王彥昌

（保定天威保變電氣股份有限公司，河北 保定 071000）

1 設(shè)備現(xiàn)狀與升級(jí)改造的迫切性

1.1 設(shè)備服役時(shí)間長(zhǎng)，維修成本高

公司使用的設(shè)備年久失修，內(nèi)置式蒸發(fā)器多次出現(xiàn)蒸汽泄漏問(wèn)題，均采用氬弧焊修補(bǔ)及加熱排管封堵方式修復(fù)，甚至使用其他干燥罐改造時(shí)所淘汰下來(lái)的蒸發(fā)器，將其蒸汽等接口改造后將該設(shè)備用于產(chǎn)品處理工作[1-2]。

根據(jù)對(duì)該罐技術(shù)狀態(tài)的跟蹤可知，該罐罐體泄漏率由4760Pa·L/s 上升到目前的5890Pa·L/s，主要原因是罐口、罐門(mén)變形。另外，該設(shè)備配套使用的平車(chē)的行走車(chē)輪組部件因磨損等原因經(jīng)過(guò)多次修理并更換軸承、軸等零件，以維持生產(chǎn)使用。

1.2 技術(shù)水平低，工作效率有待提升

目前，罐內(nèi)采用的內(nèi)置式蒸發(fā)加熱方式加熱效率低且現(xiàn)用蒸發(fā)器為原有干燥罐所淘汰的蒸發(fā)器，當(dāng)初就是因?yàn)槠湫蕵O低且能源耗費(fèi)巨大而進(jìn)行過(guò)升級(jí)改造，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在生產(chǎn)工藝的需要以及節(jié)能降耗的環(huán)保要求。同時(shí)，由于每到采暖季節(jié)，北方地區(qū)的蒸汽供應(yīng)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)調(diào)配緊張、壓力不足的情況，為了保證生產(chǎn)生活的順利進(jìn)行，需要在蒸汽加熱方式的基礎(chǔ)上增加電加熱系統(tǒng)，以提高設(shè)備的適應(yīng)能力[3]。

2 煤油氣相干燥罐升級(jí)改造主要內(nèi)容

本次設(shè)備改造的主要內(nèi)容包括拆除罐內(nèi)蒸發(fā)器及罐外加熱排管，拆除原有的罐體外部保溫、罐體及蒸汽管道、導(dǎo)熱油管道、熱溶劑管道并重新保溫，外面采用夾心巖棉板鎧裝。將原淋油裝置更換為外置蒸餾系統(tǒng)，增加電加熱器和蒸汽加熱模塊2 套。真空過(guò)濾系統(tǒng)主要更換了3 臺(tái)前級(jí)泵、2 臺(tái)SV630和1 臺(tái)SV300B。更換原有的精過(guò)濾器，改為布袋式過(guò)濾器。更換新的中間冷凝器和冷水機(jī)組。冷凝系統(tǒng)中增加深冷器等。

將驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的所有氣動(dòng)管路和電線電纜等進(jìn)行拆除更新。為節(jié)約改造費(fèi)用，保留部分能滿足使用的電子元器件，配置動(dòng)力柜（加熱柜）并安裝能保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的電線電纜，從主控柜到動(dòng)力柜，將電控軟件程序進(jìn)行升級(jí)改造。采用目前最新的干燥工藝程序，能夠保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行并能提升能源的利用率，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

2.1 真空罐門(mén)行走方式改進(jìn)

將原氣相干燥管罐門(mén)的打開(kāi)方式改為吊門(mén)打開(kāi)式，將行走梁安裝在罐門(mén)上部，并安裝單軌行車(chē)，承重滿足質(zhì)量要求，吊梁高度要滿足罐門(mén)加熱排管（軟管拖鏈）的安裝。罐門(mén)下部重新安裝導(dǎo)向槽和導(dǎo)向輪，調(diào)整罐門(mén)和罐體的鎖扣及液壓缸位置，并重新焊接固定。這種特殊設(shè)計(jì)的罐門(mén)行走機(jī)構(gòu)能夠有效保證罐門(mén)行走順暢且罐門(mén)在行走的過(guò)程中不會(huì)和鎖緊油缸刮碰，使干燥罐使用更加安全順暢。在罐門(mén)位置設(shè)置行程控制連鎖保護(hù)，即罐門(mén)開(kāi)關(guān)到位后自動(dòng)停止并和翻板橋起落聯(lián)鎖，這樣能夠有效保證罐門(mén)上下行走時(shí)不會(huì)脫軌或者撞傷上行走梁。除此之外，檢查罐門(mén)密封情況，將罐門(mén)密封膠條整體更換，有針對(duì)性地進(jìn)行調(diào)整，滿足整體泄漏率要求[4]。

2.2 真空冷凝系統(tǒng)效率提升

將前級(jí)泵機(jī)組更改為一臺(tái)前級(jí)真空泵SV300B 和2 臺(tái)前級(jí)真空泵SV630，風(fēng)冷在羅茨泵入口和小羅茨泵出口之間并聯(lián)一個(gè)閥門(mén)，使干燥罐從一個(gè)大氣壓抽至700Pa 的時(shí)間小于90min，有效滿足生產(chǎn)流程和工藝規(guī)定的要求。其中作為泄泵使用的前級(jí)真空泵SV300B 處于工作狀態(tài)時(shí)，一旦整體系統(tǒng)壓力突然升高（如外漏）接近26kPa，系統(tǒng)的真空泵會(huì)自動(dòng)緊急啟動(dòng)，并對(duì)壓力突然升高的部位緊急抽真空，進(jìn)行安全保護(hù)。原有的主閥調(diào)節(jié)采用雙閥方式，這種方式不能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。本次改造取消了這種調(diào)節(jié)方式，改為氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥模式且改動(dòng)后的閥門(mén)定位器十分重要，需要其工作狀態(tài)保持穩(wěn)定，保證信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確、快速。

真空機(jī)組前級(jí)真空泵排氣口增加一套帶有冷凝作用的排氣分離器，冷凝的廢液排入廢水罐中，能夠最大限度地減少污染物的無(wú)序排放。中間冷凝器具有將管道內(nèi)殘余溶劑蒸汽和水蒸氣冷凝為液體，防止旋片真空泵油被污染而導(dǎo)致乳化，并能夠保證設(shè)備使用壽命，是十分重要的構(gòu)件。因此此次改造需要設(shè)計(jì)較大的裕度，使用具有足夠有效冷凝面積的冷卻器。為了滿足冷卻器的使用壽命需求，需要將不銹鋼管或者銅管作為冷卻管且為了保證殘余蒸汽能夠迅速冷卻，不會(huì)外溢，選用冷凍水進(jìn)行冷卻。

2.3 冷凝系統(tǒng)效率提升

冷凝系統(tǒng)主要包括主冷凝器、深冷器、冷凝液收集罐、油泵和閥門(mén)等。其中冷凝系統(tǒng)的改造包括清理主冷凝器、增加深冷器、改造冷凝液收集罐以及其他附件的改造。

由于原有的主冷凝器不再進(jìn)行大的改動(dòng)，為了能夠達(dá)到所需冷卻效果，因此需要對(duì)其進(jìn)行保養(yǎng)修整，更換密封圈，清洗內(nèi)部換熱排管。在主冷凝器后方增加板式換熱器，將從主冷留下來(lái)的混合液體再次冷卻，將溫度降得更低，保證流入收集罐內(nèi)的液體溫度不大于35℃[5]。在原有收集管中增加收集罐的冷卻水裝置和磁致伸縮液位計(jì)，這樣就能夠準(zhǔn)確測(cè)量出收集罐中的水量變化情況，一旦水量達(dá)到電控系統(tǒng)所設(shè)置的閾值，就可以對(duì)冷凝水進(jìn)行報(bào)警或自動(dòng)排放。

為了能夠使整個(gè)系統(tǒng)降低維修頻次，增加使用壽命，需要在系統(tǒng)中設(shè)置閥門(mén)、管道、屏蔽泵和真空計(jì)等，所有管道均更換為不銹鋼材質(zhì)。

2.4 溶劑蒸發(fā)系統(tǒng)改進(jìn)

溶劑蒸發(fā)系統(tǒng)主要包括溶劑泵、板式換熱器、精過(guò)濾器及罐內(nèi)噴射式蒸發(fā)器等。本次改造主要內(nèi)容包括增加板式換熱器1 臺(tái)且需要換熱功率在400kW 以上。將原有精過(guò)濾器更改為布袋式過(guò)濾器，過(guò)濾精度5μ，罐內(nèi)噴射式蒸發(fā)器為2 套等。精過(guò)濾器中的每個(gè)過(guò)濾器內(nèi)部帶有磁芯且使用一套備用一套，一旦其中一套出現(xiàn)故障或需要更換耗材，另外一套能夠接替使用，提高作業(yè)效率。

目前噴射式溶劑蒸發(fā)器是國(guó)際上氣相干燥設(shè)備最新的溶劑蒸發(fā)技術(shù)。噴射式蒸發(fā)系統(tǒng)主要原理是利用了文丘里噴嘴原理。當(dāng)高壓氣體從噴嘴內(nèi)噴出時(shí)，會(huì)在擋板周?chē)纬蓧毫Σ坏鹊母?、低壓區(qū)，自然形成對(duì)流循環(huán)，這樣罐內(nèi)的溶劑蒸汽就“能動(dòng)”起來(lái)，可以擴(kuò)散到更遠(yuǎn)的地方。它具有加熱速度快、罐內(nèi)溫度均勻、節(jié)省能源且效率較高等特點(diǎn)，因此本次改造采用國(guó)際最先進(jìn)的噴射式蒸發(fā)器。溶劑換熱后通過(guò)噴嘴噴射到罐內(nèi)，形成蒸汽并加熱罐內(nèi)產(chǎn)品，再通過(guò)控制噴射蒸汽的溫度來(lái)調(diào)控產(chǎn)品加熱階段的溫度，溶劑蒸汽溫度不超過(guò)130℃±5℃。產(chǎn)品最終溫度通過(guò)產(chǎn)品絕緣溫度來(lái)控制。

溶劑循環(huán)系統(tǒng)主要由溶劑泵、精過(guò)濾器、板式換熱器、自動(dòng)閥門(mén)、罐內(nèi)噴射式蒸發(fā)器、帶粗過(guò)濾器功能的緩沖罐以及儀器儀表等組成。在真空罐內(nèi)進(jìn)行變壓器的干燥時(shí)，在加熱階段，溶劑由儲(chǔ)油罐進(jìn)入罐后集成帶粗過(guò)濾器功能的緩沖罐中。安放在地坑中的溶劑泵將溶劑打入精過(guò)濾器，再進(jìn)入板式換熱器中。溶劑在板式換熱器中被加熱后輸送到罐內(nèi)噴射式蒸發(fā)器上，再由噴嘴噴入罐內(nèi)，在罐內(nèi)形成溶劑蒸汽。溶劑循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成及工作流程如圖1 所示。溶劑蒸汽加熱變壓器，在器身上冷卻并變成液體后流入罐后集成的緩沖坑中，再經(jīng)過(guò)溶劑泵反復(fù)循環(huán)。

圖1 溶劑循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成及工作流程

噴射式蒸發(fā)器系統(tǒng)比以往氣相干燥（VPD）系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)。

首先，可提前進(jìn)入加熱狀態(tài)，避免鐵芯生銹。

不管是內(nèi)置式瀑布式蒸發(fā)器還是外置式降膜式蒸發(fā)器，它們共同的特點(diǎn)是如果溶劑的溫度不加熱到95℃以上，罐內(nèi)不會(huì)形成溶劑蒸汽，因此溶劑在95℃之前還不能給器身加熱。但是由于罐內(nèi)較低的壓力和罐壁加熱等原因，會(huì)將絕緣材料表面的水分蒸發(fā)出來(lái)，這些水分又會(huì)凝結(jié)在溫度較低的鐵芯表面上，因此增加了生銹的可能性。而噴射式蒸發(fā)器與之不同的是被加熱的溶劑會(huì)以霧狀噴射到罐內(nèi)，附著在鐵芯及絕緣材料表面，將熱量傳遞到鐵芯上，并同時(shí)在鐵芯上形成油膜，即使出來(lái)的水也無(wú)法凝結(jié)在鐵芯表面上。這是噴射式蒸發(fā)器最顯著的特點(diǎn)之一。

其次，溶劑蒸汽和絕緣材料之間的溫差有限，減少了溫度對(duì)絕緣材料的應(yīng)力影響。

噴射式蒸發(fā)器受湍流的影響，加大了溶劑蒸汽的罐內(nèi)流動(dòng)性，可使罐內(nèi)各處的溫度更加均勻。而不會(huì)像瀑布式蒸發(fā)器或外置式降膜式蒸發(fā)器那樣靠溶劑蒸汽自身壓力往罐內(nèi)擴(kuò)散。但是罐內(nèi)距離蒸汽噴口遠(yuǎn)端的絕緣溫度會(huì)比近端的溫度低，以往的辦法是提高溶劑蒸汽的溫度，但是溫度較高一側(cè)的絕緣材料的壽命將會(huì)受到影響。

最后，能在系統(tǒng)上并聯(lián)一個(gè)全自動(dòng)的蒸餾器。

如果干燥帶油產(chǎn)品，可以利用中間降壓階段或者降壓階段將混合溶劑進(jìn)行蒸餾。這種蒸餾器效率很高，由于每次使用的溶劑都是最合理的，因此只需要蒸餾較少的溶劑，蒸餾速度很快，節(jié)省了干燥時(shí)間。

2.5 溶劑蒸餾系統(tǒng)升級(jí)

溶劑蒸餾系統(tǒng)主要由蒸餾器和排油屏蔽泵、液位計(jì)、管道等組成。蒸餾器放置在真空罐灌頂，采用加熱靜置蒸餾方式。由于干燥返修或者帶油產(chǎn)品時(shí)，溶劑內(nèi)部會(huì)混入大量的變壓器油。而罐內(nèi)溶劑壓力及溫度上升較慢，影響干燥質(zhì)量和速度。所以干燥此類(lèi)產(chǎn)品時(shí)就必須對(duì)溶劑進(jìn)行2 次或者多次蒸餾，以達(dá)到凈化溶劑的目的。

這種獨(dú)立運(yùn)行的整流罐的蒸餾階段選擇在中間降壓或者降壓過(guò)程中進(jìn)行，通過(guò)溫度、壓力控制，自動(dòng)結(jié)束蒸餾過(guò)程，能夠有效減少變壓器為達(dá)到工藝要求所需要的運(yùn)行時(shí)間，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的目的。

2.6 加熱系統(tǒng)改造

本次加熱系統(tǒng)改造共分為兩部分內(nèi)容，罐體罐壁加熱系統(tǒng)和蒸發(fā)器加熱系統(tǒng)。2 套系統(tǒng)均可分別采用蒸氣能源和電力能源且2 套加熱系統(tǒng)互相獨(dú)立，分別運(yùn)行。其中罐體罐壁加熱的加熱功率不小于150kW；蒸發(fā)器加熱的加熱功率不小于400kW。2 個(gè)模塊具有完善的互鎖保護(hù)系統(tǒng)。

2.6.1 蒸發(fā)器加熱模塊

蒸發(fā)器加熱模塊由導(dǎo)熱油泵、電加熱器、閥門(mén)、蒸汽換熱器及測(cè)溫裝置等組成，獨(dú)立運(yùn)行。用電（或蒸汽）作為加熱源，以導(dǎo)熱油作為傳熱介質(zhì)，用高溫油泵強(qiáng)制循環(huán)加熱；對(duì)蒸發(fā)器的加熱，最高加熱溫度165℃，控溫精度±3℃。真空罐內(nèi)產(chǎn)品上、下溫差控制在±2℃以內(nèi)。

2.6.2 罐壁加熱模塊

罐壁加熱模塊由導(dǎo)熱油泵、電加熱器、閥門(mén)、蒸汽換熱器及測(cè)溫裝置組成，獨(dú)立運(yùn)行。用蒸汽和電作為熱源，以導(dǎo)熱油作為加熱介質(zhì)，用高溫導(dǎo)熱油泵強(qiáng)制循環(huán)加熱。用于罐壁加熱的導(dǎo)熱油最高溫度155℃，控制溫度±3℃。為了保障系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，管道和罐體需要做無(wú)滲漏及保溫處理，最外層表面溫度最高點(diǎn)不高于室溫15℃。為了能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化控制，管道上裝有導(dǎo)熱油流量開(kāi)關(guān)、溫度計(jì)、上限溫控開(kāi)關(guān)及壓力表等，便于溫度的監(jiān)控。

2.7 電控系統(tǒng)升級(jí)

控制系統(tǒng)將全套設(shè)備中的電機(jī)、控制閥門(mén)、各種儀表按照一定邏輯關(guān)系有機(jī)結(jié)合起來(lái)，通過(guò)工控機(jī)界面實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的全自動(dòng)控制、仿真動(dòng)態(tài)顯示操作控制等并且可以全程監(jiān)控產(chǎn)品處理工藝以及各階段的工藝參數(shù)和曲線。如果出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警。在電控系統(tǒng)中配置UPS 電源，當(dāng)設(shè)備突然斷電時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)保存各種數(shù)據(jù)及程序運(yùn)行狀態(tài)。人機(jī)界面顯示工藝流程圖和各設(shè)備單元運(yùn)行狀態(tài)。

根據(jù)待處理產(chǎn)品的規(guī)格，干燥過(guò)程可以選擇工藝參數(shù)，根據(jù)需要更改工藝參數(shù)。氣相干燥各個(gè)工藝階段可以獨(dú)立運(yùn)行。配置通信接口，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信功能，以便與辦公網(wǎng)絡(luò)相連。自動(dòng)記錄干燥過(guò)程工藝曲線，并存盤(pán)作為歷史數(shù)據(jù)，以便日后查閱。通過(guò)鍵盤(pán)可以修改各種工藝參數(shù)，能定時(shí)或即時(shí)打印各種工藝曲線或報(bào)表。每個(gè)工藝過(guò)程結(jié)束時(shí)可以自動(dòng)生成一個(gè)報(bào)表，此報(bào)表中包括生產(chǎn)日期、進(jìn)罐產(chǎn)品規(guī)格、型號(hào)，干燥時(shí)間以及產(chǎn)品最終溫度、真空度、最終含水量等重要參數(shù)。

3 升級(jí)改造完成后的性能提升

本次改造內(nèi)容主要包括噴射式蒸發(fā)器改造和電加熱系統(tǒng)改造升級(jí)。其中噴射式蒸發(fā)器系統(tǒng)和以往氣相干燥（VPD）系統(tǒng)相比具有較大優(yōu)勢(shì)。

噴射式蒸發(fā)器能夠快速將被加熱的溶劑升溫至95℃以上，并以霧狀噴射到罐內(nèi)，附著在鐵芯及絕緣材料表面上，將熱量傳遞到鐵芯上，同時(shí)在鐵芯上形成油膜，即使出來(lái)的水也無(wú)法凝結(jié)在鐵芯表面上。噴射式蒸發(fā)器的湍流加大了溶劑蒸汽在罐內(nèi)的流動(dòng)性，使罐內(nèi)各處的溫度較為均勻，而不像瀑布式蒸發(fā)器或者外置式降膜式蒸發(fā)器那樣，靠溶劑蒸汽自身壓力向罐內(nèi)擴(kuò)散。和以往長(zhǎng)時(shí)間的降壓過(guò)程相比，較早的出水能夠使罐內(nèi)達(dá)到較低的壓力水平，有利于絕緣內(nèi)部的水分更快速地出來(lái)。在中間降壓階段，延長(zhǎng)時(shí)間，使壓力更低，進(jìn)而使水分出來(lái)得更快，干燥工藝得到改進(jìn)。除此之外，噴射式蒸發(fā)系統(tǒng)還具有占用空間小、安全可靠和可控性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。

干燥罐在改造升級(jí)之后具有合理的真空系統(tǒng)配制，在低溫冷凝器中可凝性氣體充分冷卻并放出，有效避免了干燥過(guò)程中水分、其他廢油進(jìn)入前級(jí)真空泵，造成對(duì)真空泵的污染。對(duì)不同產(chǎn)品進(jìn)行干燥處理時(shí)，可以根據(jù)電壓等級(jí)、容量和絕緣質(zhì)量等確定干燥工藝過(guò)程。通過(guò)更先進(jìn)的氣相干燥工藝過(guò)程控制罐內(nèi)壓力和溫度，不僅能達(dá)到防銹的目的，還能盡快出水，減少絕緣老化。智能化工藝過(guò)程控制能夠有效保證每個(gè)工藝過(guò)程使用的溶劑量最少，以減少浪費(fèi)，縮短工藝流程時(shí)間。

在能源效率方面，近段時(shí)間的跟蹤記錄顯示，工作效率比原干燥工藝提高了15%~20%，能源節(jié)省了10%左右。干燥罐改造前后的技術(shù)參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 干燥罐改造前后技術(shù)參數(shù)對(duì)比

4 結(jié)語(yǔ)

這次項(xiàng)目改造內(nèi)容較為復(fù)雜，主要涉及整個(gè)系統(tǒng)能源使用種類(lèi)的增加、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的平衡以及系統(tǒng)整體效率的提升等內(nèi)容。除了系統(tǒng)本身需要的設(shè)備之外，改造人員的安裝、焊接能力也是本次成功改造必不可少的一部分。任何系統(tǒng)性設(shè)備性能的提升都需要不斷鉆研、創(chuàng)新改進(jìn)，病在過(guò)程中尋找不足，再次進(jìn)行改進(jìn)，這樣才能對(duì)設(shè)備能力進(jìn)行迭代，進(jìn)而提高設(shè)備的使用效率，促進(jìn)變壓器行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。