VB1500H3離心空壓機(jī)進(jìn)氣過濾器改造

沈 偉 楊建章

(玉鋼公司動(dòng)力廠)

1 前言

玉鋼燒結(jié)空壓站坐落于玉鋼老燒結(jié)廠辦公樓旁，站內(nèi)配備2臺(tái)VB1500H3離心空壓機(jī)，于2013年1月投入運(yùn)行，與公司集中空壓站管網(wǎng)并聯(lián)，向公司所有用氣單位不間斷的輸送合格的壓縮空氣。在正常情況下，燒結(jié)空壓站2臺(tái)離心空壓機(jī)需全開，集中空壓站則根據(jù)公司用氣量的不同來決定其它活塞式空壓機(jī)的開機(jī)量，以保證壓縮空氣的有效供給。由于集中空壓站配備的活塞式空壓機(jī)設(shè)備老舊、故障率高且工作效率低下，這就要求燒結(jié)空壓站2臺(tái)離心空壓機(jī)必須長(zhǎng)周期、高效率運(yùn)行。

后來由于玉鋼生產(chǎn)工藝發(fā)生較大變化，燒結(jié)空壓站周圍的空氣迅速劣化，空氣懸浮物大量增加，致使進(jìn)氣過濾器濾芯被快速污染，進(jìn)氣過濾器濾芯過濾效果變差并且使用壽命大幅縮短。濾芯失效后，在嚴(yán)重時(shí)空氣中的一些顆粒物會(huì)被吸入離心空壓機(jī)，在高速運(yùn)行下造成離心機(jī)的流道、轉(zhuǎn)子等損傷，導(dǎo)致設(shè)備檢修、維護(hù)周期縮短，生產(chǎn)運(yùn)行成本增加，甚至對(duì)生產(chǎn)活動(dòng)的正常開展產(chǎn)生了嚴(yán)重的威脅。

2 改造背景

2.1 地理位置

燒結(jié)空壓站在2012年年底建站投入使用時(shí)，2臺(tái)空壓機(jī)進(jìn)氣過濾器建在室外，周圍空氣質(zhì)量較好。2014年玉鋼質(zhì)計(jì)中心原料取樣分析室搬遷至老燒結(jié)廠辦公樓，在質(zhì)計(jì)中心開展原料相關(guān)的工作時(shí)就會(huì)產(chǎn)生大量的灰塵排出室外，使周圍的空氣迅速劣化。而離心空壓機(jī)的進(jìn)氣過濾器與質(zhì)計(jì)中心取樣分析室的排煙口僅一路之隔。

2.2 存在的問題

(1)質(zhì)計(jì)中心取樣分析操作時(shí)，其周圍一定范圍內(nèi)的空氣懸浮物大量增加，使離心空壓機(jī)運(yùn)行所需的空氣質(zhì)量變差。由于進(jìn)行廠址搬遷等涉及較多，不可能在短期內(nèi)改變空壓機(jī)的運(yùn)行環(huán)境。

(2)自離心機(jī)運(yùn)行處空氣質(zhì)量劣化后，過濾器負(fù)壓增大，由最初901.6Pa增加至1332.8Pa，正常運(yùn)行要求低于1470Pa，盡管經(jīng)常由人工拆下來輔助清灰以盡量延長(zhǎng)濾芯的使用壽命，濾芯更換頻率仍由最初的12個(gè)月更換一次變?yōu)?個(gè)月更換一次，且過濾效果較差。

(3)離心機(jī)的故障率增加，開蓋檢查中發(fā)現(xiàn)離心機(jī)轉(zhuǎn)子及空氣流道受到顆粒物刮傷的現(xiàn)象較為明顯，轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡失效的周期縮短，設(shè)備預(yù)期運(yùn)行時(shí)間大幅縮短。

(4)當(dāng)過濾器過濾阻力不可逆增大至一定程度，或是在過濾器出現(xiàn)一定失效使污物進(jìn)入離心機(jī)，都將嚴(yán)重影響到離心機(jī)的正常運(yùn)行，甚至?xí)斐呻x心機(jī)的極大損傷。

2.3 故障案例

(1)2017年5月燒結(jié)空壓站1#離心空壓機(jī)在運(yùn)行過程中電機(jī)電流從76A突然降至64.8A(正常加載電流為65A)，進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥閥位為100%，放空閥閥位也為100%(若正常加載，此時(shí)放空閥閥位應(yīng)為0)，空壓機(jī)無法進(jìn)行加載?？諌簷C(jī)廠家技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行分析后確認(rèn)該故障是進(jìn)氣過濾器濾芯嚴(yán)重堵塞導(dǎo)致，建議更換進(jìn)氣過濾器濾芯，我方對(duì)進(jìn)氣過濾器濾芯進(jìn)行更換后重新開機(jī)，開機(jī)加載后電機(jī)電流上升至78A，進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥閥位100%，放空閥閥位0，離心空壓機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)行。

(2)2017年9月，1#離心機(jī)出現(xiàn)了振動(dòng)增大的情況，在開蓋檢查中，發(fā)現(xiàn)離心機(jī)轉(zhuǎn)子及空氣流道等出現(xiàn)了較多顆粒物劃傷的現(xiàn)象，如圖1所示，后續(xù)檢查中發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡也失效了。2017年11月，2#離心機(jī)在開蓋檢查中也出現(xiàn)了類似的情況。

圖1 離心機(jī)轉(zhuǎn)子及流道損傷情況

2.4 原因分析

在質(zhì)計(jì)中心原料取樣分析室搬遷至燒結(jié)空壓站旁后，伴隨其操作，空氣中的污物數(shù)量周期性的大量增多，在峰值時(shí)空氣中的污物含量是正常情況下的上千倍，并且其中主要部分為焦炭、鐵礦石顆粒，顆粒物較大、顆粒硬度較大，且附著性較強(qiáng)。

其中的一部分污物隨空氣進(jìn)入到離心機(jī)的空氣過濾器中大量附著在濾芯濾料上，大大超出了原空氣過濾器的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，反吹裝置不能將大量附著的污物吹落，致使過濾器過濾效果低下，濾芯快速失效。

在嚴(yán)重時(shí)，濾芯會(huì)出現(xiàn)一定的破損，致使空氣中的污物進(jìn)入到離心機(jī)中，附著在離心機(jī)轉(zhuǎn)子及空氣流道上，破壞轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡。并且在三級(jí)轉(zhuǎn)子處，由于其轉(zhuǎn)速極高，為25000r/min，污物中較硬的顆粒會(huì)劃傷轉(zhuǎn)子及流道，對(duì)機(jī)組造成實(shí)質(zhì)性的損傷。

2.5 改造的必要性

(1)在可預(yù)期的時(shí)間內(nèi)，質(zhì)計(jì)中心原料取樣分析室、燒結(jié)空壓站都不可能搬遷，必須采取措施解決離心機(jī)空氣劣化的問題。

(2)由于空氣劣化，離心機(jī)的運(yùn)行成本增加。一套濾芯的價(jià)值約為8萬元，當(dāng)前的使用壽命僅為預(yù)期使用壽命的一半，每年將多出一倍的使用費(fèi)用。同時(shí)，由于污物進(jìn)入離心機(jī)，造成了轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的失效，轉(zhuǎn)子及空氣流道的損傷，造成的損失難以估量。

(3)離心機(jī)運(yùn)行任務(wù)重。由于集中空壓站D-100/8型活塞式空壓機(jī)故障較多且效率低下，燒結(jié)空壓站2臺(tái)VB1500H3離心空壓機(jī)承擔(dān)了大部分的壓縮空氣生產(chǎn)任務(wù)，活塞式空壓機(jī)僅用于調(diào)節(jié)生產(chǎn)負(fù)荷。一旦離心空壓機(jī)出現(xiàn)故障，壓縮空氣的供給將變得極為緊張。

3 方案及論證

3.1 空氣過濾器的原理

離心空壓機(jī)使用的過濾器為自潔式空氣過濾器，如圖2所示，濾芯濾料為防水型濾紙。過濾器的凈氣室出口與空壓機(jī)入口相連，在空壓機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的負(fù)壓作用下吸入待處理空氣，空氣中的大部分污物被過濾器濾芯過濾掉，實(shí)現(xiàn)空氣的凈化。無數(shù)的小顆粒粉塵會(huì)在濾料的迎風(fēng)面形成一層塵膜，塵膜在一定程度上可以使過濾效果有所提高，但是也會(huì)使進(jìn)氣阻力增大，使進(jìn)氣量減少。濾芯過濾精度為99.6%/1μm、99.9%/2μm、100%/3μm。

在空氣過濾器運(yùn)行中，自控系統(tǒng)用定時(shí)的方式進(jìn)行反吹自潔。每隔5秒反吹自潔一次，去除濾料迎風(fēng)面的塵膜，進(jìn)氣過濾器共設(shè)有6組濾芯，每組4支，一組反吹自潔，其它濾芯正常進(jìn)行過濾工作，實(shí)現(xiàn)過濾器濾芯的自潔。

圖2自潔式空氣過濾器結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 改造方案

以上問題主要是由于現(xiàn)有的自潔式空氣過濾器在污濁空氣環(huán)境下過濾能力、自潔能力不足所造成的，若是將過濾器更換為過濾能力更強(qiáng)的新過濾器(即設(shè)計(jì)過濾更大或應(yīng)對(duì)污濁空氣能力更強(qiáng)的過濾器)，或是制作出輔助的除塵裝置，將能應(yīng)對(duì)空氣污物增多的問題。

(1)方案一：更換為新的空氣過濾器

此種方法能較為妥善的解決掉過濾器過濾能力不足的問題，但是設(shè)備的投資較大、建設(shè)周期較長(zhǎng)，且由于現(xiàn)場(chǎng)空間的限制，新過濾器的長(zhǎng)寬將受到限制。

(2)方案二：利舊使用去產(chǎn)能閑置的高爐鼓風(fēng)機(jī)空氣過濾器

高爐鼓風(fēng)機(jī)空氣過濾器過濾能力強(qiáng)、設(shè)計(jì)風(fēng)量大，且屬于閑置設(shè)備，利用起來不僅能解決問題，還可以盤活閑置資產(chǎn)。但是該過濾器體積較大，受現(xiàn)場(chǎng)空間的限制無法在原有位置安裝，需要在其不遠(yuǎn)的地方另擇新址安裝；且過濾器的拆、運(yùn)、裝都具有一定的技術(shù)難度，改造周期相對(duì)較長(zhǎng)。

(3)方案三：改造現(xiàn)有的自潔式空氣過濾器

在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上改造過濾器，在其外部加裝預(yù)過濾裝置，使其形成兩級(jí)過濾，分級(jí)處理空氣污物。預(yù)過濾裝置上安裝一層不懼水的初濾布，過濾掉空氣中粒徑較大的污物，初過濾后較為潔凈的空氣進(jìn)入自潔式空氣過濾器中。由于取樣分析室外放的污物中大多粒徑較大，初濾布可以擋住大部分的污物，此時(shí)的空氣質(zhì)量基本可以滿足自潔式空氣過濾器的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)的過濾能力。本方案的好處是改動(dòng)較小、建設(shè)周期短、改造費(fèi)用低，基本可以應(yīng)對(duì)空氣污物增多的情況；但是會(huì)造成過濾器的負(fù)壓出現(xiàn)一定的增大，在負(fù)壓較大時(shí)會(huì)對(duì)離心機(jī)的運(yùn)行造成負(fù)面影響。

以上方案中，方案一將能較好的解決問題，但是資金投入大、建設(shè)周期長(zhǎng)；方案二也有其優(yōu)勢(shì)，但在技術(shù)、場(chǎng)地及周期上也有一定的限制；方案三雖有一定的不足，但是改動(dòng)較小、建設(shè)周期短、改造費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)更具有可操作性，最終決定按方案三進(jìn)行設(shè)計(jì)改造。

4 改造設(shè)計(jì)實(shí)施

4.1 改造方案設(shè)計(jì)

(1)總體結(jié)構(gòu)

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)空間，將初過濾器設(shè)計(jì)為如圖3所示結(jié)構(gòu)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)空間，在過濾器本體四周向外擴(kuò)展出300～800mm，在垂直面安裝濾布，底部澆筑混凝土，頂部用鋼板密封，形成一個(gè)新的密閉空間(一級(jí)濾風(fēng)室)。

圖3 進(jìn)氣過濾器改造示意圖

(2)基礎(chǔ)

改造后過濾器的平面尺寸由3.0×2.6m增大為4.0×3.6m；在預(yù)過濾裝置下部設(shè)置高度不小于0.3 m的混凝土擋墻，過濾器下方設(shè)置一排水口。既用于在內(nèi)部形成密閉空間，也具有一定的防雨作用。

(3)預(yù)過濾裝置

預(yù)過濾裝置的核心為垂直面上設(shè)置的濾布。預(yù)過濾裝置使用“雙層不銹鋼網(wǎng)+濾布”結(jié)構(gòu)，不銹鋼網(wǎng)使用10×10mm的尺寸。內(nèi)部的不銹鋼網(wǎng)完全固定，用于在離心機(jī)工作時(shí)支撐濾布，使之不至于因負(fù)壓而位移、受損等；外部的不銹鋼網(wǎng)主要起到固定濾布、保護(hù)濾布的作用；濾布安裝于內(nèi)外兩層不銹鋼網(wǎng)之間。濾布使用400目的尼龍濾網(wǎng)，具有耐水、耐老化、便于清潔的特點(diǎn)。

外層不銹鋼網(wǎng)設(shè)置成大小為1.1×0.8m壓蓋的形式，下部安裝鉸鏈，上部安裝鎖緊把手。更換濾布操作時(shí)，只需要打開外部濾網(wǎng)壓蓋即可。為方便更換內(nèi)部濾芯，在原有過濾器的檢修門處設(shè)置一扇向外開的檢修門，大小約1.0×1.1m，原過濾器的檢修門可拆除掉。

(4)頂部結(jié)構(gòu)

鋼結(jié)構(gòu)框架的上方用厚度為3mm的鋼板與進(jìn)氣過濾器本體進(jìn)行點(diǎn)焊，其余未焊接部分用玻璃膠密閉，外端鋼板向外延伸0.4m用于擋雨。

(5)預(yù)過濾裝置工作性能

改造后預(yù)過濾裝置的工作面積：

S1=(4.0+3.0)×2×1.1-1×1.1=14.3m2

由于空氣中的污物主要為顆粒直徑較大的雜質(zhì)，結(jié)合離心機(jī)對(duì)過濾器負(fù)壓的限制，考慮使用400目的濾布作為預(yù)過濾裝置的濾芯，查表可得400目濾布的原始過濾精度約37μm，實(shí)際過濾精度約25μm，基本可以滿足預(yù)過濾裝置的要求。

4.2 改造實(shí)施

按圖3設(shè)計(jì)實(shí)施過濾器的改造，先制作預(yù)過濾裝置鋼架主體，在安裝試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)外層不銹鋼網(wǎng)壓蓋尺寸可制作的更大(2.0×1.1m)，更大的外層網(wǎng)使濾布的更換更加方便。主體結(jié)構(gòu)安裝完成后澆筑預(yù)過濾裝置的基礎(chǔ)，混凝土基礎(chǔ)內(nèi)側(cè)與底部鋼架嚴(yán)密貼合、抹面密閉，外側(cè)留出方便鉸鏈運(yùn)行的凹槽?；A(chǔ)澆筑完成后進(jìn)行防腐操作、濾布安裝，濾布?jí)喊暹吙蛘迟N橡膠條，以便壓緊濾布，預(yù)過濾裝置改造完成，完成后的效果如圖4所示。

圖4 改造后效果圖

5 運(yùn)行管理及效果

5.1 運(yùn)行管理

在運(yùn)行中注意觀察過濾器負(fù)壓數(shù)值，當(dāng)負(fù)壓數(shù)值增大至警戒值(1470Pa)時(shí)，使用清水清洗濾布，當(dāng)濾布清洗后負(fù)壓仍舊較大時(shí)，則更換新的濾布。運(yùn)行中，值班人員只需每周用清水沖洗一遍濾布即可。

5.2 運(yùn)行統(tǒng)計(jì)

在各項(xiàng)改造工作完成后，啟動(dòng)離心機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)。預(yù)過濾裝置的效果主要為過濾器負(fù)壓的大小，將運(yùn)行一個(gè)月的負(fù)壓體積情況見表1，至第二周時(shí)負(fù)壓數(shù)值已基本穩(wěn)定，滿足離心機(jī)的運(yùn)行要求。

表1 空氣過濾器負(fù)壓統(tǒng)計(jì)表

5.3 效果驗(yàn)證

進(jìn)氣過濾器改造后，經(jīng)過一年的運(yùn)行，取得了較好的效果，主要體現(xiàn)在以下方面：

1)空氣中400目以上的大顆粒固體雜質(zhì)基本被擋在濾布外表面，在對(duì)進(jìn)氣過濾器濾芯進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，只有少量灰塵吸附在濾芯表面，濾芯的潔凈度比以往提高了很多。

2)截至2019年8月，2#離心空壓機(jī)運(yùn)行中振動(dòng)狀況良好，在例行維護(hù)保養(yǎng)時(shí)，查看轉(zhuǎn)子及空氣流道，各葉輪表面、空氣流道均光滑勻稱，無明顯附著物。

6 結(jié)論

在自潔式空氣過濾器加裝預(yù)過濾裝置改造后，濾芯的更換周期可由改造前的半年延長(zhǎng)至2年，期間振動(dòng)狀況良好，在運(yùn)行8個(gè)月后的空壓機(jī)開蓋檢查中，離心機(jī)轉(zhuǎn)子及流道未發(fā)現(xiàn)更多的顆粒物損傷?？芍敬胃脑焓浅晒Φ?，不僅降低了備件成本，還節(jié)約了清灰工作所致的人力；另一方面，空壓機(jī)吸入了潔凈的空氣，葉輪動(dòng)平衡得到了很好的保護(hù)，大大降低了因葉輪動(dòng)平衡被破壞而導(dǎo)致的設(shè)備其余部件損壞的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也確保了離心空壓機(jī)長(zhǎng)周期、高效運(yùn)行。