淺析水環(huán)式真空泵修復(fù)方案

劉文軍 龐少偉 呼嘯亮

（安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司）

0 引言

目前，我國(guó)環(huán)保形勢(shì)嚴(yán)峻，國(guó)家采取了一系列措施來控制污染物的排放。鋼鐵企業(yè)是污染物的排放大戶，鋼鐵企業(yè)中煉焦工序更是環(huán)境治理的重要部分。煉焦生產(chǎn)中的脫硫工序正是基于上述原因設(shè)立的，是保障煉焦生產(chǎn)達(dá)標(biāo)排放的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其原理為通過脫硫工藝吸收粗煤氣中的硫化氫，提高煤氣的質(zhì)量，達(dá)到相關(guān)工藝的使用標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過脫硫處理，既降低了硫化氫對(duì)煤氣管道和相關(guān)設(shè)備的腐蝕，又降低了硫化物燃燒對(duì)大氣環(huán)境的污染，具有重要的環(huán)保意義和社會(huì)效益。

水環(huán)式真空泵（型號(hào)：2BE1403-OHY9）是安鋼焦化廠煤氣脫硫工序的心臟設(shè)備，主要用來輸送硫化氫氣體。由于存在技術(shù)壁壘，以往真空泵的修復(fù)不得不交由供貨廠家指定的合作廠家承接，造成修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用昂貴等問題，不利于脫硫工序的穩(wěn)定運(yùn)行和修復(fù)費(fèi)用的控制，迫切需要對(duì)修復(fù)方法進(jìn)行研究以實(shí)現(xiàn)自主維修，擺脫對(duì)原供貨廠家的依賴。

1 水環(huán)式真空泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

水環(huán)式真空泵是指利用機(jī)械、物理的方法對(duì)容器抽氣而獲得真空的設(shè)備，主要由泵體、圓盤、機(jī)械密封裝置、葉輪、軸、聯(lián)軸器等零部件組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 水環(huán)式真空泵結(jié)構(gòu)

水環(huán)式真空泵葉片的葉輪偏心地裝在圓柱形泵殼內(nèi)，泵內(nèi)注入一定量的水。當(dāng)水環(huán)式真空泵的葉輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，水被葉輪拋向四周。由于離心力的作用，水形成近似于等厚度的封閉圓環(huán)。水環(huán)的下部分內(nèi)表面恰好與葉輪輪殼相切，水環(huán)的上部?jī)?nèi)表面剛好與葉片頂端接觸（實(shí)際上葉片在水環(huán)內(nèi)有一定的插入深度）。此時(shí)葉輪輪殼與水環(huán)內(nèi)界面之間形成一個(gè)月牙形空間，而這一空間又被水環(huán)式真空泵的葉輪葉片分成和葉片數(shù)目相等的若干個(gè)小腔。如果以葉輪的下部0°為起點(diǎn)，那么水環(huán)式真空泵的葉輪在旋轉(zhuǎn)前180°時(shí)小腔的容積由小變大，而且與端面上的吸氣口相通，此時(shí)氣體被吸入。當(dāng)吸氣終了時(shí)，小腔則與吸氣口隔絕，當(dāng)水環(huán)式真空泵的葉輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，小腔由大變小，使氣體被壓縮，當(dāng)小腔與排氣口相通時(shí)，氣體變被排出水環(huán)式真空泵外。水環(huán)式真空泵工作原理如圖2所示。

圖2 水環(huán)式真空泵工作原理

2 常見問題及原因分析

2.1 常見問題

安鋼焦化廠的水環(huán)式真空泵在實(shí)際使用中的常見問題主要有機(jī)械密封失效 、葉輪腐蝕和碎裂、真空度不足等。

2.2 原因分析

（1）機(jī)械密封失效：水環(huán)式真空泵在實(shí)際使用過程中，由于輸送的硫化氫氣體具有一定的腐蝕性，因此極易對(duì)機(jī)械密封造成腐蝕；由于長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，容易對(duì)機(jī)械密封密封面造成磨損；同時(shí)，由于焦?fàn)t煤氣中含有一定量的煤焦油，極易導(dǎo)致機(jī)械密封的彈簧不動(dòng)作或損壞，造成動(dòng)靜環(huán)緊力不夠，使得動(dòng)靜環(huán)密封面間隙變大，破壞了動(dòng)靜環(huán)密封端面間形成的液膜，造成酸性氣體泄漏。

（2）葉輪腐蝕和碎裂：水環(huán)式真空泵葉輪在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，葉輪接觸液的酸性對(duì)葉輪表面的腐蝕是不可避免的，同時(shí)由于葉輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)吸收液而產(chǎn)生引力，極易造成葉輪損壞，進(jìn)而使葉輪在失去動(dòng)平衡的狀態(tài)下運(yùn)行，造成葉輪的斷裂。

（3）真空度不足：水環(huán)式真空泵的葉輪與泵體及圓盤的結(jié)合精度要求極高，若是泵體與葉輪、圓盤與葉輪的間隙超標(biāo)，勢(shì)必會(huì)造成整臺(tái)泵的工作效率大幅度降低，滿足不了工藝所要求的真空度。

3 修復(fù)方案

針對(duì)真空泵修復(fù)中存在的問題，相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行了積極探索和實(shí)踐，摸索出了一套經(jīng)濟(jì)有效的修復(fù)方案。

3.1 檢修平臺(tái)

針對(duì)設(shè)備自身的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在地面制作簡(jiǎn)易檢修平臺(tái)，方便真空泵的固定、拆解及安裝。檢修結(jié)束后可以把平臺(tái)運(yùn)至指定位置，為現(xiàn)場(chǎng)清理及下次修復(fù)提供了便利。

3.2 解體

首先，使用兩臺(tái)起重機(jī)配合，將泵體吊運(yùn)至檢修平臺(tái)，并可靠固定。拆除一端軸承后，制作軸套鎖緊專業(yè)工具，同時(shí)利用機(jī)械密封自身的緊固螺栓，加工機(jī)械密封拆卸裝置，對(duì)機(jī)械密封及軸套進(jìn)行保護(hù)性拆卸。在機(jī)封拆卸后，回裝軸承以定位葉輪，防止泵體在轉(zhuǎn)向過程中對(duì)另一端機(jī)封造成損傷。

其次，使用兩臺(tái)起重機(jī)配合將泵體轉(zhuǎn)向，立于檢修平臺(tái)上，以相同的方式對(duì)另一端機(jī)封及軸套進(jìn)行保護(hù)性拆除。

最后，利用起重機(jī)對(duì)泵體其他部位進(jìn)行解體。

3.3 檢查及修復(fù)

泵體解體后，對(duì)真空泵的軸、葉輪、機(jī)械密封、軸承等關(guān)鍵備件進(jìn)行檢查和測(cè)量，對(duì)損壞備件進(jìn)行更換或修復(fù)。

3.3.1 軸的修復(fù)

軸在使用過程中，因逐漸磨損而使尺寸超出公差范圍，同時(shí)在局部產(chǎn)生嚴(yán)重的熱機(jī)械疲勞裂紋。因此，采用堆焊后進(jìn)行機(jī)械加工來恢復(fù)軸的功能精度，如圖3所示。

圖3 堆焊后對(duì)軸進(jìn)行機(jī)械加工

3.3.2 葉輪修復(fù)

現(xiàn)場(chǎng)所用型號(hào)為2BE1403-OHY9真空泵葉輪材質(zhì)與工況相匹配，正常情況下不會(huì)出現(xiàn)因腐蝕而造成動(dòng)平衡失穩(wěn)引起設(shè)備振動(dòng)超標(biāo)的現(xiàn)象。從解體情況來看，葉輪的損壞一般是由軸承損壞造成旋轉(zhuǎn)軸心發(fā)生變化引起的摩擦、碰撞引起的。對(duì)損壞崩裂較嚴(yán)重的葉輪，可更換新備件；對(duì)局部掉塊或磨損的葉輪，可采用堆焊、挖補(bǔ)等方法予以修復(fù)。葉輪與軸裝配好后要進(jìn)行動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)合格后方可進(jìn)行泵的組裝。葉輪的修復(fù)加工如圖4所示。

圖4 葉輪的修復(fù)加工

3.3.3 機(jī)封修復(fù)

機(jī)械密封使用一段時(shí)間后，存在動(dòng)靜環(huán)磨損和密封老化現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為漏水和有刺激性氣體泄出。通過對(duì)動(dòng)靜環(huán)進(jìn)行解體檢查，如果發(fā)現(xiàn)磨損嚴(yán)重、密封圈老化、彈簧銹蝕等，則予以更換。組合機(jī)械密封時(shí)應(yīng)按實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)來調(diào)整彈簧的壓縮量，若過緊，機(jī)械密封的動(dòng)靜環(huán)表面會(huì)因?yàn)槟Σ链?、溫度過高，造成密封端面磨損或燒壞；若過松，則達(dá)不到密封要求。過緊時(shí)，可在靜環(huán)痤與泵蓋間加墊片來調(diào)整；過松時(shí)，可在動(dòng)環(huán)痤與軸端面間加墊片來調(diào)整。安裝時(shí)，動(dòng)靜環(huán)表面應(yīng)涂潤(rùn)滑油。

機(jī)械密封修復(fù)完成后，要進(jìn)行密封性試驗(yàn)，每分鐘泄漏量不超過5滴，周圍無(wú)明顯脫硫液刺激性氣味為滿足要求，如不能滿足密封要求，應(yīng)對(duì)機(jī)械密封進(jìn)行重新調(diào)整。

3.4 回裝

回裝時(shí)應(yīng)按照“先拆后裝，后拆先裝”的原則進(jìn)行，回裝過程中要保證裝配精度。重點(diǎn)要關(guān)注以下幾點(diǎn)：

（1）安裝軸承時(shí)，應(yīng)注意軸承外圈與軸承座、內(nèi)圈與軸的配合間隙。非負(fù)荷端軸承應(yīng)固定，負(fù)荷端軸承應(yīng)有0.20～0.30 mm的軸向間隙。

（2）機(jī)械密封彈簧壓縮量要符合標(biāo)準(zhǔn)，不允許有過大或過小現(xiàn)象，要求允許誤差范圍為±2.00 mm。過大會(huì)增加端面比壓，過小會(huì)造成比壓不足而不能起到有效的密封作用。

（3）動(dòng)環(huán)安裝后要保證能在軸上靈活移動(dòng)，將動(dòng)環(huán)壓向彈簧后應(yīng)能自動(dòng)回彈。對(duì)機(jī)械密封進(jìn)行水壓試驗(yàn)時(shí)，要求試驗(yàn)壓力為0.3 MPa。

（4）用塞尺檢查壓蓋與軸或軸套外徑的配合間隙（即同心度），誤差不大于±0.01 mm。

（5）壓蓋緊固應(yīng)在聯(lián)軸器找正后進(jìn)行，螺栓應(yīng)均勻上緊，防止壓蓋端面偏斜；用塞尺檢查各點(diǎn)，誤差不大于±0.05 mm。

3.5 間隙的調(diào)節(jié)

為了保證修復(fù)檢修完成后泵的高效率運(yùn)行，葉輪和圓盤之間的間隙必須滿足要求。在整體裝配完成后，通過泵體兩端軸承壓蓋，對(duì)葉輪與圓盤間隙進(jìn)行調(diào)整。利用0.05 mm的調(diào)整墊片對(duì)葉輪與兩端圓盤的間隙進(jìn)行精準(zhǔn)定位，以保證葉輪與兩端圓盤圓盤之間的間隙控制在±0.45 mm范圍之內(nèi)。

4 修復(fù)效果

4.1 真空泵運(yùn)行狀態(tài)

經(jīng)過試車運(yùn)行，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無(wú)雜音、噪聲不大于85 dB（A），各部軸承溫度小于70 ℃， 軸承振動(dòng)量小于0.09 mm，電動(dòng)機(jī)電流不超過額定值，機(jī)械密封工作正常、無(wú)泄漏。修復(fù)后的軸承狀態(tài)參數(shù)見表1。

表1 修復(fù)后的軸承狀態(tài)參數(shù)

4.2 修復(fù)前后工藝參數(shù)對(duì)比

對(duì)修復(fù)前后的工藝參數(shù)對(duì)比，具體見數(shù)據(jù)表2。

表2 修復(fù)前后工藝參數(shù)對(duì)比

4.3 經(jīng)濟(jì)效益

對(duì)返廠修復(fù)與自主修復(fù)費(fèi)用進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)真空泵的自主修復(fù)可以為集團(tuán)公司節(jié)約資金276萬(wàn)元，具體數(shù)據(jù)見表3。

表3 返廠修復(fù)與自主修復(fù)費(fèi)用對(duì)比 萬(wàn)元/臺(tái)

4.4 時(shí)間效益

真空泵若返廠修復(fù)， 1臺(tái)設(shè)備的修復(fù)周期為4個(gè)月，而本次自主修復(fù)僅用了35天就完成了兩臺(tái)設(shè)備的維修，為生產(chǎn)的穩(wěn)定順行提供了有力的保障。返廠修復(fù)與自主修復(fù)大中修的耗時(shí)對(duì)比見表4。

5 結(jié)論

通過自主修復(fù)，總結(jié)出了機(jī)封和軸承保護(hù)拆卸的標(biāo)準(zhǔn)方法和步驟，損壞備件的標(biāo)準(zhǔn)修復(fù)方案，整機(jī)組裝的標(biāo)準(zhǔn)步驟和控制要點(diǎn)，日常運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)控制要點(diǎn)以及備件申報(bào)控制要點(diǎn)；通過自主修復(fù)，優(yōu)化了檢修步驟，縮短了檢修時(shí)間，保證了修復(fù)檢修質(zhì)量，明確了設(shè)備運(yùn)行管理要點(diǎn)，打破了該設(shè)備的壟斷檢修模式；采用自主修復(fù)，節(jié)約了大量資金，實(shí)現(xiàn)了降本增效。