淺析水環式真空泵修復方案

劉文軍 龐少偉 呼嘯亮

（安陽鋼鐵股份有限公司）

0 引言

目前，我國環保形勢嚴峻，國家采取了一系列措施來控制污染物的排放。鋼鐵企業是污染物的排放大戶，鋼鐵企業中煉焦工序更是環境治理的重要部分。煉焦生產中的脫硫工序正是基于上述原因設立的，是保障煉焦生產達標排放的關鍵環節。其原理為通過脫硫工藝吸收粗煤氣中的硫化氫，提高煤氣的質量，達到相關工藝的使用標準和環保標準。經過脫硫處理，既降低了硫化氫對煤氣管道和相關設備的腐蝕，又降低了硫化物燃燒對大氣環境的污染，具有重要的環保意義和社會效益。

水環式真空泵（型號：2BE1403-OHY9）是安鋼焦化廠煤氣脫硫工序的心臟設備，主要用來輸送硫化氫氣體。由于存在技術壁壘，以往真空泵的修復不得不交由供貨廠家指定的合作廠家承接，造成修復時間長、費用昂貴等問題，不利于脫硫工序的穩定運行和修復費用的控制，迫切需要對修復方法進行研究以實現自主維修，擺脫對原供貨廠家的依賴。

1 水環式真空泵結構特點及工作原理

水環式真空泵是指利用機械、物理的方法對容器抽氣而獲得真空的設備，主要由泵體、圓盤、機械密封裝置、葉輪、軸、聯軸器等零部件組成，其結構如圖1所示。

圖1 水環式真空泵結構

水環式真空泵葉片的葉輪偏心地裝在圓柱形泵殼內，泵內注入一定量的水。當水環式真空泵的葉輪逆時針旋轉時，水被葉輪拋向四周。由于離心力的作用，水形成近似于等厚度的封閉圓環。水環的下部分內表面恰好與葉輪輪殼相切，水環的上部內表面剛好與葉片頂端接觸（實際上葉片在水環內有一定的插入深度）。此時葉輪輪殼與水環內界面之間形成一個月牙形空間，而這一空間又被水環式真空泵的葉輪葉片分成和葉片數目相等的若干個小腔。如果以葉輪的下部0°為起點，那么水環式真空泵的葉輪在旋轉前180°時小腔的容積由小變大，而且與端面上的吸氣口相通，此時氣體被吸入。當吸氣終了時，小腔則與吸氣口隔絕，當水環式真空泵的葉輪繼續旋轉時，小腔由大變小，使氣體被壓縮，當小腔與排氣口相通時，氣體變被排出水環式真空泵外。水環式真空泵工作原理如圖2所示。

圖2 水環式真空泵工作原理

2 常見問題及原因分析

2.1 常見問題

安鋼焦化廠的水環式真空泵在實際使用中的常見問題主要有機械密封失效 、葉輪腐蝕和碎裂、真空度不足等。

2.2 原因分析

（1）機械密封失效：水環式真空泵在實際使用過程中，由于輸送的硫化氫氣體具有一定的腐蝕性，因此極易對機械密封造成腐蝕；由于長時間連續運轉，容易對機械密封密封面造成磨損；同時，由于焦爐煤氣中含有一定量的煤焦油，極易導致機械密封的彈簧不動作或損壞，造成動靜環緊力不夠，使得動靜環密封面間隙變大，破壞了動靜環密封端面間形成的液膜，造成酸性氣體泄漏。

（2）葉輪腐蝕和碎裂：水環式真空泵葉輪在運轉過程中，葉輪接觸液的酸性對葉輪表面的腐蝕是不可避免的，同時由于葉輪旋轉帶動吸收液而產生引力，極易造成葉輪損壞，進而使葉輪在失去動平衡的狀態下運行，造成葉輪的斷裂。

（3）真空度不足：水環式真空泵的葉輪與泵體及圓盤的結合精度要求極高，若是泵體與葉輪、圓盤與葉輪的間隙超標，勢必會造成整臺泵的工作效率大幅度降低，滿足不了工藝所要求的真空度。

3 修復方案

針對真空泵修復中存在的問題，相關技術人員進行了積極探索和實踐，摸索出了一套經濟有效的修復方案。

3.1 檢修平臺

針對設備自身的特點，結合現場實際情況，在地面制作簡易檢修平臺，方便真空泵的固定、拆解及安裝。檢修結束后可以把平臺運至指定位置，為現場清理及下次修復提供了便利。

3.2 解體

首先，使用兩臺起重機配合，將泵體吊運至檢修平臺，并可靠固定。拆除一端軸承后，制作軸套鎖緊專業工具，同時利用機械密封自身的緊固螺栓，加工機械密封拆卸裝置，對機械密封及軸套進行保護性拆卸。在機封拆卸后，回裝軸承以定位葉輪，防止泵體在轉向過程中對另一端機封造成損傷。

其次，使用兩臺起重機配合將泵體轉向，立于檢修平臺上，以相同的方式對另一端機封及軸套進行保護性拆除。

最后，利用起重機對泵體其他部位進行解體。

3.3 檢查及修復

泵體解體后，對真空泵的軸、葉輪、機械密封、軸承等關鍵備件進行檢查和測量，對損壞備件進行更換或修復。

3.3.1 軸的修復

軸在使用過程中，因逐漸磨損而使尺寸超出公差范圍，同時在局部產生嚴重的熱機械疲勞裂紋。因此，采用堆焊后進行機械加工來恢復軸的功能精度，如圖3所示。

圖3 堆焊后對軸進行機械加工

3.3.2 葉輪修復

現場所用型號為2BE1403-OHY9真空泵葉輪材質與工況相匹配，正常情況下不會出現因腐蝕而造成動平衡失穩引起設備振動超標的現象。從解體情況來看，葉輪的損壞一般是由軸承損壞造成旋轉軸心發生變化引起的摩擦、碰撞引起的。對損壞崩裂較嚴重的葉輪，可更換新備件；對局部掉塊或磨損的葉輪，可采用堆焊、挖補等方法予以修復。葉輪與軸裝配好后要進行動平衡實驗，實驗合格后方可進行泵的組裝。葉輪的修復加工如圖4所示。

圖4 葉輪的修復加工

3.3.3 機封修復

機械密封使用一段時間后，存在動靜環磨損和密封老化現象，具體表現為漏水和有刺激性氣體泄出。通過對動靜環進行解體檢查，如果發現磨損嚴重、密封圈老化、彈簧銹蝕等，則予以更換。組合機械密封時應按實際測量數據來調整彈簧的壓縮量，若過緊，機械密封的動靜環表面會因為摩擦大、溫度過高，造成密封端面磨損或燒壞；若過松，則達不到密封要求。過緊時，可在靜環痤與泵蓋間加墊片來調整；過松時，可在動環痤與軸端面間加墊片來調整。安裝時，動靜環表面應涂潤滑油。

機械密封修復完成后，要進行密封性試驗，每分鐘泄漏量不超過5滴，周圍無明顯脫硫液刺激性氣味為滿足要求，如不能滿足密封要求，應對機械密封進行重新調整。

3.4 回裝

回裝時應按照“先拆后裝，后拆先裝”的原則進行，回裝過程中要保證裝配精度。重點要關注以下幾點：

（1）安裝軸承時，應注意軸承外圈與軸承座、內圈與軸的配合間隙。非負荷端軸承應固定，負荷端軸承應有0.20～0.30 mm的軸向間隙。

（2）機械密封彈簧壓縮量要符合標準，不允許有過大或過小現象，要求允許誤差范圍為±2.00 mm。過大會增加端面比壓，過小會造成比壓不足而不能起到有效的密封作用。

（3）動環安裝后要保證能在軸上靈活移動，將動環壓向彈簧后應能自動回彈。對機械密封進行水壓試驗時，要求試驗壓力為0.3 MPa。

（4）用塞尺檢查壓蓋與軸或軸套外徑的配合間隙（即同心度），誤差不大于±0.01 mm。

（5）壓蓋緊固應在聯軸器找正后進行，螺栓應均勻上緊，防止壓蓋端面偏斜；用塞尺檢查各點，誤差不大于±0.05 mm。

3.5 間隙的調節

為了保證修復檢修完成后泵的高效率運行，葉輪和圓盤之間的間隙必須滿足要求。在整體裝配完成后，通過泵體兩端軸承壓蓋，對葉輪與圓盤間隙進行調整。利用0.05 mm的調整墊片對葉輪與兩端圓盤的間隙進行精準定位，以保證葉輪與兩端圓盤圓盤之間的間隙控制在±0.45 mm范圍之內。

4 修復效果

4.1 真空泵運行狀態

經過試車運行，運轉平穩，無雜音、噪聲不大于85 dB（A），各部軸承溫度小于70 ℃， 軸承振動量小于0.09 mm，電動機電流不超過額定值，機械密封工作正常、無泄漏。修復后的軸承狀態參數見表1。

表1 修復后的軸承狀態參數

4.2 修復前后工藝參數對比

對修復前后的工藝參數對比，具體見數據表2。

表2 修復前后工藝參數對比

4.3 經濟效益

對返廠修復與自主修復費用進行了對比，發現真空泵的自主修復可以為集團公司節約資金276萬元，具體數據見表3。

表3 返廠修復與自主修復費用對比 萬元/臺

4.4 時間效益

真空泵若返廠修復， 1臺設備的修復周期為4個月，而本次自主修復僅用了35天就完成了兩臺設備的維修，為生產的穩定順行提供了有力的保障。返廠修復與自主修復大中修的耗時對比見表4。

5 結論

通過自主修復，總結出了機封和軸承保護拆卸的標準方法和步驟，損壞備件的標準修復方案，整機組裝的標準步驟和控制要點，日常運行標準控制要點以及備件申報控制要點；通過自主修復，優化了檢修步驟，縮短了檢修時間，保證了修復檢修質量，明確了設備運行管理要點，打破了該設備的壟斷檢修模式；采用自主修復，節約了大量資金，實現了降本增效。