RH精炼炉一级真空泵故障分析及对策_许天琦.pdf

Total No 280December 2022冶金设备METALLURGICAL EQUIPMENT总第 280 期2022 年 12 月第 6 期RH 精炼炉一级真空泵故障分析及对策许天琦1于宇2李俊岩3(唐山钢铁集团有限责任公司热轧事业部河北唐山 063611)摘要机械真空泵作为精炼炉生产中最为关键的设备之一，对于生产冶炼以及产品质量有着至关重要的作用。唐山钢铁集团有限责任公司热轧事业部 RH 精炼炉投产初期多次出现一级泵壳体炸裂、泵组温度高报警停泵等诸多问题，导致真空泵整体抽气能力下降，不足以保证最小真空度 1.2mbar 的上限值，真空度不足导致影响脱碳效率、增加处理周期，不能满足公司整体品种攻关，本文主要针对机械式真空泵壳体炸裂、温高报警停泵两个原因进行调查、分析、研究，并采取相应的改进对策从根本上解决了真空泵故障问题，使得真空泵整体稳定运行。关键词真空泵壳体炸裂中图法分类号TF769 4文献标识码BDoi:10.3969/j.issn.1001 1269.2022.06.018Fault Analysis of RH Refining Furnace First-stage Vacuum Pumpand CountermeasuresXu tianqi1Yuyu2Li junyan3(Tangshan Iron and Steel Group Co，Ltd，Hot Rolling Business Division，Tangshan 063611)ABSTRACTAs one of the most critical equipment in the refining furnace production，the mechanicalvacuum pump plays a vital role in the production，smelting and product quality In the early stage of RH refiningfurnace of Tangshan Iron and Steel Group Co，Ltd，many problems，such as primary pump shell burst，hightemperature alarm shutdown，resulted in the overall pumping capacity of vacuum pump，which is not enough toensure the minimum vacuum limit of 1.2mbar，insufficient vacuum affects the decarbonization efficiency andincrease the treatment cycle This paper is mainly for the mechanical vacuum pump shell burst and temperaturealarm shutdown，and fundamentally solves the problem of vacuum pump with corresponding improvementcountermeasures，making the overall stable operation of vacuum pumpKEYWORDSVacuum pumpShellBlast crack1前言河钢唐钢 RH 精炼炉真空泵系统由四级泵组组成，机械真空泵一级罗茨泵共 26 台，由豪顿华(Howden)供货，二级、三级泵罗茨泵各 15 台，由普旭(Busch)供货，四级螺杆泵 15 台，由普旭(Busch)供货。泵组采用分级控制，每个泵组进口处都设置有气动阀门控制，如图 1 所示。泵组的启停灵活，同时可以根据抽气量的不同，变换泵组的组合方式。可以单独控制，不影响整个系统的运行，分级式系统，每级间压缩比较小，泵的效率也就较高，泵本体的发热量也就较小，从而使泵的使用寿命增长。但投产初期却多次出现一级泵壳体炸裂的严重问题，导致真空度不能满足 1.2mbar 的冶炼工艺要求。根据现场设28作者简介:许天琦，女，1982 年生，本科，邮箱:13473548579163 com备维修记录，已出现 7 台泵体炸裂事故，所以需要对一级罗茨泵故障进行分析研究。图 1一级泵组装配示意图2具体问题表现形式21冷态调试过程冷态调试过程中泵组系统建立真空后，打开管道入口阀门，真空泵组与常压状态的真空管线联通时，1 号泵炸裂;在连续生产过程中，2 号泵烧损壳体炸裂。22生产状态下热试及生产热态连续生产过程中，19、23、24号泵运转过程中发生异响，停机后发现泵体烧损，拆解后发现转子轴局部烧损，如图 2 所示。图 2转子轴局部烧损而泵体损坏集中表现为泵体开裂，如壳体擦痕、壳体横向裂纹、轴承破碎、齿轮脱落端板碎裂、螺栓切断。泵体烧损，如壳体内侧刮擦、外侧油漆灼烧变色。3原因分析31罗茨泵工作原理标准旋叶式罗茨泵工作原理可以参照设备说明书或相关书籍，这里不再赘述1。32安装原因通过分析发现由于入口管无支撑造成一级泵运行时管道下沉，且进、出口管道膨胀节的 4 根定位螺杆没有完全松解到位，导致泵运行时泵体入口法兰和出口法兰存在不同程度外力(F1 F4)作用于泵体，如图 3 所示。由于膨胀节并没有处于自由状态，泵体运行时管道产生的外力由膨胀节施加在泵体入口、出口法兰位置。图 3罗茨泵壳体受力图当一级泵进口、出口在真空建立后，管道承受一个大气压的压强以及弯头、膨胀节施加的外力，最终都作用在泵的壳体上，泵在高负荷状态长时间运行，壳体受到外力变形，最终造成壳体和转子出现相互刮擦现象，并在运行一段时间后，超过极限强度表现为炸裂的结果。通过对泵壳端部炸裂的形式分析，一级泵入口管道无支撑安装缺陷是壳体炸裂的第一个原因，膨胀节的 4 根定位螺杆没有松解使得外力作用在壳体上是导致壳体炸裂的第二个原因。33运行状态原因开始设定一级泵运行时电机运行频率在50Hz，表现为平均转速为 986r/min 接近最大值1000r/min，此时泵的抽气量在 67Pa 下能达到53000m3/h，但实际需要 46000m3/h 即可满足炼钢工艺需要。抽气量过大则导致二级泵排出来自一级泵出口的气体困难，一级泵效率下降，泵体进、出口压比接近 14，而设计最大允许压比为 15，进而造成泵体进、出口温升接近 115，有的达120，但泵本身设计温升最大为 119.5。在一级泵温高报警的同时，泵体电机电流高停泵。38许天琦等:RH 精炼炉一级真空泵故障分析及对策2022 年 12 月第 6 期表 1HV 增压器间隙(mm)叶轮瓣温升前部背部0.69 0.790.43 0.53119.5HV2060 罗茨泵转子与泵腔体之间的配合精度 如 表 1 所 示，转 子 的 材 质 为 铸 铁 ASTMA4830B，铸铁的材料线膨胀系数 2 1(1 10 6/)，在20 200时是8.5 11.6，取10.81，转子在常温 20 下尺寸为 508mm，所以当温升达120时，转子受热膨胀的尺寸变化量为:=10.81 106/508mm (120 20)=0.549mm泵体温升导致的 变化量已经大于叶轮瓣背部最大间隙0.53mm，配合精度已经不能满足运行情况，转子与泵内腔发生过度配合甚至过盈配合，造成局部温升严重直至腔体炸裂。所以电机初始参数设定不合理致使一级泵出口压比接近最大，泵体温升超差是壳体炸裂的第三个原因。4对策措施41解除外界作用力对泵运行的影响(1)增加泵入口管道支架;(2)调整泵出、入口膨胀节运输定位螺栓至松弛状态;(3)就单台泵的振动情况进行检测，从电机驱动侧和齿轮从动侧分别选择 6 个测试点，即每根轴的轴承位置处水平、垂直分别测试 3 个点，所测泵的振动值在 0.3mm 0.9mm 范围内，远小于 11.43mm。42调整电机运行参数降低一级泵进出口温升在维持各级罗茨泵的投入数量不变，即二、三级罗茨泵数量仍各是 14 台、一级罗茨泵数量仍是20 台的前提下，仅调整了一级泵的频率，由原来50Hz 降 低 为 40Hz，修 改 后 电 机 平 均 转 速 在788.8r/min。对每台一级泵而言，降低频率，减少抽气量，进出口压比减小，最终温升明显下降，而且承受载荷也会减弱。经过炼钢监测，一级泵出口温度已由之前真空冶炼 30min 内升高到 115左右下降至85，大部分约在70左右，且60min内温升不超过 95左右。43优化控制保护程序(1)修正温升保护缓解泵体热变形将一级泵入口温度调整为 60 报警、温度65停机;一级泵出口温度 100 报警，105 停机;强化电流保护缓解泵体摩擦和炸裂，在原有变频器对电机电流的保护，额定值 104A 的 1.5 倍基础上，再增加泵电流过快升高的停机保护。(2)阀门动作连锁泵入口阀门动作与系统真空压力连锁、与泵起动连锁，避免阀门误动作，引起的气流对泵体的冲击。5结论综上所述，一级罗茨泵壳体炸裂入口管道无支撑安装缺陷是第一个原因;膨胀节定位螺杆没有松解使得外力作用在壳体上是第二个原因，电机初始参数设定不合理致使一级泵出口压比接近最大，泵体温升超差是第三个原因。以故障现象找主要原因，进行措施制定增加泵入口管道支架、调整电机运行参数降低一级泵进出口温升，优化控制保护程序，最终实现了罗茨泵的稳定运行，经过近半年多的观测，罗茨泵没有再出现类似故障，处于可控状态，稳定了 RH 的生产节奏。参考文献 1 李俊岩 谈 RH 精炼炉机械真空泵维护分析 J 中文科技期刊数据库(全文版)工程技术，2021，01(02):9192 2成大先 机械设计手册M 北京:化学工业出版社，2016 3 刘蒙，吴建龙，赵腾，等 机械真空泵远程故障诊断系统研究与应用 J 真空，2021，58(02):48 51 4 许畅 RH 真空精炼工艺用 3 种型式真空泵比较J 铸造技术，2018，39(01):96 99(收稿日期:2021 11 25檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱)国家权威科技期刊 行业垄断性强 高效广告媒介482022 年 12 月第 6 期总第 280 期冶金设备