真空泵結(jié)垢分析及解決措施

黃吉寧 張峰

摘要：8000噸，年分子篩裝置的水環(huán)式真空泵為濾機(jī)運(yùn)行提供真空，以過濾水為工作液，但在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，殼體、轉(zhuǎn)子容易出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，影響水環(huán)式真空泵的平穩(wěn)運(yùn)行。自2018年以來，真空泵故障率高居不下，增加了維修成本及檢修人員勞動(dòng)強(qiáng)度，由于真空泵為獨(dú)生子設(shè)備，清洗、檢修對(duì)裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行造成了很大影響。本論述對(duì)水環(huán)式真空泵的結(jié)垢現(xiàn)象進(jìn)行原因分析，展開論述。提出了用化學(xué)水代替過濾水作為水環(huán)式真空泵的工作液，優(yōu)化部分工藝流程，降低水環(huán)式真空泵的工作液溫度，改善水環(huán)式真空泵的運(yùn)行環(huán)境，有效控制了結(jié)垢問題，減少了檢修頻次，降低了檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：真空泵結(jié)垢;過濾水;化學(xué)水

中圖分類號(hào)：TQ649.69 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1存在問題

1.1水環(huán)式真空泵簡(jiǎn)介

8 000噸/年分子篩裝置引進(jìn)的BHs水平真空帶式過濾機(jī)，用來對(duì)分子篩漿液的進(jìn)行洗滌、交換以及過濾，是一種連續(xù)運(yùn)作的純粹以氣源為驅(qū)動(dòng)力的真空過濾機(jī)，其真空由本裝置的水環(huán)式真空泵提供。物料則以連續(xù)或間隙的方式被分布到濾帶上，濾液靠真空泵被抽去。濾餅在濾布上形成之后，接著在濾布上的不同區(qū)域內(nèi)進(jìn)行過濾、交換、洗滌和抽真空干燥，最后通過卸料輥和刮刀進(jìn)行卸料。

水環(huán)真空泵為過濾單元的關(guān)鍵設(shè)備，以過濾水為工作液，水環(huán)式真空泵由轉(zhuǎn)子、殼體、進(jìn)氣箱及排氣箱等組成。其工作原理如圖1所示，真空泵主要參數(shù)見表1所列。其中，轉(zhuǎn)子偏心地安裝在殼體中，開啟時(shí)向泵內(nèi)注入一定量的過濾水作為工作液。機(jī)器工作時(shí)，轉(zhuǎn)子帶動(dòng)過濾水旋轉(zhuǎn)并布于殼體內(nèi)壁，使葉片與過濾水共同形成若干工作腔，稱為基元容積。當(dāng)偏心安裝的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，進(jìn)氣側(cè)的基元容積不斷增大，將氣吸進(jìn)，當(dāng)基元容積達(dá)到最大值時(shí)，即于殼體上的進(jìn)氣口脫離。轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，基元容積逐漸變小，氣體受壓縮，到達(dá)殼體上的排氣口時(shí)，將氣體排出。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子在殼體內(nèi)往復(fù)一次，各基元容積變化一次，完成一次工作。

1.2管路布置及存在問題

水環(huán)式真空泵的用水系統(tǒng)流程如圖2所示，新鮮過濾水自系統(tǒng)管網(wǎng)來，加入至容-38，泵-4/1、2將一部分過濾水輸送至水環(huán)式真空泵，作為工作液;將另一部分過濾水輸送至濾機(jī)，作為濾-1、1，1的洗布水。作為水環(huán)式真空泵工作液的過濾水自流至容38，進(jìn)行循環(huán)利用。

在此流程使用過程中，出現(xiàn)了諸多問題。第一，工作液溫度過高，即容38內(nèi)的水溫過高，有時(shí)甚至達(dá)到70%，在此高溫條件下，真空泵的密封、軸承部件易損壞，影響真空泵的使用壽命。第二，水環(huán)式真空泵結(jié)垢現(xiàn)象嚴(yán)重。積垢后的真空泵的抽氣速率將會(huì)降低，由于轉(zhuǎn)子葉片之間及進(jìn)、排氣口上都結(jié)有水垢，呼吸板被水垢堵滿，密封小室的容積顯然縮小，使進(jìn)、排出氣體的流量減少。當(dāng)積垢情況繼續(xù)惡化，幾乎堵塞葉片之間的空間或進(jìn)、排氣口都被水垢堵滿時(shí)，進(jìn)、排氣量幾乎為零了，真空泵也就失去了抽取真空的作用。當(dāng)水環(huán)式真空泵使用一個(gè)季度后，真空度由-0.06 MPa下降至-0.02 MPa，不能滿足正常的生產(chǎn)需求，需要對(duì)水環(huán)式真空泵一季度進(jìn)行一次清洗結(jié)垢，嚴(yán)重影響了裝置的平穩(wěn)運(yùn)行和安全生產(chǎn)，并且增加了維修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。第三，水環(huán)真空泵在運(yùn)行期間產(chǎn)生的水垢及過濾水中的泥沙等雜質(zhì)在轉(zhuǎn)子較大的離心力的作用下，附著在轉(zhuǎn)子和殼體上，形成一層緊密的垢層，真空泵的工作液無法將其帶出，只能采用機(jī)械除垢的方法將其清除。此外，附著垢層和殼體、轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，不及時(shí)清理，會(huì)造成殼體腐蝕泄漏、轉(zhuǎn)子損壞。

2原因分析

2.1工作液溫度高的原因

在水環(huán)式真空泵水系統(tǒng)流程使用過程中，容38的水位由管網(wǎng)的新鮮過濾水補(bǔ)充維持，新鮮過濾水在夏季溫度為15℃，冬季為8℃。由于濾-1、1，1的洗布水用量100洲，水環(huán)式真空泵的用水量200洲，洗布水用量相對(duì)較小，所以，容-38內(nèi)的過濾水不停地被水環(huán)式真空泵循環(huán)使用。水環(huán)式真空泵正常運(yùn)行時(shí)，工作過程中做功產(chǎn)生熱量會(huì)使水環(huán)、工作液發(fā)熱，而容38的過濾水得不到及時(shí)補(bǔ)充降溫，在循環(huán)使用中，水環(huán)式真空泵的工作液溫度越來越高，甚至達(dá)到70℃，帶來很高的設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

2.2形成水垢的原因

對(duì)真空泵所用的過濾水做采樣分析，分析結(jié)果見-表2所列。由表2可以看出，水質(zhì)分析中總硬度、鈣濃度及電導(dǎo)率較高，表明過濾水硬度較高。因此，當(dāng)過濾水進(jìn)入真空泵后，隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，過濾水在離心力的作用下，在殼體內(nèi)形成水環(huán)做功發(fā)熱，使溶解在水中的碳酸鹽分解，析出難溶于水的沉淀結(jié)成水垢。當(dāng)真空泵開始結(jié)垢后，真空泵內(nèi)的傳熱效率降低，泵內(nèi)部開始發(fā)熱，結(jié)垢速度越來越快，并且受轉(zhuǎn)子較大離心力的作用，使水內(nèi)雜質(zhì)在轉(zhuǎn)子、殼體上大量沉積，形成一種緊密的垢層，造成水環(huán)式真空泵工作效率大大降低，無法滿足生產(chǎn)需求。

過濾水中含有碳酸鈣等可溶解性鹽，當(dāng)真空泵不停地工作做工時(shí)，由于容38的過濾水系統(tǒng)一直在循環(huán)使用，真空泵工作液系統(tǒng)的水溫越來越高。由表3可以看出，碳酸鈣的溶解度和溫度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)趨勢(shì)，隨著溫度升高，碳酸鈣的溶解度降低。碳酸鈣隨著真空泵工作液溫度升高慢慢析出、沉淀，在轉(zhuǎn)子的較大離心力作用下，析出的碳酸鈣等鹽類的沉淀附著在轉(zhuǎn)子及殼體上，形成水垢。

過濾水中原來溶解度較大的鹽類，在真空泵運(yùn)行過程中，和其它鹽類相互反應(yīng)生成難溶物質(zhì)形成沉淀結(jié)成水垢。由于過濾水不斷做功發(fā)熱，不可避免地要產(chǎn)生蒸發(fā)和濃縮，使水中溶解性鹽的濃度不斷增大，達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)析出沉淀形成水垢。此外，催化劑廠所用的過濾水為經(jīng)過物理過濾之后的黃河水，含有一定量的泥沙、雜質(zhì)，隨著真空泵轉(zhuǎn)子的工作，在真空泵內(nèi)附著、吸附，形成水垢。

3解決措施及效果評(píng)價(jià)

3.1水溫過高的解決措施

對(duì)水環(huán)式真空泵用水系統(tǒng)流程進(jìn)行了優(yōu)化。為了解決容38的過濾水得不到及時(shí)補(bǔ)充降溫的問題，對(duì)用水流程做了以下優(yōu)化，如圖3所示，泵-4/1、2將一部分過濾水輸送至水環(huán)式真空泵，作為工作液;將另一部分過濾水輸送至濾機(jī)，作為濾-1、1/1的洗布水。真空泵所用的工作液不再自流至容-38中循環(huán)使用，而是自流至容-34，經(jīng)泵-34輸送至尾氣處理單元，作為濕捕水。這樣，通過在容-38內(nèi)及時(shí)補(bǔ)充新鮮過濾水就可以有效地控制容38的水溫。第二，將真空泵的工作液入口閥更換為可控制流量大小的閘閥，將閥門由DN80mm更換為DN50mm，以便更好控制水量，經(jīng)過閥門開度調(diào)整試驗(yàn)，將流量控制在6m³/h，既可以控制水溫，同時(shí)有利于降低水量消耗。

3.2結(jié)垢的解決措施

分析表明，過濾水的水質(zhì)和溫度超標(biāo)是造成真空泵結(jié)垢的主要原因。為此，必須盡可能降低水的硬度、控制水的溫度才能解決真空泵結(jié)垢問題。通過優(yōu)化用水系統(tǒng)流程可以很好的控制水溫，使水溫控制在40℃以下，保證真空泵的用水溫度條件。

為了降低水的硬度，需要將過濾水進(jìn)行更換。催化劑廠現(xiàn)有水源三種，分別是過濾水、化學(xué)水、酸性水，考慮酸性水對(duì)真空泵部件的腐蝕，排除使用酸性水代替過濾水的辦法。綜合考慮，利用化學(xué)水代替過濾水作為真空泵的工作液。表4為化學(xué)水的要水質(zhì)化驗(yàn)分析表，從表4可以看出，化學(xué)水的硬度較過濾水下降很多，可以降低真空泵發(fā)生結(jié)垢的幾率。

3.3效果評(píng)價(jià)

使用化學(xué)水和過濾水費(fèi)用相當(dāng)，但是用化學(xué)水作為工作液后，改善了泵內(nèi)的工作環(huán)境，降低了真空泵結(jié)垢現(xiàn)象的發(fā)生。自從優(yōu)化工藝流程和使用化學(xué)水以來，真空泵結(jié)垢問題得到了有效的控制，真空泵結(jié)垢清洗頻率大大降低，檢修頻次由1季度1次降低為2年一次，減輕了檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了真空泵的長(zhǎng)周期運(yùn)行。