真空脱气装置抽气系统阻降过大分析分析

真空脱气装置抽气系统阻降过大分析分析分析了造成真空脱气装置抽气系统阻降过大的可能性原因，建立了适用于工程设计的计算模型，计算得出气体冷却器是造成阻降过大的主要原因，计算结果与真空计实测值接近。提出了新的改良方法，如增加冷却器通导面积，调整列管排布构造。最后给出了一种新型的冷却器设计方案，使系统阻降由200Pa降至21Pa，工作真空度到达67Pa以上，终点[H]由2.2ppm降至1.4ppm，满足冶金工艺要求。该文对未来真空脱气设备工程应用具有一定的指导意义。

真空脱气(VacuumDegassing，简称VD)是钢液炉外精炼的重要手段之一，是指在一定的真空环境下，脱除钢液中的有害气体，如H和O，并将N含量降至较低范围，对钢铁企业生产优质的合金钢具有重要的作用。终点[H]含量是VD设备性能的主要考核指标，为了满足特殊钢种的要求，一般要求处理后钢液[H]含量≤2ppm。为了获得较好的脱氢率，根据溶解度和真空度服从二次方根定律的关系，工作真空度需高于67Pa，也就是说，只有在真空罐内压强低于67Pa的状态下，脱氢、脱氧目标才能到达。

本文所研究的对象为国内某用户新建的VD真空脱气装置。相比于传统设备而言，采用了无油机械泵机组，维护成本低，更加经济、节能、环保。设备主要由以下部分组成：机械泵系统、除尘系统和真空罐系统，如图1所示。机械泵机组由螺杆泵和罗茨泵组成，除尘系统由气体冷却器及布袋除尘器构成，真空罐系统包含真空罐体、罐盖及罐盖车。为了监测真空度，在整个抽气管路上设定了两个真空度测量点，一个靠近真空泵机组进气口，即测量点1(后简称阀后)，用于测量真空泵入口真空度，另外一个靠近真空罐系统，即测量点2(后简称阀前)，用于测量真空罐内真空度。该设备在调试期间，真空计显示阀后真空度为30Pa，阀前真空度为210Pa，系统阻降较大，阀前达不到67Pa的工作真空度，导致设备无法有效地脱除H，O，N等有害气体，导致处理后的钢种达不到要求。因此真空技术网(http:///)认为找出阻降产生的原因并降低阻降，使阀前真空度到达67Pa以上，就十分迫切和必要。

图1真空脱气设备原理图1、原因分析

真空脱气设备原理图如图1所示，阀前、阀后测量点的中间部分由气体冷却器、布袋除尘器及中间管道共同构成。因此阻降过大的原因可能由以下3种中的一种或共同作用产生：(1)管道自身的流导损失大；(2)布袋除尘器内的布袋阻降过大；(3)气体冷却器阻降过大。第一种猜测，由于设计选择的管道通径较大，且变径和转弯很少，计算得知工作状态下的压差损失小于10Pa，缺陷以造成180Pa的阻降，

因此予以排除；第二种可能性，由于布袋除尘器内部排布有很多细长的布袋，如图2所示。滤布的当量孔径约为10μm，经多次使用后，粉尘粘附板结会造成布袋的透气阻力增大(如图3)，引起布袋前后压差变大。由于布袋毛细孔排布不规则，难以建立透气量数学模型，通过计算得到阻降值有较大难度。采取的措施是：加大布袋规格，更换了部分布袋。观测出系统阻降有所变小，但效果不是很明显。因此，可以确认布袋除尘器也不是造成阻降过大的根本原因。

图2布袋除尘器简图图3使用过后的布袋

那么气体冷却器(后简称气冷器)是阻降过大的唯一可能。如图4所示，该气冷器由内部多根列管并行排布构成，主要用于降低被抽废气温度，使经过气冷器后的气体温度低于布袋的自燃温度，起到保护布袋的作用。设计上采用被抽气体走管程，冷却水走壳程的方案。每根列管长度为5m，上下两端各有一个法兰盘焊接在气冷器内壁上，列管固定在上下两个法兰盘上。为了计算出进气口和出气口的阻降，我们建立了一个适用于工程设计的计算模型，以验证冷却器是阻降大小，并为日后工程设计提供方便。2、理论计算

2.1、模型建立

冷却器原理图如图5所示，假设真空系统满足流量连续性方程，冷却器出口(靠近主泵口侧)的真空度为P2，冷却器入口(靠近真空罐侧)的真空度为P1，由于列管的阻降，必定有P1>P2，同时假定P2已知，计算出P1。

图4气体冷却器简图图5气体冷却器原理图

根据真空系统流量的连续性方程确定流量Q，同时计算出总的流导U，注意流导U由列管流导、变径流导和缩孔流导组成，计算出来的流导需开展损耗系数ε修正，得到实际流导U1，根据流量与流导之间的关系，进而计算出间的阻降。

2.2、计算结果及分析

根据上述模型，我们选择冷却器出口真空度P2为40Pa~100Pa，依次计算冷却器入口的真空度P1，并与麦氏真空计实测值作比照，得到结果如下表1所示：

表1不同的出口真空度P1对应的入口真空度P2

从表中可以看出，冷却器的压差范围为202Pa~218Pa，与麦克劳真空计实测值210~220Pa非常接近，进一步证明了冷却器自身的阻降是造成大压差的主要原因。理论计算和实际测量的误差是由于ε1选取及麦克劳真空计自身的测量误差造成。3、改良措施

在保证设计的抽气量和工作真空度的要求下，我们对冷却器作了如下改良：

(1)增加气冷器通导面积，有效提高气冷器的流导，到达降低流阻的目的。

(2)调整列管排布构造，适当增加列管的数目，降低气冷器进、出气口压差，同时应综合考虑经济成本增加。

在上述改良措施的根底上，我们将冷却器直径调整到1800mm，列管数调整为400根，对排布构造开展了优化。假定工作时P2为30Pa，表2比照了改良前后真空系统阀前阀后真空度，系统阻降及脱氢指标，从表中可以很明确的看出：当阀后真空度同为30Pa时，改良后的设备阀前真空度P1从230Pa降至51Pa，保证了罐内67Pa工作真空度，同时系统阻降也从200Pa降至21Pa，压差大为降低，终点[H]由2.2ppm降至1.4ppm，效果显著，满足了工艺上的要求。

表2改良前后系统真空度、阻降及脱氢指标比照4、结论

本文通过分析真空脱气设备阻降过大的可能性原因，逐项排除推断冷却器是造成真空系统大阻降的主要原因，建立了一套数学模型，计算出冷却器的前后压差，得出了如下结论：

(1)计算得出气体冷却除尘器是造成大阻降的根本原因；

(2)通过增加气冷器通导面积、调整列管排布构造、适当增加列管