水环真空系统

水环真空系统（精选七篇）

水环真空系统 篇1

1抽真空系统流程及存在问题

1.1抽真空系统流程

再生塔抽真空系统主要由水环式真空泵、水气分离器、真空缓冲罐及调压阀等组成。设定再生塔的操作压力, 可通过调整真空泵进气阀及调压阀维持压力的稳定。真空泵抽取的气体和水进入水气分离器, 完成气体和水的分离。气体通过装置区高处的排放管直接排入大气, 水通过污水管线进行污水处理系统。抽真空系统工艺流程见图1。

1.2在在问题

1.2.1 外排气体的影响。抽真空系统所排放的气体中含有少量苯蒸气, 在装置区直接排放, 对环境有影响。苯的毒性较高, 是一种致癌物质, 长期吸入苯能导致再生障碍性贫血。若职工吸入, 对身体造成损害。

1.2.2 浪费水资源。苯难溶于水, 1 升水中最多溶解1.7g苯。抽真空系统排放的水中含有微量苯, 必须经污水系统处理后才直接外排。外排水没有循环利用, 每天排水量20m3左右, 不仅增加了污水处理量, 还浪费大量水资源。

1.2.3 真空缓冲罐内含有氧气。为了保证再生塔真空度的稳定, 真空缓冲罐的调压阀必须保持一定开度, 空气进入真空缓冲罐, 与苯蒸气形成爆炸混合气体, 有较大的危险性。

2改造后抽真空系统流程及运行情况

2.1改造后抽真空系统流程

抽真空系统的改造分成几部分:增加了换热器, 与冷却水管线相连;抬高了水气分离器的高度, 与真空泵形成一定的高度差;把排气管线连接到放空总管, 并增加了气相回流管路。改造后抽真空系统工艺流程见图2。

2.2运行情况

2.2.1水的循环运行。先给水气分离器补水, 与真空泵保持一定的液位差, 水能自流到真空泵。启动真空泵后, 打开供水阀, 水在真空泵内形成水环, 真空泵运行稳定后, 缓慢打开真空泵进气阀。水和气体一起进入水气分离器, 分离后的水进入换热器, 由冷却水带走热量, 降温后的水进到真空泵循环利用。长时间运行后, 分离器的水位会降低, 应及时补水。

2.2.2 返回气体保持真空缓冲罐压力稳定。再生塔第一次开机之前, 必须用氮气置换其中的氧气, 氧含量降到2%以下再加入萃取剂。即使再生塔停机期间, 也要充入氮气进行保护, 防止萃取剂接触氧气而变质。真空泵启动后, 再生塔和真空缓冲罐内的气体进入水气分离器, 与水分离器排入放空总管。当真空缓冲罐压力降低到设定压力时, 排放的气体返回真空缓冲罐, 维持压力稳定, 实现了气相的返回利用, 大大减少了排到放空总管的气体量, 也杜绝了空气进入真空缓冲罐, 从本质上保持了装置安全。

3运行效果

水环真空系统超载停车故障解决方法 篇2

CL-3003型水环真空系统是美国佶缔纳士韩国工厂2002年生产, 主要为PBL装置提供投料卸料前反应釜抽真空, 介质为丁二烯残留单体和PBL胶乳单体。由真空泵、汽水分离罐、水环泵、水环冷却器、出口压缩机、减速机几部分组成。由于原工厂倒闭, 自2002年安装以来没有进行过专业维护, 只是更换过机械密封和轴承类维护。从2004年开始水环真空系统故障不断, 抽真空能力不足、电流偏大、频繁跳车、严重影响生产。经多次检修, 无法彻底解决频繁跳闸停车问题。经多方查询并赴美国佶缔纳士机械有限公司 (中国淄博工厂) , 仔细研究真空泵图纸及资料, 终于找到真空系统故障是由于设计缺陷所致, 因其内部设备不匹配及部分备件损坏导致频繁跳车。为彻底解决问题, 历时8个月完成系统整改。

二、工艺简图 (图1)

三、水环真空系统故障原因

经过仔细对比发现原装电机和美国佶缔纳士机械有限公司要求的电机功率不匹配, 原电机功率110 k W, 实际所用电机功率132 k W, 此项为设计失误。

原减速机减速比使CM-401真空泵达不到450 r/min的能力, 达不到真空泵出口流量设计值3931 m3/h, 转子汽蚀且轴磨损严重, 轴间距过大。泵壳体腐蚀严重, 间隙过大导致真空度不足, 锥体也腐蚀严重并有裂痕。真空泵冷却水温度较高, 应<35℃。真空泵与配套压缩机参数不符, 真空泵的出口流量设计值3931 m3/h, 而配套压缩机出口流量设计值2618 m3/h, 压缩机的出口流量设计值应该大于CM-401真空泵的出口流量设计值。

四、解决前后运行数据对照 (表1)

五、解决过程

首先对设备解体, 按照电机、减速机、泵头体顺序, 拆卸联轴器及地脚螺栓并吊运至检修场地。然后清理泵头体外部, 使之具备开壳要求, 重点检查腐蚀情况。拆卸双侧机械密封与轴承, 并拆卸两侧封头壳体螺栓。拆卸两侧壳体, 并吊运至平坦地清理, 检查壳体与椎体的腐蚀损坏程度。

抽出转子叶轮, 检查叶轮汽蚀损坏程度。进入泵壳体内部检查壳体腐蚀损坏程度;对损坏程度较大的叶轮、中间壳体、减速机、电机进行更换, 使技术参数符合纳士标准。

水环真空系统 篇3

关键词：罗茨真空机组,冷却塔,降温系统,工作原理,实施方式

罗茨水 (液) 环真空机组广泛应用于化工行业的真空蒸馏、真空蒸发、脱水结晶, 食品行业的冷冻干燥, 医药工业的真空干燥, 轻纺工业的涤纶切片, 高空模拟实验等的抽真空系统中。

实际生产中, 随着罗茨水 (液) 环真空机组的前级泵———水 (液) 环真空机长期运转发热, 温度升高, 致使罗茨水 (液) 环真空机组蓄水箱中水温上升, 当水温高于30℃时, 整个罗茨水 (液) 环真空机组的真空度会大幅下降, 满足不了生产工艺要求, 所以需要对蓄水箱中用水进行降温操作。

1 现罗茨水 (液) 环真空机组降温领域存在的缺陷

目前为罗茨水 (液) 环真空机组降温领域, 一般采用自来水直接降温与冷凝器降温两种方法。自来水直接降温法是将自来水管路直接接至罗茨水 (液) 环真空机组蓄水箱中置换原水箱中的用水, 达到降温效果。自来水直接降温法具有降温效果差、浪费水资源等缺点。冷凝器降温法是将低碳醇冷凝器放入罗茨水 (液) 环真空机组蓄水箱中, 通过冷冻机组为冷凝器输送低温低碳醇, 通过冷凝器与水箱中用水进行热量交换, 达到降温效果。冷凝器降温法具有成本高、耗能多、资源浪费严重等缺点。

2 冷却塔为罗茨水环真空机组降温系统的特点

冷却塔为罗茨水环真空机组降温系统, 通过采用冷却塔冷水对罗茨水环真空机组蓄水箱中水进行冷却置换, 被置换出的水通过水箱溢流管路汇集至一条具有倾斜坡度的总管路, 借助重力作用, 被置换出的水流入低点总汇集水箱, 再通过循环泵输送至冷却塔进行循环降温。此系统可以有效解决原罗茨水环真空机组降温操作中存在的降温效果差、成本高、耗能多、浪费资源等问题, 做到降温效果可靠、成本低、耗能少、对环境无污染;此系统循环泵及各阀门调试完毕后, 可实现整个罗茨水环真空机组降温系统的长期、自动、顺畅、平稳循环;同时该系统的安装、改造操作实施简单, 灵活性强。

3 冷却塔为罗茨水环真空机组降温系统工作原理图

冷却塔为罗茨水环真空机组降温系统工作原理图, 见图1。

图1中, 箭头表示罗茨水环真空机组降温系统中冷却水的流向, 各标号所代表的部件列表如下:1、罗茨水环真空机组蓄水箱, 2、冷却塔冷水总供管, 3、冷却塔, 4、冷却塔总回管, 5、冷水分配支管, 6、支管阀门, 7、罗茨水环真空机组蓄水箱溢流口, 8、蓄水箱溢流汇集总管, 9、低点总汇集水箱, 10、总汇集水箱溢流口, 11、循环泵入口阀门, 12、循环泵, 13、止回阀, 14、循环泵出口阀门。

4 冷却塔为罗茨水环真空机组降温系统的工作原理及实施方式

如图1所示, 冷却塔为罗茨水环真空机组降温的系统, 包括冷却塔3、罗茨水环真空机组蓄水箱1、低点总汇集水箱9、循环泵12和冷却塔总回管4;冷却塔3底部连通有冷却塔冷水总供管2, 冷却塔冷水总供管2连接有冷水分配支管5, 冷水分配支管5的末端伸入罗茨水环真空机组蓄水箱1的底部;罗茨水环真空机组蓄水箱1连接有蓄水箱溢流汇集总管8, 蓄水箱溢流汇集总管8的末端伸入低点总汇集水箱9的底部;低点总汇集水箱9通过管道与循环泵12进口相连, 循环泵12的出口与冷却塔总回管4相连, 冷却塔总回管4的末端伸入冷却塔3内。罗茨水环真空机组蓄水箱1和冷水分配支管5均设有多个且每个互相对应。每个冷水分配支管5均设有支管阀门6。可以根据每台罗茨水环真空机组的具体情况调节支管阀门6来调节对每台机组蓄水箱的冷却水供应流量。每个罗茨水环真空机组蓄水箱1与蓄水箱溢流汇集总管8的连接处设有罗茨水环真空机组蓄水箱溢流口7。低点总汇集水箱9与循环泵12之间的管道处设有循环泵入口阀门11。

低点总汇集水箱9还设有接至地下污水管道的总汇集水箱溢流口10。可将总汇集水箱溢流口10接至地下污水管道, 防止低点总汇集水箱9出现水漫现象, 损坏其他设备。冷却塔总回管4靠近循环泵12的一端设有循环泵出口阀门14和止回阀13。本系统中止回阀13、循环泵入口阀门11及循环泵出口阀门14是为了有效预防系统停机后冷却塔总回管4中的存水回流至低点总汇集水箱9中, 造成水箱溢流。蓄水箱溢流汇集总管8呈倒L型, 包括水平部分和竖直部分, 竖直部分的底端伸入低点总汇集水箱9的底部, 水平部分一端与罗茨水环真空机组蓄水箱1的顶部连接, 另一端与竖直部分的顶端相连, 水平部分从与罗茨水环真空机组蓄水箱1连接处向竖直部分发生倾斜, 倾斜的角度为5~30°。采用将罗茨水环真空机组所有蓄水箱溢流孔管路连接至同一根具有倾斜角度的蓄水箱溢流汇集总管8管路上, 倾斜管路中的水箱溢流水借助自身重力汇集至低点总汇集水箱9中。

如图1所示, 本系统安装完毕后, 应对罗茨水环真空机组蓄水箱1及低点总汇集水箱9进行装水调试。罗茨水环真空机组蓄水箱1中液位应接近罗茨水环真空机组蓄水箱溢流口7, 低点总汇集水箱9中液位应达到箱体高度的1/2。开启循环泵12后, 应根据每台罗茨水环真空机组实际情况及低点总汇集水箱9中液位变化情况调节各支管阀门6, 既满足降温效果同时要确保低点总汇集水箱9中液位基本稳定。由于在冷却塔风冷过程中会出现少量水流失, 应根据实际水位情况定期对系统进行加水操作, 杜绝循环泵12出现空转现象。

5 结语

通过近十年的使用及不断的改进, 此系统可以有效解决原罗茨水环真空机组降温操作中存在的降温效果差、成本高、耗能多、浪费资源等问题, 做到降温效果可靠、成本低、耗能少、对环境无污染;此系统循环泵及各阀门调试完毕后, 可实现整个罗茨水环真空机组降温系统的长期、自动、顺畅、平稳循环;同时该系统的安装、改造操作实施简单, 灵活性强。

水环真空泵故障分析及处理方案 篇4

关键词：水环真空泵,故障分析,处理措施

1 前言

达拉特发电厂#1—#4机组共配有2BW4系列水环真空泵八台。2BW4系列水环真空泵是某水泵厂引进德国西门子技术开发的产品, 广泛应用于发电、选煤、造纸、卷烟、化工等行业。2BW4系列水环真空泵为单级单作用的结构形式, 工作介质为常温清水, 通常用来抽吸不溶于水、不含固体颗粒、无腐蚀性的气体, 使被抽系统形成真空, 如真空干燥、真空萃取、真空脱水等。在运行过程中, 该系统发生故障时, 较难判别故障发生的原因和部位, 有时不得不请厂家的维修部门来解决, 很不方便。本文以蒙达发电公司汽轮机凝汽器用的2BW4型水环真空泵成套抽真空装置为例, 用分析法定性分析水环真空泵产生故障的原因及部位, 并对几种主要故障进行详细分析, 提出相应的处理措施。

2 水环真空泵故障分析

正常运行时的轴功率与启动时的轴功率相比通常略有下降, 而且在整个运行过程中它基本上保持不变, 因此一旦出现轴功率增大的现象, 我们就可以判定水环真空泵性能下降。真空度与气量是稀量水环真空泵性能的两个重要指标, 所以“真空度下降”、“气量不够”、“轴功率增大”三个中的任意一个出现都表示泵性能下降, 系统发生了故障, 它们之间是逻辑关系。

但我们可以这样认为, 导致真空度下降、气量下降和轴功率增大这三方面同时发生的故障, 其重要度最大;其次是导致其中任意两方面发生的故障;最后是导致任意一方面发生的故障。这样我们可以得出“阀片破损”、“叶轮与分配器偏磨”、“水环量过少”是水环真空泵性能下降的最重要原因。在电厂运行中, 水量是可以控制的, 汽蚀在水环真空泵中也很少发生, 也可以避免在小流量区运行, 这样来自水力冲击的振动和噪声就可以减至最小。而叶轮内有异物堵塞以及它和分配器的磨损、轴承的生锈和润滑不足等就显得相当重要。

3 水环真空泵故障处理方案

经过分析#1—#4机组的水环真空泵在运行过程中出现的问题, 并到水泵设计处、厂家维修部门进行深入了解, 总结调查到的情况, 得出水环真空泵的主要故障情况。下面对阀片破损、轴承发热、进口蝶阀开关失灵和结垢四种具有代表性也较复杂的故障进行详细分析并提出解决方案。

3.1 阀片破损

为了避免由于过压缩现象而导致泵消耗能量额外增加及泵效率下降, 引进的水环真空泵采用了阀片结构。阀片的作用是消除水环真空泵在运转中所产生的过压缩和压缩不足现象。阀片通常采用塑性材料聚四氟乙烯做成, 在结构上它可以在分配器和挡板之间沿轴向小范围移动。当水环真空泵内被压缩气体的压力小于泵出口压力时, 阀片向叶轮方向移动, 紧在分配器上, 保证气体继续压缩。当被压缩气体的压力等于泵出口压力时, 尽管这个压力小于临界压力, 气体也能通过临界角前的排气口冲开阀片, 使阀片上部摆一个角度, 扭曲成“S“形。长时间扭曲, 导致阀片中间应力集中, 疲劳破坏, 最后从中间断裂。当阀片断裂一片时, 真空度下降, 轴功率上升, 且机组振动厉害, 噪声很大, 发出吹气鸣叫声, 由于叶轮两侧受力不平衡, 电流升高;而当两边的阀片都断裂时, 受力反而又得到了平衡, 电流几乎不变, 但真空度急剧下降, 噪声、振动加剧。通常阀片先后断裂时, 较易准确判断此类故障, 而当两片同时断裂时, 由于其不可预见, 则较难判断。阀片破损在水环真空泵故障中发生的几率较大, 解决此类故障只有更换阀片。

3.2 轴承发热

轴承发热是水环真空泵常见的一种故障, 严重时甚至会破坏支承架。发生这种故障的主要原因是轴承部件不同心, 一方面轴承部件装配不同心, 有关零件精度不高;另一方面, 前、后侧盖处的填料装配不对称或松紧不当都会导致轴与轴承的配合不当, 加剧摩擦, 从而发热。轴承发热的另一个重要原因是轴承润滑油脂。轴承内油脂加得过多, 增加阻力, 会导致轴承温升;油脂过少, 轴承发生干摩擦, 不仅会导致轴承发热, 磨损严重, 轴承发热还会发出尖叫声, 产生很大的噪声;润滑油脏, 污染了轴承, 轴承也会发热。所以关键是要控制润滑油脂的加油量, 使油量适中。一般可采用冲击脉冲方法, 根据地毯值d Bc (主要反映滚动轴承的润滑状况和安装质量) 的大小和标准值d BN (主要反映滚动轴承的技术状态) 的大小以及两者之间的关系来分析轴承的润滑状况, 或对滚动轴承采用测振动加速度信号的方法, 也可以通过监测滚动轴承的温度来判断轴承是否需要加油, 但这些都只能做到定性分析, 粗略地进行定量分析。

3.3 进口蝶阀开关失灵

当一台真空泵向另一台备用真空泵切换时, 常常会发现真空度急剧下降, 且不可恢复。此时很可能是真空泵进口蝶阀关闭不严, 甚至根本无法动作, 致使两台泵窜气, 真空度下降。发生进口蝶阀关闭不严这种故障的原因, 一方面在于蝶阀的电气控制开关反应不够灵活, 使蝶阀关闭不到位。蝶阀容易发生的另一种故障是蝶阀打不开, 这是因为2BE1系列水环真空泵所用蝶阀只在前后压差达30mbar时, 才能打开, 因此在低真空时可以动作, 而在高真空时则动作不了。遇到这种故障, 调小关阀压力即可。此外, 蝶阀锈蚀也是蝶阀开关失灵的一个原因。

3.4 结垢

结垢主要发生在造纸厂和烟厂, 而达拉特发电厂#1—#4机组水环真空泵使用的是除盐水, 水质较好, 不易结垢。水环真空泵过流通道结垢时, 电流、气量、真空度都受到影响, 整个机组的性能下降。通常, 采用锅炉除垢剂或者稀盐酸进行清洗, 必要时可拆下真空泵, 软化工作液。

4 总结

水环真空系统 篇5

随着工业的不断发展, 真空技术渐渐地被更多的生产工艺所应用, 而水环式真空泵因为其突出的环境适应性, 紧凑的工作结构和简单方便的操作方法, 被许多工场广泛的应用。但是其真空率较低, 受工作液泡和蒸汽压的限制很大, 导致了水环式真空泵在实际的应用中会出现许多的故障。虽然水环式真空泵的结构简单, 但是想要解决常见故障, 也不容易, 需要正确的分析水环式真空泵产生故障的原因, 才能够做到对症下药, 解决故障。

1 水环式真空泵的常见问题

水环泵体积较大, 但是结构简单, 易于操作, 而被广泛的应用于真空技术。水环式真空泵最初用作自吸水泵, 是一种变容式真空泵, 由叶轮、泵体、吸排气盘、水在泵体内壁形成的水环、吸气口、排气口、辅助排气阀等组成的。在空气被抽出之后, 连接排气口的一部分将空间内的空气排出, 压力再一次加强上升。周而复始, 不断的将被真空目标之中的空气抽出, 压缩, 排出, 以达到真空的目的。水环式真空泵的常见故障, 也是各个工作环节因为不同的原因而导致的零件常见故障。

1.1 进出气管道积水

因为水环式真空泵于蒸汽凝气器相互连通, 所以管道之中可能会因为水汽分离设备的工作漏洞, 而积流部分水汽。当真空泵的电机停止运作之后, 积流的水汽会渐渐凝结, 形成管道积水, 导致真空泵再次启动之时, 水流倒流回电机, 瞬间电压过大, 使电机被烧毁。

1.2 真空泵泵度不足

水环式真空泵的工作效率一般只有30% 左右, 较好可以达到50%, 如果真空泵的泵度不足, 那么真空泵的工作效率将会降得更低。而真空泵泵度不足最常见的原因, 是因为电机的供电不足而导致转速不够, 不能带动整个真空泵的真空压缩工作。供水量不足, 或者是管道积水, 也可能导致真空泵的泵度不够。因为真空泵的工作依赖于叶轮, 所以当真空泵泵度不足的情况下, 也有可能是叶轮与分配板之间的间隙过大导致的。所以当水环式真空泵的泵度不足之时, 需要仔细检查真空泵, 对症下药。

1.3 不能正常启动或者启动之时噪音过大

水环式真空泵的工作需要大量水蒸气的介入, 而水汽对于结构简单的水环式真空泵的零件服饰会随着时间的推移而渐渐加重。而在水泵内部零件被腐蚀之后, 水泵的正常工作会受到极大的影响, 可能会出现水泵的不正常工作或者启动时水泵噪音极大。而同样会导致这一现象的, 还有电机供电不足或者因为长时间的工作, 水环式真空泵的管道之中吸入了其他的杂物, 导致管道被堵塞, 出进气收到了一定的阻碍。

1.4 流量不足

水环式真空泵的循环系统比较单一, 进出气通道如果出现堵塞, 那么效率原本就不高的水环式真空泵的流量将会降得更低, 造成消耗的动力与工业生产结果不相符合的现象。而这一现象也是水环式真空泵最为常见的问题, 原因如管路漏气漏液或者阻力损失增加等, 都会降低真空泵的流量, 降低真空泵的工作效率。

2 水环式真空泵常见故障的解决方法

水环式真空泵的结构虽然简单, 但是因为对于材料的要求比其他类型的真空泵较低, 所以内部的零件容易出现故障。而想要将这些常见的故障排除, 也并非根据其结构就能予以解决, 需要掌握一定的方法, 才能正确的将这些常见故障排除。

2.1 进出气管道积水的处理方法

鉴于水环式真空泵的进出气管道积水是因为水气分离设备的工作漏洞, 那么想要解决这一问题, 保证进出气管道的通畅, 一方面可以安排专人定期对水环式真空泵进行检修, 清理进出气通道。另一方面, 可以对水气分离器进行一定的改造。如加厚水气分离器的材料进行更新换代, 使用更加耐磨耐腐蚀的优质钢材。或者将水气分离器的管筒直径加粗, 使水气分离的空间更加充分, 加厚管道, 增加使用时间等, 以减少水蒸气对于管道的腐蚀, 减少水蒸汽积流的可能。

2.2 泵度不足

对于泵度不足的解决办法有很多。因为泵度不足最常见的原因是因为电机供电不足, 不足以维持真空泵的正常工作需要, 所以定期检查供电电压是否在电机额定的电压范围内, 或者在正确的范围之内加大供水量也是改善这一问题的有效方法。而鉴于叶轮与分配板之间的间隙是真空泵工作的基础, 那么定期检查并调整叶轮调小叶轮与分配板的间隙 (一般在0.15—0.20mm) 也能够在一定程度上解决这个问题。而定期检查更换机械密封、更换叶轮、检查出水口的管路都是将泵度不足扼杀在日常的常规方法。

2.3 不能正常启动或者噪音过大

作为简易的真空设备, 水环式真空泵的噪音一直是该设备的一大弊端, 但是其正常的噪声还是在一定的控制范围之中, 如果出现噪声过大的现象, 那么及时的检查电机电压和电机电线是最为基本的解决办法。如果这两者都没有问题, 那么就要检查泵的锈蚀情况, 及时的加入除锈剂或者人为的将泵上的锈迹除去, 以保证真空泵的正常工作。而对于真空泵的忽然不能启动, 除了和解决噪声过大一致的方法之外, 将泵盖打开去除杂物或者调节叶轮与分配板的距离也是可行方法。

2.4 流量不足

流量不足是水环式真空泵最为常见的一种故障, 而他的解决方法也很简单。如检查连接处机械密封是否牢靠, 管路及止回阀等有无故障等, 都是有效的解决流量不足的方法。而在真空泵正常工作期间, 定时的检查填料的松紧程度, 也能够在一定的程度上防止流量不足这一故障的出现。

3 小结

水环式真空泵的应用广泛, 但是较大的体积和较高的定期检修成本让水环式真空泵的故障频出, 想要解决这些问题, 并不是很难。但是想要从根本上解决这些问题, 提高水环式真空泵的工作效率, 延长其工作寿命, 需要的不仅仅是在故障时的准确判断和及时维修, 定期的检查和保养也是必不可少的。

摘要：随着工业的不断发展, 真空工艺也是渐渐地被工业生产所广泛应用。由于水环式真空泵突出作用, 其应用日益增多, 但是缺点也是日渐暴露。尤其是水常见的故障和专业的维修方法, 让水环泵使用者长期因此而被困扰, 本文对这方面的问题进行了研究, 希望能够被业内人士所采用。

关键词：水环泵,故障,维修

参考文献

[1]林巍, 陈小芳.水环式真空泵常见故障排除与结构改进[Z].2014 (11) .

水环真空系统 篇6

一、设备介绍

两台660MW机组，配置的汽轮机为GE公司生产的660MW亚临界、一次中间再热、冲动式、单轴、四缸四排气、凝汽式汽轮机，型号为TC4F。汽轮发电机组的凝汽器为双壳体、单流程、双背压凝汽器，采用38052根加硼铜管HSn70-1B，总有效冷却面积36000m2，凝汽器为刚性落地支撑，与低压缸排气口用不锈钢膨胀节连接，铜管内循环水流速2m/s，流量21.86m3/s。

每台机组的凝汽器抽真空系统，配置3台50%容量的NASH双锥体两级水环式真空泵，真空泵密封冷却液设计采用凝结水，真空泵的密封水，在一个包括两级真空泵、气水分离器、密封水循环用离心泵和密封水冷却器组成的闭合环路内循环。

密封水由离心泵从气水分离器中抽出，经过密封水冷却器冷却降温后，一路通过泵头上的喷嘴雾化后喷入真空泵的入口，冷凝进入真空泵的空气/水蒸气混合物，经冷凝的水蒸气、空气/水蒸气混合物和密封水雾，经过第一级泵头内的入口通道流入真空泵内;另一路密封水，直接通过真空泵经第一级泵头内的通道进入泵内以密封真空泵的间隙。

在泵内，密封水与来自泵头内的混合物接触，冷凝混合物内的水蒸气，减少了必须由两级真空泵除去的气量。入口空气在第一级真空泵内得到部分压缩，然后随密封水一同排入第二级真空泵，与全部密封水排入分离器中进行分离，空气进入大气，密封水落入分离器底部重新进行循环。

由于水环式真空泵是利用水作为工质进行工作的，所以根据道尔顿定律，泵体内的密封吸气空间的气体全压等于水蒸气的分压和各种气体分压之和，即P=ΣPi+Ps。由于ΣPI相对于Ps很小，因而P≈Ps。故泵内密封水温，决定了泵在旋转过程中吸气和排气空间所能达到的真空，即泵内的最高真空是由水的汽化压力即泵内密封水温下的饱和蒸汽压所决定的。尽可能地降低泵内密封水温，就可以提高真空泵内的真空，从而提高凝汽器的真空。因此，每台泵配一套制冷装置用来冷却密封水，降低密封水温度，保证真空泵效率。

二、制冷系统介绍

1. 系统的工艺流程

(图1)

2. 制冷装置组成及参数

每台真空泵采用一套制冷装置来冷却密封水，以降低密封水温。每套制冷装置包括蒸发器、冷凝器、过滤干燥器、节流膨胀阀、制冷剂循环管线、电磁阀、连接管路和阀门及两台制冷压缩机，另外还包括密封水回水温度热电偶、回水压力表、密封水流量开关，冷却水进水温度热电偶，制冷压缩机润滑油压开关、出口管线恒温器和制冷剂高低压侧压力开关等测量保护元件。冷却水采用开式循环冷却水，系统的参数见表1。

三、系统工作原理及保护功能

1. 工作原理

真空泵系统启动后、电源开关常开辅助接点闭合，接通密封水循环泵的电源开关的合闸回路，密封水循环泵启动，建起立密封水流量，挡板式流量开关动作，接点闭合接通控制回路向制冷装置温度数字式控制器供电，控制器数字显示屏点亮并显示控制设定值、参数实时值、指示灯及条形图。控制设定值为进入制冷压缩机制冷剂冷凝器的冷却水温度，与离开密封水冷却器的密封水回水温度的差值。温度控制热电偶测量实际的密封水回水温度和冷却水进水温度，将二者之差与设定值进行比较得出控制偏差后，由温度控制器向步进控制器提供比例输出去定位步进控制器。步进控制器有6个由比例电机驱动的凸轮操纵微动开关，温度控制器控制步进控制器指令的百分比，以条形图的形式在控制器上显示。

制冷能力有6步，通过6个微动开关的激活或失活来实现。当水温温差的实际值与设定值的偏差增大时，步进控制器凸轮转动并激活第一个微动开关，偏差进一步增大时，步进控制器激活第二个微动开关，直至第6个微动开关被激活，制冷能力达到最大。反之，如偏差减小，步进控制器反向，反向使微动开关失活。制冷时，第一步首先打开制冷剂回路的液体管线电磁阀，并在两个卸载器带电的情况下启动其中一台压缩机运行，提供总制冷能力的1/6。第二步，使运行压缩机上的第一个卸载器失电，达到总制冷能力的1/3。第三步，第二个卸载器失电，制冷能力达到50%。第四步，在第二台压缩机两个卸载器带电的情况下，启动第二台压缩机运行，达到总能力的2/3。第五步，使第二台压缩机上的第一个卸载器失电，达到总能力的5/6。最后一步，使最后卸载器失电，系统满负荷出力。

2. 保护功能

为确保制冷压缩机的启动和运行安全，制冷装置设置如下保护功能，当测点监测到相应参数达到其设定的动作值时，制冷压缩机跳脱并报警：

(1)压缩机电源断路器。对压缩机电机提供过载和短路保护，保护动作时断路器跳闸切断压缩机电动机的电源。一般电动机过载或者是电路故障，如缺相或短路将会造成断路器跳闸，通常油压开关也会跳闸。

(2)压缩机润滑油压低保护开关。感应压缩机内部注油系统的油压。如果油压没有达到设定值(这个设定值在起动45s内，在曲轴箱或压缩机进口压力和油泵出口之间压差为55kPa)，油压开关保护动作断开相应触点停运压缩机，需要手动复位。

(3)压缩机出口管线恒温器(温度开关)。压缩机出口气体温度高至144℃或低至130℃，温度开关触点断开使压缩机停车，可以自动复位。压缩机有故障，密封水温度超出120℃或者冷却水流量减少明显，会导致恒温器保护动作。

(4)压缩机系统低压侧(入口侧)的制冷剂压力保护开关。压力达到开关断开设定值时，双掷压力开关保护动作触点断开停运压缩机。高压开关断开设定值为2MPa，低压开关断开设定值为0.2MPa，需要手动复位。密封水流量低、冷冻剂损耗、温度控制系统故障、电磁阀SV1故障或冷冻剂过滤干燥器堵塞会引起低压开关保护动作。压缩机运行时制冷剂冷凝器的冷却水中断或者制冷剂排出管线堵塞，高压侧开关将跳闸。

压缩机运行期间，上述安全保护装置的开关任何一个断开，电气控制柜面板前门上的报警指示灯会亮起。另外通过端子排上的相应端子在集控室DCS控制系统画面上发远程报警。

四、制冷系统投运后存在问题

1. 启动遇到的问题

(1)真空泵启动后压缩机无法启动。真空泵启动后制冷压缩机未启动或启动后不制冷，此时发现温度数字式控制器有时无显示，有时显示正常，但压缩机未启动。

产生此现象的原因可能有： (1) 密封水循环泵未启动、密封水循环泵故障或密封水循环回路堵塞(如密封水冷却器内的水结冰)未建立连续流量。 (2) 密封水流量开关未正常动作，触点未闭合。 (3) 真空泵气水分离器液位偏低，循环泵汽蚀。 (4) 保护动作未复位。前两种情况均会造成温度数字式控制器电源不能接通，控制器无任何参数显示。

针对 (1) 情况，需要检查循环泵运行是否正常，密封水冷却器出口压力是否正常，并根据当时具体情况采取相应措施进行消除。 (2) 情况的原因多为杂质卡住流量开关的挡板，造成挡板不能正常动作所致，需要用扳手或阀门钩等工具轻击开关附近管路，通过振动使挡板回位消除。 (3) 情况主要是补水电磁阀动作不正常，需要及时开启旁路补水手动门进行补水。 (4) 情况发生时需要检查电源开关的状态或采取手动复位有关的保护开关的方法进行处理。

(2)启动后压缩机无法加载。制冷压缩机启动后不制冷。此时压缩机已经运转，但是在观察窗内观察制冷剂流量计未转动，制冷剂未建立循环，而且压缩机运行几分钟后制冷剂双掷压力开关保护动作造成压缩机停运。造成此种现象发生的原因是，制冷剂回路管线电磁阀烧坏或电磁阀控制回路端子松动接触不良，电磁阀没有打开所致，需要更换电磁阀或紧固有关接线端子。

2. 正常运行中遇到问题

(1)压缩机频繁跳闸。正常运行中，运行人员在DCS控制系统的大屏幕上多次发现机组真空趋势线缓慢上升，真空变差，启动备用真空泵后，发现压缩机跳闸原运行真空泵停运。主要是制冷剂双掷压力开关的低压开关保护动作，造成保护动作的原因是密封水流量突然波动或制冷剂损耗，此时需要在压缩机运行的情况下，由检修人员测量制冷剂高低压侧的压力，压力低时要补充制冷剂。

(2)制冷剂冷凝器问题。制冷剂冷凝器的冷却水，采用经开式循环泵升压的循环水，循环水中存在油污、微生物和淤泥等，造成冷凝器运行一段时间后沉积物淤积热阻增大。夏季循环水温度会高达33℃以上，制冷压缩机的制冷效果明显下降，密封水温差接近0，有时密封水回水温度甚至高于制冷剂冷凝器入口的冷却水温。由于循环水呈弱酸性，冷凝器的管子为普通碳钢，运行中多次发生因电化学腐蚀而导致的泄漏。对冷凝器的冷却水和冷凝器进行改造，将冷却水改为闭式循环水，冷凝器改为不锈钢材料，改造后冷凝器再未发生泄漏，而且检修时打开冷凝器发现管子非常干净，没有任何沉积物，夏季密封水温度可以维持在25～30℃之间。

3. 停运遇到的问题

真空泵停运后，遇到的最多的问题是压缩机不联停，原因是真空泵和密封水循环泵停运后密封水流量开关因杂物积聚卡涩未断开，密封水温度控制器电源未断开，压缩机启动和运行控制信号仍然存在。制冷压缩机未停运。如果没有及时发现，装置会继续制冷，但因密封水已停止流动，从而造成密封水冷却器(制冷剂蒸发器)壳侧的密封水逐渐被冷却而结冰，轻则造成下次真空泵启动时密封水无法建立循环，压缩机不能启动，重则造成冷却器冻裂损坏。为此，要求在真空泵停运时，运行人员必须检查压缩机是否停运，如未停运则轻击管路使密封水流量开关触点断开，无效时立即切断控制器电源开关，然后联系检修人员处理。另外，可对设备进行改造，将安装在密封水冷却器出口的压力表更换为电接点压力表，接点串入密封水温度控制器的电源供电回路，停运真空泵及密封水循环泵后，即使密封水流量开关未断开，由于密封水失去压力，电接点压力表会断开，从而切断密封水数字温度控制器的电源，保证制冷压缩机正常停运。

水环真空系统 篇7

关键词：脱酸装置,罗茨真空泵,水环泵,抽真空机组,能耗

0 引言

中海油 (青岛) 重质油加工工程技术研究中心有限公司 (以下简称青岛研究中心) 50万吨/年高酸原油脱酸装置设计加工油品为高酸低硫原油, 根据科研需要本装置设有多种实验流程和工艺, 设计装置能耗偏高。二段脱酸抽真空原采用三级蒸汽抽真空, 由于蒸汽抽真空工作效率低, 蒸汽抽真空能耗占装置总能耗20%。2012年10月公司决定利用罗茨水环抽真空机组代替原有的蒸汽抽真空。2013年7月罗茨水环抽真空机组正式投用, 2013年12月罗茨水环抽真空系统通过考核验收节能效果良好, 预计年节约资金约461万元, 表明罗茨水环抽真空机组在青岛研究中心50万吨/年脱酸装置中的应用取得成功。

1 抽真空方案的选择

1.1 传统蒸汽抽真空的工作原理、工作特点及影响因素

1.1.1 蒸汽抽真空的工作原理

蒸汽抽真空原理是工作蒸汽进入喷射器中, 先流经喷嘴将压力能变成动力能。压力下降而流速加快, 在喷嘴出口处可以达到极高的速度, 因而压力急速降低, 在喷嘴周围形成了高度真空[1]。

1.1.2 蒸汽抽真空的工作特点

蒸汽喷射器内部没有运行部件, 具有结构简单、工作可靠、寿命长, 安装维护方便、密封性能好、抽气量大等优点。但蒸汽喷射器是两股流体 (蒸汽与被抽气体) 混合进行能量交换而工作, 在混合过程中有较大的能量损失, 效率较低。

1.1.3 蒸汽抽真空的影响因素

在生产实践中, 蒸汽质量的好坏以及冷却器循环冷却水的冷却质量, 对蒸汽喷射器的抽真空能力和真空稳定性影响很大[2]。蒸汽压力不稳对真空度产生较大的影响, 本装置必须保证抽真空蒸汽压力应>0.9MPa, 且锅炉汽水系统所产生的蒸汽压力要稳定。另外蒸汽含水也对喷射器的性能有较大的影响, 会造成真空度波动。冷却水供量不足, 冷却水温太高冷却器效果降低, 气流声音变大, 真空度会下降循环冷却水一般会比正常量稍大些, 温度一般不超过30℃。循环水的水质如果比较差、硬度高, 也会对抽真空系统造成不可忽视的影响, 日积月累会造成冷凝器积垢, 甚至会引起堵塞, 使蒸汽冷凝难度加大, 从而影响真空度。

1.2 罗茨水环抽真空机组抽真空工作特点、工作原理及影响因素

1.2.1 罗茨水环抽真空机组这项技术所用的设备为水环抽真空机组和罗茨泵的组合机组。

罗茨水环抽真空机组最大的优点是能耗较低约为蒸汽抽真空能耗的1/5左右。

(1) 水环泵的优点:水环泵属于体积泵, 在不同压力下吸入的体积数基本一致即在压力高时吸入的质量多, 因此在低真空时效率较高。水环泵具有运转平稳、转速高、尺寸小、获得大抽速重心低;高速运转时稳定性好、效率高、体积小、流量大、消耗功率小、自吸能力强、使用简便等特点[3]。水环泵的缺点:水环泵在较高真空条件下却由于抽气量小效率低性能不稳定甚至易产生气蚀破坏等方面因素受到限制。

(2) 罗茨泵的优点:罗茨泵是一种旋转式变容真空泵, 具有结构简单、紧凑、占地面积小泵转数高、可与电机直连无需减速装置;压缩过程温度变化小, 磨损小, 无须对泵内进行润滑;吸气均匀, 工作平稳可靠、操作简单维护方便等特点;罗茨泵的缺点:罗茨泵不能单独使用, 必须有一台前级真空泵串联, 待系统中的压力被前级泵抽到允许入口压力时, 罗茨真空泵才能开始工作。如高压差工作将会造成机泵因过载而损坏。使用罗茨真空泵时必须合理地选用前级真空泵。

根据减顶抽真空为抽除含有大量水蒸汽和少量油气的气体的情况, 极限压力要求较高, 青岛研究中心决定选用水环真空泵作为罗茨泵的前级泵。水环泵在较高真空度条件下性能不稳定, 与罗茨泵进行叠加抽真空两者相互配合抵消了彼此的缺点。

1.2.2 罗茨真空泵的工作原理

ZJP型带旁通阀罗茨真空泵是利用一对8字形转子相互垂直的安装在一对平行轴上保持一定的间隙, 由传动比为1的齿轮带动等速反向旋转。由于转子的不断旋转被抽气体从进气口吸入到转子与泵壳之间的特定的空间内再经排气口排出。当转子顶部转过排气口边缘, 特定的空间与排气侧想通时, 由于排气侧气体压强较高, 则有一部分气体反冲到特定的空间中去, 使气体压强突然增高。当转子继续转动时, 气体排出泵外。进、排气口相连通, 在二者的通道上垂直地安装着一个重力阀 (图1) 。ZJP型罗茨泵可在大气压下与前级泵同步启动对系统抽气, 如果系统容积较大则ZJP型罗茨泵在较长时间里其旁通阀是开启的, 泵的有效抽速较小, 因此需待前级泵抽到一定压力时再启动ZJP型罗茨真空泵。

1.2.3 水环真空泵的工作原理

水环泵为罗茨泵的前级泵, 叶轮偏心地装在泵体内, 当叶轮按图2方向旋转时, 水受离心力的作用向四周甩出, 液体形成一个与泵腔形状相似的等厚度的封闭的液环, 叶轮轮毂与液环之间形成了多个月牙形空间。在图2右侧, 相邻两叶片间的月牙形空间不断增大, 气体通过吸气管, 不断被吸入, 进入吸气口;在图2左侧, 相邻两叶片间的月牙形空间不断减小, 吸入的气体不断被压缩, 压力不断增大, 当压力大于外界大气压时, 气体经排气口排出, 排出的气体经排气管排入大气中。这样, 叶轮每转一周, 叶片与叶片间的小室容积改变一次。每两叶片间的液体好像液体活塞一样往复运动, 连续不断的抽吸气体, 达到抽真空的目的。 (图2)

1.3 罗茨水环抽真空机组设计参数

罗茨水环抽真空机组的设计参数 (如表1) , 罗茨水环抽真空机组技术与蒸汽抽真空技术比较, 前者的设备少 (数据见表2) , 且结构紧凑, 因此占地面积也小, 机械抽真空技术的能耗主要为真空泵的电耗, 蒸汽抽真空主要耗能是抽真空蒸汽, 从设计能耗看, 蒸汽能耗大约是真空泵的电耗的5倍 (数据见表3) , 从节能的角度看罗茨水环抽真空机组更节汽、节水。

2 罗茨水环抽真空机组主要设备性能参数及工艺流程介绍

2.1 主要设备及性能参数

罗茨水环抽真空机组性能参数见表4。

2.2 工艺流程

罗茨水环抽真空机组保留蒸汽抽真空系统的所有设备和使用功能, 机械抽真空和蒸汽抽真空两者互为备用关系。罗茨水环抽真空机组的流程为减压塔顶油气及汽提蒸汽经两台预冷却器冷却。冷凝液自流至减顶污水罐, 气相进入一级罗茨真空泵压缩后至气液分离器, 分离后气相进入二级罗茨真空泵再次压缩后至气液分离器 (罗茨真空泵为一组运行一组备用, 两组可切换运行) 。经二级罗茨真空泵分离后的气相进入水环真空泵进行压缩后到气液分离器, 分离后的气体进入加热炉燃烧, 气液分离器原工作液和气相中夹带的凝析油在液环真空泵成套装置循环。液环真空泵的气液分离器工作液必须维持在规定范围内, 因此气液分离器设有补水线及溢流线, 液面不足时自动开控制阀进循环水补充, 过高则通过溢流线自流排出。水环真空泵及罗茨泵均设有自保连锁系统, 当液环真空泵或罗茨泵电机失电时该泵入口电磁阀自动关闭, 防止空气倒串至减压系统。流程图如图3。

3 投用初期出现的问题及解决措施

3.1 水环机组气液分离器瓦斯外泄造成装置区域恶臭

罗茨水环抽真空机组开始投用后装置区域经常出现恶臭, 经查为水环机组气液分离器切水时含硫化物的瓦斯外泄引起。污水罐设有通大气的溢流线为防止液环真空泵过载及污水罐受压。这样含硫化物气体的瓦斯也会通过没有液封的溢流管线外泄到大气。为此装置对污水罐切水情况进行改进, 将溢流线引入缓冲罐将油水气进一步分离。瓦斯气进入加热炉燃烧污水由泵切至减顶污水罐。改造后现场不再有难闻气味。

3.2 水环液温度过高

机组投用初期现场气温较高, 水环泵机组冷却效果不够理想。水环液温度高会引起水环真空压缩机的汽蚀现象, 汽蚀对液环真空压缩造成损害。水环液温度超过35℃时水环真空压缩机开始出现气蚀现象, 现场水环系统的噪音逐渐加大, 水环压缩机效率降低真空度直线下降。最后减顶真空度甚至难以保证生产要求。经过逐渐对水环系统进行调试和改造, 将原有的循环水作为水环液补液改成用新鲜水补液, 切出的水环液经过容器后将水环液中的油水进行分离, 切水改进电脱盐注水罐D-108做为电脱盐注水。

改造后水环液温度在28℃左右解决了水环液温度高引起水环真空压缩机的汽蚀现象的问题, 使用的新鲜水排出后做为电脱盐注水降低了电脱盐的水耗。问题解决后真空度达到了-98k Pa以上。将水环泵切液改进D-104中, 污油打入灌区轻污油罐, 改造调试后水环系统没有再发生过问题。

3.3 罗茨泵入口带液影响机组运行

减压塔顶出来的油气及水蒸汽经过两台水冷器后大部分凝结成液态, 液体中夹杂着少量的腐蚀物及杂质, 锈蚀物及杂质进入罗茨泵后使罗茨泵转子转动阻力加大, 并且对转子及密封产生损害。罗茨入口带液后罗茨泵电流升高, 振动及噪音加大, 导致抽真空效率降低, 罗茨泵维修频率加大。

为此装置在二级水冷器的出口处加一个分液过滤罐。作用是将凝析液和不凝气进行初步过滤分离, 凝析液汇入三级大气腿后进入减顶污油罐排出, 不凝气进入罗茨泵, 这样可有效减少进入罗茨泵的杂质含量。此方法实施后罗茨泵杂音消除, 不必频繁切液。解决了罗茨泵带液损坏设备的问题。

3.4 利用空调制冷水作为抽真空冷却水的节水试验。

8月份当地环境温度30~33℃, 随着现场环境温度增高机组冷却用水量增大, 为保证水环循环液温度低于30℃, 正常水冷机组需用5t/h新鲜水和30t/h循环水, 水耗较大。经过对厂区制冷系统进行改造, 借助制冷水系统一个分支利用制冷水做为水环液补液、机泵冷却水和水冷器用水。在夏季高温时期可借助办公用空调制冷水给罗茨水环抽真空机组冷却。试验结果如表5。

试验结果证明利用制冷水做为水环液补液和机泵、水冷器冷却用水后冷却效果较好。在夏季公司投用制冷系统时可借助制冷水对机械抽真空系统进行机械抽真空机组冷却。 (投用制冷水作为冷却水不会对办公制冷效果产生影响, 抽真空效果较好。目前制冷水是否易结垢及是否易造成腐蚀等情况等还需进一步研究) 经统计在每年的6、7、8、9月可节约新鲜水8000吨, 节约循环水86000吨。

4 罗茨水环抽真空机组取得的应用效果

4.1 可实现几种抽真空方案切换, 机组运行效果稳定

投用罗茨水环抽真空机组后, 我们分别对抽真空几种方案进行切换结果表明利用本套抽真空机组可实现水环机组加一二级蒸汽抽真空、三级蒸汽抽真空、罗茨水环抽真空机组抽真空的三种抽真空形式使抽真空更加安全可靠。罗茨水环抽真空的形式节能效果最好运行最为稳定。

4.2 投用罗茨水环抽真空机组后取得的节能效果

罗茨水环抽真空机组运行稳定后在加工量为55t/h的情况下我们对改造前后两种抽真空形式的能耗进行标定:对改造前后的能耗情况进行对比分析如表6。

经计算原蒸汽抽真空能耗为2.3484Kgeo/t, 现机械抽真空能耗为0.47Kgeo/t。从能耗对比结果中也可以看到, 现有的机械抽真空能耗较蒸汽抽真空的能耗减少了1.87Kgeo/t吨原料, 能耗降低了79.86%, 节能效果相当的明显。

4.3 投用罗茨水环抽真空机组的经济效益情况

本项目总投资120万元。按一年开工8000小时计算, 机械抽真空改造后, 全年可节省蒸汽1.3760万吨, 抽真空单相吨油加工成本降低10.48元。投用后年节省资金509.12万元, 去除机械抽真空设备耗电费48万元, 全年节省461.12余万元。

5 结论

机组投用后装置的加工能力、产品收率、能耗等主要指标均达到了预期的效果。在减压蒸馏装置中传统的蒸汽抽真空系统对蒸汽与循环水的要求较高, 蒸汽的消耗量较大, 机械抽真空系统对设备以及电能的要求较高, 蒸汽消耗量为0, 而增加了较少的电能消耗。从效益层面考虑, 机械抽真空系统具有明显的优势。从安全层面考虑我公司的罗茨水环机组改造项目保留原来的蒸汽抽真空系统的功能, 机械抽真空和蒸汽抽真空系统互为备用关系。此种改造方式给其他同类公司带来改造经验。

参考文献

[1]樊丽秋.真空设备设计[M].上海:上海科学技术出版社, 1990.

[2]唐梦海, 胡兆灵.常减压蒸馏装置技术问答[M].北京:中国石化出版社, 2004.