VB1500H3离心空压机进气过滤器改造

沈 伟 杨建章

(玉钢公司动力厂)

1 前言

玉钢烧结空压站坐落于玉钢老烧结厂办公楼旁，站内配备2台VB1500H3离心空压机，于2013年1月投入运行，与公司集中空压站管网并联，向公司所有用气单位不间断的输送合格的压缩空气。在正常情况下，烧结空压站2台离心空压机需全开，集中空压站则根据公司用气量的不同来决定其它活塞式空压机的开机量，以保证压缩空气的有效供给。由于集中空压站配备的活塞式空压机设备老旧、故障率高且工作效率低下，这就要求烧结空压站2台离心空压机必须长周期、高效率运行。

后来由于玉钢生产工艺发生较大变化，烧结空压站周围的空气迅速劣化，空气悬浮物大量增加，致使进气过滤器滤芯被快速污染，进气过滤器滤芯过滤效果变差并且使用寿命大幅缩短。滤芯失效后，在严重时空气中的一些颗粒物会被吸入离心空压机，在高速运行下造成离心机的流道、转子等损伤，导致设备检修、维护周期缩短，生产运行成本增加，甚至对生产活动的正常开展产生了严重的威胁。

2 改造背景

2.1 地理位置

烧结空压站在2012年年底建站投入使用时，2台空压机进气过滤器建在室外，周围空气质量较好。2014年玉钢质计中心原料取样分析室搬迁至老烧结厂办公楼，在质计中心开展原料相关的工作时就会产生大量的灰尘排出室外，使周围的空气迅速劣化。而离心空压机的进气过滤器与质计中心取样分析室的排烟口仅一路之隔。

2.2 存在的问题

(1)质计中心取样分析操作时，其周围一定范围内的空气悬浮物大量增加，使离心空压机运行所需的空气质量变差。由于进行厂址搬迁等涉及较多，不可能在短期内改变空压机的运行环境。

(2)自离心机运行处空气质量劣化后，过滤器负压增大，由最初901.6Pa增加至1332.8Pa，正常运行要求低于1470Pa，尽管经常由人工拆下来辅助清灰以尽量延长滤芯的使用寿命，滤芯更换频率仍由最初的12个月更换一次变为6个月更换一次，且过滤效果较差。

(3)离心机的故障率增加，开盖检查中发现离心机转子及空气流道受到颗粒物刮伤的现象较为明显，转子动平衡失效的周期缩短，设备预期运行时间大幅缩短。

(4)当过滤器过滤阻力不可逆增大至一定程度，或是在过滤器出现一定失效使污物进入离心机，都将严重影响到离心机的正常运行，甚至会造成离心机的极大损伤。

2.3 故障案例

(1)2017年5月烧结空压站1#离心空压机在运行过程中电机电流从76A突然降至64.8A(正常加载电流为65A)，进气调节阀阀位为100%，放空阀阀位也为100%(若正常加载，此时放空阀阀位应为0)，空压机无法进行加载。空压机厂家技术人员到现场进行分析后确认该故障是进气过滤器滤芯严重堵塞导致，建议更换进气过滤器滤芯，我方对进气过滤器滤芯进行更换后重新开机，开机加载后电机电流上升至78A，进气调节阀阀位100%，放空阀阀位0，离心空压机恢复正常运行。

(2)2017年9月，1#离心机出现了振动增大的情况，在开盖检查中，发现离心机转子及空气流道等出现了较多颗粒物划伤的现象，如图1所示，后续检查中发现转子动平衡也失效了。2017年11月，2#离心机在开盖检查中也出现了类似的情况。

图1 离心机转子及流道损伤情况

2.4 原因分析

在质计中心原料取样分析室搬迁至烧结空压站旁后，伴随其操作，空气中的污物数量周期性的大量增多，在峰值时空气中的污物含量是正常情况下的上千倍，并且其中主要部分为焦炭、铁矿石颗粒，颗粒物较大、颗粒硬度较大，且附着性较强。

其中的一部分污物随空气进入到离心机的空气过滤器中大量附着在滤芯滤料上，大大超出了原空气过滤器的设计标准，反吹装置不能将大量附着的污物吹落，致使过滤器过滤效果低下，滤芯快速失效。

在严重时，滤芯会出现一定的破损，致使空气中的污物进入到离心机中，附着在离心机转子及空气流道上，破坏转子动平衡。并且在三级转子处，由于其转速极高，为25000r/min，污物中较硬的颗粒会划伤转子及流道，对机组造成实质性的损伤。

2.5 改造的必要性

(1)在可预期的时间内，质计中心原料取样分析室、烧结空压站都不可能搬迁，必须采取措施解决离心机空气劣化的问题。

(2)由于空气劣化，离心机的运行成本增加。一套滤芯的价值约为8万元，当前的使用寿命仅为预期使用寿命的一半，每年将多出一倍的使用费用。同时，由于污物进入离心机，造成了转子动平衡的失效，转子及空气流道的损伤，造成的损失难以估量。

(3)离心机运行任务重。由于集中空压站D-100/8型活塞式空压机故障较多且效率低下，烧结空压站2台VB1500H3离心空压机承担了大部分的压缩空气生产任务，活塞式空压机仅用于调节生产负荷。一旦离心空压机出现故障，压缩空气的供给将变得极为紧张。

3 方案及论证

3.1 空气过滤器的原理

离心空压机使用的过滤器为自洁式空气过滤器，如图2所示，滤芯滤料为防水型滤纸。过滤器的净气室出口与空压机入口相连，在空压机运行产生的负压作用下吸入待处理空气，空气中的大部分污物被过滤器滤芯过滤掉，实现空气的净化。无数的小颗粒粉尘会在滤料的迎风面形成一层尘膜，尘膜在一定程度上可以使过滤效果有所提高，但是也会使进气阻力增大，使进气量减少。滤芯过滤精度为99.6%/1μm、99.9%/2μm、100%/3μm。

在空气过滤器运行中，自控系统用定时的方式进行反吹自洁。每隔5秒反吹自洁一次，去除滤料迎风面的尘膜，进气过滤器共设有6组滤芯，每组4支，一组反吹自洁，其它滤芯正常进行过滤工作，实现过滤器滤芯的自洁。

图2自洁式空气过滤器结构示意图

3.2 改造方案

以上问题主要是由于现有的自洁式空气过滤器在污浊空气环境下过滤能力、自洁能力不足所造成的，若是将过滤器更换为过滤能力更强的新过滤器(即设计过滤更大或应对污浊空气能力更强的过滤器)，或是制作出辅助的除尘装置，将能应对空气污物增多的问题。

(1)方案一：更换为新的空气过滤器

此种方法能较为妥善的解决掉过滤器过滤能力不足的问题，但是设备的投资较大、建设周期较长，且由于现场空间的限制，新过滤器的长宽将受到限制。

(2)方案二：利旧使用去产能闲置的高炉鼓风机空气过滤器

高炉鼓风机空气过滤器过滤能力强、设计风量大，且属于闲置设备，利用起来不仅能解决问题，还可以盘活闲置资产。但是该过滤器体积较大，受现场空间的限制无法在原有位置安装，需要在其不远的地方另择新址安装；且过滤器的拆、运、装都具有一定的技术难度，改造周期相对较长。

(3)方案三：改造现有的自洁式空气过滤器

在现有的基础上改造过滤器，在其外部加装预过滤装置，使其形成两级过滤，分级处理空气污物。预过滤装置上安装一层不惧水的初滤布，过滤掉空气中粒径较大的污物，初过滤后较为洁净的空气进入自洁式空气过滤器中。由于取样分析室外放的污物中大多粒径较大，初滤布可以挡住大部分的污物，此时的空气质量基本可以满足自洁式空气过滤器的设计标准，实现其设计的过滤能力。本方案的好处是改动较小、建设周期短、改造费用低，基本可以应对空气污物增多的情况；但是会造成过滤器的负压出现一定的增大，在负压较大时会对离心机的运行造成负面影响。

以上方案中，方案一将能较好的解决问题，但是资金投入大、建设周期长；方案二也有其优势，但在技术、场地及周期上也有一定的限制；方案三虽有一定的不足，但是改动较小、建设周期短、改造费用低等优点更具有可操作性，最终决定按方案三进行设计改造。

4 改造设计实施

4.1 改造方案设计

(1)总体结构

结合现场空间，将初过滤器设计为如图3所示结构。结合现场空间，在过滤器本体四周向外扩展出300～800mm，在垂直面安装滤布，底部浇筑混凝土，顶部用钢板密封，形成一个新的密闭空间(一级滤风室)。

图3 进气过滤器改造示意图

(2)基础

改造后过滤器的平面尺寸由3.0×2.6m增大为4.0×3.6m；在预过滤装置下部设置高度不小于0.3 m的混凝土挡墙，过滤器下方设置一排水口。既用于在内部形成密闭空间，也具有一定的防雨作用。

(3)预过滤装置

预过滤装置的核心为垂直面上设置的滤布。预过滤装置使用“双层不锈钢网+滤布”结构，不锈钢网使用10×10mm的尺寸。内部的不锈钢网完全固定，用于在离心机工作时支撑滤布，使之不至于因负压而位移、受损等；外部的不锈钢网主要起到固定滤布、保护滤布的作用；滤布安装于内外两层不锈钢网之间。滤布使用400目的尼龙滤网，具有耐水、耐老化、便于清洁的特点。

外层不锈钢网设置成大小为1.1×0.8m压盖的形式，下部安装铰链，上部安装锁紧把手。更换滤布操作时，只需要打开外部滤网压盖即可。为方便更换内部滤芯，在原有过滤器的检修门处设置一扇向外开的检修门，大小约1.0×1.1m，原过滤器的检修门可拆除掉。

(4)顶部结构

钢结构框架的上方用厚度为3mm的钢板与进气过滤器本体进行点焊，其余未焊接部分用玻璃胶密闭，外端钢板向外延伸0.4m用于挡雨。

(5)预过滤装置工作性能

改造后预过滤装置的工作面积：

S1=(4.0+3.0)×2×1.1-1×1.1=14.3m2

由于空气中的污物主要为颗粒直径较大的杂质，结合离心机对过滤器负压的限制，考虑使用400目的滤布作为预过滤装置的滤芯，查表可得400目滤布的原始过滤精度约37μm，实际过滤精度约25μm，基本可以满足预过滤装置的要求。

4.2 改造实施

按图3设计实施过滤器的改造，先制作预过滤装置钢架主体，在安装试验中发现外层不锈钢网压盖尺寸可制作的更大(2.0×1.1m)，更大的外层网使滤布的更换更加方便。主体结构安装完成后浇筑预过滤装置的基础，混凝土基础内侧与底部钢架严密贴合、抹面密闭，外侧留出方便铰链运行的凹槽。基础浇筑完成后进行防腐操作、滤布安装，滤布压板边框粘贴橡胶条，以便压紧滤布，预过滤装置改造完成，完成后的效果如图4所示。

图4 改造后效果图

5 运行管理及效果

5.1 运行管理

在运行中注意观察过滤器负压数值，当负压数值增大至警戒值(1470Pa)时，使用清水清洗滤布，当滤布清洗后负压仍旧较大时，则更换新的滤布。运行中，值班人员只需每周用清水冲洗一遍滤布即可。

5.2 运行统计

在各项改造工作完成后，启动离心机进行试验。预过滤装置的效果主要为过滤器负压的大小，将运行一个月的负压体积情况见表1，至第二周时负压数值已基本稳定，满足离心机的运行要求。

表1 空气过滤器负压统计表

5.3 效果验证

进气过滤器改造后，经过一年的运行，取得了较好的效果，主要体现在以下方面：

1)空气中400目以上的大颗粒固体杂质基本被挡在滤布外表面，在对进气过滤器滤芯进行检查发现，只有少量灰尘吸附在滤芯表面，滤芯的洁净度比以往提高了很多。

2)截至2019年8月，2#离心空压机运行中振动状况良好，在例行维护保养时，查看转子及空气流道，各叶轮表面、空气流道均光滑匀称，无明显附着物。

6 结论

在自洁式空气过滤器加装预过滤装置改造后，滤芯的更换周期可由改造前的半年延长至2年，期间振动状况良好，在运行8个月后的空压机开盖检查中，离心机转子及流道未发现更多的颗粒物损伤。可知本次改造是成功的，不仅降低了备件成本，还节约了清灰工作所致的人力；另一方面，空压机吸入了洁净的空气，叶轮动平衡得到了很好的保护，大大降低了因叶轮动平衡被破坏而导致的设备其余部件损坏的风险，同时也确保了离心空压机长周期、高效运行。