, memberikan analisis terperinci tentang masalah operasional umum dan menawarkan rekomendasi perawatan yang sesuai. Wawasan ini bertujuan untuk membantu manajer keselamatan dan operator peralatan di perusahaan kimia.
Dalam proses kimia berskala besar, banyak reaksi gas-gas, gas-cair, atau gas-padat memerlukan kondisi tekanan tinggi, sehingga kompresor banyak digunakan. Di antara semua itu, kompresor piston adalah salah satu jenis yang paling umum. Kompresor piston menawarkan efisiensi kompresi tinggi dan kemampuan adaptasi yang kuat, dan dapat dirancang untuk aplikasi tekanan rendah, sedang, tinggi, dan sangat tinggi (lebih dari 350 MPa). Pada kecepatan putar konstan, volume pembuangan kompresor piston tetap relatif stabil meskipun terjadi fluktuasi tekanan pembuangan. Akan tetapi, kompresor piston memiliki struktur yang kompleks dan banyak komponen, sehingga rentan terhadap kerusakan jika tidak dioperasikan atau dirawat dengan benar.
Dalam industri kimia, untuk memastikan perkembangan normal reaksi kimia menggunakan hidrogen sebagai bahan baku, hidrogen biasanya dikompresi hingga mencapai tekanan tinggi, sehingga memerlukan penggunaan kompresor piston yang dirancang terutama untuk pengangkutan hidrogen. Misalnya, dalam industri sintesis amonia, tekanan masuk campuran hidrogen-nitrogen adalah 0,03 MPa, dan setelah 6-7 tahap kompresi, tekanan pembuangan akhir mencapai 31,4 MPa. Dalam proses produksi gas sintesis metanol dalam industri kimia batu bara, tekanan masuk campuran hidrogen dan karbon dioksida adalah 2,5 MPa, dan setelah beberapa tahap kompresi, tekanan pembuangan akhir mencapai 5-10 MPa (metode tekanan rendah) atau 35 MPa (metode tekanan tinggi).
1.Prinsip Kerja dan KlasifikasiKompresor Hidrogen
1.1 Prinsip Kerja
Struktur kompresor hidrogen relatif rumit, dengan diagram skematiknya ditunjukkan pada Gambar 1. Komponen utama meliputi silinder besi cor, liner silinder besi cor, kepala silinder besi cor, poros engkol besi cor, batang penghubung, crosshead (termasuk slide crosshead), pengepakan, piston (termasuk ring piston), ring pengikis oli, batang penghubung piston baja tahan karat, dan katup gas baja tahan karat. Selain itu, ada beberapa perangkat tambahan seperti filter gas, buffer, dan pipa oli pelumas.
Mirip dengan kompresor resiprokal lainnya, kompresor hidrogen melibatkan tiga proses utama: pemasukan, kompresi, dan pembuangan. Digerakkan oleh motor listrik, poros engkol menggerakkan kepala silinder, batang penghubung piston, dan piston maju mundur di dalam silinder. Gas dikompresi oleh piston dan akhirnya dikeluarkan melalui katup gas.
Gambar 1: Diagram Skema Struktur Kompresor Hidrogen
1.2 Klasifikasi
Kompresor hidrogendiklasifikasikan berdasarkan rentang volume pembuangan dan tekanan pembuangan. Kategori spesifik ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1: KlasifikasiKompresor Hidrogen
Berdasarkan posisi relatif bidang dasar dan garis tengah silinder,kompresor hidrogenDapat juga dibagi menjadi kompresor horizontal (bidang dasar sejajar dengan garis tengah silinder, terutama termasuk tipe berlawanan, tipe satu sisi, dan tipe keseimbangan simetris), kompresor vertikal (bidang dasar tegak lurus dengan garis tengah silinder), dan kompresor sudut (bidang dasar membentuk sudut tertentu dengan arah garis tengah silinder).
Kompresor vertikal dan kompresor horizontal dengan silinder di satu sisi poros engkol cocok untuk kondisi volume gas kecil. Di antara kompresor horizontal, tipe keseimbangan simetris banyak digunakan dan merupakan salah satu pilihan terbaik untuk kompresor resiprokal sedang dan besar. Tipe kompresor ini memiliki beberapa silinder yang didistribusikan secara merata di kedua sisi poros engkol, membentuk sudut 180 derajat dengan arah garis tengah silinder. Kompresor yang berlawanan cocok untuk kondisi kompresi gas bertekanan tinggi, sedangkan kompresor sudut cocok untuk kompresor berukuran kecil hingga sedang. Kompresor sudut dapat dibagi lagi menjadi berbagai tipe berdasarkan sudutnya, seperti tipe W (sudut 60 derajat), tipe L (sudut 90 derajat), dan tipe kipas (sudut 40 derajat), dan lain-lain.
2.Model Kompresor Hidrogen dan Arti Hurufnya
Untuk memudahkan identifikasi cepat fitur struktural kompresor, laju aliran volumetrik, tekanan kerja, dan informasi lainnya,kompresor hidrogen, seperti peralatan kimia dinamis umum lainnya, memiliki nomor model yang ditetapkan, dengan setiap huruf mewakili makna yang berbeda. Diagram skematik model kompresor hidrogen ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2: Diagram Skema Model Kompresor Hidrogen
Pada Gambar 2, "perbedaan" di akhir nomor model terutama digunakan untuk membedakan antara jenis kompresor, yang umumnya diwakili oleh kombinasi huruf dan angka. "Tekanan" mengacu pada tekanan pengukur tekanan pelepasan nominal setelah gas dikompresi oleh kompresor, diukur pada tekanan atmosfer standar. "Laju aliran volumetrik nominal" mengacu pada laju aliran gas yang dilepaskan oleh kompresor, dihitung berdasarkan kondisi pada posisi hisap standar (tekanan, suhu, komposisi gas). "Struktur" dan "fitur" kompresor hidrogen mewakili struktur dan karakteristik khusus kompresor, dengan makna setiap huruf dirinci dalam Tabel 2 dan 3.
Tabel 2: Huruf dan Arti Struktur Kompresor Hidrogen
Tabel 3: Huruf dan Arti Fitur Kompresor Hidrogen
3.Kegagalan UmumKompresor Hidrogen
Kompresor hidrogenmemiliki presisi produksi dan persyaratan perawatan yang tinggi. Ketika kompresor hidrogen beroperasi di bawah penggerak motor, poros engkol berputar cepat dan bergerak maju mundur. Salah satu ujung poros engkol dan batang penghubung terhubung ke komponen crosshead, yang juga bergerak maju mundur di dalam pemandu di bawah aksi poros engkol dan batang penghubung, yang pada akhirnya menggerakkan piston untuk bergerak maju mundur dan memampatkan hidrogen (atau gas campuran yang mengandung hidrogen). Namun, selama gerakan maju mundur yang berkepanjangan dari komponen poros engkol, batang penghubung, dan crosshead, komponen-komponen ini rentan terhadap keausan. Keausan yang parah dapat memengaruhi kualitas operasional, sehingga memerlukan deteksi dan penghentian tepat waktu untuk perawatan guna memastikan pengoperasian kompresor hidrogen yang aman dan stabil.
3.1 Kegagalan Sistem Oli Pelumas dan Analisis Penyebabnya
Masalah yang paling umum dengan sistem oli pelumas kompresor hidrogen adalah tekanan oli rendah. Selama pengoperasian normal, oli pelumas diberi tekanan oleh pompa oli dan disalurkan ke filter tahap pertama, kemudian melewati pendingin oli pelumas eksternal dan filter tahap kedua, dan dibagi menjadi tiga rute. Rute pertama menuju pengukur tekanan oli kompresor (termasuk pengukur jarak jauh dan lokal); rute kedua mencapai bagian kecil bantalan ujung besar untuk menyediakan pelumasan; dan rute ketiga menuju pompa kompensasi untuk mencegah kebocoran pembatas tekanan oli.
Dalam perawatan normal sistem oli pelumas, langkah pertama adalah memeriksa secara visual setiap sistem saluran oli, terutama titik penyegel statis di dalam pipa. Jika ditemukan kebocoran atau noda oli, saluran oli yang bocor harus dikencangkan. Selama pengoperasian normal kompresor hidrogen, sistem oli pelumas selalu dalam keadaan tekanan negatif, sehingga sulit mendeteksi tekanan oli yang berkurang. Untuk menentukan hal ini secara akurat, diperlukan pemeriksaan terperinci terhadap titik penyegel statis pada saluran oli, dan setiap pipa yang berpotensi bocor harus diganti untuk menghilangkan potensi risiko. Selain itu, kualitas oli pelumas perlu diperiksa secara ketat, karena kadar air dan kadar ion logam dapat mempercepat degradasi oli. Jika kadar gas yang tidak dapat dikondensasikan dalam oli melebihi standar, fluktuasi tekanan oli dapat terjadi. Dengan memeriksa saluran pasokan oli pelumas dan celah antara rongga filter tahap kedua dan pendingin oli, seseorang dapat menilai tingkat kondensasi gas di saluran oli—celah yang lebih besar menunjukkan lebih banyak kondensasi. Dua alasan umum terjadinya kondensasi adalah: (1) oli pelumas memiliki kelarutan tertentu terhadap udara luar, sehingga sulit untuk menghindari sedikit pelarutan udara; (2) perangkat pembatas tekanan oli tahap kedua mengembalikan oli yang tercampur dengan sedikit udara, membentuk busa, yang terakumulasi dan meningkatkan celah. Untuk mengatasi masalah ini, saluran keluar pipa oli balik harus diposisikan sedekat mungkin dengan ujung terjauh dari saluran masuk filter oli pelumas untuk mencegah konsentrasi busa di dalam pipa.
3.2 Analisis Kegagalan Katup Gas, Pelat Katup dan Pemeliharaan
Khas,kompresor hidrogenharus beralih ke unit siaga dan menjalani perawatan atau pemeriksaan setiap 3 hingga 6 bulan. Perhatian khusus harus diberikan pada katup gas, karena pelat katup rentan terhadap penumpukan karbon, akumulasi lumpur oli, atau debu, dan pegas katup gas dapat pecah. Tutup tekanan katup gas memiliki beberapa sekrup atas; selama perawatan, sekrup ini harus dilonggarkan dan ditempatkan dalam wadah bersih atau kain bebas debu. Kemudian, baut dan mur di bagian atas tutup tekanan katup gas harus dilonggarkan, biarkan dua baut dan mur diagonal sampai tidak ada gas yang keluar dari silinder, lalu lepaskan semuanya. Terakhir, lepaskan tutup tekanan dan tutup tekan pelat katup, tarik pelat katup dengan hati-hati, dan bersihkan kemungkinan noda oli atau lumpur untuk pemeriksaan material. Semua katup gas harus diuji tekanan dengan nitrogen sebelum pemasangan untuk memastikan tidak ada kebocoran. Rincian tentang analisis kegagalan pelat katup dan metode penanganan ditunjukkan pada Tabel 4.
Tabel 4: Analisis Kegagalan Pelat Katup dan Metode Penanganannya
3.3 Blok Silinder
Kehalusan dan pelumasan dinding silinder sangat penting. Karena piston bergerak cepat di dalam silinder, jika hidrogen mengandung debu atau partikel, dinding silinder dapat tergores atau beralur, yang berpotensi menyebabkan kegagalan silinder. Jika goresan atau alurnya kecil, goresan atau alur tersebut dapat dihaluskan menggunakan batu asah setengah lingkaran. Untuk goresan atau alur yang lebih parah, di mana panjang alur melebihi 1/4 keliling silinder dan lebar alur lebih besar dari 3 mm dan kedalaman lebih besar dari 0.4 mm, diperlukan pemboran silinder. Pemboran adalah penanganan umum untuk keausan parah, dengan sedikit meningkatkan diameter silinder, tetapi tidak melebihi 2% dari diameter desain asli, dengan pengurangan ketebalan dinding tidak melebihi 1/12 dari ketebalan asli. Setelah pemboran, pilih piston dan ring piston yang sesuai dengan diameter silinder baru untuk memastikan jarak bebas yang tepat.
3.4 Crosshead dan Batang Penghubung
Crosshead biasanya ditempa dari baja karbon atau baja paduan berkualitas tinggi, yang memberikan kekuatan dan kekakuan tinggi. Crosshead menghubungkan ujung bawah batang piston ke bantalan ujung kecil batang penghubung, yang menyalurkan gaya dari piston ke batang penghubung dan poros engkol. Batang penghubung mengubah gerakan bolak-balik piston menjadi gerakan rotasi poros engkol. Crosshead, pin crosshead, pelat geser, dan rel pemandu secara kolektif dikenal sebagai rakitan crosshead dan rentan retak karena tekanan tinggi.
Mengganti Crosshead:
Jika dudukan tengah telah dilepas dari bodi, crosshead dapat diganti dengan melepasnya dari flens sambungan. Jika dudukan tengah menyatu dengan bodi, penggantian crosshead dapat dilakukan melalui lubang pengukuran di bodi.
Selama penggantian jendela, pindahkan crosshead ke bagian tengah jendela (yaitu, bagian tengah lintasan geser crosshead), putar 90 derajat sepanjang sumbu untuk menyejajarkan lintasan geser atas dan bawah dengan kedua sisi jendela, dan kemudian gerakkan secara paralel keluar jendela untuk perbaikan dan penggantian.
Saat memperbaiki, hindari kerusakan pada permukaan kerja jalur geser, sejajarkan dengan port pemandu, dan pastikan jarak bebas memenuhi persyaratan yang ditentukan.
Mengganti Bantalan Ujung Besar Batang Penghubung:
(1)Gunakan alat pemutar untuk memposisikan jurnal poros engkol di bagian atas dan kencangkan untuk mencegah tergelincir dan kecelakaan.
(2) Pertama, lepaskan baut batang penghubung dari bagian bawah, gunakan sekrup cincin pengangkat untuk menangguhkan tutup batang penghubung, kemudian lepaskan baut batang penghubung atas, dan angkat tutup dan bantalan bersama-sama dengan sekrup cincin pengangkat.
(3) Putar poros engkol secara perlahan dengan alat pemutar untuk memisahkan batang penghubung dari jurnal poros engkol dan lepaskan batang penghubung untuk penggantian.
(4)Ganti bantalan ujung besar batang penghubung secara berpasangan.
(5)Lakukan pengujian non-destruktif pada baut batang penghubung.
(6)Saat ini, bantalan ujung besar batang penghubung biasanya berupa bantalan berdinding tipis standar, yang tidak memerlukan pengikisan. Jarak bebas bantalan ujung besar harus benar-benar memenuhi persyaratan desain.
Mengganti Bantalan Ujung Kecil Batang Penghubung:
(1) Pertama, lepaskan mur penjepit pin posisi dan keluarkan pin posisi. Gunakan batang bundar untuk mendorong pin crosshead keluar dari salah satu ujung untuk memisahkan crosshead dari batang penghubung. Kemudian, lepaskan batang penghubung dari penutup mesin dan lanjutkan dengan penggantian bantalan ujung kecil, yang melindungi jalur geser.
(2)Selama penggantian, tekan bantalan lama keluar dari ujung kecil batang penghubung dan tekan bantalan baru.
3.5 Poros engkol
Kemiringan dan ovalitas jurnal utama dan jurnal poros engkol harus<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.
Mengganti Bantalan Utama:
(1)Lepaskan penutup samping badan mesin dan penutup sisi ujung, lalu pisahkan sambungan poros engkol dan motor. Kemudian, kendurkan pipa oli pelumas dan penutup bantalan utama untuk melepaskan cangkang bawah bantalan utama.
(2) Letakkan dongkrak di bawah poros engkol pada posisi yang sesuai (jaga agar tetap seimbang), naikkan poros engkol sekitar 0.1–0.2 mm, dan gunakan batang bundar atau alat lain yang sesuai untuk melepaskan cangkang bawah bantalan utama dari dudukan bantalan. Demikian pula, masukkan cangkang bawah yang baru ke dudukan bantalan.
(3)Pasang cangkang atas bantalan utama baru dan penutupnya ke dudukan bantalan dan kencangkan baut bantalan sesuai kebutuhan.
(4) Bantalan utama yang dibuat berpasangan harus diganti secara berpasangan.
(5)Setel jarak bebas antara bantalan ujung besar dan jurnal poros engkol menggunakan ganjal untuk bantalan berdinding tebal. Untuk bantalan berdinding tipis, kikis jika jarak bebasnya terlalu kecil; ganti jika terlalu besar.
(6) Ukur jarak bebas radial menggunakan metode tekanan timah dan jarak bebas aksial menggunakan pengukur feeler atau kurangi diameter lubang bantalan dan poros.
(7)Jarak radial harus 0.8‰–1.2‰ dari diameter jurnal.
(8)Untuk persyaratan khusus desain, jarak bebas bantalan utama harus benar-benar mengikuti nilai desain kompresor.
4. Kesimpulan
Dalam proses produksi kimia yang menggunakan hidrogen sebagai bahan baku, kompresor hidrogen merupakan bagian inti dari peralatan untuk reaksi kimia. Oleh karena itu, jadwal perawatan yang terencana dengan baik harus ditetapkan, termasuk pemeriksaan rutin pada unit siaga dan pekerjaan perawatan mengikuti persyaratan pabrikan setelah beralih ke kompresor cadangan. Selain itu, sistem oli pelumas harus diperiksa secara teratur, dan filter primer dan sekunder harus dibersihkan. Selama pemeriksaan, gunakan stetoskop untuk memeriksa suara abnormal di berbagai segmen kompresor untuk menentukan apakah blok silinder besi cor, poros engkol, batang penghubung, dll., berfungsi normal. Makalah ini menganalisis dan merangkum prinsip kerja, klasifikasi, dan kegagalan umum kompresor.kompresor hidrogen, menyediakan panduan operasional untuk industri kimia, meningkatkan tingkat operasi, manajemen, dan pemeliharaankompresor hidrogen, memastikan operasi yang stabil, mengurangi kerugian waktu henti, dan memaksimalkan manfaat ekonomi bagi perusahaan.
Penafian:
1. Beberapa informasi grafis dan tekstual bersumber dari internet dan akun resmi WeChat, dengan tujuan untuk berbagi informasi lebih lanjut.
2. Informasi yang diberikan hanya untuk tujuan pembelajaran dan referensi dan tidak menyiratkan dukungan terhadap pandangan yang diungkapkan. Tidak ada jaminan yang diberikan mengenai keakuratan, keandalan, atau kelengkapan informasi.
3. Jika ada masalah terkait konten, hak cipta, atau masalah lainnya, silakan hubungi kami dalam waktu 30 hari untuk penghapusan.