真空泵结垢分析及解决措施

黄吉宁 张峰

摘要：8000吨，年分子筛装置的水环式真空泵为滤机运行提供真空，以过滤水为工作液，但在实际生产运行中，壳体、转子容易出现结垢现象，影响水环式真空泵的平稳运行。自2018年以来，真空泵故障率高居不下，增加了维修成本及检修人员劳动强度，由于真空泵为独生子设备，清洗、检修对装置的长周期运行造成了很大影响。本论述对水环式真空泵的结垢现象进行原因分析，展开论述。提出了用化学水代替过滤水作为水环式真空泵的工作液，优化部分工艺流程，降低水环式真空泵的工作液温度，改善水环式真空泵的运行环境，有效控制了结垢问题，减少了检修频次，降低了检修人员的劳动强度。

关键词：真空泵结垢;过滤水;化学水

中图分类号：TQ649.69 文献标志码：A

1存在问题

1.1水环式真空泵简介

8 000吨/年分子筛装置引进的BHs水平真空带式过滤机，用来对分子筛浆液的进行洗涤、交换以及过滤，是一种连续运作的纯粹以气源为驱动力的真空过滤机，其真空由本装置的水环式真空泵提供。物料则以连续或间隙的方式被分布到滤带上，滤液靠真空泵被抽去。滤饼在滤布上形成之后，接着在滤布上的不同区域内进行过滤、交换、洗涤和抽真空干燥，最后通过卸料辊和刮刀进行卸料。

水环真空泵为过滤单元的关键设备，以过滤水为工作液，水环式真空泵由转子、壳体、进气箱及排气箱等组成。其工作原理如图1所示，真空泵主要参数见表1所列。其中，转子偏心地安装在壳体中，开启时向泵内注入一定量的过滤水作为工作液。机器工作时，转子带动过滤水旋转并布于壳体内壁，使叶片与过滤水共同形成若干工作腔，称为基元容积。当偏心安装的转子旋转时，进气侧的基元容积不断增大，将气吸进，当基元容积达到最大值时，即于壳体上的进气口脱离。转子继续旋转，基元容积逐渐变小，气体受压缩，到达壳体上的排气口时，将气体排出。转子旋转一周，转子在壳体内往复一次，各基元容积变化一次，完成一次工作。

1.2管路布置及存在问题

水环式真空泵的用水系统流程如图2所示，新鲜过滤水自系统管网来，加入至容-38，泵-4/1、2将一部分过滤水输送至水环式真空泵，作为工作液;将另一部分过滤水输送至滤机，作为滤-1、1，1的洗布水。作为水环式真空泵工作液的过滤水自流至容38，进行循环利用。

在此流程使用过程中，出现了诸多问题。第一，工作液温度过高，即容38内的水温过高，有时甚至达到70%，在此高温條件下，真空泵的密封、轴承部件易损坏，影响真空泵的使用寿命。第二，水环式真空泵结垢现象严重。积垢后的真空泵的抽气速率将会降低，由于转子叶片之间及进、排气口上都结有水垢，呼吸板被水垢堵满，密封小室的容积显然缩小，使进、排出气体的流量减少。当积垢情况继续恶化，几乎堵塞叶片之间的空间或进、排气口都被水垢堵满时，进、排气量几乎为零了，真空泵也就失去了抽取真空的作用。当水环式真空泵使用一个季度后，真空度由-0.06 MPa下降至-0.02 MPa，不能满足正常的生产需求，需要对水环式真空泵一季度进行一次清洗结垢，严重影响了装置的平稳运行和安全生产，并且增加了维修人员的劳动强度。第三，水环真空泵在运行期间产生的水垢及过滤水中的泥沙等杂质在转子较大的离心力的作用下，附着在转子和壳体上，形成一层紧密的垢层，真空泵的工作液无法将其带出，只能采用机械除垢的方法将其清除。此外，附着垢层和壳体、转子之间产生电化学腐蚀，不及时清理，会造成壳体腐蚀泄漏、转子损坏。

2原因分析

2.1工作液温度高的原因

在水环式真空泵水系统流程使用过程中，容38的水位由管网的新鲜过滤水补充维持，新鲜过滤水在夏季温度为15℃，冬季为8℃。由于滤-1、1，1的洗布水用量100洲，水环式真空泵的用水量200洲，洗布水用量相对较小，所以，容-38内的过滤水不停地被水环式真空泵循环使用。水环式真空泵正常运行时，工作过程中做功产生热量会使水环、工作液发热，而容38的过滤水得不到及时补充降温，在循环使用中，水环式真空泵的工作液温度越来越高，甚至达到70℃，带来很高的设备运行风险。

2.2形成水垢的原因

对真空泵所用的过滤水做采样分析，分析结果见-表2所列。由表2可以看出，水质分析中总硬度、钙浓度及电导率较高，表明过滤水硬度较高。因此，当过滤水进入真空泵后，随着转子的旋转，过滤水在离心力的作用下，在壳体内形成水环做功发热，使溶解在水中的碳酸盐分解，析出难溶于水的沉淀结成水垢。当真空泵开始结垢后，真空泵内的传热效率降低，泵内部开始发热，结垢速度越来越快，并且受转子较大离心力的作用，使水内杂质在转子、壳体上大量沉积，形成一种紧密的垢层，造成水环式真空泵工作效率大大降低，无法满足生产需求。

过滤水中含有碳酸钙等可溶解性盐，当真空泵不停地工作做工时，由于容38的过滤水系统一直在循环使用，真空泵工作液系统的水温越来越高。由表3可以看出，碳酸钙的溶解度和温度呈现负相关趋势，随着温度升高，碳酸钙的溶解度降低。碳酸钙随着真空泵工作液温度升高慢慢析出、沉淀，在转子的较大离心力作用下，析出的碳酸钙等盐类的沉淀附着在转子及壳体上，形成水垢。

过滤水中原来溶解度较大的盐类，在真空泵运行过程中，和其它盐类相互反应生成难溶物质形成沉淀结成水垢。由于过滤水不断做功发热，不可避免地要产生蒸发和浓缩，使水中溶解性盐的浓度不断增大，达到饱和状态时析出沉淀形成水垢。此外，催化剂厂所用的过滤水为经过物理过滤之后的黄河水，含有一定量的泥沙、杂质，随着真空泵转子的工作，在真空泵内附着、吸附，形成水垢。

3解决措施及效果评价

3.1水温过高的解决措施

对水环式真空泵用水系统流程进行了优化。为了解决容38的过滤水得不到及时补充降温的问题，对用水流程做了以下优化，如图3所示，泵-4/1、2将一部分过滤水输送至水环式真空泵，作为工作液;将另一部分过滤水输送至滤机，作为滤-1、1/1的洗布水。真空泵所用的工作液不再自流至容-38中循环使用，而是自流至容-34，经泵-34输送至尾气处理单元，作为湿捕水。这样，通过在容-38内及时补充新鲜过滤水就可以有效地控制容38的水温。第二，将真空泵的工作液入口阀更换为可控制流量大小的闸阀，将阀门由DN80mm更换为DN50mm，以便更好控制水量，经过阀门开度调整试验，将流量控制在6m³/h，既可以控制水温，同时有利于降低水量消耗。

3.2结垢的解决措施

分析表明，过滤水的水质和温度超标是造成真空泵结垢的主要原因。为此，必须尽可能降低水的硬度、控制水的温度才能解决真空泵结垢问题。通过优化用水系统流程可以很好的控制水温，使水温控制在40℃以下，保证真空泵的用水温度条件。

为了降低水的硬度，需要将过滤水进行更换。催化剂厂现有水源三种，分别是过滤水、化学水、酸性水，考虑酸性水对真空泵部件的腐蚀，排除使用酸性水代替过滤水的办法。综合考虑，利用化学水代替过滤水作为真空泵的工作液。表4为化学水的要水质化验分析表，从表4可以看出，化学水的硬度较过滤水下降很多，可以降低真空泵发生结垢的几率。

3.3效果评价

使用化学水和过滤水费用相当，但是用化学水作为工作液后，改善了泵内的工作环境，降低了真空泵结垢现象的发生。自从优化工艺流程和使用化学水以来，真空泵结垢问题得到了有效的控制，真空泵结垢清洗频率大大降低，检修频次由1季度1次降低为2年一次，减轻了检修人员的劳动强度，实现了真空泵的长周期运行。