一、 硫酸风机概述及其在制酸工艺中的核心作用
硫酸风机,特指在硫酸生产系统中用于输送关键工艺气体(如二氧化硫、三氧化硫)的离心式鼓风机,是制酸装置的“心脏”设备。其运行稳定性、效率及可靠性直接关系到整个硫酸生产的连续性、能耗指标及最终产品品质。硫酸生产是一个典型的化工过程,涉及焙烧、净化、转化、吸收等多个工段,风机在其中主要承担着为系统提供动力、克服系统阻力、保证工艺气体按所需流量和压力稳定输送的任务。由于输送的介质常具有高温、腐蚀性、含尘等特点,硫酸风机在材料选择、结构设计、密封形式等方面与普通离心风机存在显著差异,必须具备优异的抗腐蚀性能、良好的气动性能和长期运行的稳定性能。
离心式鼓风机的工作原理基于动能转换为静压。当电机驱动叶轮高速旋转时,气体从叶轮中心(进风口)被吸入,在离心力作用下被加速并甩向叶轮外缘,气体的动能随之增加。高速气体随后进入扩压器,流道截面积增大使得气体流速降低,部分动能依据伯努利方程转化为静压能。最后,气体经过蜗壳汇集后从出风口排出,形成具有一定压力和流量的气流。对于多级风机,气体依次通过多个叶轮和扩压器,每经过一级,压力就得到一次提升,从而能够满足系统更高的压比需求。
根据结构形式和工作特点,硫酸风机主要分为以下几种机型系列,这在文章开头提供的参考中已有明确界定:
“C”型系列:代表多级离心硫酸风机,通过多个叶轮串联工作来实现较高的压升,适用于中高压力、中大流量的工况,结构相对紧凑,是硫酸装置中的常见机型。
“D”型系列:代表高速高压硫酸风机,通常采用单级或两级叶轮,通过极高的转速(常需齿轮箱增速)来达到所需的压力,结构紧凑,效率较高,适用于高压头、相对小流量的场合。
“AI”型系列:代表单级悬臂硫酸风机,叶轮安装在主轴的一端,结构简单,维护方便,适用于压力要求不高、流量中等的工况。
“S”型系列:代表单级高速双支撑硫酸风机,叶轮安装在两个支撑轴承之间,转子动力学性能好,运行平稳,适用于高转速、高压力的单级增压场合,是本文重点解析的S1750机型所属系列。
“AII”型系列:代表单级双支撑硫酸风机,与“S”型类似,但可能转速和压力参数范围有所不同,同样具有转子稳定性好的优点。
本文将聚焦于S系列单级高速双支撑硫酸风机,并以具体型号S1750-1.092/0.643为例,深入剖析其型号含义、核心配件构成以及常见的故障分析与维修要点。
二、 硫酸风机型号S1750-1.092/0.643详解
参考提供的型号解释规则,我们对S1750-1.092/0.643进行逐项解码:
“S1750”:
“S”:这是机型系列代号,明确表示此风机属于单级高速双支撑硫酸风机。这种结构意味着风机只有一个叶轮,叶轮主轴由位于其两侧的轴承座共同支撑(双支撑)。这种设计极大地增强了转子的刚性,降低了运行中的挠度,使得风机能够稳定地在高转速下运行,从而单级叶轮就能产生较高的压头。相较于多级风机,单级风机结构相对简单,流道短,通常效率较高,维护点也相对较少。
“1750”:此数字表示风机在设计工况下的容积流量,单位为立方米每分钟。因此,S1750风机的额定流量为每分钟1750立方米。这个流量参数是风机选型的核心依据之一,必须与硫酸系统设计所需的气体处理量精确匹配。流量过大或过小都会导致风机偏离高效区运行,不仅能耗增加,还可能引起喘振或阻塞等不稳定现象。
“-1.092”:
该部分表示风机的出口绝对压力,单位为标准大气压。因此,S1750-1.092/0.643风机的出口绝对压力为1.092个大气压。在工程计算中,我们更常使用“表压”的概念,即风机出口压力与当地大气压的差值。若当地大气压近似为1个标准大气压,则此风机的出口表压约为0.092个大气压,换算成常用单位约为9.3
kPa (千帕) 或 约948 mmH₂
(毫米水柱)。这个压力是风机用于克服下游系统(如转化器、吸收塔、管道等)阻力的能力体现。
“/0.643”:
符号“/”后的数值表示风机的进口绝对压力,单位同样是标准大气压。此型号中进口压力明确为0.643个大气压。这表明风机是在一个负压(低于大气压)的工况下吸入气体。进口压力为0.643个大气压(绝压),若大气压为1
atm,则进口真空度约为0.357 atm。这种进口负压工况常见于风机的安装位置是在系统上游设备(如干燥塔或净化系统)之后,这些设备本身存在一定的压力降。风机的总压比(出口绝压/进口绝压)为
1.092 / 0.643 ≈ 1.70。风机需要产生的实际压升(出口绝压 -
进口绝压)为 1.092 - 0.643 = 0.449 个大气压。
综合解读:硫酸风机S1750-1.092/0.643是一台单级高速双支撑结构的离心鼓风机,设计用于硫酸生产流程中输送二氧化硫等工艺气体。其额定输送能力为每分钟1750立方米的气体流量。它从绝对压力为0.643个大气压的进口吸入气体,通过叶轮做功将其压缩至绝对压力为1.092个大气压后排出,为系统提供动力。该风机适用于进口存在一定真空度、需要单级实现较高压升的特定工艺环节。
三、 硫酸风机S1750系列核心配件解析
一台完整的S系列硫酸风机是一个复杂的机组,主要由风机主机、驱动装置(如电机、齿轮箱)、润滑系统、冷却系统、密封系统和控制系统等组成。以下重点解析风机主机部分的核心配件:
转子组件:这是风机的“心脏”,是高速旋转的核心部件。
叶轮:作为能量转换的关键部件,其设计、材料和制造工艺至关重要。S系列风机叶轮通常采用闭式后向叶片设计,以兼顾效率和稳定性。材质上必须能够抵抗二氧化硫气体的腐蚀,常用高牌号的不锈钢(如316L、2205双相不锈钢)或更高级别的特种合金。叶轮需经过精密的动平衡校正,确保在高转速下平稳运行,振动值控制在严格标准内。
主轴:承载叶轮并传递扭矩,要求具有高强度、高韧性和良好的抗疲劳性能。通常采用优质合金钢制造,与叶轮的连接常采用过盈配合加键连接,确保传力可靠。
平衡盘:用于平衡叶轮产生的轴向推力,减轻推力轴承的负荷,提高轴承寿命和运行可靠性。
静止部件:构成气体流道和支撑系统。
机壳(蜗壳):容纳转子和引导气体流动的主要部件。通常为水平剖分式结构,便于检修。材质需与叶轮匹配,具备良好的耐腐蚀性。机壳内壁流道型线经过优化设计,旨在高效地将动能转化为压力能。
进气室与扩压器:进气室引导气体均匀进入叶轮入口;扩压器位于叶轮出口后方,其作用是降低气体流速,增加静压。它们的型线设计对风机效率有显著影响。
轴承座与轴承:作为双支撑结构,两端轴承座承载着整个转子的重量和动态载荷。通常采用滑动轴承(径向轴承)和推力轴承的组合,依靠润滑油膜形成支撑。滑动轴承具有阻尼大、稳定性好、承载能力强的优点,非常适合高速重载转子。轴承的加工精度、间隙调整以及润滑状况直接关系到风机的振动和寿命。
密封系统:防止气体泄漏和润滑油进入流道的关键。
轴端密封:在机壳两端主轴穿出的位置,必须设置可靠的密封。对于硫酸风机,常采用迷宫密封(非接触式,依靠多重节流间隙降压)或干气密封(接触式,需引入清洁密封气)等组合形式,确保有毒有害的工艺气体不外泄,同时防止外界空气吸入。
级间密封:对于多级风机尤为重要,但在S系列单级风机中主要指叶轮轮盖与机壳间的密封,通常也采用迷宫密封形式,减少内部泄漏。
辅助系统:
润滑系统:为轴承和齿轮(若存在)提供连续、洁净、足量的润滑油,并带走摩擦产生的热量。通常包括主辅油泵、油箱、冷却器、过滤器、安全装置等,是保证风机安全运行的“血液循环系统”。
冷却系统:对润滑油、电机和有时对机壳进行冷却,维持各部件的正常工作温度。
四、 硫酸风机S1750常见故障分析与修理维护
风机在长期运行后,难免会出现各种问题。及时准确的故障诊断和规范的修理是保障设备长周期稳定运行的关键。
(一) 常见故障现象、原因及处理措施
振动超标:
原因:这是最常见的故障。可能包括:转子动平衡破坏(叶轮磨损、结垢、部件松动);对中不良(风机与电机连接中心偏差);轴承磨损或损坏;基础松动或共振;油膜涡动或振荡。
处理:停机检查。首先检查对中情况并重新校正。对转子进行现场动平衡或返厂动平衡校验。检查并更换损坏的轴承。检查地脚螺栓和基础状况。
轴承温度过高:
原因:润滑油量不足或油质恶化(含水、杂质);润滑油温度过高(冷却器故障);轴承间隙不当(过小或过大);轴承本身缺陷或安装不当;负载过大。
处理:检查油位、油压,化验油质,必要时换油。清洗油冷却器,保证冷却水畅通。检查轴承间隙,按要求调整。确认风机是否在额定工况下运行,避免超载。
风量或压力不足:
原因:进口过滤器堵塞导致进气阻力增大;密封间隙磨损过大,内部泄漏严重;叶轮腐蚀、磨损严重,效率下降;转速未达到额定值(如皮带打滑、电源频率问题);系统管网阻力实际大于设计值。
处理:清洗或更换进口过滤器。停机检查并调整迷宫密封间隙。检查叶轮状况,严重磨损需修复或更换。检查驱动系统,确保转速正常。复核系统实际阻力。
异常噪音:
原因:轴承损坏(尖锐、连续的金属摩擦声);喘振(周期性低沉吼声,伴随剧烈振动和参数波动);叶轮与静止件摩擦(刺耳的刮擦声);松动部件(不规则撞击声)。
处理:立即分析声音特征。若判断为喘振,需立即开大出口阀门或降低转速,脱离喘振区。若为摩擦或轴承异响,应计划停机检修。
(二) 风机大修要点与流程
大修是对风机进行彻底解体、检查、修复和重新组装的过程,通常结合设备定期检修或严重故障后进行。
修前准备:制定详尽的检修方案和安全预案。准备齐全的图纸、专用工具、备品备件(如轴承、密封件、O型圈等)。办理停电、挂牌等安全手续。
解体与清洗:
按顺序拆卸与风机相连的管路、联轴器、仪表探头等附件。
吊开上机壳,暴露转子。
谨慎吊出转子总成,放置在专用支架上。
对所有零部件进行彻底清洗,去除油污、结垢,便于检查。
检查与测量:
叶轮:检查叶片、轮盘、轮盖有无裂纹、腐蚀、磨损变形。进行无损探伤(如磁粉或超声波)。测量口环处直径,计算磨损量。
主轴:检查有无弯曲、裂纹、轴颈磨损。测量各关键部位的径向圆跳动和端面圆跳动。
轴承:检查巴氏合金层有无剥落、磨损、裂纹。测量轴承间隙,与标准值对比。
密封:测量迷宫密封齿顶间隙,评估磨损情况。
机壳:检查有无裂纹、腐蚀,流道是否光滑。
修理与更换:
对轻微腐蚀磨损的叶轮可进行堆焊修复,然后重新进行精加工和动平衡。动平衡精度必须达到G2.5或更高等级。
磨损超差的主轴可进行喷涂、镀铬等修复工艺,或更换新轴。
更换所有损坏或间隙超标的轴承和密封件。
清理机壳流道,必要时进行防腐涂层修复。
回装与调试:
按与解体相反的顺序回装。确保所有配合面清洁,螺栓按规定的力矩和顺序紧固。
精确调整转子与机壳的同心度,以及叶轮与扩压器的对中。
严格进行联轴器的对中找正,偏差需在允许范围内。
恢复油系统,进行油循环冲洗,直至油质清洁。
盘车确认转动灵活无卡涩。
最终进行单体试车:先点动检查转向,然后无负荷运行,监测振动、温度、噪音。正常后逐步加载至额定工况,进行性能测试。
(三) 日常维护与预防性管理
定期巡检:每小时记录轴承温度、振动值、油压等参数。
油品管理:定期取样分析润滑油品质,按周期换油。
状态监测:采用在线振动监测系统,早期发现故障征兆。
建立档案:详细记录每次检修、故障处理、更换备件的情况,为设备全生命周期管理提供依据。