污水處理廠羅茨風(fēng)機(jī)損壞原因分析與處理

袁懷中

（中國(guó)石油四川石化有限責(zé)任公司，四川彭州 611930）

0 引言

某煉化一體化項(xiàng)目污水處理廠設(shè)計(jì)污水處理能力為2500 m3/h，分煉油和化工各兩條線進(jìn)行，每條線的處理能力為設(shè)計(jì)處理量的50%。處理工藝為：罐中罐→DCI 隔油池→CAF 氣浮池→均質(zhì)池→DAF 氣浮池→A/O 生化池→二沉池→高密度澄清池→V 形濾池。其中A/O（Anoxic/Oxic，生物脫氮）生化池好氧段工作原理為：池內(nèi)活性污泥中的好氧微生物，在充分供氧的條件下借助生物酶的作用，將污水中的有機(jī)物和氨氮氧化分解為穩(wěn)定的無(wú)機(jī)物質(zhì)，使污水得到凈化。只有控制好生化池好氧段的含氧量及微生物的其他需求條件，才能使微生物具有最大效益的有氧呼吸、生長(zhǎng)繁殖。在這一過(guò)程中，生化池的羅茨鼓風(fēng)機(jī)是氧氣的供給設(shè)備。

1 污水生化池風(fēng)機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

某煉油化工A/O 生化池系統(tǒng)配置有7 臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī)，其中3臺(tái)大風(fēng)量風(fēng)機(jī)（額定流量為8250 Nm3/h）、4 臺(tái)小風(fēng)量（額定流量為2100 Nm3/h），向生化池好氧段供氧，以維持好氧微生物的活性以及氧化、分解污水中有機(jī)物和氨氮等。每臺(tái)風(fēng)機(jī)出口均設(shè)置安裝有一臺(tái)手動(dòng)蝶閥，用于隔離單臺(tái)風(fēng)機(jī)與風(fēng)機(jī)出口母管，當(dāng)單臺(tái)風(fēng)機(jī)需要維修保養(yǎng)時(shí)，關(guān)閉該手動(dòng)蝶閥就可以有效隔離母管。母管與各生化池分支之間的隔離閥，用于各生化池風(fēng)量的調(diào)整，供給好氧段所需的氧量（圖1）。

圖1 生化池工藝流程

采用的三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)，由德國(guó)AERZEN（艾珍）公司制造，型號(hào)分別為GM 150S 和GM 60S。風(fēng)機(jī)由電機(jī)和機(jī)頭兩部分構(gòu)成，其中機(jī)頭是羅茨風(fēng)機(jī)的主要工作組件，由側(cè)板、機(jī)殼、主動(dòng)葉輪、從動(dòng)葉輪、同步齒輪、軸承組件、密封組件等組成（圖2）。通過(guò)葉輪有規(guī)律的運(yùn)轉(zhuǎn)，以達(dá)到氣體輸送的目的（圖3）。

圖2 風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)

圖3 現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)機(jī)布置

三葉羅茨風(fēng)機(jī)的工作原理：工作時(shí)耦合的轉(zhuǎn)子以相同的速度作反向旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)子分向側(cè)，由于氣室容積由小變大，此側(cè)形成低壓區(qū)，得以進(jìn)氣；在轉(zhuǎn)子的合向側(cè)，氣室容積由大變小，此側(cè)形成高壓區(qū)，壓送氣體。氣體由低壓區(qū)向高壓區(qū)的輸送，則依靠轉(zhuǎn)子任一端將氣體從低壓區(qū)沿機(jī)殼區(qū)間掃人高壓區(qū)（圖4）。

圖4 工作原理

2 風(fēng)機(jī)損壞現(xiàn)象及原因分析

2.1 損壞現(xiàn)象

2018 年5 月16 日，煉油線風(fēng)機(jī)K-0251C 在停運(yùn)后發(fā)生倒轉(zhuǎn)并發(fā)出劇烈碰撞聲，隨即關(guān)閉風(fēng)機(jī)出口手動(dòng)蝶閥，K-0251C停止倒轉(zhuǎn)。檢查該風(fēng)機(jī)出口止回閥，發(fā)現(xiàn)出口止回閥損壞。離線解體風(fēng)機(jī)本體，發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)殼體出現(xiàn)裂紋、驅(qū)動(dòng)端側(cè)板出現(xiàn)裂紋，風(fēng)機(jī)嚴(yán)重?fù)p壞（圖5～圖7）。

圖5 損壞的出口止回閥

圖6 風(fēng)機(jī)殼體出現(xiàn)裂紋

圖7 風(fēng)機(jī)端板出現(xiàn)裂紋

2.2 損壞原因分析

2.2.1 直接原因

風(fēng)機(jī)出口止回閥損壞，導(dǎo)致出口母管壓力空氣倒灌入風(fēng)機(jī)，引起風(fēng)機(jī)倒轉(zhuǎn)，葉輪的同步性遭到破壞，影響同步齒輪的嚙合，同步齒輪嚙合間隙的變化，造成葉輪與側(cè)板、機(jī)殼的摩擦，導(dǎo)致側(cè)板、機(jī)殼損壞。

2.2.2 間接原因

（1）出口止回閥耐高溫性能不佳。風(fēng)機(jī)出口止回閥為橡膠制品，可在140 ℃以下長(zhǎng)期運(yùn)行。2018 年5 月，受上游煉化裝置來(lái)水指標(biāo)影響，污水生化池長(zhǎng)時(shí)間處于高負(fù)荷狀態(tài)，風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)壓力較高，相應(yīng)地排氣溫度長(zhǎng)期處于上線、甚至超限運(yùn)行，導(dǎo)致橡膠止回閥老化加速、韌性降低，在風(fēng)機(jī)停運(yùn)瞬間止回閥受回座沖擊、發(fā)生斷裂。

（2）生化池鼓風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置不合理。該生化池鼓風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置的風(fēng)機(jī)均為工頻定速風(fēng)機(jī)，并聯(lián)母管，根據(jù)生化池溶解氧情況匹配大小風(fēng)機(jī)運(yùn)行。大風(fēng)機(jī)流量8250 Nm3/h，小風(fēng)機(jī)流量2100 Nm3/h，風(fēng)機(jī)在匹配運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)母管超壓，而母管無(wú)調(diào)壓泄放手段。母管超壓，風(fēng)機(jī)出口溫度急劇上升，直接對(duì)風(fēng)機(jī)出口止回閥、風(fēng)機(jī)本體、密封組件及轉(zhuǎn)動(dòng)部件造成嚴(yán)重傷害。

（3）設(shè)備定期檢查維護(hù)不到位。日常巡檢對(duì)風(fēng)機(jī)出口溫度監(jiān)控不夠，沒(méi)有認(rèn)識(shí)到溫升對(duì)橡膠止回閥的嚴(yán)重影響，未嚴(yán)格按照風(fēng)機(jī)說(shuō)明書(shū)要求定期檢查更換出口止回閥，設(shè)備管理人員、操作人員和維修人員均對(duì)止回閥的重要程度認(rèn)識(shí)不高。

3 處理及完善措施

3.1 增設(shè)鼓風(fēng)旁路系統(tǒng)，完善母管調(diào)壓手段

在風(fēng)機(jī)出口母管上增引一DN200 mm支路至污水均質(zhì)池，作為均質(zhì)池曝氣的一路氣源。支路上安裝調(diào)節(jié)閥，通過(guò)調(diào)節(jié)閥門開(kāi)度來(lái)平衡風(fēng)機(jī)出口母管壓力，確保各風(fēng)機(jī)出口處不超壓（圖8）。

圖8 工藝變更流程

3.2 更換為耐高溫性更好的止回閥

K-0251C 風(fēng)機(jī)因出口止回閥損壞造成風(fēng)機(jī)倒轉(zhuǎn)損壞后，對(duì)其余風(fēng)機(jī)開(kāi)展了全面檢查，檢查發(fā)現(xiàn)其余風(fēng)機(jī)出口止回閥都存在不同程度的老化龜裂現(xiàn)象，說(shuō)明在運(yùn)的所有風(fēng)機(jī)出口止回閥都不能滿足長(zhǎng)期高溫環(huán)境運(yùn)行。為此，一方面及時(shí)聯(lián)系廠家分析原因，檢驗(yàn)止回閥橡膠成分，驗(yàn)證產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題；另一方面建議提高止回閥橡膠材料等級(jí)，采用能長(zhǎng)期耐高溫環(huán)境的橡膠材料，以確保在合理的周期內(nèi)止回閥不失效損壞。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，廠家最終同意將原止回閥橡膠材料升級(jí)為耐高溫性更好的硅橡膠。

3.3 更換上密封性更好的風(fēng)機(jī)出口手動(dòng)蝶閥

生化池鼓風(fēng)機(jī)K-0251C 等出口手動(dòng)蝶閥原設(shè)計(jì)安裝的是對(duì)夾式軟密封蝶閥，由于長(zhǎng)期在高溫環(huán)境下運(yùn)行，部分蝶閥橡膠密封面已出現(xiàn)老化、脆裂脫落現(xiàn)象，存在關(guān)閉不嚴(yán)的情況。如果該手動(dòng)閥關(guān)閉不嚴(yán)，將無(wú)法對(duì)風(fēng)機(jī)出口止回閥及風(fēng)機(jī)本體進(jìn)行隔離檢查。為確保系統(tǒng)長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，更換了所有風(fēng)機(jī)出口的蝶閥，以不銹鋼硬密封蝶閥代替原來(lái)的橡膠軟密封蝶閥，進(jìn)一步提高設(shè)備的本質(zhì)安全。

3.4 精修羅茨風(fēng)機(jī)，達(dá)到廠家指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)

（1）羅茨風(fēng)機(jī)屬于容積式風(fēng)機(jī)，葉輪間隙的調(diào)整不當(dāng)會(huì)造成風(fēng)機(jī)出力不夠、溫度升高，內(nèi)泄漏增大，其關(guān)鍵在于要調(diào)整好3個(gè)間隙，分別是葉輪與葉輪之間、葉輪與側(cè)板之間以及葉輪與機(jī)殼之間。這3 個(gè)間隙視制造廠的不同有固定的標(biāo)準(zhǔn)和誤差，應(yīng)嚴(yán)格按制造廠標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整好各部間隙。

（2）視磨損情況更換密封和軸承組件，但大修時(shí)要更換密封組件的橡膠密封圈、骨架油封等。

（3）同步齒輪的裝配是羅茨風(fēng)機(jī)裝配的核心，一是同步齒輪的裝配過(guò)程中葉輪要固定好，不能有絲毫的轉(zhuǎn)動(dòng)，否則會(huì)造成葉輪與葉輪嚙合間隙的變化；二是同步齒輪與轉(zhuǎn)軸的配合緊力要符合廠家要求，緊力過(guò)大會(huì)使軸徑表面損壞并造成下次拆卸困難，緊力不夠?qū)⒃斐升X輪松動(dòng)，嚙合不同步而損壞輪齒和葉輪等。同步齒輪的裝配和拆卸必須采用液壓推進(jìn)器，緊力值參照液壓壓力表數(shù)值。

3.5 加強(qiáng)設(shè)備日常管理，細(xì)化臺(tái)歷化工作

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際，參照風(fēng)機(jī)使用安裝說(shuō)明和操作說(shuō)明，進(jìn)一步細(xì)化設(shè)備日常臺(tái)歷化工作，并按照臺(tái)歷化要求逐項(xiàng)落實(shí)、整改（表1）。

表1 羅茨風(fēng)機(jī)臺(tái)歷化手冊(cè)

臺(tái)歷化工作中需要重點(diǎn)說(shuō)明的工作有以下4 項(xiàng)。

3.5.1 巡檢工作

采用三級(jí)巡檢的模式，運(yùn)行班組人員每2 h 巡檢一次，每個(gè)班次對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行一次測(cè)振測(cè)溫工作，并將測(cè)振測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)記錄進(jìn)臺(tái)賬；維保班組每天對(duì)風(fēng)機(jī)巡檢兩次，記錄振動(dòng)溫度數(shù)據(jù)一次；專業(yè)工程師每天巡檢兩次，并檢查驗(yàn)證運(yùn)行班組、維保班組巡檢質(zhì)量，抽查驗(yàn)證振動(dòng)溫度數(shù)據(jù)是否如實(shí)，并開(kāi)展對(duì)數(shù)據(jù)的分析對(duì)比，及時(shí)發(fā)現(xiàn)振動(dòng)、溫度異常的設(shè)備，采取相應(yīng)的措施解決。

3.5.2 離線狀態(tài)監(jiān)測(cè)工作

按照臺(tái)歷化工作要求，大風(fēng)機(jī)屬于B 類設(shè)備，每個(gè)月進(jìn)行一次狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，小風(fēng)機(jī)屬于C 類設(shè)備，每3 個(gè)月進(jìn)行一次狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析；日常巡檢中發(fā)現(xiàn)聲音、振動(dòng)溫度等參數(shù)不正常，也可通知狀態(tài)檢測(cè)班進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)；根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析報(bào)告，及時(shí)安排相關(guān)檢查工作。

3.5.3 入口濾網(wǎng)的定期檢查

日常巡檢關(guān)注現(xiàn)場(chǎng)壓差表，達(dá)到上限時(shí)安排檢查更換濾網(wǎng)；每半年的定期檢查工作也必須要進(jìn)行，防止由于現(xiàn)場(chǎng)壓差表壞造成數(shù)據(jù)不準(zhǔn)的情況發(fā)生。另外發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)本體溫度偏高，風(fēng)壓偏小時(shí)也要及時(shí)檢查濾網(wǎng)，濾網(wǎng)堵塞長(zhǎng)時(shí)間不處理會(huì)造成機(jī)體過(guò)熱損壞，壓差過(guò)大引起濾網(wǎng)破損等。

3.5.4 出口止回閥的定期檢查

臺(tái)歷化工作是設(shè)備日常管理工作的基礎(chǔ)，只有切實(shí)做好以上的日常維護(hù)和保養(yǎng)工作，才能確保風(fēng)機(jī)及其系統(tǒng)在長(zhǎng)期的運(yùn)行中處于安全平穩(wěn)良好狀態(tài)。按照臺(tái)歷化要求，每個(gè)季度對(duì)止回閥解體檢查一次，檢查其橡膠密封面完好性、橡膠柔韌性，有無(wú)老化龜裂等。當(dāng)生化池負(fù)荷高、母管風(fēng)壓接近規(guī)程上限值時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注風(fēng)機(jī)出口排氣溫度，縮短止回閥檢查周期。考慮到橡膠件自然老化壽命短的因素，需要按說(shuō)明書(shū)要求，每2 年必須更換一次止回閥，以確保出口止回閥100%完好。

4 結(jié)束語(yǔ)

羅茨風(fēng)機(jī)在污水處理廠的應(yīng)用廣泛，其性能優(yōu)劣直接影響到污水處理能力，是污水處理廠重要的環(huán)保設(shè)備之一。尤其是生化處理系統(tǒng)的鼓風(fēng)機(jī)，是污水處理廠關(guān)鍵設(shè)備中的關(guān)鍵，一旦出現(xiàn)故障將直接影響生化池內(nèi)活性污泥的生存情況，重要程度不言而喻。經(jīng)過(guò)上述措施的完善落實(shí)，2018 年9 月至今，該系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)可靠，期間雖然也經(jīng)歷過(guò)幾次高負(fù)荷沖擊，但設(shè)備運(yùn)行表現(xiàn)良好，滿足了長(zhǎng)周期安全平穩(wěn)運(yùn)行的要求。