淺析水環(huán)式真空泵修復(fù)方案

劉文軍 龐少偉 呼嘯亮

（安陽鋼鐵股份有限公司）

0 引言

目前，我國環(huán)保形勢嚴(yán)峻，國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，既降低了硫化氫對煤氣管道和相關(guān)設(shè)備的腐蝕，又降低了硫化物燃燒對大氣環(huán)境的污染，具有重要的環(huán)保意義和社會效益。

水環(huán)式真空泵（型號：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)時間長、費用昂貴等問題，不利于脫硫工序的穩(wěn)定運行和修復(fù)費用的控制，迫切需要對修復(fù)方法進行研究以實現(xiàn)自主維修，擺脫對原供貨廠家的依賴。

1 水環(huán)式真空泵結(jié)構(gòu)特點及工作原理

水環(huán)式真空泵是指利用機械、物理的方法對容器抽氣而獲得真空的設(shè)備，主要由泵體、圓盤、機械密封裝置、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針旋轉(zhuǎn)時，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)的上部內(nèi)表面剛好與葉片頂端接觸（實際上葉片在水環(huán)內(nèi)有一定的插入深度）。此時葉輪輪殼與水環(huán)內(nèi)界面之間形成一個月牙形空間，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)目相等的若干個小腔。如果以葉輪的下部0°為起點，那么水環(huán)式真空泵的葉輪在旋轉(zhuǎn)前180°時小腔的容積由小變大，而且與端面上的吸氣口相通，此時氣體被吸入。當(dāng)吸氣終了時，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，小腔由大變小，使氣體被壓縮，當(dāng)小腔與排氣口相通時，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)式真空泵在實際使用中的常見問題主要有機械密封失效 、葉輪腐蝕和碎裂、真空度不足等。

2.2 原因分析

（1）機械密封失效：水環(huán)式真空泵在實際使用過程中，由于輸送的硫化氫氣體具有一定的腐蝕性，因此極易對機械密封造成腐蝕；由于長時間連續(xù)運轉(zhuǎn)，容易對機械密封密封面造成磨損；同時，由于焦?fàn)t煤氣中含有一定量的煤焦油，極易導(dǎo)致機械密封的彈簧不動作或損壞，造成動靜環(huán)緊力不夠，使得動靜環(huán)密封面間隙變大，破壞了動靜環(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)式真空泵葉輪在運轉(zhuǎn)過程中，葉輪接觸液的酸性對葉輪表面的腐蝕是不可避免的，同時由于葉輪旋轉(zhuǎn)帶動吸收液而產(chǎn)生引力，極易造成葉輪損壞，進而使葉輪在失去動平衡的狀態(tài)下運行，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)，勢必會造成整臺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

針對真空泵修復(fù)中存在的問題，相關(guān)技術(shù)人員進行了積極探索和實踐，摸索出了一套經(jīng)濟有效的修復(fù)方案。

3.1 檢修平臺

針對設(shè)備自身的特點，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，在地面制作簡易檢修平臺，方便真空泵的固定、拆解及安裝。檢修結(jié)束后可以把平臺運至指定位置，為現(xiàn)場清理及下次修復(fù)提供了便利。

3.2 解體

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

其次，使用兩臺起重機配合將泵體轉(zhuǎn)向，立于檢修平臺上，以相同的方式對另一端機封及軸套進行保護性拆除。

最后，利用起重機對泵體其他部位進行解體。

3.3 檢查及修復(fù)

泵體解體后，對真空泵的軸、葉輪、機械密封、軸承等關(guān)鍵備件進行檢查和測量，對損壞備件進行更換或修復(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，同時在局部產(chǎn)生嚴(yán)重的熱機械疲勞裂紋。因此，采用堆焊后進行機械加工來恢復(fù)軸的功能精度，如圖3所示。

圖3 堆焊后對軸進行機械加工

3.3.2 葉輪修復(fù)

現(xiàn)場所用型號為2BE1403-OHY9真空泵葉輪材質(zhì)與工況相匹配，正常情況下不會出現(xiàn)因腐蝕而造成動平衡失穩(wěn)引起設(shè)備振動超標(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。對損壞崩裂較嚴(yán)重的葉輪，可更換新備件；對局部掉塊或磨損的葉輪，可采用堆焊、挖補等方法予以修復(fù)。葉輪與軸裝配好后要進行動平衡實驗，實驗合格后方可進行泵的組裝。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 機封修復(fù)

機械密封使用一段時間后，存在動靜環(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。通過對動靜環(huán)進行解體檢查，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。組合機械密封時應(yīng)按實際測量數(shù)據(jù)來調(diào)整彈簧的壓縮量，若過緊，機械密封的動靜環(huán)表面會因為摩擦大、溫度過高，造成密封端面磨損或燒壞；若過松，則達不到密封要求。過緊時，可在靜環(huán)痤與泵蓋間加墊片來調(diào)整；過松時，可在動環(huán)痤與軸端面間加墊片來調(diào)整。安裝時，動靜環(huán)表面應(yīng)涂潤滑油。

機械密封修復(fù)完成后，要進行密封性試驗，每分鐘泄漏量不超過5滴，周圍無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)對機械密封進行重新調(diào)整。

3.4 回裝

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

（1）安裝軸承時，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。過大會增加端面比壓，過小會造成比壓不足而不能起到有效的密封作用。

（3）動環(huán)安裝后要保證能在軸上靈活移動，將動環(huán)壓向彈簧后應(yīng)能自動回彈。對機械密封進行水壓試驗時，要求試驗壓力為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)軸器找正后進行，螺栓應(yīng)均勻上緊，防止壓蓋端面偏斜；用塞尺檢查各點，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，對葉輪與圓盤間隙進行調(diào)整。利用0.05 mm的調(diào)整墊片對葉輪與兩端圓盤的間隙進行精準(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 真空泵運行狀態(tài)

經(jīng)過試車運行，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無雜音、噪聲不大于85 dB（A），各部軸承溫度小于70 ℃， 軸承振動量小于0.09 mm，電動機電流不超過額定值，機械密封工作正常、無泄漏。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)對比

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

表2 修復(fù)前后工藝參數(shù)對比

4.3 經(jīng)濟效益

對返廠修復(fù)與自主修復(fù)費用進行了對比，發(fā)現(xiàn)真空泵的自主修復(fù)可以為集團公司節(jié)約資金276萬元，具體數(shù)據(jù)見表3。

表3 返廠修復(fù)與自主修復(fù)費用對比 萬元/臺

4.4 時間效益

真空泵若返廠修復(fù)， 1臺設(shè)備的修復(fù)周期為4個月，而本次自主修復(fù)僅用了35天就完成了兩臺設(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)大中修的耗時對比見表4。

5 結(jié)論

通過自主修復(fù)，總結(jié)出了機封和軸承保護拆卸的標(biāo)準(zhǔn)方法和步驟，損壞備件的標(biāo)準(zhǔn)修復(fù)方案，整機組裝的標(biāo)準(zhǔn)步驟和控制要點，日常運行標(biāo)準(zhǔn)控制要點以及備件申報控制要點；通過自主修復(fù)，優(yōu)化了檢修步驟，縮短了檢修時間，保證了修復(fù)檢修質(zhì)量，明確了設(shè)備運行管理要點，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，實現(xiàn)了降本增效。