VD真空系統原理與系統改造

單奇靈

摘 要：針對蒸汽噴射泵抽真空系統能耗高、維護量大等缺點，使用干式機械泵組成的真空系統開始受到廣泛關注。基于包鋼實踐，該文對干式真空系統原理、構成與工作過程進行了解析，詳細介紹了其自控與軟件系統的特點，并對其目前的工作效果給予了客觀評價。其中，在100tVD上對原來蒸汽泵組進行改造，改用干式真空泵后節能效果達95%，且實現了免維護，提升真空系統穩定性。

關鍵詞：VD法真空爐 真空脫氣系統 爐外精煉

中圖分類號：TF341 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）03（b）-0042-02

鋼材市場的需求隨著煉鋼技術新工藝、新技術的不斷開發與應用而不斷提高，單一質量、性能的產品已不能滿足市場及客戶的需求。能生產出高潔凈度、低雜質含量的特優鋼材，對于提升產品的附加值和市場競爭力至關重要。而特優鋼對鋼坯中的氣體及雜質要求十分嚴格。鋼中氣體含量過高主要會造成鋼坯產生疏松、氣泡、冒漲等缺陷，鋼中氫含量會導致產生白點。因此要提高鋼坯質量成為特優鋼材，必須降低鋼中氣體及雜質含量。

1 VD真空系統的工作原理

1.1 真空泵的工作原理

因真空泵的喉嘴狹小，當高壓的蒸汽通過時，使其體積受到壓縮，速度迅速增大即蒸汽的動能迅速增大。而蒸汽的流體位能幾乎不變，而由伯努力方程（Z+u2/2g+P/Γ=C）可知，在理想狀態下，流體的位能Z，動能u2/2g，壓能P/Γ之和是一個常數不變。因此動能增大時，壓能必定會減小，而此時混合室內的壓力低于真空泵入口處壓力，在混合室內使被抽進的氣體與蒸汽射流相結合，混合后的氣體因能量高低不均而進行重新分配。在經過混合室的混合后，氣體進入擴壓器。在擴壓器內，氣體動能降低，壓能增大，直增至排出到大氣中的壓力。由于混合室內氣體壓力比被抽氣體的容器內壓力低，就能使被抽氣體從被抽器進入混合室，從而使真空罐內壓強迅速降低，最終達到深真空的效果，即滿足鋼水工藝所需要的重要條件。

1.2 VD真空泵啟動工作程序

第一步：啟動主水環泵，打開主水環泵切換閥，間隔15 s后啟動輔水環泵，打開輔水環泵切換閥，打開四級輔泵切換閥E4b；第二步：當真空度到30 kPa時，打開四級主泵E4c和四級輔泵E4b；第三步：當真空度到8 kPa時，打開三級主泵B3，冷凝器C1，關閉冷凝器C3，關閉四級輔泵切換閥，關閉四級輔泵E4b，關閉輔水環泵W5b，關閉輔水環泵切換閥；第四步：當真空度到2 kPa時，打開二級主泵B2；第五步：當真空度到480 Pa時，打開一級主泵B1；第六步：當真空度到67 Pa時，進入保真空，時間有操作長確定；第七步：當真空結束時，打開破空閥，主截止閥，依次關閉各級泵。

1.3 真空系統的構成

真空系統的構成：水環泵，1～3級噴射泵（B1，B2，B3），四級主泵E4c，四級輔泵4b，以及啟動泵Ec（SE），冷凝器C1，C2，C3，除塵冷卻器（3個），蒸汽分配器（1個），水分配器（1個）。

2 VD真空系統常見故障分析

快速判斷真空度故障方法：從系統原理圖中主截止閥處將真空管路分為兩段，判斷真空度故障時將主截止閥關閉抽噴射泵這一段真空管路，如果真空度能快速抽到要求值67 Pa，則這一段沒有問題，就要去檢查除塵器，罐蓋這一段真空管道。反之就要去檢查噴射泵這一段真空管路。

2.1 真空系統內積水

（1）故障問題分析。

當真空系統的真空度突然增大，往往是因為積塵罐內部有積冰、積水。除去積塵罐內部水冷管線漏水，導致積塵罐積冰、積水主要原因有： ①蒸汽內含水量過多。②蒸汽自冷凝成水。經檢查，在不生產的情況下，蒸汽會因總切斷閥與二級切斷閥關閉的原因，漏到二級泵、一級泵及抽氣管線內部，蒸汽自冷凝成水，水在最后流到積塵罐內部即真空系統的最低點。當水蒸發吸熱，就會造成管道外壁積霜。

（2）優化處理方案。

分別采取解決措施如下：①蒸汽的溫度要在190 ℃～200 ℃，壓力要控制在1.0～1.2 MPa之間；②全部更換掉輸水效果不好的輸水閥，并在每次啟動系統前用排水作業檢查系統輸水效果；③更換關閉不嚴的切斷閥。

2.2 真空管道內積灰過多

（1） 故障問題分析。

當真空系統的管道內積灰過多時，將會減少真空管道內的氣體流動空間，增加阻力，從而造成抽真空時間延長，嚴重影響真空系統工作的穩定性。當大量的積灰集聚在噴射泵的擴壓管近處時，則會改變擴壓管軸心線，致使噴出的蒸汽形成紊流，從而降低蒸汽的流速。這時的積灰則會致使噴嘴無法形成超音速，從而造成該噴射泵無法達到預期效果，最終導致真空度下降。

（2） 優化處理方案。

定期對真空系統各重點積灰部位的積灰進行清理，包括管壁、集塵器、管路各彎頭處和噴射泵擴壓管附近處。若因管道窄小而清理較困難，可用超高壓水槍進行清理，以達到良好的清理效果。

2.3 真空系統內有漏點