電爐尾氣循環風機的氣密性及防爆性設計

張俊芳李曉強侯秀麗（.沈陽鼓風機通風設備有限責任公司，遼寧 沈陽 04；.沈陽遠大鋁業工程有限公司，遼寧 沈陽 00；.沈陽鼓風機集團股份有限公司，遼寧 沈陽 0869）

電爐尾氣循環風機的氣密性及防爆性設計

張俊芳1李曉強2侯秀麗3
（1.沈陽鼓風機通風設備有限責任公司，遼寧 沈陽 110141；2.沈陽遠大鋁業工程有限公司，遼寧 沈陽 110023；3.沈陽鼓風機集團股份有限公司，遼寧 沈陽 110869）

摘 要：電爐尾氣系統是對電爐產生的富含一氧化碳氣體及可燃氣體進行清洗和冷卻，此系統中應用的電爐尾氣循環風機是將一部分被冷卻凈化的尾氣循環至電爐尾氣風機上游，用于稀釋冷卻從電爐出來的尾氣。由于此風機工作介質為有毒有害及易燃易爆氣體，在風機的結構設計上要求保證風機100%氣密，并在使用期限內保持零泄漏，正常運行期間所用可能火源都必須從內部清除，本文針對使用現場對風機的零泄漏及防爆的要求，提出解決措施。

關鍵詞：電爐尾氣；離心風機；氣密性；零泄漏；防火花；防爆

1 引言

2011年我公司為某鹽湖項目生產制造了十臺電爐尾氣循環風機，鑒于此風機在整個電爐尾氣系統中輸送的工藝氣體為易燃易爆、有毒有害性氣體，所以要求風機零泄漏、防火花防爆，給風機的設計制造帶來了極大困難。

2 電爐尾氣循環風機設計參數

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

性能參數：電爐尾氣循環風機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% 氮氣5%~20% 硫化氫0%~0.05%。設計點流量29920m3/h、全壓升7157Pa、入口溫度60℃、入口氣體密度0.721kg/m3。

結構參數：單級離心式懸臂支撐，葉輪為后向直葉片形式直徑1600mm，葉輪采用高強度焊接結構鋼焊接，風機主軸材料為合金結構鋼，轉子的最小臨界轉速為風機額定轉速的140%，，風機通過聯軸器由變頻電動機直接驅動，流量調節方式：變頻調速調節。

3 關鍵性工藝要求

本規范中的風機作為工藝必不可少的一部分，出現任何停機時間都將影響到工藝線的中斷及生產損失。因此高可用性及可靠性是至關重要的。所有風機必須可以一年365天、每天24小時安全高效的運行，同時應滿足數據表中的要求。所有風機都必須額定“零泄漏”，風機100%氣密，并在使用期限內保持零泄漏，在距風機1米處一氧化碳的檢測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，正常運行期間，所有可能火源都必須從內部清除，并密封或隔離。風機的構造應確保傳動軸在移動過程中不會使風機的兩個鐵質部件摩擦或碰撞產生火花。

4 密封措施

4.1機殼的密封：機殼為碳鋼整體全焊透重型焊接結構，鋼板厚度為12mm，機殼設計壓力為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構。機殼不在中分面上開法蘭，采用前蓋板結構，在機殼前蓋板上開直徑大于葉輪直徑的大孔；在機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，這樣在檢修時拆掉前蓋板、進風口及軸端密封，將葉輪、輪轂及軸承組一起從機殼前端移出，以滿足拆卸要求。風機外殼盡可能采用焊接組裝，以減少機殼開瓣，減少泄漏源，按照這一配置設計和制造的特殊風機結構，減少了安裝墊片的區域從而降低泄漏的風險。

需要墊圈密封的所有法蘭或開口均進行機加工，以確保平直度。機殼及進風口等組焊件要高溫消應力后再機械加工法蘭面，組焊件進爐加熱到300℃以釋放焊接件內部的焊接應力，避免組焊件焊后由于應力釋放而發生變形，影響法蘭面的平行度及垂直度，焊后機加工以形成齊平密封面，材料達到Ra=3.2公差的機加工等級，同時還要保證法蘭的平整，法蘭的最高點與最低點的高度差不超過0.5mm。

機殼前蓋板上與進風口連接的法蘭、機殼后蓋板上與軸封連接的法蘭以及機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化，以確保風機使用期間在各種溫度循環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和優質碳鋼制造。而且在厚鋼板連接法蘭上開的螺紋孔均為盲孔，這樣法蘭通過螺栓連接后，能避免氣體通過螺紋孔處泄露。且法蘭采用二臺即在螺栓連接面內側法蘭起一臺，這樣可以減少密封面的接觸面積，提高密封精度，同時在法蘭連接面處加石墨密封條，通過擰緊連接螺栓來擠壓石墨密封條（擠壓前厚度3mm，擠壓后厚度1.5mm）達到加強密封的目的。

4.2 軸口處氮氣密封：機殼出軸口處采用沖氮氣碳環密封裝置，在以HT200為材質鑄造的密封體內開梳齒式內環槽，槽寬6mm深15mm。在內環槽內嵌入2mm厚的石墨碳環，碳環內孔與接觸處軸采用過渡配合，碳環采用拉彈簧固定于槽內，同時在密封體上開孔接入氮氣源輔以氮氣沖壓密封，最終保證軸口處零泄漏。

5 防火花防爆措施

進風口與葉輪進口部位設有鋁板，以避免進風口與葉輪之間摩擦產生火花。葉輪內壁與進風口外徑在徑向單側間隙3mm~4mm，進風口含進葉輪一部分，這種結構可以保證氣流由進風口流入葉輪時減少漏風量，提高風機運行效率。由于進風口與葉輪安裝后的軸向及徑向間隙較小，且進風口與葉輪由于存在加工及安裝上的誤差以及運行變形等，風機運行中易產生定子件進風口與轉子件葉輪的刮碰而摩擦打火，采取在進風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風口口圈上，從而保證在風機運行期間不會出現兩鐵件摩擦打火而引起易燃氣體爆炸。聯軸器護罩采用鋼板內側鉚接鋁板結構確保聯軸器與護罩不摩擦生火花。

6 風機機械運轉試驗及氣密性檢驗

機械運轉試驗：風機在額定轉速下連續運行1小時，檢測軸承箱水平方向和垂直方向上的振動速度有效值均小于4.0mm/s，檢測軸承溫升小于40℃。泄漏測試：所有的全溶透密封焊縫都進行無損探測，組裝風機機殼和法蘭（軸開口處進行沖壓處理）接受肥皂泡沫測試，完全裝配好的風機采用空氣進行加壓測試，直至達到機械設計壓力，并保持一小時，在整個測試期間壓力的變化數值保持在可忽略的范圍之內（壓力計的精確度達到+/-0.005 kappa）。

通過機械實驗證明此電爐尾氣循環風結構設計合理，能保證風機穩定運行。通過泄漏實驗證明風機設計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。而且風機設計中采取了積極有效的防爆措施，保證風機在現場安全運行。

參考文獻

[1]成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2002.

[2]李慶宜.通風機[M].西安：西安交通大學出版社，2005.

中圖分類號：TH43

文獻標識碼：A