硫酸风机AI680-1.21/1.02基础知识与维修解析
作者:王军(139-7298-9387)
关键词:硫酸风机、AI680-1.21/1.02、型号解析、风机配件、维修保养、离心鼓风机
第一章:硫酸生产与离心鼓风机概述
在硫酸工业的庞大生产体系中,从硫铁矿或硫磺的焙烧,到二氧化硫气体的转化与三氧化硫的吸收,每一个环节都离不开关键动力设备—离心鼓风机的稳定运行。离心鼓风机在其中扮演着“心脏”的角色,负责为整个系统提供连续、稳定且具有一定压力的工艺气体,确保化学反应的顺利进行。其性能的优劣直接关系到硫酸的产量、质量以及整个生产系统的能耗与安全。
硫酸生产介质具有极强的特殊性。无论是原料工段输送的含二氧化硫的炉气,还是干吸工段输送的浓硫酸雾气,都具有高温、腐蚀、易结露生成强酸等特点。这就对输送这些介质的鼓风机提出了极其苛刻的要求:必须具备卓越的耐腐蚀性能、良好的气密性以防止有毒气体泄漏、以及在高转速下长期运行的稳定性和可靠性。
离心鼓风机通过高速旋转的叶轮对气体做功,将机械能转化为气体的压力能和动能,其基本原理遵循能量守恒定律和欧拉方程。简单来说,气体从风机轴心处的进风口进入高速旋转的叶轮,在离心力的作用下被甩向叶轮边缘,流速迅速增加;随后,高速气体进入截面积逐渐扩大的蜗壳(扩压器),流速降低,部分动能转化为静压能,最终从出风口以高于进口的压力排出。其产生的压力(压头)与叶轮的转速的平方成正比,与叶轮的直径的平方成正比,而流量则与叶轮的转速和直径的一次方及流通面积成正比。这使得通过改变转速或叶轮几何尺寸可以灵活地调节风机性能。
根据结构形式的不同,硫酸离心鼓风机主要发展出了几种经典机型系列,以适应不同的工况需求。如“C”型系列多级离心硫酸风机,通过多个叶轮串联实现较高的压比,适用于压力需求较高的场合;“D”型系列为高速高压硫酸风机,通常采用齿轮箱增速,结构紧凑;“S”型与“AII”型系列为单级双支撑硫酸风机,转子两端均有轴承支撑,稳定性好;而本文重点讨论的“AI”型系列,则为单级悬臂式硫酸风机,以其结构简单、维护方便等特点在特定工况下广泛应用。
第二章:AI680-1.21/1.02风机型号深度解析
参照提供的型号解释规则,我们可以对“AI680-1.21/1.02”这一型号进行详尽的解读,从而全面了解该风机的基本设计参数与性能定位。
1. 机型系列:“AI”
– 单级悬臂硫酸风机
“AI”是此型号的核心,它定义了风机的基本结构形式。“A”通常代表“悬臂式”(Overhung),即叶轮像伸出的手臂一样,仅在一端由轴承箱支撑,另一端悬空。“I”则可能代表“单级”(Single-stage)。因此,“AI”型号机是一种结构相对简单的单级离心鼓风机。其主要特点是:
结构紧凑: 由于是单级叶轮且为悬臂结构,整机轴向尺寸较短,占地面积小。
维护便捷: 只需拆卸进气箱或机壳,即可直接接触到叶轮和主轴端部,进行检查、清洗或更换,无需扰动轴承箱和联轴器,大大简化了维护流程。
适用工况: 通常适用于中等流量、中等压升的工况。其悬臂结构对转子的动平衡精度要求极高,以避免运行时产生过大的振动。
2. 流量参数:“680”
– 额定流量为每分钟680立方米
“680”直接指明了该风机在设计工况下的容积流量能力,即每分钟能够输送680立方米的介质气体(此处为二氧化硫或硫酸工艺气体)。这是风机选型中最关键的参数之一,必须与硫酸生产系统的气量需求精确匹配。需要特别注意的是,风机样本上标注的流量通常是指在标准进口状态(如20℃,101.325kPa)下的数值。在实际运行中,由于进口温度、压力的变化,实际体积流量会有所不同,但质量流量应保持相对稳定以满足工艺要求。该流量值表明此风机适用于中型规模的硫酸装置。
3. 压力参数:“-1.21/1.02”
– 出口压力与进口压力
压力参数是型号中另一核心信息,它清晰地定义了风机的压力提升能力。
“-1.21”: 表示风机出口处的绝对压力为1.21个大气压(即121kPa绝压)。这是气体经过风机叶轮加速和蜗壳扩压后达到的压力。
“/1.02”: 表示风机进口处的绝对压力为1.02个大气压(即102kPa绝压)。这表明风机并非从标准大气压(1.013bar绝压,约1个大气压)下吸气,而是从一个略高于大气压的环境中吸气。这种情况在硫酸系统中很常见,例如风机可能从前端的干燥塔或余热回收装置后吸气,这些设备存在一定的系统阻力,导致风机入口压力略高于环境大气压。
根据这些数据,我们可以计算出该风机的压比和升压(也称压差):
压比 = 出口绝对压力
/ 进口绝对压力 = 1.21 / 1.02 ≈ 1.186
升压 = 出口绝对压力
– 进口绝对压力 = 1.21 – 1.02 = 0.19个大气压(约19kPa)。
这个升压值(0.19ata)明确了风机需要为工艺气体克服的系统总阻力,包括管道、设备、催化剂床层等所有压力损失之和。AI680-1.21/1.02风机正是为克服约19kPa的系统阻力,并将气体流量稳定在680m³/min而设计的。
综合来看,AI680-1.21/1.02是一款适用于中型硫酸厂、采用单级悬臂结构、流量为680m³/min、能够提供约19kPa压力提升的耐腐蚀离心鼓风机。
第三章:AI系列硫酸风机核心配件解析
一台高效可靠的AI型硫酸风机,是其各个精密配件协同工作的结果。了解这些核心配件的材质、功能及技术要求,对于风机的正确使用和维护至关重要。
1. 叶轮(Impeller)
叶轮是风机的“心脏”,是唯一对气体做功的部件。其设计、材料和制造质量直接决定风机的性能、效率和寿命。
材质: 针对硫酸介质的强腐蚀性,叶轮必须采用高牌号的不锈钢或特种合金。早期多采用316L不锈钢,但其对浓硫酸,特别是在高温和存在卤素离子的工况下,耐蚀性不足。目前主流采用高硅奥氏体不锈钢,如904L、2205双相不锈钢,甚至是哈氏合金C-276等更高级别的材料。这些材料能有效抵抗二氧化硫、三氧化硫及硫酸的腐蚀。
结构: 多为闭式后向叶片设计,效率较高。叶片型线经过精密流体力学计算和优化,以减少流动损失。叶轮与主轴通常采用过盈配合加键连接,或采用液压螺母紧固,确保在高转速下不会松动。
动平衡: 叶轮在装配前后必须进行高精度的动平衡校正,通常要求达到G2.5或更高等级(如G1.0),以最大限度地减小振动,保证平稳运行。
2. 机壳与进气箱(Casing
& Inlet Box)
机壳(蜗壳)和进气箱构成了风机的主体结构,引导气体流动并实现动能向压力能的转换。
材质: 与介质接触的内表面同样需要优异的耐腐蚀性能。通常采用不锈钢板衬里或整体铸造不锈钢结构。铸铁外壳外部需进行高质量的防腐涂层处理。
功能: 进气箱使气体平稳、均匀地进入叶轮入口,减少涡流损失。蜗壳则收集从叶轮出来的高速气体,并通过其渐扩的截面使气体降速增压。蜗壳的型线设计对风机效率有显著影响。
密封: 机壳与主轴之间设有轴端密封,防止气体外泄。对于硫酸风机,常用迷宫密封(非接触式,允许少量泄漏)或气体阻塞密封(通过引入惰性气体如氮气,在密封处形成气幕,阻止有害介质泄漏),在要求零泄漏的场合会采用干气密封。
3. 主轴(Shaft)
主轴是传递扭矩、支撑叶轮旋转的关键部件。
要求: 必须具备高强度、高韧性以及良好的抗疲劳性能。材质一般为高强度合金钢,如42CrMo。与介质接触的部分(如穿过机壳的部分)需要喷涂或包覆耐腐蚀层,如热喷涂聚四氟乙烯(PTFE)或哈氏合金。
临界转速: 主轴的设计必须确保其工作转速远离第一阶和第二阶临界转速,以避免共振,通常设计工作转速低于一阶临界转速(刚性轴设计)或介于一二阶之间(柔性轴设计,AI系列多为刚性轴设计)。
4. 轴承系统(Bearing
System)
轴承系统支撑转子,保证其平稳旋转。
类型: AI悬臂式风机通常采用滑动轴承(径向轴承)和推力轴承的组合。滑动轴承(如椭圆瓦轴承、可倾瓦轴承)具有良好的阻尼特性,运行平稳,承载能力强。推力轴承用于承受叶轮产生的轴向推力。
润滑: 采用强制润滑系统,由主油泵、辅助油泵、油冷却器、油过滤器等组成,确保轴承得到持续、清洁、温度适宜的润滑油。
5. ***轴封***系统(Shaft
Sealing System)
如前所述,这是硫酸风机的安全生命线。除了机械密封形式,整个系统还包括密封气源(如氮气)的过滤、减压和监控装置,确保密封气压力始终高于机内介质压力。
第四章:AI680-1.21/1.02风机常见故障与修理流程
即使是最优质的风机,在长期运行后也难免出现故障。建立系统化的维修体系是保障其长周期运行的关键。
一、常见故障现象、原因分析与处理措施
振动超标
原因: 这是最常见的故障。可能包括:叶轮结垢或腐蚀导致不平衡;叶轮叶片磨损;主轴弯曲;联轴器对中不良;地脚螺栓松动;轴承磨损或损坏;转子部件松动;接近临界转速运行。
处理: 停机检查。首先检查对中和地脚螺栓。然后检查叶轮结垢情况,进行清洗(如喷砂清洗)。若清洗后振动仍大,或存在磨损、弯曲,需将转子总成吊出,进行动平衡校正或更换/修复损坏部件。
轴承温度过高
原因: 润滑油油质恶化(进水、杂质)、油量不足;油冷却器效果差(结垢、堵塞);轴承间隙不当(过小或过大);轴承巴氏合金脱落或磨损;轴向力过大(平衡盘或平衡管堵塞)。
处理: 检查润滑油压力、温度和油质,必要时更换润滑油并清洗油路。检查清洗油冷却器。若上述无效,需停机检查轴承间隙和磨损情况,重新刮瓦或更换轴承。
流量或压力不足
原因: 进口过滤器堵塞;密封间隙过大(叶轮与机壳、迷宫密封),内泄漏严重;转速未达到额定值(如电机或变频器问题);系统阻力增大(如管道堵塞、催化剂床层压降增加);叶轮腐蚀磨损严重,性能下降。
处理: 检查清理进口过滤器。检查风机转速。停机后测量并调整各部密封间隙。评估系统阻力变化。若叶轮磨损超标,需修复或更换叶轮。
异常噪音
原因: 轴承损坏(清脆的金属撞击声);喘振(周期性低沉吼声);旋转部件与静止部件摩擦(刺耳的刮擦声);地脚松动(整体性轰鸣声)。
处理: 立即判断声音来源和性质。若怀疑喘振,应立即增大流量或打开放空阀。若为摩擦或轴承异响,应准备停机检修。
二、系统性修理流程(以中修或大修为例)
修前准备:
技术准备: 查阅风机图纸、技术说明书、历史运行和维修记录,明确检修项目和技术标准。
物资准备: 准备所需的备品配件(如轴承、密封件、润滑油)、工具(拉马、液压扳手、对中仪等)和耗材。
安全准备: 办理停电、停机工作票,对风机进行工艺隔离(加盲板)、置换、通风、检测有毒有害气体含量,确保检修环境安全。
解体与检查:
按顺序拆卸与风机相连的进出口管道、联轴器护罩、仪表探头、润滑油管等。
吊开进气箱和上机壳,暴露转子。
吊出转子总成,放置在专用支架上。
关键检查项目:
叶轮: 检查叶片、轮盖、轮盘的腐蚀、磨损、裂纹情况,测量口环处直径以计算磨损量。
主轴: 检查直线度(弯曲度)、轴颈、止推盘部位的磨损和表面质量。
轴承: 检查巴氏合金有无脱落、磨损、裂纹,测量轴承间隙。
密封: 检查迷宫密封齿的磨损情况,测量密封间隙。
机壳: 检查内壁腐蚀和裂纹。
修复与更换:
叶轮: 若腐蚀磨损在允许范围内,可进行动平衡校正后继续使用。若超标,需采用堆焊、喷涂等工艺修复,并重新进行动平衡,或直接更换新叶轮。
主轴: 轻微磨损可打磨处理,弯曲需进行矫直。严重损坏则更换。
轴承: 间隙超标或合金损伤,通常更换新轴承或重新刮瓦。
密封: 更换所有迷宫密封片等易损件。
回装与对中:
将修复合格的转子吊回机座。
安装下轴承,落下转子,安装上轴承和轴承盖。
合上机壳,安装密封。
使用激光对中仪精确调整风机与电机(或齿轮箱)的轴对中,这是确保运行时振动达标的关键步骤。对中精度通常要求径向和轴向偏差均在0.05mm以内。
试车与验收:
恢复所有管路和附件。
启动润滑油泵,检查油路是否畅通,油压正常。
点动电机,检查转子旋转方向是否正确。
正式启动,进行空载试运行,监测振动、轴承温度、噪音等参数。
逐步加载至额定工况,进行负荷试车,全面考核风机性能是否达到检修要求。
各项参数稳定合格后,移交生产。
第五章:日常维护与保养要点
预防性维护远胜于故障后维修。对于AI680-1.21/1.02风机,日常应做到:
定时巡检: 每班次记录振动、温度、压力、流量等运行参数,倾听声音有无异常。
定期分析: 定期对润滑油进行取样分析,监测其粘度、水分、酸值和金属磨粒含量。
保持清洁: 保持设备及周围环境清洁,定期清理进口滤网。
规范操作: 严格遵守操作规程,特别是开机、停机和负荷调整顺序,避免喘振等恶性事故发生。
备件管理: 建立关键备件(如轴承、密封件)的库存,确保故障时能及时更换。
结语
AI680-1.21/1.02型硫酸离心鼓风机作为硫酸生产线的核心设备,其稳定运行是保障企业安全、高效生产的基础。深入理解其型号含义、掌握其核心配件的特性、并建立一套从日常维护到系统性修理的完整技术管理体系,是每一位风机技术人员的职责所在。通过科学的维护和精准的修理,可以最大限度地延长设备寿命,降低故障率,为硫酸工业的持续发展提供坚实的设备保障。
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