宝钢RH真空系统稳定运行的研究与实践

宝钢RH真空系统稳定运行的研究与实践
郑奋怡
【摘要】在炼钢厂生产高附加值的品种钢必须通过RH精炼工序,而RH装置中的真空系统是否稳定是决定钢水质量的关键因素.介绍RH真空系统故障的分类,包括能源介质的故障、漏气故障及真空元件的故障.对每类故障的原因进行分析,并结合现场实际案例,快速确认故障原因.从真空度维护方面介绍了几种有助于真空系统稳定运行的措施,经实践证明非常有效,对同类真空系统的运行有一定借鉴意义.
【期刊名称】《宝钢技术》
【年(卷),期】2014(000)005
【总页数】4页(P22-25)
【关键词】RH;真空系统;真空泵
【作者】郑奋怡
【作者单位】宝山钢铁股份有限公司炼钢厂,上海200941
【正文语种】中文
【中图分类】TF341.7
1 宝钢RH真空系统概况
随着市场竞争的日益激烈，高附加值的品种钢日显重要。

生产这些品种钢必然需要RH精炼装置。

然而，真空系统是RH中最核心的设备，因为真空度的好坏直接关系到钢水质量，真空系统是否能稳定运行一直是设备维护工作中的重点。

宝钢自1985年一期炼钢投产建成第一台RH精炼装置后，目前一炼钢和二炼钢共有6台RH，容量都是300t，主要采用蒸汽喷射真空泵，在4RH、5RH和6RH 均采用了蒸汽喷射真空泵+水环泵的联合系统，6台RH的真空泵系统的主要参数如表1。

由于真空系统相当庞大，影响的因素也很多，因此一旦发生故障，查找相对困难。

如果因为真空度不佳停机则会对生产物流造成一定影响，对企业也会造成一定经济损失。

因此保持RH真空系统的完好、维持真空系统的稳定运行非常重要。

图1是典型的四级泵真空系统。

表1 宝钢RH真空泵系统的主要参数Table 1 The main parameters of RH vacuum pump systems in Baosteel序号真空泵系统形式抽气能力(67
Pa)/(kg·h-1)布置形式设计厂商1RH 四级蒸汽喷射泵 1100 垂直布置西重所(改造)2RH 四级蒸汽喷射泵 1100 垂直布置德国GEA 3RH 四级蒸汽喷射泵 1000 垂直布置德国GEA 4RH 五级蒸汽喷射泵+水环泵 1500 斜布置日本JEE 5RH 五级蒸汽喷射泵+水环泵 1500 垂直布置日本JEE(改造)6RH 五级蒸汽喷射泵+水环泵1500 垂直布置日本JEE
图1 典型的RH四级泵真空系统Fig.1 A typical four-stage vacuum system of RH
2 RH真空系统的主要故障及原因
真空系统的故障类型很多，总的来说可以分为以下几类故障:能源介质故障、漏气故障、真空泵内部故障。

2.1 能源介质故障
能源介质是保证真空系统能稳定运行的基础，真空系统最主要的能源介质是蒸汽和冷凝水，影响因素包括蒸汽和冷凝水的压力、温度、流量。

其中最需要关注的是蒸汽的压力和冷凝水的温度。

2.1.1 蒸汽压力
蒸汽压力不满足设计要求会对真空泵系统造成很大的影响，如果过低，造成真空泵抽气能力不足;而如果过高，会造成某些泵膨胀比过大而对真空泵稳定性造成影响。

从蒸汽喷射真空泵的近似校核公式(1)中可以看到，真空泵喷嘴喉部直径(Dkp)、泵体喉部直径(D3)、引射系数(μh)都是一定的，所以蒸汽压力与出口压力有比例的关系，当蒸汽压力增大时出口压力也随着增大，也就意味着抽气能力增大。

式中，P4为喷射泵出口压力;P0为工作蒸汽压力。

在实际运行中，经常出现的问题是蒸汽压力不足，一般会造成抽气时间延长，而且达不到所需真空度，其中最不稳定的是蒸汽耗量最大的真空泵。

一般来说，四级泵系统是B2泵而五级泵系统是B3泵，在这级泵上对于蒸汽压力不足会表现出明显
的抽气能力不足现象。

2.1.2 冷凝水温度
冷凝水是用来冷凝前级蒸汽泵的蒸汽，降低后级蒸汽泵的负荷。

冷凝器中的真空度对于冷凝水的进水温度有一定要求，主要是C1冷凝器中的进水温度要求决定了冷凝水的进水温度要求。

由于在设计时已经确定了C1冷凝器的真空度，所以也确定了C1冷凝器的进水温度，如果超过设计的进水温度，会使C1冷凝器中水温超过
C1冷凝器真空度下的水蒸汽饱和温度，从而无法将蒸汽冷凝，造成下级真空泵无法正常工作，迅速破坏整个系统真空度。

从式(2)中也能解释:
式中，t2为出口温度;t1为入口温度;ts为C1冷凝器真空度下的水蒸汽饱和温度。

因为设计时冷凝水量一定条件下，允许的进出水温差(t2-t1)也就是确定的。

从式(2)中可以看到，如果t1升高，会使进出水温差减少，即当前的冷凝水量不能满足冷
凝蒸汽的要求。

常规进水温度设计为34℃或35℃，在当前的气候条件下，夏天的极端高温越来越高，也对RH的生产造成了很大的影响。

如2013年夏天，上海多日最高温度超过了40℃，使得RH冷凝水进水温度接近或超过34℃，当时2RH真空度无法满足要求，只能调整生产节奏。

真空度对进水温度很敏感，当水温接近设计值时，会呈现真空度明显不良的现象，基本上无法使B1泵投入，而水温一旦下降，系统就能立刻恢复正常。

2.2 漏气故障
漏气对于真空系统来说是最常见的故障，大多数真空度故障都是漏气引起。

漏气可以分为外泄漏和内泄漏。

外泄漏是指能观察到的从外界大气到真空系统的气流流动;内泄漏是指不能直接观察到的在真空系统内部不正常的气流流动，主要包括E泵辅助泵的切断阀、合金系统内的均压阀和下部密封阀等。

内泄漏由于不能被直接观察到，一般需要经过分析判断故障点。

漏气还可以按照设备点分类，主要可以分为真空泵系统漏气、真空槽系统漏气和合金系统漏气。

真空泵系统漏气包括真空主阀后的各级真空泵漏气，真空槽漏气包括真空主阀之前的真空槽系统漏气，合金系统漏气包括合金溜管膨胀节之上的加料系统漏气。

2.2.1 真空泵系统漏气
真空泵系统的漏气集中在2B泵及附近区域，按照磨损严重程度排序为2B弯头、2B泵体、C1冷凝器、1B弯头等。

图2为C1冷凝器底部破损照片。

图2 C1冷凝器底部破损Fig.2 Vacuum pump breakage examples
真空泵系统的漏气多是磨损引起，其中蒸汽耗量最大的2B泵磨损最严重，所以主要磨损区域集中在2B泵附近。

但是一般在5年之后，同样要考虑其他喷射泵的磨损。

2.2.2 真空槽漏气
真空槽漏气主要集中在经常移动的点上，如主膨胀节、合金伸缩节、顶枪密封通道等。

这些节点在移动时需要脱开，在处理中需要连接，所以要经常启闭，对密封要求很高。

由于该几处位置都是高温区域，密封也容易损坏。

2.2.3 合金系统漏气
合金系统主要有上下部密封阀和合金溜管。

日常生产中大量的合金料通过会对经过的区域造成冲刷磨损，所以上部密封阀和下部密封阀的密封容易损坏，合金溜管及均压管道等会因磨损穿孔。

2.3 真空泵内部故障
真空泵内部的故障主要是真空泵内的喷嘴损坏(图3)、真空泵积灰以及冷凝器内喷
淋头的堵塞掉落等。

此类故障不同于漏气故障，漏气一般都会引起真空泵系统负荷增大，使真空度无法达到要求值，而此类故障往往会对某级泵产生非常明显的影响。

例如2006年12月，1RH的真空泵系统异常，表现为第3级和第4级泵正常开出，2B泵开出后，真空度无变化，只有6、7 kPa。

经检查，2B泵喷嘴断裂脱落。

图3 真空泵喷嘴损坏实例Fig.3 Vacuum pump nozzle breakage example
真空泵喷嘴的损坏形式主要有穿孔和断裂两种形式。

穿孔主要因为使用时间长或材质不佳引起，断裂通常因喷嘴使用时不够稳定或是设计的焊缝强度不足引起。

真空泵内部积灰也较常见。

积灰严重到一定程度会改变泵体的几何形状，使真空泵实际参数发生变化而造成真空泵的失效。

冷凝器内喷淋头堵塞会引起冷凝水分布不均而影响冷凝效果，而喷淋头的掉落更使冷凝器完全失去作用。

3 真空系统的改进措施
3.1 密封的改进
一般的高压密封均采用螺栓连接紧固，压紧力大。

真空系统的密封有所区别，在RH真空系统中常采用气缸压紧密封，其所受压紧力不高，因此在一些移动密封上
用表面积较大的平垫替代O型圈，如顶枪密封通道的密封和合金伸缩节的密封。

合金系统的上部密封阀和下部密封阀原来采用了T形的密封圈，由于受压面积小，很容易破损而使阀门漏气，因此在此处采用矩形密封，增大了其承受面积，有效延长了密封阀的寿命。

3.2 耐磨材质的应用
磨损引起真空系统漏气是最常见的故障，因此从材质方面延长其寿命。

在容易磨损的区域如2B弯头，采用高铬铸铁的复合钢板。

与普通钢板相比，高铬铸铁硬度非常高，更耐磨，但由于其焊接性能差，一般采用复合式，基板用常规的Q235，
Q235再与高铬铸铁用螺栓联接。

在另外容易磨损的区域——合金溜管，由于其直径小，一般直接用高铬铸铁铸成圆管。

耐磨材质的应用只能延长磨损的时间，对于经常容易磨损的区域还需要定期检查，维护好设备状态。

3.3 喷嘴的管理和改进
喷嘴的改进主要进行了两方面工作:
一方面是全不锈钢喷嘴的应用。

有些国外厂商提供的喷嘴通常只有在喉口段采用了不锈钢，其他部分还是用碳钢。

在实际使用中往往由于冲刷腐蚀等原因会使喷嘴的扩散段等迅速减薄而穿孔，一般使用寿命不超过2年，而用了全不锈钢喷嘴后寿
命可延长1倍以上。

另一方面是防止喷嘴的开裂。

喷嘴的开裂主要发生在直管与法兰的焊缝上，常规做法是在此部位加筋板，还有一种处理方法是直管整体套入法兰再焊接。

喷嘴出现故障的概率较低，但是不能放松对喷嘴的日常管理，一般要求至少一年对喷嘴进行拆检，掌握其状态。

4 结语
RH真空系统是一个整体，任意一处故障均会表现出真空度不好的现象，所以对真
空系统平时的维护很重要。

关键要把握平时设备的状态，这样有助于在发生故障时能迅速定位故障点;另外，通过日常经验的积累，不断对系统进行改进优化，使真空系统在实际运行中能发挥其应有的作用。

设备的稳定才能保证生产的顺行，保持真空系统的稳定需要长期做下去。

参考文献
【相关文献】
［1］道达安.真空设计手册［M］.第3版.北京:国防工业出版社，2004:305-307.
［2］陆卫忠.宝钢2RH拉瓦尔喷嘴腐蚀失效原因分析［J］.真空，2004，41(1):48-51.。