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影响RH系统蒸气喷射泵能力的因素和故障分析探讨

李向荣1，赵庆龙2

(1.本钢炼钢厂规划改造办公室，辽宁 本溪 117000；2.本钢炼钢厂精炼车间，辽宁 本溪117000)

摘 要：简要概述了本钢炼钢厂1号RH系统的设备状况、蒸气喷射泵的工作原理，并结合现场实际情况对影响蒸气喷射泵能力的因素以及现场运行中容易出现的故障和处理方法进行了分析。根据实践经验和RH系统多年的运行情况，列出了RH真空泵的相关数据表及冷凝器的冷却数据表，列举了系统出现过的故障并说明了故障排除的方法。

关 键 词：蒸气喷射泵；拉瓦尔喷嘴；真空；RH系统；冷凝器

1 本钢RH精炼系统工艺流程及设备概述

本钢RH精炼系统的目的是去气、脱硫、脱磷、脱氧、微合金化、去除夹杂等。具体操作过程为：将真空室的插入管插入钢水内，向上升管内通入Ar气，使上升管和下降管内的钢液产生密度差，在抽真空的过程中，由于钢液的密度差，使钢液在真空室和钢水罐之间产生循环，钢液在流经真空室的过程中，钢液中的气体排出钢液，以达到脱硫、脱气、脱磷、去除夹杂的目的。

本钢1号RH系统是1998年从德国西马克引进的设备，主要设备包括真空罐、蒸气喷射泵、冷凝器、合金上料系统等，如图1所示。

RH系统的核心设备是真空泵，它的作用是对真空罐抽真空，使钢水在真空罐里循环，达到工艺要求。1号RH真空系统有6级8个泵。分别是E1、E2、E3、E4、E6和3个预抽真空泵E4a、E5、E6a。RH真空系统设计最低能达到的真空度是0.067kPa。真空泵的开启顺序是：先开启预抽真空泵，达到一定的真空度后关闭预抽真空泵，然后依次开启E6—E4—E3—E2—E1。

2 真空泵工作原理

RH系统采用蒸气喷射泵对真空罐进行抽真空，蒸气喷射泵作为RH系统的核心设备，在整个RH处理过程中起着至关重要的作用。每个蒸气喷射泵实际为一个拉瓦尔喷管，它由拉瓦尔喷嘴、混合室及扩压器3部分组成，如图2所示。

本钢1号RH系统采用8个喷射泵串联起来使用，其中3级为预抽真空，泵与泵中间有冷凝器使蒸气冷凝，目的是减少下一级泵的负荷，从而达到冶金工艺要求的真空度。主要技术数据如下。

RH一般操作时抽气能力：67Pa时，600kg/h。

顶吹氧时抽气能力：10640Pa时，4000kg/h。

蒸气压力：1.4MPa；蒸气条件：在喷嘴处最低为194℃。

3 影响真空泵能力的主要因素

1)蒸气。

蒸气压力、温度、流量以及蒸气质量对真空泵的运行都起着至关重要的作用，如果蒸气压力、温度、流量达不到设计值，势必会对抽真空能力产生影响。

此外，蒸气品质如果不好，经过一段时间，真空泵内表面及喷嘴就会被腐蚀，根据流体力学常识，喷嘴和真空泵内表面直径与泵工作能力有着直接关系。本钢炼钢厂RH系统的蒸气是通过厂区蒸气管网提供的，为保证其性能，车间采取管道保温等措施。

2)循环冷却水。

冷却水供水量不足，冷凝器会发热，气流声音变大，真空度会迅速下降，甚至蒸气会返入抽气管。本钢RH的冷却水设计流量为：使用大泵时，总计994m3/h；使用小泵时，总流量为1015m3/h。为保证真空度，冷凝水进水温度保持在25℃以下。此外，冷却水质也是对真空泵能力影响的一个不可忽视的因素，如果水质差，硬度高，会造成冷凝器积垢甚至堵塞，严重影响热交换性能，使蒸气难于冷凝，从而影响真空度。本钢炼钢厂采用的是软化水，由水厂提供并监测水质。

3)系统内的各种泄漏。

由于RH是高温、高粉尘下运行，工作环境恶劣，势必会造成真空体、顶枪、合金料仓、仪表、管道以及阀门连接处密封垫易劣化、泄漏，所以要进行定期查漏。最简单通用的方法是整个系统通入带压空气，用肥皂水涂在各处，如有泄漏，漏点会有气泡。检验是否漏气的最终要求是用0.2MPa的压缩空气对真空系统进行气密性试验24h，压力下降不超过4.8%。

4)泵本体及喷嘴的磨损。

由于真空泵内表面经常会受到高温、高压蒸气的冲击，久而久之真空泵内表面及喷嘴极易磨损，对泵体及喷嘴的性能都会有影响。所以要定期对泵体及喷嘴进行检查，必要时，使用专用仪器如超声波测厚仪检查。尤其是泵体拐角处受冲击严重处更要认真检查。此外，还要检查喷嘴是否堵塞，喷嘴是否堵塞可通过触摸泵头和冷凝器的温度来确认。

4 蒸气喷射真空泵的故障判断和诊断方法

4.1 蒸气喷射真空泵的故障判断

蒸气喷射真空泵在使用过程中有时会出现抽真空时间太长、真空度不稳定或达不到真空度要求，在这种情况下，要对故障查找原因、分析处理。根据上面所描述的影响真空泵能力的主要因素通常要进行以下的故障判断：

1)真空测量装置(包括真空表、真空计、测试罩)是否有故障或失效；

2)工作蒸气供应是否正常，包括压力、温度、干燥度、疏水情况、波动情况等，尤其要检查压力表在长时间使用后读数是否准确；

3)循环冷却水供应是否正常，包括水温、水压、水量、水质等；

4)生产系统是否出现异常，包括系统泄漏、系统产生过量气体、工艺设备性能下降等；

5)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、大气腿泄漏或积垢堵塞、冷凝器积垢堵塞、抽气管道积液等。整个真空系统的辅助设备如管道阀门的法兰连接处是否有泄漏。

4.2 蒸气喷射真空泵故障诊断方法

1)静态升压法。将泵系统与槽系统分开，观察各真空压力计的值，对异常值进行分析判断，找出故障点。

2)动态法。将泵入口处真空压力计的值，蒸气压力、温度、流量和冷凝水的进出口温度、压力、流量收集起来对这些值进行状态检测，经过一段时间的积累，给出各监控点的正常值，若系统发生故障，可通过异常值找出故障点。

表1列出的是RH系统真空泵在一定的开口直径下，蒸气压力在1500kPa以上工作时各个泵的蒸气流量和可能达到的真空度。表1中第4列“封闭可达到的真空度”是指真空系统冷试(冷试指不开真空滑阀启动真空泵)时，不加入外负荷，完全处于封闭状态，真空度可达到的数值。表1中第5列“存在外负荷下可达到真空度”是指真空系统冷试时，加入外负荷，开启大泵时通常是开3000kg测试孔，开启小泵时通常是开600kg测试孔，在这种状态下真空度可达到的数值。表2为开启不同泵时冷却水的流量。这些数据都是根据具体实践，在RH系统处于正常状态下总结出来的数据，对分析真空系统故障有着重要意义。

4.3 RH真空系统故障实例分析

以下根据实践经验积累，列举几项常见的RH真空系统影响真空度的设备故障及解决方案。

1)现象是在1500kPa以上蒸气压力下冷试时，开启大泵真空度下不来，E6a流量为6000m3/h左右，对比表1实际流量9200m3/h少了3000m3/h左右，这样就分析为E6a出现问题，可能是堵塞了。解体后观察发现是喷嘴内套脱落，横在喷口上，刚好封死喷口大约有1/3左右，与流量数据吻合。恢复后冷试正常。

2)在1500kPa以上蒸气压力下冷试时，小泵真空度下不来，开启E6、E4均正常，开启E3、E2、E1都不正常，并且观察E4流量多出2000m3/h。解体E4后发现喷嘴根部腐蚀漏洞，修补后冷试正常。整套真空系统都是有联系的，真空管线的排气路径是有顺序的，在E4出现漏气故障后，其周围就会弥漫多余气体而阻碍从E3、E2、E1流出气体的排出，造成回流，影响真空度的提高。

3)在1500kPa以上蒸气压力下冷试时，小泵开启E6真空度就下不来。解体E6发现真空喷嘴脱落，恢复后真空度依然下不来，操作屏幕上显示E6连通阀找不到开极限，将极限处理后冷试正常。原来E6连通阀没有打开，造成排气堵塞，影响真空度。

4)在1500kPa以上蒸气压力下热试时，真空度一直下不来，由于事前冷试正常，所以可排除阀后系统，问题一定出现在阀前。通过热试检漏。发现氧枪密封不严。更换后热试正常。阀前的各个连接部位密封是比较容易出现泄露的，比如氧枪密封、上部槽与中部槽连接密封、烘烤盖板密封以及下料溜槽密封。

5)在1500kPa以上蒸气压力下生产时，开启真空滑阀真空度突然升高，并且热水井水位急剧升高，后发现真空料仓WB08没有关闭，关闭后真空度正常，热水井水位也恢复正常。事后分析，整个真空系统在抽成真空后，各个冷凝器的水位都会高出热水井水位大约10m左右(1个大气压可支撑大约10m水柱)，当破坏真空后(比如料仓漏气)，冷凝器里的水就会急剧流入热水井，造成热水井水位升高。

6)在1500kPa以上蒸气压力下冷试时，开启大泵真空度下不来，并发现E5和E6a的流量都比实际流量要小一些。将2个泵解体后，发现内部都有一些金属的过滤网堵塞在喷口，清除后冷试正常。

5 结论

1)RH系统工艺生产对真空度的要求非常高，因此保持恒定的真空度是非常必要的，使得整个系统的真空度处于可控状态是保持恒定真空度的前提。

2)RH真空系统影响真空度的因素很多，例如蒸气因素、冷凝水因素、系统泄漏、泵体损坏等。查找和排除真空系统故障需要一定的经验积累和工作耐心。

3)诊断真空系统故障的方法有很多，都是通过生产实践总结出来的，而且对真空系统要定期检查，精心维护，才能使得整个系统平稳运行。

参 考 文 献：

[1]   植田辰洋.蒸汽喷射泵的研究[M].北京：重型机械出版社，1974.

[2]   王晓冬.大型真空系统监测与故障诊断[M].沈阳：辽宁大学出版社，2003.

[3]   刘玉岱.真空测量与检漏[M].沈阳：辽宁大学出版社，2003.

[4]   严敬.流体力学[M].重庆：重庆大学出版社，2007.