電爐尾氣循環(huán)風(fēng)機(jī)的氣密性及防爆性設(shè)計(jì)

張俊芳李曉強(qiáng)侯秀麗（.沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)通風(fēng)設(shè)備有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 04；.沈陽(yáng)遠(yuǎn)大鋁業(yè)工程有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 00；.沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 0869）

電爐尾氣循環(huán)風(fēng)機(jī)的氣密性及防爆性設(shè)計(jì)

張俊芳1李曉強(qiáng)2侯秀麗3
（1.沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)通風(fēng)設(shè)備有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110141；2.沈陽(yáng)遠(yuǎn)大鋁業(yè)工程有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110023；3.沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110869）

摘 要：電爐尾氣系統(tǒng)是對(duì)電爐產(chǎn)生的富含一氧化碳?xì)怏w及可燃?xì)怏w進(jìn)行清洗和冷卻，此系統(tǒng)中應(yīng)用的電爐尾氣循環(huán)風(fēng)機(jī)是將一部分被冷卻凈化的尾氣循環(huán)至電爐尾氣風(fēng)機(jī)上游，用于稀釋冷卻從電爐出來(lái)的尾氣。由于此風(fēng)機(jī)工作介質(zhì)為有毒有害及易燃易爆氣體，在風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上要求保證風(fēng)機(jī)100%氣密，并在使用期限內(nèi)保持零泄漏，正常運(yùn)行期間所用可能火源都必須從內(nèi)部清除，本文針對(duì)使用現(xiàn)場(chǎng)對(duì)風(fēng)機(jī)的零泄漏及防爆的要求，提出解決措施。

關(guān)鍵詞：電爐尾氣；離心風(fēng)機(jī)；氣密性；零泄漏；防火花；防爆

1 引言

2011年我公司為某鹽湖項(xiàng)目生產(chǎn)制造了十臺(tái)電爐尾氣循環(huán)風(fēng)機(jī)，鑒于此風(fēng)機(jī)在整個(gè)電爐尾氣系統(tǒng)中輸送的工藝氣體為易燃易爆、有毒有害性氣體，所以要求風(fēng)機(jī)零泄漏、防火花防爆，給風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)制造帶來(lái)了極大困難。

2 電爐尾氣循環(huán)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)

場(chǎng)地條件：典型的大陸性寒旱氣候，海拔高度2686m，高環(huán)境溫度，熱輻射、粉塵和大氣腐蝕性環(huán)境.

性能參數(shù)：電爐尾氣循環(huán)風(fēng)機(jī)輸送的工藝性氣體成分（濕體積百分比）：一氧化碳75%~85% 甲烷0%~5% 二氧化碳0%~2% 氮?dú)?%~20% 硫化氫0%~0.05%。設(shè)計(jì)點(diǎn)流量29920m3/h、全壓升7157Pa、入口溫度60℃、入口氣體密度0.721kg/m3。

結(jié)構(gòu)參數(shù)：?jiǎn)渭?jí)離心式懸臂支撐，葉輪為后向直葉片形式直徑1600mm，葉輪采用高強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)鋼焊接，風(fēng)機(jī)主軸材料為合金結(jié)構(gòu)鋼，轉(zhuǎn)子的最小臨界轉(zhuǎn)速為風(fēng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速的140%，，風(fēng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器由變頻電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，流量調(diào)節(jié)方式：變頻調(diào)速調(diào)節(jié)。

3 關(guān)鍵性工藝要求

本規(guī)范中的風(fēng)機(jī)作為工藝必不可少的一部分，出現(xiàn)任何停機(jī)時(shí)間都將影響到工藝線的中斷及生產(chǎn)損失。因此高可用性及可靠性是至關(guān)重要的。所有風(fēng)機(jī)必須可以一年365天、每天24小時(shí)安全高效的運(yùn)行，同時(shí)應(yīng)滿足數(shù)據(jù)表中的要求。所有風(fēng)機(jī)都必須額定“零泄漏”，風(fēng)機(jī)100%氣密，并在使用期限內(nèi)保持零泄漏，在距風(fēng)機(jī)1米處一氧化碳的檢測(cè)濃度要始終保持限值（限值=50PPMV）的25%以下。而且由于氣體中含有一氧化碳及甲烷等易燃易爆氣體，正常運(yùn)行期間，所有可能火源都必須從內(nèi)部清除，并密封或隔離。風(fēng)機(jī)的構(gòu)造應(yīng)確保傳動(dòng)軸在移動(dòng)過(guò)程中不會(huì)使風(fēng)機(jī)的兩個(gè)鐵質(zhì)部件摩擦或碰撞產(chǎn)生火花。

4 密封措施

4.1機(jī)殼的密封：機(jī)殼為碳鋼整體全焊透重型焊接結(jié)構(gòu)，鋼板厚度為12mm，機(jī)殼設(shè)計(jì)壓力為30kPa，在工藝氣體和大氣之間起到密封作用的焊縫采用全熔透焊接，外殼采用整體不分塊的結(jié)構(gòu)。機(jī)殼不在中分面上開法蘭，采用前蓋板結(jié)構(gòu)，在機(jī)殼前蓋板上開直徑大于葉輪直徑的大孔；在機(jī)殼的后蓋板上開大的軸端密封孔，要求密封孔的直徑大于軸承箱最大外緣尺寸，這樣在檢修時(shí)拆掉前蓋板、進(jìn)風(fēng)口及軸端密封，將葉輪、輪轂及軸承組一起從機(jī)殼前端移出，以滿足拆卸要求。風(fēng)機(jī)外殼盡可能采用焊接組裝，以減少機(jī)殼開瓣，減少泄漏源，按照這一配置設(shè)計(jì)和制造的特殊風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)，減少了安裝墊片的區(qū)域從而降低泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。

需要墊圈密封的所有法蘭或開口均進(jìn)行機(jī)加工，以確保平直度。機(jī)殼及進(jìn)風(fēng)口等組焊件要高溫消應(yīng)力后再機(jī)械加工法蘭面，組焊件進(jìn)爐加熱到300℃以釋放焊接件內(nèi)部的焊接應(yīng)力，避免組焊件焊后由于應(yīng)力釋放而發(fā)生變形，影響法蘭面的平行度及垂直度，焊后機(jī)加工以形成齊平密封面，材料達(dá)到Ra=3.2公差的機(jī)加工等級(jí)，同時(shí)還要保證法蘭的平整，法蘭的最高點(diǎn)與最低點(diǎn)的高度差不超過(guò)0.5mm。

機(jī)殼前蓋板上與進(jìn)風(fēng)口連接的法蘭、機(jī)殼后蓋板上與軸封連接的法蘭以及機(jī)殼出口與管道之間的連接法蘭，都采用較厚的鋼板制造并強(qiáng)化，以確保風(fēng)機(jī)使用期間在各種溫度循環(huán)下都能保持法蘭的方向和平滑度。所有外殼和法蘭都采用大型量規(guī)和優(yōu)質(zhì)碳鋼制造。而且在厚鋼板連接法蘭上開的螺紋孔均為盲孔，這樣法蘭通過(guò)螺栓連接后，能避免氣體通過(guò)螺紋孔處泄露。且法蘭采用二臺(tái)即在螺栓連接面內(nèi)側(cè)法蘭起一臺(tái)，這樣可以減少密封面的接觸面積，提高密封精度，同時(shí)在法蘭連接面處加石墨密封條，通過(guò)擰緊連接螺栓來(lái)擠壓石墨密封條（擠壓前厚度3mm，擠壓后厚度1.5mm）達(dá)到加強(qiáng)密封的目的。

4.2 軸口處氮?dú)饷芊猓簷C(jī)殼出軸口處采用沖氮?dú)馓辑h(huán)密封裝置，在以HT200為材質(zhì)鑄造的密封體內(nèi)開梳齒式內(nèi)環(huán)槽，槽寬6mm深15mm。在內(nèi)環(huán)槽內(nèi)嵌入2mm厚的石墨碳環(huán)，碳環(huán)內(nèi)孔與接觸處軸采用過(guò)渡配合，碳環(huán)采用拉彈簧固定于槽內(nèi)，同時(shí)在密封體上開孔接入氮?dú)庠摧o以氮?dú)鉀_壓密封，最終保證軸口處零泄漏。

5 防火花防爆措施

進(jìn)風(fēng)口與葉輪進(jìn)口部位設(shè)有鋁板，以避免進(jìn)風(fēng)口與葉輪之間摩擦產(chǎn)生火花。葉輪內(nèi)壁與進(jìn)風(fēng)口外徑在徑向單側(cè)間隙3mm~4mm，進(jìn)風(fēng)口含進(jìn)葉輪一部分，這種結(jié)構(gòu)可以保證氣流由進(jìn)風(fēng)口流入葉輪時(shí)減少漏風(fēng)量，提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率。由于進(jìn)風(fēng)口與葉輪安裝后的軸向及徑向間隙較小，且進(jìn)風(fēng)口與葉輪由于存在加工及安裝上的誤差以及運(yùn)行變形等，風(fēng)機(jī)運(yùn)行中易產(chǎn)生定子件進(jìn)風(fēng)口與轉(zhuǎn)子件葉輪的刮碰而摩擦打火，采取在進(jìn)風(fēng)口口圈部位外緣貼一層3mm厚的鋁板，鋁板采用抽芯鋁鉚釘鉚接在進(jìn)風(fēng)口口圈上，從而保證在風(fēng)機(jī)運(yùn)行期間不會(huì)出現(xiàn)兩鐵件摩擦打火而引起易燃?xì)怏w爆炸。聯(lián)軸器護(hù)罩采用鋼板內(nèi)側(cè)鉚接鋁板結(jié)構(gòu)確保聯(lián)軸器與護(hù)罩不摩擦生火花。

6 風(fēng)機(jī)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)及氣密性檢驗(yàn)

機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)：風(fēng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下連續(xù)運(yùn)行1小時(shí)，檢測(cè)軸承箱水平方向和垂直方向上的振動(dòng)速度有效值均小于4.0mm/s，檢測(cè)軸承溫升小于40℃。泄漏測(cè)試：所有的全溶透密封焊縫都進(jìn)行無(wú)損探測(cè)，組裝風(fēng)機(jī)機(jī)殼和法蘭（軸開口處進(jìn)行沖壓處理）接受肥皂泡沫測(cè)試，完全裝配好的風(fēng)機(jī)采用空氣進(jìn)行加壓測(cè)試，直至達(dá)到機(jī)械設(shè)計(jì)壓力，并保持一小時(shí)，在整個(gè)測(cè)試期間壓力的變化數(shù)值保持在可忽略的范圍之內(nèi)（壓力計(jì)的精確度達(dá)到+/-0.005 kappa）。

通過(guò)機(jī)械實(shí)驗(yàn)證明此電爐尾氣循環(huán)風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，能保證風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)泄漏實(shí)驗(yàn)證明風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中采用的各種防泄漏措施是有效的，能保證30kPa壓力下泄漏量為零。而且風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中采取了積極有效的防爆措施，保證風(fēng)機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

[2]李慶宜.通風(fēng)機(jī)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2005.

中圖分類號(hào)：TH43

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A