沈  偉  楊建章

（玉鋼公司動力廠）

摘 要 針對近年來玉鋼公司2臺VB1500H3離心空壓機周圍空氣質量劣化后，原有空氣過濾器不能滿足空壓機空氣潔凈度要求的問題，采用在進氣過濾器前增設空氣預過濾裝置的改造方案，實現兩級過濾確保空壓機長期穩定運行，改造取得了較好的效果。

關鍵詞 離心空壓機 空氣過濾器 增加預過濾裝置 改造效果。

1  前言

玉鋼燒結空壓站坐落于玉鋼老燒結廠辦公樓旁，站內配備2臺VB1500H3離心空壓機，于2013年1月投入運行，與公司集中空壓站管網并聯，向公司所有用氣單位不間斷的輸送合格的壓縮空氣。在正常情況下，燒結空壓站2臺離心空壓機需全開，集中空壓站則根據公司用氣量的不同來決定其它活塞式空壓機的開機量，以保證壓縮空氣的有效供給。由于集中空壓站配備的活塞式空壓機設備老舊、故障率高且工作效率低下，這就要求燒結空壓站2臺離心空壓機必須長周期、高效率運行。

后來由于玉鋼生產工藝發生較大變化，燒結空壓站周圍的空氣迅速劣化，空氣懸浮物大量增加，致使進氣過濾器濾芯被快速污染，進氣過濾器濾芯過濾效果變差并且使用壽命大幅縮短。濾芯失效后，在嚴重時空氣中的一些顆粒物會被吸入離心空壓機，在高速運行下造成離心機的流道、轉子等損傷，導致設備檢修、維護周期縮短，生產運行成本增加，甚至對生產活動的正常開展產生了嚴重的威脅。

2 改造背景

2.1 地理位置

燒結空壓站在2012年年底建站投入使用時，2臺空壓機進氣過濾器建在室外，周圍空氣質量較好。2014年玉鋼質計中心原料取樣分析室搬遷至老燒結廠辦公樓，在質計中心開展原料相關的工作時就會產生大量的灰塵排出室外，使周圍的空氣迅速劣化。而離心空壓機的進氣過濾器與質計中心取樣分析室的排煙口僅一路之隔。

2.2 存在的問題

（1）質計中心取樣分析操作時，其周圍一定范圍內的空氣懸浮物大量增加，使離心空壓機運行所需的空氣質量變差。由于進行廠址搬遷等涉及較多，不可能在短期內改變空壓機的運行環境。

（2）自離心機運行處空氣質量劣化后，過濾器負壓增大，由最初901.6 Pa增加至1 332.8 Pa，正常運行要求低于1 470 Pa，盡管經常由人工拆下來輔助清灰以盡量延長濾芯的使用壽命，濾芯更換頻率仍由最初的12個月更換一次變為6個月更換一次，且過濾效果較差。

（3）離心機的故障率增加，開蓋檢查中發現離心機轉子及空氣流道受到顆粒物刮傷的現象較為明顯，轉子動平衡失效的周期縮短，設備預期運行時間大幅縮短。

（4）當過濾器過濾阻力不可逆增大至一定程度，或是在過濾器出現一定失效使污物進入離心機，都將嚴重影響到離心機的正常運行，甚至會造成離心機的極大損傷。

2.3 故障案例

（1）2017年5月燒結空壓站1#離心空壓機在運行過程中電機電流從76 A突然降至64.8 A（正常加載電流為65 A），進氣調節閥閥位為100 %，放空閥閥位也為100 %（若正常加載，此時放空閥閥位應為0），空壓機無法進行加載。空壓機廠家技術人員到現場進行分析后確認該故障是進氣過濾器濾芯嚴重堵塞導致，建議更換進氣過濾器濾芯，我方對進氣過濾器濾芯進行更換后重新開機，開機加載后電機電流上升至78 A，進氣調節閥閥位100 %，放空閥閥位0，離心空壓機恢復正常運行。

（2）2017年9月，1#離心機出現了振動增大的情況，在開蓋檢查中，發現離心機轉子及空氣流道等出現了較多顆粒物劃傷的現象，如圖1所示，后續檢查中發現轉子動平衡也失效了。2017年11月，2#離心機在開蓋檢查中也出現了類似的情況。

2.4 原因分析

在質計中心原料取樣分析室搬遷至燒結空壓站旁后，伴隨其操作，空氣中的污物數量周期性的大量增多，在峰值時空氣中的污物含量是正常情況下的上千倍，并且其中主要部分為焦炭、鐵礦石顆粒，顆粒物較大、顆粒硬度較大，且附著性較強。

其中的一部分污物隨空氣進入到離心機的空氣過濾器中大量附著在濾芯濾料上，大大超出了原空氣過濾器的設計標準，反吹裝置不能將大量附著的污物吹落，致使過濾器過濾效果低下，濾芯快速失效。

在嚴重時，濾芯會出現一定的破損，致使空氣中的污物進入到離心機中，附著在離心機轉子及空氣流道上，破壞轉子動平衡。并且在三級轉子處，由于其轉速極高，為25 000 r/min，污物中較硬的顆粒會劃傷轉子及流道，對機組造成實質性的損傷。

2.5 改造的必要性

（1）在可預期的時間內，質計中心原料取樣分析室、燒結空壓站都不可能搬遷，必須采取措施解決離心機空氣劣化的問題。

（2）由于空氣劣化，離心機的運行成本增加。一套濾芯的價值約為8萬元，當前的使用壽命僅為預期使用壽命的一半，每年將多出一倍的使用費用。同時，由于污物進入離心機，造成了轉子動平衡的失效，轉子及空氣流道的損傷，造成的損失難以估量。

（3）離心機運行任務重。由于集中空壓站D-100/8型活塞式空壓機故障較多且效率低下，燒結空壓站2臺VB1500H3離心空壓機承擔了大部分的壓縮空氣生產任務，活塞式空壓機僅用于調節生產負荷。一旦離心空壓機出現故障，壓縮空氣的供給將變得極為緊張。

3  方案及論證

3.1 空氣過濾器的原理

離心空壓機使用的過濾器為自潔式空氣過濾器，如圖2所示，濾芯濾料為防水型濾紙。過濾器的凈氣室出口與空壓機入口相連，在空壓機運行產生的負壓作用下吸入待處理空氣，空氣中的大部分污物被過濾器濾芯過濾掉，實現空氣的凈化。無數的小顆粒粉塵會在濾料的迎風面形成一層塵膜，塵膜在一定程度上可以使過濾效果有所提高，但是也會使進氣阻力增大，使進氣量減少。濾芯過濾精度為99.6 %/1μm、99.9 %/2μm、100 %/3μm。

在空氣過濾器運行中，自控系統用定時的方式進行反吹自潔。每隔5秒反吹自潔一次，去除濾料迎風面的塵膜，進氣過濾器共設有6組濾芯，每組4支，一組反吹自潔，其它濾芯正常進行過濾工作，實現過濾器濾芯的自潔。

3.2 改造方案

以上問題主要是由于現有的自潔式空氣過濾器在污濁空氣環境下過濾能力、自潔能力不足所造成的，若是將過濾器更換為過濾能力更強的新過濾器（即設計過濾更大或應對污濁空氣能力更強的過濾器），或是制作出輔助的除塵裝置，將能應對空氣污物增多的問題。

（1）方案一：更換為新的空氣過濾器

此種方法能較為妥善的解決掉過濾器過濾能力不足的問題，但是設備的投資較大、建設周期較長，且由于現場空間的限制，新過濾器的長寬將受到限制。

（2）方案二：利舊使用去產能閑置的高爐鼓風機空氣過濾器

高爐鼓風機空氣過濾器過濾能力強、設計風量大，且屬于閑置設備，利用起來不僅能解決問題，還可以盤活閑置資產。但是該過濾器體積較大，受現場空間的限制無法在原有位置安裝，需要在其不遠的地方另擇新址安裝；且過濾器的拆、運、裝都具有一定的技術難度，改造周期相對較長。

（3）方案三：改造現有的自潔式空氣過濾器

在現有的基礎上改造過濾器，在其外部加裝預過濾裝置，使其形成兩級過濾，分級處理空氣污物。預過濾裝置上安裝一層不懼水的初濾布，過濾掉空氣中粒徑較大的污物，初過濾后較為潔凈的空氣進入自潔式空氣過濾器中。由于取樣分析室外放的污物中大多粒徑較大，初濾布可以擋住大部分的污物，此時的空氣質量基本可以滿足自潔式空氣過濾器的設計標準，實現其設計的過濾能力。本方案的好處是改動較小、建設周期短、改造費用低，基本可以應對空氣污物增多的情況；但是會造成過濾器的負壓出現一定的增大，在負壓較大時會對離心機的運行造成負面影響。

（4）以上方案中，方案一將能較好的解決問題，但是資金投入大、建設周期長；方案二也有其優勢，但在技術、場地及周期上也有一定的限制；方案三雖有一定的不足，但是改動較小、建設周期短、改造費用低等優點更具有可操作性，最終決定按方案三進行設計改造。

4  改造設計實施

4.1 改造方案設計

（1）總體結構

結合現場現場空間，將初過濾器設計為如圖3所示結構。結合現場空間，在過濾器本體四周向外擴展出300～800 mm，在垂直面安裝濾布，底部澆筑混凝土，頂部用鋼板密封，形成一個新的密閉空間（一級濾風室）。

（2）基礎

改造后過濾器的平面尺寸由3.0×2.6 m增大為4.0×3.6 m；在預過濾裝置下部設置高度不小于0.3 m的混凝土擋墻，過濾器下方設置一排水口。既用于在內部形成密閉空間，也具有一定的防雨作用。

（3）預過濾裝置

預過濾裝置的核心為垂直面上設置的濾布。預過濾裝置使用“雙層不銹鋼網+濾布”結構，不銹鋼網使用10×10 mm的尺寸。內部的不銹鋼網完全固定，用于在離心機工作時支撐濾布，使之不至于因負壓而位移、受損等；外部的不銹鋼網主要起到固定濾布、保護濾布的作用；濾布安裝于內外兩層不銹鋼網之間。濾布使用400目的尼龍濾網，具有耐水、耐老化、便于清潔的特點。

外層不銹鋼網設置成大小為1.1×0.8 m壓蓋的形式，下部安裝鉸鏈，上部安裝鎖緊把手。更換濾布操作時，只需要打開外部濾網壓蓋即可。為方便更換內部濾芯，在原有過濾器的檢修門處設置一扇向外開的檢修門，大小約1.0×1.1 m，原過濾器的檢修門可拆除掉。

（4）頂部結構

鋼結構框架的上方用厚度為3 mm的鋼板與進氣過濾器本體進行點焊，其余未焊接部分用玻璃膠密閉，外端鋼板向外延伸0.4 m用于擋雨。

（5）預過濾裝置工作性能

改造后預過濾裝置的工作面積：

S1=（4.0+3.0）×2×1.1-1×1.1=14.3㎡

由于空氣中的污物主要為顆粒直徑較大的雜質，結合離心機對過濾器負壓的限制，考慮使用400目的濾布作為預過濾裝置的濾芯，查表可得400目濾布的原始過濾精度約37 μm，實際過濾精度約25 μm，基本可以滿足預過濾裝置的要求。

4.2 改造實施

按圖3設計實施過濾器的改造，先制作預過濾裝置鋼架主體，在安裝試驗中發現外層不銹鋼網壓蓋尺寸可制作的更大（2.0×1.1 m），更大的外層網使濾布的更換更加方便。主體結構安裝完成后澆筑預過濾裝置的基礎，混凝土基礎內側與底部鋼架嚴密貼合、抹面密閉，外側留出方便鉸鏈運行的凹槽。基礎澆筑完成后進行防腐操作、濾布安裝，濾布壓板邊框粘貼橡膠條，以便壓緊濾布，預過濾裝置改造完成，完成后的效果如圖4所示。

5  運行管理及效果

5.1 運行管理

在運行中注意觀察過濾器負壓數值，當負壓數值增大至警戒值（1 470 Pa）時，使用清水清洗濾布，當濾布清洗后負壓仍舊較大時，則更換新的濾布。運行中，值班人員只需每周用清水沖洗一遍濾布即可。

5.2 運行統計

在各項改造工作完成后，啟動離心機進行試驗。預過濾裝置的效果主要為過濾器負壓的大小，將運行一個月的負壓體積情況見表1，至第二周時負壓數值已基本穩定，滿足離心機的運行要求。

5.3  效果驗證

進氣過濾器改造后，經過一年的運行，取得了較好的效果，主要體現在以下方面：

1）空氣中400目以上的大顆粒固體雜質基本被擋在濾布外表面，在對進氣過濾器濾芯進行檢查發現，只有少量灰塵吸附在濾芯表面，濾芯的潔凈度比以往提高了很多。

2）截至2019年8月，2#離心空壓機運行中振動狀況良好，在例行維護保養時，查看轉子及空氣流道，各葉輪表面、空氣流道均光滑勻稱，無明顯附著物。

6  結論

在自潔式空氣過濾器加裝預過濾裝置改造后，濾芯的更換周期可由改造前的半年延長至2年，期間振動狀況良好，在運行8個月后的空壓機開蓋檢查中，離心機轉子及流道未發現更多的顆粒物損傷。可知本次改造是成功的，不僅降低了備件成本，還節約了清灰工作所致的人力；另一方面，空壓機吸入了潔凈的空氣，葉輪動平衡得到了很好的保護，大大降低了因葉輪動平衡被破壞而導致的設備其余部件損壞的風險，同時也確保了離心空壓機長周期、高效運行。

7  參考文獻

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