沈 偉 楊建章

(玉鋼公司動力廠)

1 前言

玉鋼燒結(jié)空壓站坐落于玉鋼老燒結(jié)廠辦公樓旁，站內(nèi)配備2臺VB1500H3離心空壓機，于2013年1月投入運行，與公司集中空壓站管網(wǎng)并聯(lián)，向公司所有用氣單位不間斷的輸送合格的壓縮空氣。在正常情況下，燒結(jié)空壓站2臺離心空壓機需全開，集中空壓站則根據(jù)公司用氣量的不同來決定其它活塞式空壓機的開機量，以保證壓縮空氣的有效供給。由于集中空壓站配備的活塞式空壓機設(shè)備老舊、故障率高且工作效率低下，這就要求燒結(jié)空壓站2臺離心空壓機必須長周期、高效率運行。

后來由于玉鋼生產(chǎn)工藝發(fā)生較大變化，燒結(jié)空壓站周圍的空氣迅速劣化，空氣懸浮物大量增加，致使進氣過濾器濾芯被快速污染，進氣過濾器濾芯過濾效果變差并且使用壽命大幅縮短。濾芯失效后，在嚴重時空氣中的一些顆粒物會被吸入離心空壓機，在高速運行下造成離心機的流道、轉(zhuǎn)子等損傷，導(dǎo)致設(shè)備檢修、維護周期縮短，生產(chǎn)運行成本增加，甚至對生產(chǎn)活動的正常開展產(chǎn)生了嚴重的威脅。

2 改造背景

2.1 地理位置

燒結(jié)空壓站在2012年年底建站投入使用時，2臺空壓機進氣過濾器建在室外，周圍空氣質(zhì)量較好。2014年玉鋼質(zhì)計中心原料取樣分析室搬遷至老燒結(jié)廠辦公樓，在質(zhì)計中心開展原料相關(guān)的工作時就會產(chǎn)生大量的灰塵排出室外，使周圍的空氣迅速劣化。而離心空壓機的進氣過濾器與質(zhì)計中心取樣分析室的排煙口僅一路之隔。

2.2 存在的問題

(1)質(zhì)計中心取樣分析操作時，其周圍一定范圍內(nèi)的空氣懸浮物大量增加，使離心空壓機運行所需的空氣質(zhì)量變差。由于進行廠址搬遷等涉及較多，不可能在短期內(nèi)改變空壓機的運行環(huán)境。

(2)自離心機運行處空氣質(zhì)量劣化后，過濾器負壓增大，由最初901.6Pa增加至1332.8Pa，正常運行要求低于1470Pa，盡管經(jīng)常由人工拆下來輔助清灰以盡量延長濾芯的使用壽命，濾芯更換頻率仍由最初的12個月更換一次變?yōu)?個月更換一次，且過濾效果較差。

(3)離心機的故障率增加，開蓋檢查中發(fā)現(xiàn)離心機轉(zhuǎn)子及空氣流道受到顆粒物刮傷的現(xiàn)象較為明顯，轉(zhuǎn)子動平衡失效的周期縮短，設(shè)備預(yù)期運行時間大幅縮短。

(4)當過濾器過濾阻力不可逆增大至一定程度，或是在過濾器出現(xiàn)一定失效使污物進入離心機，都將嚴重影響到離心機的正常運行，甚至?xí)斐呻x心機的極大損傷。

2.3 故障案例

(1)2017年5月燒結(jié)空壓站1#離心空壓機在運行過程中電機電流從76A突然降至64.8A(正常加載電流為65A)，進氣調(diào)節(jié)閥閥位為100%，放空閥閥位也為100%(若正常加載，此時放空閥閥位應(yīng)為0)，空壓機無法進行加載。空壓機廠家技術(shù)人員到現(xiàn)場進行分析后確認該故障是進氣過濾器濾芯嚴重堵塞導(dǎo)致，建議更換進氣過濾器濾芯，我方對進氣過濾器濾芯進行更換后重新開機，開機加載后電機電流上升至78A，進氣調(diào)節(jié)閥閥位100%，放空閥閥位0，離心空壓機恢復(fù)正常運行。

(2)2017年9月，1#離心機出現(xiàn)了振動增大的情況，在開蓋檢查中，發(fā)現(xiàn)離心機轉(zhuǎn)子及空氣流道等出現(xiàn)了較多顆粒物劃傷的現(xiàn)象，如圖1所示，后續(xù)檢查中發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子動平衡也失效了。2017年11月，2#離心機在開蓋檢查中也出現(xiàn)了類似的情況。

圖1 離心機轉(zhuǎn)子及流道損傷情況

2.4 原因分析

在質(zhì)計中心原料取樣分析室搬遷至燒結(jié)空壓站旁后，伴隨其操作，空氣中的污物數(shù)量周期性的大量增多，在峰值時空氣中的污物含量是正常情況下的上千倍，并且其中主要部分為焦炭、鐵礦石顆粒，顆粒物較大、顆粒硬度較大，且附著性較強。

其中的一部分污物隨空氣進入到離心機的空氣過濾器中大量附著在濾芯濾料上，大大超出了原空氣過濾器的設(shè)計標準，反吹裝置不能將大量附著的污物吹落，致使過濾器過濾效果低下，濾芯快速失效。

在嚴重時，濾芯會出現(xiàn)一定的破損，致使空氣中的污物進入到離心機中，附著在離心機轉(zhuǎn)子及空氣流道上，破壞轉(zhuǎn)子動平衡。并且在三級轉(zhuǎn)子處，由于其轉(zhuǎn)速極高，為25000r/min，污物中較硬的顆粒會劃傷轉(zhuǎn)子及流道，對機組造成實質(zhì)性的損傷。

2.5 改造的必要性

(1)在可預(yù)期的時間內(nèi)，質(zhì)計中心原料取樣分析室、燒結(jié)空壓站都不可能搬遷，必須采取措施解決離心機空氣劣化的問題。

(2)由于空氣劣化，離心機的運行成本增加。一套濾芯的價值約為8萬元，當前的使用壽命僅為預(yù)期使用壽命的一半，每年將多出一倍的使用費用。同時，由于污物進入離心機，造成了轉(zhuǎn)子動平衡的失效，轉(zhuǎn)子及空氣流道的損傷，造成的損失難以估量。

(3)離心機運行任務(wù)重。由于集中空壓站D-100/8型活塞式空壓機故障較多且效率低下，燒結(jié)空壓站2臺VB1500H3離心空壓機承擔了大部分的壓縮空氣生產(chǎn)任務(wù)，活塞式空壓機僅用于調(diào)節(jié)生產(chǎn)負荷。一旦離心空壓機出現(xiàn)故障，壓縮空氣的供給將變得極為緊張。

3 方案及論證

3.1 空氣過濾器的原理

離心空壓機使用的過濾器為自潔式空氣過濾器，如圖2所示，濾芯濾料為防水型濾紙。過濾器的凈氣室出口與空壓機入口相連，在空壓機運行產(chǎn)生的負壓作用下吸入待處理空氣，空氣中的大部分污物被過濾器濾芯過濾掉，實現(xiàn)空氣的凈化。無數(shù)的小顆粒粉塵會在濾料的迎風(fēng)面形成一層塵膜，塵膜在一定程度上可以使過濾效果有所提高，但是也會使進氣阻力增大，使進氣量減少。濾芯過濾精度為99.6%/1μm、99.9%/2μm、100%/3μm。

在空氣過濾器運行中，自控系統(tǒng)用定時的方式進行反吹自潔。每隔5秒反吹自潔一次，去除濾料迎風(fēng)面的塵膜，進氣過濾器共設(shè)有6組濾芯，每組4支，一組反吹自潔，其它濾芯正常進行過濾工作，實現(xiàn)過濾器濾芯的自潔。

圖2自潔式空氣過濾器結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 改造方案

以上問題主要是由于現(xiàn)有的自潔式空氣過濾器在污濁空氣環(huán)境下過濾能力、自潔能力不足所造成的，若是將過濾器更換為過濾能力更強的新過濾器(即設(shè)計過濾更大或應(yīng)對污濁空氣能力更強的過濾器)，或是制作出輔助的除塵裝置，將能應(yīng)對空氣污物增多的問題。

(1)方案一：更換為新的空氣過濾器

此種方法能較為妥善的解決掉過濾器過濾能力不足的問題，但是設(shè)備的投資較大、建設(shè)周期較長，且由于現(xiàn)場空間的限制，新過濾器的長寬將受到限制。

(2)方案二：利舊使用去產(chǎn)能閑置的高爐鼓風(fēng)機空氣過濾器

高爐鼓風(fēng)機空氣過濾器過濾能力強、設(shè)計風(fēng)量大，且屬于閑置設(shè)備，利用起來不僅能解決問題，還可以盤活閑置資產(chǎn)。但是該過濾器體積較大，受現(xiàn)場空間的限制無法在原有位置安裝，需要在其不遠的地方另擇新址安裝；且過濾器的拆、運、裝都具有一定的技術(shù)難度，改造周期相對較長。

(3)方案三：改造現(xiàn)有的自潔式空氣過濾器

在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上改造過濾器，在其外部加裝預(yù)過濾裝置，使其形成兩級過濾，分級處理空氣污物。預(yù)過濾裝置上安裝一層不懼水的初濾布，過濾掉空氣中粒徑較大的污物，初過濾后較為潔凈的空氣進入自潔式空氣過濾器中。由于取樣分析室外放的污物中大多粒徑較大，初濾布可以擋住大部分的污物，此時的空氣質(zhì)量基本可以滿足自潔式空氣過濾器的設(shè)計標準，實現(xiàn)其設(shè)計的過濾能力。本方案的好處是改動較小、建設(shè)周期短、改造費用低，基本可以應(yīng)對空氣污物增多的情況；但是會造成過濾器的負壓出現(xiàn)一定的增大，在負壓較大時會對離心機的運行造成負面影響。

以上方案中，方案一將能較好的解決問題，但是資金投入大、建設(shè)周期長；方案二也有其優(yōu)勢，但在技術(shù)、場地及周期上也有一定的限制；方案三雖有一定的不足，但是改動較小、建設(shè)周期短、改造費用低等優(yōu)點更具有可操作性，最終決定按方案三進行設(shè)計改造。

4 改造設(shè)計實施

4.1 改造方案設(shè)計

(1)總體結(jié)構(gòu)

結(jié)合現(xiàn)場空間，將初過濾器設(shè)計為如圖3所示結(jié)構(gòu)。結(jié)合現(xiàn)場空間，在過濾器本體四周向外擴展出300～800mm，在垂直面安裝濾布，底部澆筑混凝土，頂部用鋼板密封，形成一個新的密閉空間(一級濾風(fēng)室)。

圖3 進氣過濾器改造示意圖

(2)基礎(chǔ)

改造后過濾器的平面尺寸由3.0×2.6m增大為4.0×3.6m；在預(yù)過濾裝置下部設(shè)置高度不小于0.3 m的混凝土擋墻，過濾器下方設(shè)置一排水口。既用于在內(nèi)部形成密閉空間，也具有一定的防雨作用。

(3)預(yù)過濾裝置

預(yù)過濾裝置的核心為垂直面上設(shè)置的濾布。預(yù)過濾裝置使用“雙層不銹鋼網(wǎng)+濾布”結(jié)構(gòu)，不銹鋼網(wǎng)使用10×10mm的尺寸。內(nèi)部的不銹鋼網(wǎng)完全固定，用于在離心機工作時支撐濾布，使之不至于因負壓而位移、受損等；外部的不銹鋼網(wǎng)主要起到固定濾布、保護濾布的作用；濾布安裝于內(nèi)外兩層不銹鋼網(wǎng)之間。濾布使用400目的尼龍濾網(wǎng)，具有耐水、耐老化、便于清潔的特點。

外層不銹鋼網(wǎng)設(shè)置成大小為1.1×0.8m壓蓋的形式，下部安裝鉸鏈，上部安裝鎖緊把手。更換濾布操作時，只需要打開外部濾網(wǎng)壓蓋即可。為方便更換內(nèi)部濾芯，在原有過濾器的檢修門處設(shè)置一扇向外開的檢修門，大小約1.0×1.1m，原過濾器的檢修門可拆除掉。

(4)頂部結(jié)構(gòu)

鋼結(jié)構(gòu)框架的上方用厚度為3mm的鋼板與進氣過濾器本體進行點焊，其余未焊接部分用玻璃膠密閉，外端鋼板向外延伸0.4m用于擋雨。

(5)預(yù)過濾裝置工作性能

改造后預(yù)過濾裝置的工作面積：

S1=(4.0+3.0)×2×1.1-1×1.1=14.3m2

由于空氣中的污物主要為顆粒直徑較大的雜質(zhì)，結(jié)合離心機對過濾器負壓的限制，考慮使用400目的濾布作為預(yù)過濾裝置的濾芯，查表可得400目濾布的原始過濾精度約37μm，實際過濾精度約25μm，基本可以滿足預(yù)過濾裝置的要求。

4.2 改造實施

按圖3設(shè)計實施過濾器的改造，先制作預(yù)過濾裝置鋼架主體，在安裝試驗中發(fā)現(xiàn)外層不銹鋼網(wǎng)壓蓋尺寸可制作的更大(2.0×1.1m)，更大的外層網(wǎng)使濾布的更換更加方便。主體結(jié)構(gòu)安裝完成后澆筑預(yù)過濾裝置的基礎(chǔ)，混凝土基礎(chǔ)內(nèi)側(cè)與底部鋼架嚴密貼合、抹面密閉，外側(cè)留出方便鉸鏈運行的凹槽。基礎(chǔ)澆筑完成后進行防腐操作、濾布安裝，濾布壓板邊框粘貼橡膠條，以便壓緊濾布，預(yù)過濾裝置改造完成，完成后的效果如圖4所示。

圖4 改造后效果圖

5 運行管理及效果

5.1 運行管理

在運行中注意觀察過濾器負壓數(shù)值，當負壓數(shù)值增大至警戒值(1470Pa)時，使用清水清洗濾布，當濾布清洗后負壓仍舊較大時，則更換新的濾布。運行中，值班人員只需每周用清水沖洗一遍濾布即可。

5.2 運行統(tǒng)計

在各項改造工作完成后，啟動離心機進行試驗。預(yù)過濾裝置的效果主要為過濾器負壓的大小，將運行一個月的負壓體積情況見表1，至第二周時負壓數(shù)值已基本穩(wěn)定，滿足離心機的運行要求。

表1 空氣過濾器負壓統(tǒng)計表

5.3 效果驗證

進氣過濾器改造后，經(jīng)過一年的運行，取得了較好的效果，主要體現(xiàn)在以下方面：

1)空氣中400目以上的大顆粒固體雜質(zhì)基本被擋在濾布外表面，在對進氣過濾器濾芯進行檢查發(fā)現(xiàn)，只有少量灰塵吸附在濾芯表面，濾芯的潔凈度比以往提高了很多。

2)截至2019年8月，2#離心空壓機運行中振動狀況良好，在例行維護保養(yǎng)時，查看轉(zhuǎn)子及空氣流道，各葉輪表面、空氣流道均光滑勻稱，無明顯附著物。

6 結(jié)論

在自潔式空氣過濾器加裝預(yù)過濾裝置改造后，濾芯的更換周期可由改造前的半年延長至2年，期間振動狀況良好，在運行8個月后的空壓機開蓋檢查中，離心機轉(zhuǎn)子及流道未發(fā)現(xiàn)更多的顆粒物損傷?？芍敬胃脑焓浅晒Φ?，不僅降低了備件成本，還節(jié)約了清灰工作所致的人力；另一方面，空壓機吸入了潔凈的空氣，葉輪動平衡得到了很好的保護，大大降低了因葉輪動平衡被破壞而導(dǎo)致的設(shè)備其余部件損壞的風(fēng)險，同時也確保了離心空壓機長周期、高效運行。