_VD精炼炉真空系统的常见故障分析与解决

VDVD 精炼炉真空系统的常见故障分析与处理精炼炉真空系统的常见故障分析与处理 张志信 河冶科技股份有限公司 河北 石家庄 050000 摘要 摘要 结合河冶科技 VD 精炼炉真空设备 介绍 VD 精炼炉蒸汽喷射 真空泵的工作原理 并根据我公司 VD 精炼炉发生的故障 分析故障 发生的原因以及介绍相应的故障解决方法 关键词 关键词 精炼炉 蒸汽喷射真空泵 工作原理 因素 故障处理 绪论 绪论 VD 精炼炉实际抽真空过程比较抽象 造成有故障不易排查 它不像机械和液压等问题那样可用图纸作为依据进行排查 需要用 能量分析和工作经验相结合的方式综合考虑处理 现对我公司 VD 精 炼炉抽真空过程及问题进行描述分析 供各位同仁参考 正文 正文 VD 精炼炉描述 我公司 VD Vacuum Degassing 精炼炉是将经中频炉和 LF 精炼 炉冶炼调成份后次炼钢水置于真空罐中 同时钢包底部吹氩搅拌的 一种脱气真空炉 其原理是利用对真空罐进行抽真空 在真空状态 下对钢水进行脱碳 脱气 脱硫 去除杂质 合金化和均匀钢水温 度 成分等处理 其主要设备由真空系统 真空罐系统 真空罐盖 车 水系统 除尘系统等组成 蒸汽喷射真空泵抽气量大 结构简 单 但出现故障时 不易及时排查 引起热停工时间较长 损失较 大 本文对我公司真空系统的原理进行了讲解 并对常见故障及影 响因素进行了分析 以便设备维护人员及时排查解决类似设备故障 我公司真空系统简图如下 图 河冶科技真空系统简图 该系统由四级蒸汽喷射泵加一级水环式机械真空泵 简称水环 泵 组成 5 级真空泵组 主泵由 B1 B2 B3 E2a E5c 组成 辅泵 由 E2b E5c 组成 辅泵 E2b E5c 与主泵的喷射泵 E2a E5c 并联 组成变量泵机组 同时为了提高真空系统的启动速度 设计 了启动泵 Ec 冷凝器的作用是将前级泵排出的蒸汽冷凝成水 以提高后级喷射泵的效率 现将蒸汽喷射真空泵工作原理介绍一下 1 蒸汽喷射真空泵的工作原理及过程 蒸汽喷射真空泵是利用流体流动时的静压能与动能相互转换的 气体动力学原理来形成真空 具有一定压力的水蒸汽通过拉瓦尔喷 嘴喉径时达到声速 到喷嘴的扩散部时 静压能全部转化为动能 达到超声速 由压力能转化为速度能 在喷嘴出口处由于高速蒸汽 流的引射作用形成低压 工作蒸汽与被抽气流在混合室进行混合 并进行能量交换 混合气流在扩压管内得到减速增压 如果将几个 喷射泵串联起来使用 泵与泵中间加入冷凝器使蒸汽冷凝 便可得 到很高的真空度 67Pa 整台蒸汽喷射真空泵由 5 级泵体与 3 级 冷凝器两大部分组成 各级泵体均由喷嘴 吸入室及扩压器组成 喷嘴采用不锈钢材料焊接 吸入室和扩压器等其它部件采用碳钢材 料焊接而成 蒸汽喷射式真空泵结构简图 1 吸入室 2 工作蒸汽进入室 3 拉瓦尔喷嘴 4 混合室 5 扩压器 6 压缩器 A 被抽气体入口 B 工作蒸汽入口 C 混合气体出口 1 1 蒸汽喷射式真空泵工作步骤 1 1 1第一阶段 工作蒸汽经过拉瓦尔喷嘴变成超音速气流而喷入混合室内 由 于蒸汽流为高速 压力降低 同时温度降低 使吸入混合室内形成 负压区 此时 被抽气体进入混合室 1 1 2第二阶段 工作蒸汽与被抽气体两股气流在混合室内相互混合 并进行动 量和能量交换 将工作蒸汽由压力能转变而来的动能传递给被抽气 体 从而使工作蒸汽速度逐渐降低 被抽气体速度逐渐增高 两者 速度逐渐接近 最后在扩压器喉部某处 两者速度达到一致并产生 激波 使得混合气流速度下降 从激波的超音速下降到激波后的亚 音速同时压力上升 1 1 3第三阶段 在某一给定的压力下 亚音速混合气流在扩压器喉部流出的瞬 间 其速度可能再次达到音速 然后 混合气流在扩压器渐扩段速 度下降 压力增高 直至扩压器的出口处 混合气流压力增高速度 降低气体被排出 2 我公司主要出现过的故障 2 1 低真空抽不下去甚至反弹 2 2 高真空到一定程度下不去 但是未达标 2 3 高真空状态时不能进一级泵 否则反弹严重 3 影响 VD 炉真空系统真空度的主要因素及故障现象的简单处理 3 1 工作蒸汽压力 温度及干度 3 1 1 蒸汽压力过低及压力波动均对真空泵的能力有较大影响 因此蒸汽压力不应低于要求的工作压力 我公司炼钢分厂工作蒸汽 压力为 0 8MPa 表压 实际工作中工作蒸汽压力低于 0 8MPa 后 期尤其至 0 6Mpa 后真空度就很难降下来 理论上来说工作蒸汽压力 越高工作蒸汽温度就越高 3 1 2 蒸汽压力稳定 蒸汽压力就不会出现波动 真空泵性能 就会稳定 3 1 3 蒸汽的干度对真空泵的性能也有较大影响 其中含水会 引起真空波动 含水过多甚至会抽不起真空 如果真空管道内有水 在比较低的气压下水很容易汽化 水的汽化热很大 很少量的水汽 化会带走大量的热 真空状态下热传递是通过对流热传导途径被阻 断了 气体热传导和辐射的传热量相对很小 就会出现结冰现象 特别是 1 级泵拉瓦尔喷嘴喉径很小直径在 3mm 左右 对蒸汽的品质 要求高 含微量水分都可能引起喷嘴的冰塞 造成开第 1 级喷射器 真空度反而下降或没有作用 3 2 循环冷却水系统故障 冷却水供量不足 冷凝器会发热 气流声音变大 真空度迅速 下降 甚至蒸汽会返入抽气管 我公司 VD 冷凝器为喷淋式冷凝器 供水压力为 0 35MPa 以上 常见故障是喷头堵塞 水管破损 特别 是第一主冷凝器 冷凝 B1 B2 B3 级泵蒸汽 出现故障后 到第三 级泵真空度出现反弹 无其余故障特征 不易排查而且处理时间长 另外为避免供水量不稳定而引起真空波动 采用了单独的循环水系 统对真空泵的冷凝器进行供水 冷却水质对真空泵能力的影响是一 个不可忽视的因素 如果水质差 有异物 会造成冷凝器积垢甚至 堵塞 严重影响热交换性能 使蒸汽难于冷凝 从而影响真空度 冷却水温太高 真空泵能力会下降 有时甚至抽不起真空 一般不 超过 35 另外 如果喷淋式冷凝器出现冷热不均情况 则可以肯 定有喷淋孔被堵了 另外 VD 循环冷却水常见故障是主水包上方阀门故障 该阀门控 制设计是为保证各级冷凝器冷却供水 所有控制阀门采用手动蝶阀 控制 主要目的是为了调整水流量方便 所以其一直为固定状态 标记上位置 轻易不会让人进行调整 主要故障现象是阀门因为管 道结垢堵塞开口 是流量减小 3 3 蒸汽管道及阀门故障 打开蒸汽总阀时会产生巨大冲击与振动 容易使蒸汽管道上的 连接螺栓松动 造成焊缝开裂等问题 严重时会造成蒸汽包基础移 位 在控制上先打开蒸汽总阀的放散阀后延时一段时间后再打开蒸 汽总阀 适当延长这个延时时间可以有效解决此类现象 蒸汽管道 常见故障蒸汽管道上法兰连接处常常漏汽 多数是由于蒸汽管道的 蒸汽阀门打开时引起的冲击振动造成连接螺栓松动 一般更换密封 垫后重新紧固螺栓即可 但要选择合适的密封垫 如金属石墨垫 不锈钢齿形垫 或紫铜齿形垫 其次是定期紧固蒸汽管道上法兰连 接螺栓 另外蒸汽管道常见故障蒸汽管道上的气动球阀打不开 多 数为压缩空气故障 如压缩空气压力过低 压缩空气气路及气源二 联件漏气 气动头先导块线圈坏引起 3 4 真空管道泄漏 3 4 1 真空管路的外部泄漏 通常的漏气原因有 真空罐盖与 真空罐体密封圈损坏或有异物 真空管路阀门 人孔等垫片没装好 或损坏 螺栓未拧紧 法兰面损坏 焊缝有沙眼 接头 压力表 真空表等 未装好 B1 B3 排水管密封未完全压住密封面等 停产 检修时可采用的查漏方法采用机械水环式真空泵进行冷抽真空 再 用烟气等检查 如有泄漏 漏点会吸入烟气 大量时甚至能听到泄 漏吸气的声音 3 4 2 当该级泵加入运行后 真空度非但没有上升 反而急剧 下降 对应冷凝器水温急剧升高 蒸汽喷射真空泵吸人室内的送 气管由于管壁厚度不够 蒸汽压力将薄弱处撑裂 大量蒸汽由送气 管的破裂处进入混合室 破坏系统的真空度 下级泵泵的吸人室送 气管破裂除上述因素外 还有另一种可能 是由于前一级喷射泵高 速气流中夹带的炉气颗粒 长时间冲击该级泵的送气管 使送气管 管壁变薄 强度减少 引起破裂 大量蒸汽逸出 破坏系统的真空 度 3 4 3 抽气至 67Pa 的时间明显增长 炉气在喷射泵的抽气过 程中 先由 1 级泵的吸入室进入泵体 随后再经 2 级泵和 3 级泵进 入主冷凝器内 2 级泵为上入气方式 1 3 级泵为下入式 但是 有一部分炉气中的颗粒会沉积在 1 级泵和 3 级泵的吸入室内 其中 以 1 级泵吸入室内炉气颗粒的堆积情况最为严重 这些颗粒在高温 蒸汽的烘烤作用下 会变成硬度很高的堆积物 堵塞泵的真空管道 使泵的抽气能力下降 因此 1 级泵至 3 级泵的吸入室需要定期清灰 3 4 4 喷嘴堵塞 在蒸汽喷射泵中 拉瓦尔喷嘴的喉径较小 一旦蒸汽管道中的异物随蒸汽进入拉瓦尔喷嘴时会造成喷嘴堵塞 从使喷射泵失效 前部已经提到 1 级泵拉瓦尔喷嘴喉径很小直径 3mm 左右 而对钢水抽真空的时候带走的气体往往并不是单纯的空 气而是烟尘颗粒及空气的混合气体 所以在水蒸气及高温的作用下 烟尘颗粒会在第一级泵泵体内形成积垢 并硬化 定期清灰震动时 会有部分结垢掉落至如上图所示的工作蒸汽进入室 在工作蒸汽通 过时将颗粒吹起堵住拉瓦尔喷嘴 影响真空度 另真空泵系统停用 时 蒸汽管道易生锈 锈斑在使用时掉落堵塞喷嘴 一般来说 第 3 2 级喷嘴孔径较大 不易堵塞 最易堵塞的是第 1 级的喷嘴 4 真空系统的故障处理 在查找原因 解决故障时按以下顺序进行时可以避免走弯路 起到事半功倍的作用 1 检查真空测量仪表及装置是否有故障或失效 必要时用麦式 真空计校正 2 检查工作蒸汽的压力 温度 干燥度 疏水情况 波动情况 等 定期检查校正压力表读数是否准确 3 检查循环冷却水供应是否正常 包括水温 水压 水量 水 质等 有异常时重点检查冷凝器及喷射泵 4 查看生产工艺是否变化 氩气搅拌的大小 钢水是否产生过 量气体等 主要检查氩气是否过量 大于抽真空能力 5 检查真空泵系统本身是否有故障 包括泵系统泄漏 喷嘴堵 塞或损坏 喉管直径磨损增大 扩压管的收缩段和排出口积垢 罐 体泄漏或积垢堵塞 冷凝器积垢堵塞 抽气管道积水等 6 检查管道泄漏情况 结论 结论 1 低真空抽不下去甚至