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變壓吸附法即PSA法是在較高的壓力下吸附，實(shí)現(xiàn)氣體分離，在較低壓力下實(shí)現(xiàn)吸附劑再生。該法是基于分子篩對(duì)空氣中的氧、氮組分選擇性吸附而使空氣分離獲得氧氣。當(dāng)空氣經(jīng)過(guò)壓縮，通過(guò)裝有分子篩的吸附塔時(shí)，氮?dú)夥肿觾?yōu)先被吸附，氧分子留在氣相中而成為氧氣。吸附達(dá)到平衡時(shí)，利用減壓或抽真空將分子篩表面所吸附的氮分子驅(qū)除，恢復(fù)分子篩的吸附能力。為了連續(xù)提供氧氣，裝置通常設(shè)置兩個(gè)或兩個(gè)以上的吸附塔，一個(gè)塔吸附產(chǎn)氧，另一個(gè)塔解吸，以達(dá)到連續(xù)產(chǎn)氧的目的。
PSA法能夠生產(chǎn)純度80%~95%的氧氣，制氧電耗一般在0.32kWh/Nm3～0.37kWh/Nm3，吸附壓力高于大氣壓，一般在30kPa～100kPa，流程簡(jiǎn)單，常溫下工作，自動(dòng)化水平高，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人化管理，特別是安全性好。在真空解吸流程中，裝置操作壓力低，容器等不受壓力容器規(guī)范控制。變壓吸附工藝按吸附器的數(shù)量，分為單塔流程、兩塔流程、三塔流程和五塔流程等。五塔流程的變壓吸附法最為常用，就是用5個(gè)吸附床、4臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)和2臺(tái)真空泵，整個(gè)周期中保持2個(gè)床在吸附和抽真空，解決了大規(guī)模產(chǎn)氧的技術(shù)問(wèn)題 。
變壓吸附制氧工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)：
一是采用大氣進(jìn)氣壓差自動(dòng)充壓技術(shù)，減少鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)量，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，降低氧氣制造成本。
二是設(shè)備簡(jiǎn)單，主要設(shè)備羅茨鼓風(fēng)機(jī)和真空泵運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，分子篩的使用壽命在10年以上，無(wú)需維護(hù)。
三是產(chǎn)生的氧氣量及純度可根據(jù)實(shí)際使用情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，穩(wěn)定純度可達(dá)93%，經(jīng)濟(jì)純度為80%~90%；產(chǎn)氧時(shí)間快，一般30min以?xún)?nèi)就可以達(dá)到80%以上的純度；單位電耗僅0.32kWh/Nm3～0.37kWh/Nm3。
四是變壓吸附制氧與深冷法制氧對(duì)比有以下特點(diǎn)：投資低，流程簡(jiǎn)單，占地少，設(shè)備少，運(yùn)動(dòng)部件少；自動(dòng)化程度高，基本可實(shí)現(xiàn)無(wú)人化管理；能夠滿(mǎn)足高爐富氧鼓風(fēng)工藝要求。
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一、 前言
近20年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)處于穩(wěn)定快速發(fā)展階段，我國(guó)鋼鐵、有色冶金、化工、爐窯節(jié)能、環(huán)保、玻璃和造紙等行業(yè)的生產(chǎn)工藝不斷進(jìn)行升級(jí)與革新，工藝的優(yōu)化和產(chǎn)能擴(kuò)大促使各行業(yè)對(duì)于氧氣的需求也日益增大。巨大的用氧需求帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)工業(yè)制氧設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步，傳統(tǒng)的深冷空分工藝、變壓吸附制氧工藝及膜分離工藝等制氧技術(shù)取得了一定的發(fā)展。膜分離工藝由于其產(chǎn)品純度太低的因素，限制了該工藝的適應(yīng)性，國(guó)內(nèi)深冷工藝和變壓吸附工藝取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，尤其是變壓吸附制氧技術(shù)，在新型鋰基吸附劑國(guó)產(chǎn)化以及徑向吸附塔開(kāi)發(fā)取得突破性進(jìn)展后，變壓吸附制氧工藝在國(guó)內(nèi)得到了廣泛的使用和用戶(hù)的極大認(rèn)可。
二、 國(guó)內(nèi)外變壓吸附制氧技術(shù)進(jìn)展
變壓吸附制氧技術(shù)開(kāi)發(fā)始于20世紀(jì)60年代，20世紀(jì)80年代初美國(guó)和日本相繼實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。美國(guó)普萊克斯公司在20世紀(jì)90年代初開(kāi)發(fā)出鋰分子篩制氧吸附劑，并依據(jù)鋰分子篩的特性開(kāi)發(fā)了
VPSA制氧工藝，變壓吸附制氧雙塔最大規(guī)模突破3000Nm3/h以上，制氧電耗降到0.35
kW·h/m3，使變壓吸附制氧技術(shù)得到快速發(fā)展，為其廣泛使用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
近幾年，隨著永磁電動(dòng)機(jī)的開(kāi)發(fā)及制氧工藝的優(yōu)化，國(guó)外變壓吸附制氧電耗最低已降到0.3kW·h/m3以下，雙塔制氧最大規(guī)模突破6000Nm3/h以上，變壓吸附制氧成本得到進(jìn)一步降低，制氧規(guī)模逐年增大，進(jìn)一步促進(jìn)該工藝使用領(lǐng)域的拓展。
我國(guó)從20世紀(jì)80年代末期開(kāi)始研究變壓吸附制氧技術(shù)，直到20世紀(jì)90年代初才有了小型工業(yè)化裝置。最初的制氧裝置采用的吸附劑為CaA分子篩吸附劑，工藝為PSA工藝，從最初的20m3/h、50m3/h和100m3/h開(kāi)始到20世紀(jì)90年代末期我國(guó)變壓吸附制氧最大規(guī)模也只有1000m3/h，純氧電耗達(dá)到0.5
kW·h/m3以上。國(guó)產(chǎn)變壓吸附制氧裝置發(fā)展初期的部分產(chǎn)品存在羅茨鼓風(fēng)機(jī)噪音大、故障率高、切換閥門(mén)故障特別高以及分子篩易粉末化等一系列問(wèn)題。不少企業(yè)特別是鋼鐵行業(yè)的企業(yè)基于短平快的特點(diǎn)開(kāi)始使用變壓吸附PSA制氧設(shè)備，但因設(shè)備維護(hù)工作量大、維護(hù)成本高而棄用并重新使用深冷分離設(shè)備，給大家留下了設(shè)備無(wú)法長(zhǎng)期運(yùn)行、維護(hù)量太大、不能大型化的負(fù)面影響，與同期國(guó)際先進(jìn)水平差距明顯。
2000年初，以北大先鋒科技有限公司為代表的高效鋰基吸附劑生產(chǎn)及采用鋰基吸附劑的變壓吸附制氧工藝的工業(yè)化，國(guó)內(nèi)變壓吸附制氧技術(shù)有了快速的進(jìn)步及廣泛的推廣，目前北大先鋒建設(shè)的變壓吸附裝置兩塔裝置規(guī)模已達(dá)到6000m3/h，純氧電耗也接近0.3kW·h/m3。
隨著變壓吸附制氧技術(shù)一些關(guān)鍵性問(wèn)題如高效鋰基吸附劑穩(wěn)定生產(chǎn)、徑向床吸附器的研發(fā)、可靠的高頻率以及大口徑蝶閥開(kāi)發(fā)等得以解決，國(guó)內(nèi)變壓吸附制氧技術(shù)的產(chǎn)氧規(guī)模逐年增大，氧氣電耗逐漸降低，裝置的可靠性穩(wěn)步提升。裝置規(guī)格也從單套兩塔制氧裝置的規(guī)模從最初的不足1000m3/h發(fā)展到了如今的6000m3/h，多塔并聯(lián)后規(guī)模達(dá)到30000m3/h以上，單位制氧電耗降低到0.32
kW·h/m3以下[4]，制氧裝置的年開(kāi)工率達(dá)到98%以上。鼓風(fēng)機(jī)的噪聲已達(dá)到85dB以下的要求(通過(guò)消聲處理、廠(chǎng)房外1m噪聲可以達(dá)到70dB以下)，大口徑蝶閥無(wú)故障率普遍達(dá)到8000h以上，分子篩壽命更是提高到了5年以上，迅速地舊貌換新顏，讓用戶(hù)對(duì)國(guó)產(chǎn)變壓吸附制氧設(shè)備有了嶄新的認(rèn)識(shí)，擴(kuò)大了變壓吸附制氧設(shè)備的應(yīng)用。僅2021一年，國(guó)內(nèi)規(guī)模超過(guò)1000Nm3/h以上變壓吸附制氧裝置建設(shè)套數(shù)就超過(guò)70套。
國(guó)內(nèi)如北大先鋒科技有限公司、天一科技等企業(yè)通過(guò)不斷努力改變了變壓吸附制氧分子篩依賴(lài)進(jìn)口的局面，同時(shí)在鋰分子篩等產(chǎn)品領(lǐng)域取得了突破，并獲得新型分子篩產(chǎn)品的工業(yè)化應(yīng)用。
隨著變壓吸附制氧技術(shù)的發(fā)展與完善，相比深冷制氧技術(shù)，變壓吸附制氧技術(shù)逐漸形成許多獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步推動(dòng)變壓吸附制氧技術(shù)在國(guó)內(nèi)眾多行業(yè)的廣泛應(yīng)用。
三、 變壓吸附制氧技術(shù)的特點(diǎn)
1. 制氧能耗低和運(yùn)行成本低
制氧工藝中，電耗大概占運(yùn)行成本的90%以上，隨著變壓吸附制氧技術(shù)的不斷優(yōu)化，其純氧電耗已經(jīng)從20世紀(jì)90年代的0.45kW·h/m3，下降到了如今的0.32kW·h/m3以下，即使較大規(guī)模深冷制氧的純氧電耗最低也在0.42kW·h/m3左右。與深冷制氧技術(shù)相比，在企業(yè)沒(méi)有氮?dú)庑枨螅醚豕ば驅(qū)ρ鯕饧兌燃皦毫σ蟛桓叩墓r下，變壓吸附制氧技術(shù)具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)。
2. 工藝簡(jiǎn)單、操作靈活和開(kāi)停車(chē)方便
變壓吸附制氧與深冷制氧技術(shù)相比，工藝比較簡(jiǎn)單，操作壓力在-0.05~0.05MPa，主要?jiǎng)恿υO(shè)備為羅茨鼓風(fēng)機(jī)和羅茨真空泵，操作相對(duì)簡(jiǎn)單、容易維護(hù)。由于變壓吸附制氧設(shè)備開(kāi)停車(chē)不存在降溫和升溫過(guò)程，原始開(kāi)車(chē)只需要30min則可產(chǎn)出合格氧氣，短時(shí)間停車(chē)則幾分鐘便可產(chǎn)氧，而裝置停車(chē)則更加簡(jiǎn)單，只需要把動(dòng)力設(shè)備和控制程序關(guān)停，相比深冷制氧，變壓吸附制氧技術(shù)開(kāi)停車(chē)更加方便，大幅度降低了裝置開(kāi)停車(chē)產(chǎn)生的操作費(fèi)用。
3. 投資省和建設(shè)工期短
變壓吸附制氧裝置工藝流程簡(jiǎn)單，主要由動(dòng)力系統(tǒng)、吸附系統(tǒng)和閥門(mén)切換系統(tǒng)等組成，設(shè)備數(shù)量較少，可以節(jié)省設(shè)備的一次性投資成本;同時(shí)裝置占地面積小，還可以減少裝置土建成本和建設(shè)用地的成本。并且設(shè)備加工制造周期較短，主要設(shè)備加工周期一般不超過(guò)4個(gè)月，正常情況下6個(gè)月內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)氧要求，相比深冷制氧接近1年的建設(shè)周期，大幅度地降低了裝置的建設(shè)時(shí)間。
4. 設(shè)備簡(jiǎn)單和維修方便
變壓吸附制氧技術(shù)采用的設(shè)備如鼓風(fēng)機(jī)、真空泵和程控閥門(mén)等全部可實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，備品、備件更換易，可降低成本和工期容易控制，而且設(shè)備維修簡(jiǎn)單、售后方便，相比深冷制氧所用的大型離心壓縮機(jī)的維護(hù)，變壓吸附制氧用戶(hù)不需要投入大量維護(hù)資金和聘用專(zhuān)業(yè)維護(hù)工人。
5. 負(fù)荷調(diào)節(jié)方便
相比深冷液氧技術(shù)，變壓吸附制氧在純氧電耗變化不大的情況下，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量和純度的快速調(diào)節(jié)。一般產(chǎn)量可在30%~100%調(diào)節(jié)，純度可在70%~95%調(diào)節(jié)，尤其當(dāng)幾套變壓吸附制氧裝置并聯(lián)使用時(shí)，負(fù)荷調(diào)節(jié)更加容易。
6. 操作安全性高
由于變壓吸附制氧為常溫下的低壓操作，而且不會(huì)出現(xiàn)液氧、乙炔富集等現(xiàn)象，相對(duì)于深冷制氧低溫高壓操作，安全性更高。
四、 變壓吸附制氧技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域
隨著變壓吸附制氧規(guī)模逐年增大、可靠性逐年提高及制氧電耗的逐漸降低，同時(shí)變壓吸附制氧技術(shù)具有操作靈活、負(fù)荷調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單、電耗低、裝置建設(shè)周期短以及安全性高等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于需要靈活使用富氧的行業(yè)，變壓吸附制氧技術(shù)無(wú)疑可成為深冷制氧的替代工藝，其應(yīng)用范圍也在逐年擴(kuò)大。近幾年，變壓吸附制氧工藝在鋼鐵、有色冶金、化工、爐窯節(jié)能、水泥回轉(zhuǎn)爐、環(huán)保、玻璃和造紙等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。
1. 高爐富氧工藝
隨著高爐富氧技術(shù)的發(fā)展，高爐已經(jīng)成為鋼鐵廠(chǎng)的主要用氧源之一。在高爐富氧技術(shù)最初應(yīng)用時(shí)，高爐可以作為全廠(chǎng)供氧的調(diào)節(jié)器，產(chǎn)氧量多時(shí)，高爐富氧率則高，產(chǎn)氧量不足時(shí)，高爐富氧率則低。隨著企業(yè)對(duì)高爐富氧技術(shù)在煉鐵工藝的重要性認(rèn)識(shí)逐漸清晰，高爐富氧率的穩(wěn)定成為低成本、高效煉鐵的重要操作參數(shù)。由于鋼廠(chǎng)用氧的工序較多，用氧負(fù)荷每周甚至每天都會(huì)發(fā)生波動(dòng)，而深冷制氧技術(shù)負(fù)荷調(diào)節(jié)性較差，開(kāi)停車(chē)時(shí)間長(zhǎng)，當(dāng)用氧量少時(shí)，多余氧氣需液化儲(chǔ)存供以后使用或作為產(chǎn)品賣(mài)出，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)氧氣放空現(xiàn)象。鑒于高爐富氧用氧壓力低、氧氣純度要求不高等特點(diǎn)，許多鋼鐵企業(yè)可在高爐附近建設(shè)變壓吸附制氧裝置，直接給高爐配套，同時(shí)作為全廠(chǎng)氧氣供應(yīng)的調(diào)節(jié)器，如全廠(chǎng)深冷空分產(chǎn)氧氣有余量或不足時(shí)，變壓吸附制氧裝置可隨時(shí)啟停來(lái)控制增減產(chǎn)量為高爐提供氧氣。目前許多鋼鐵企業(yè)高爐采用變壓吸附制氧技術(shù)供氧后，大幅度地降低了企業(yè)氧氣的使用成本。高爐采用變壓吸附制氧作為富氧氧源已在大部分鋼鐵企業(yè)形成了共識(shí)。
2. 電爐煉鋼工藝
以前國(guó)內(nèi)大部分鋼鐵企業(yè)認(rèn)為電爐煉鋼需要用深冷空分制純氧，而在日本約有60%~70%的電爐煉鋼企業(yè)則采用變壓吸附制93%純度的氧氣法煉鋼。理論上電爐煉鋼主要靠電弧熔化來(lái)煉鋼，氧氣只起輔助作用，變壓吸附生產(chǎn)的93%的氧氣完全可以應(yīng)用于電爐煉鋼。目前國(guó)內(nèi)如池州貴航金屬制品有限公司、遵義長(zhǎng)嶺特殊鋼有限公司和瀘州益鑫鋼鐵有限公司等企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始使用變壓吸附制氧裝置為電爐煉鋼供氧，根據(jù)電爐煉鋼企業(yè)實(shí)際反饋，采用變壓吸附制氧裝置為電爐供氧，對(duì)鋼材質(zhì)量沒(méi)有影響，而且采用變壓吸附制氧技術(shù)后，氧氣成本可控制在0.3元以下，可明顯降低電爐煉鋼的生產(chǎn)成本。
3. 有色冶金行業(yè)
近10年變壓吸附制氧技術(shù)在銅、鉛、鋅等冶煉領(lǐng)域，取得了企業(yè)很高的認(rèn)可度。多數(shù)有色金屬冶煉工藝對(duì)氧的純度要求一般在24%~90%之間，用氧負(fù)荷變動(dòng)也比較大，而且有色冶煉企業(yè)幾乎不需要氮?dú)狻Ｓ捎谧儔何街蒲跫夹g(shù)具備操作簡(jiǎn)單、電耗低等特點(diǎn)，十分適合有色金屬冶煉。目前銅陵有色、紫金礦業(yè)和云南銅業(yè)等國(guó)內(nèi)大部分有色冶煉企業(yè)均選擇變壓吸附制氧裝置作為富氧來(lái)源，例如包頭華鼎銅業(yè)有限公司隨著銅產(chǎn)量的增加以及煉銅工藝的改進(jìn)，已相繼建設(shè)了4套變壓吸附制氧裝置，總用氧規(guī)模達(dá)到25000m3/h以上。云南楚雄銅冶煉廠(chǎng)隨著產(chǎn)銅規(guī)模增加，相繼建設(shè)了3套變壓吸附制氧裝置，總用氧規(guī)模達(dá)到30000m3/h。
4. 化工行業(yè)
目前國(guó)內(nèi)部分中小型氮肥廠(chǎng)采用富氧連續(xù)造氣工藝對(duì)原有間歇制氣工藝進(jìn)行改進(jìn)，而富氧的來(lái)源多為變壓吸附制氧技術(shù)。富氧連續(xù)氣化技術(shù)對(duì)煤的適用性高，提高了制氣裝置的生產(chǎn)能力，具有很廣的應(yīng)用前景。
5. 造紙行業(yè)
在造紙行業(yè)中，氧氣主要應(yīng)用在用于制漿的氧脫、脫木素段以及增白等氧漂白工段。由于造紙工藝對(duì)氧氣濃度要求不高，而且不需要氮?dú)猓虼四壳皣?guó)內(nèi)外大部分造紙企業(yè)選擇變壓吸附技術(shù)來(lái)生產(chǎn)氧氣。
6. 其他領(lǐng)域
目前變壓吸附制氧技術(shù)在其他領(lǐng)域也有較為廣泛的應(yīng)用，例如玻璃纖維行業(yè)，浮法玻璃和水泥窯爐的富氧燃燒工藝、垃圾焚燒的富氧助燃工藝、污水處理富氧曝氣工藝以及臭氧等領(lǐng)域。
五、 變壓吸附制氧技術(shù)的發(fā)展展望
變壓吸附制氧技術(shù)作為近20年快速發(fā)展的制氧新技術(shù)，隨著其技術(shù)不斷的進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，逐漸得到眾多用氧企業(yè)的認(rèn)可。以降低制氧能耗為目的，開(kāi)發(fā)新型吸附材料以及嘗試與膜分離或深冷工藝進(jìn)行耦合，通過(guò)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，拓展更大的應(yīng)用領(lǐng)域是未來(lái)變壓吸附制氧技術(shù)的重要研發(fā)方向。例如變壓吸附制氧技術(shù)與膜分離技術(shù)耦合可以獲得純度大于99%的氧氣，在偏遠(yuǎn)地區(qū)或一些需要移動(dòng)式裝備的工況下可以替代低溫空分制氧。國(guó)內(nèi)變壓吸附制氧生產(chǎn)企業(yè)如北大先鋒、天一科技等一些行業(yè)佼佼者和開(kāi)拓者都十分注重研發(fā)工作，希望通過(guò)不斷加大投入爭(zhēng)取在未來(lái)的發(fā)展中搶占先機(jī)。隨著變壓吸附制氧技術(shù)日趨完善，變壓吸附制氧技術(shù)必將具備多種優(yōu)勢(shì)和巨大的潛力，未來(lái)將擁有更廣闊的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
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原標(biāo)題：氧壓羅茨風(fēng)機(jī)在制氧行業(yè)的應(yīng)用
山東錦工有限公司是一家專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)羅茨鼓風(fēng)機(jī)、 羅茨風(fēng)機(jī)、回轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機(jī)等機(jī)械設(shè)備公司，位于有“鐵匠之鄉(xiāng)”之稱(chēng)的山東省章丘市相公鎮(zhèn)，近年來(lái)，錦工致力于新產(chǎn)品的研發(fā)，新產(chǎn)品雙油箱羅茨鼓風(fēng)機(jī)、水冷羅茨鼓風(fēng)機(jī)、油驅(qū)羅茨鼓風(fēng)機(jī)、低噪音羅茨鼓風(fēng)機(jī)，贏得了市場(chǎng)好評(píng)和認(rèn)可。產(chǎn)品和服務(wù)遠(yuǎn)銷(xiāo)全國(guó)各地及東南亞，深受客戶(hù)好評(píng)。
變壓吸附又稱(chēng)PSA在制氧較傳統(tǒng)的深冷制氧在許多方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，因此在氧氣純度要求不太高的場(chǎng)合，使用日益廣泛，具有裝置逐步擴(kuò)大的趨勢(shì)，其裝置示意圖見(jiàn)圖1。羅茨風(fēng)機(jī)先將原料空氣送入塔內(nèi)，塔中分子篩吸附空氣中的氮?dú)狻⒍趸技八莸龋谒?nèi)獲得一定純度的氧氣，吸附劑飽和后切換空氣進(jìn)入塔B，同時(shí)利用真空泵抽氣，使塔A的壓力下降，將氮?dú)獾葟姆肿雍Y中脫離出來(lái)，這樣循環(huán)，則可獲得氧氣，氧氣再經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)的加壓進(jìn)入兩個(gè)緩沖罐，由緩沖罐向用氧單位供氣。變壓吸附裝置中的關(guān)鍵動(dòng)力設(shè)備，原料空氣的正壓輸送一般采用羅茨鼓風(fēng)機(jī)，真空解吸過(guò)程中廢氣的抽除，通常也采用羅茨真空泵。關(guān)于向用戶(hù)加壓供氣的壓縮機(jī)，以前一般采用螺桿或活塞式壓縮機(jī)，但這兩種機(jī)器的壓力比較高，適合高壓氣體的輸送，但隨著工藝水平的不斷改進(jìn)，對(duì)于低壓小流量產(chǎn)品的氣體輸送也開(kāi)始轉(zhuǎn)向使用羅茨鼓風(fēng)機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)氧壓羅茨鼓風(fēng)機(jī)，本文針對(duì)氧壓羅茨鼓風(fēng)機(jī)的市場(chǎng)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)制造關(guān)鍵及使用運(yùn)行作簡(jiǎn)單的說(shuō)明，進(jìn)一步推進(jìn)羅茨鼓風(fēng)機(jī)在制氧行業(yè)的應(yīng)用。
2 應(yīng)用范圍
目前，作為50000 t/a的銅廠(chǎng)所需氧氣量為50～75m3/min，壓力29.4～39.2kPa，它與空氣混合后送入冶金爐助燃，從性能來(lái)說(shuō)剛好落在羅茨風(fēng)機(jī)的型譜范圍內(nèi)，但因輸送的介質(zhì)為氧氣，它是一種對(duì)溫度、油料、火花特別敏感的助燃、易爆性氣體，因此很多廠(chǎng)家一直以來(lái)也十分謹(jǐn)慎，使得國(guó)內(nèi)羅茨鼓風(fēng)機(jī)在這一領(lǐng)域的運(yùn)用受到限制，氧壓機(jī)多采用國(guó)外進(jìn)口配套產(chǎn)品。
最近，在北大先鋒及四川天一科技等制氧行業(yè)廠(chǎng)家的要求與配合下，我公司首制的第一批共4臺(tái)氧壓羅茨鼓風(fēng)機(jī)已完工下線(xiàn)，并成功實(shí)現(xiàn)了與PSA裝置的順利對(duì)接。
3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)
羅次鼓風(fēng)機(jī)作為輸送氧氣這種特殊介質(zhì)的機(jī)械，保證它的安全性、可靠性則是首要任務(wù)，因此從忌溫、忌油、忌火花及忌振等方面入手，在以下幾個(gè)方面對(duì)羅茨鼓風(fēng)機(jī)作了特殊處理。
3.1 密封結(jié)構(gòu)
首先要保證氧氣能夠密封在機(jī)殼與墻板所形成的密封腔內(nèi)，不會(huì)由于軸封泄漏到兩端的油箱內(nèi)與油接觸，致使在達(dá)到一定的溫度、濃度時(shí)發(fā)生爆炸而釀成事故。為達(dá)此目的，選用了合肥通用機(jī)械研究所的機(jī)械密封結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖2），該結(jié)構(gòu)為非平衡式雙端面機(jī)械密封，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝配方便、密封可靠等特點(diǎn)，端面配以襯套上的兩組“O”型圈1和2，可以從徑向、軸向兩個(gè)方向?qū)崿F(xiàn)氣體的可靠密封，以保證氣體不外漏，端面配以“O”型圈3和4，可以保證機(jī)械密封的密封冷卻液不向內(nèi)、外泄漏。
考慮到萬(wàn)一有少量氧氣泄露的特殊情況下，會(huì)在墻板間形成的氧氣聚積，將風(fēng)機(jī)墻板改為開(kāi)式結(jié)構(gòu)，確保漏出的氧氣不產(chǎn)生聚積，能在低濃度下立即向外擴(kuò)散，從而可減少事故發(fā)生。
3.2 潤(rùn)滑油（脂）與封液
普通的油（脂）在有氧氣的條件下，極易燃燒而產(chǎn)生氣體膨脹爆炸，同時(shí)，由于油脂的氧化變質(zhì)，還會(huì)使其失去潤(rùn)滑功能，因此對(duì)于任何有可能與氧氣接觸的油和脂均必須采取特殊處理，選用抗氧化性，阻燃性、潤(rùn)滑性及穩(wěn)定性俱佳的特種合成油，一般有合成硅基壓縮機(jī)油、氟基硅油兩種，它們均具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，不易形成殘?zhí)己湍z質(zhì)，可防止由于氣體的稀釋導(dǎo)致的油品粘度下降而引起潤(rùn)滑不良，以適合氧壓羅茨鼓風(fēng)機(jī)的需要。
如果同時(shí)采用潤(rùn)滑油作為封液，那么勢(shì)必會(huì)采用循環(huán)使用的方式，從而導(dǎo)致油池溫度升高，增加了安全隱患，而且一旦密封失效，產(chǎn)生內(nèi)漏，將會(huì)對(duì)系統(tǒng)介質(zhì)產(chǎn)生嚴(yán)重污染，因此經(jīng)過(guò)與廠(chǎng)家協(xié)商，決定用軟水作為封液（系統(tǒng)壓力低時(shí)可用自來(lái)水，系統(tǒng)壓力高時(shí)可采用加壓泵加壓），對(duì)機(jī)封密封端面進(jìn)行冷卻與潤(rùn)滑，充分消除了用油作為封液可能存在的隱患。密封材質(zhì)必須考慮與氧氣的適應(yīng)性，機(jī)封座采用不銹鋼，密封面動(dòng)環(huán)采用硬質(zhì)合金，靜環(huán)采用石墨。既有良好的抗磨性，又有充分的抗氧化性。
3.3 冷卻
為進(jìn)一步降低油箱內(nèi)潤(rùn)滑油的油溫，保證風(fēng)機(jī)軸承與齒輪的可靠運(yùn)行，減少由于機(jī)械故障產(chǎn)生的擦機(jī)殼、擦墻板，以避免引起火花，對(duì)主、副油箱均采用了水冷結(jié)構(gòu)。，
3.4 油污
機(jī)械設(shè)備的所有零部件（包括標(biāo)準(zhǔn)件、外購(gòu)件），無(wú)論是在加工過(guò)程中，還是在防銹保存過(guò)程中均有油污的粘染，通常裝配前的清洗均不能滿(mǎn)足深度除油的要求，根據(jù)HG20202-2000《脫脂工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》的要求，按以下工藝過(guò)程對(duì)所有零部件（部件散體）進(jìn)行脫脂：（1）用香蕉水全面清洗兩遍，后用四氯化碳浸泡（小件）或局部逐漸淋洗抹擦（大件）至材料本色，直至抹布無(wú)銹跡、油污為止；（2）油除干凈后，立即用無(wú)油的干熱空氣（50～60℃）對(duì)各表面進(jìn)行吹除，以達(dá)到深度除油和防銹的作用；（3）管道系統(tǒng)由用戶(hù)按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行除油處理。
3.5 主機(jī)零部件的精度
為避免風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)危險(xiǎn)，除了零部件加工精度外，機(jī)械密封的密封性能也對(duì)零部件的精度，特別是幾何精度、形位公差特別敏感，稍有不慎就會(huì)密封失效，因此裝配前必須按照?qǐng)D紙對(duì)主機(jī)的各零部件進(jìn)行細(xì)致的檢驗(yàn)，采用選優(yōu)的辦法選定所需的零件。
同時(shí)機(jī)殼、葉輪、墻板部位的間隙可適當(dāng)放大0.05mm左右，以保證風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中不出現(xiàn)磕碰。
3.6 裝配
首先要求必須絕對(duì)的干凈，包括吊索、抹布等均不能粘油，工作場(chǎng)地做初步除油處理后也需要用干凈的塑料或抹布與零部件隔開(kāi)。
在機(jī)械密封的裝配過(guò)程中，軸承不能采用敲擊的方法強(qiáng)行打入，只能采用熱套或用鎖母鎖緊的方法壓入，否則，由于敲擊時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)會(huì)使機(jī)封的靜環(huán)產(chǎn)生跳動(dòng)且不復(fù)位，在動(dòng)靜環(huán)的密封面間也可能產(chǎn)生一個(gè)小間隙，最后導(dǎo)致密封失效而返工；同樣在主機(jī)裝好后，聯(lián)軸器或皮帶輪的裝配也只能采用熱裝的方式裝配到位，不能敲擊，以免震碎機(jī)封。
最后在裝配過(guò)程中，所有“O”型圈、骨架油封以及所有有墊的地方均可涂上少量的特種潤(rùn)滑脂，這對(duì)密封及潤(rùn)滑均有好處；同時(shí)所有聯(lián)接螺栓在裝配前均需粘取少量這種特種油，以免由于除油過(guò)凈，在擰緊的過(guò)程中由于潤(rùn)滑程度不夠而將螺絲擰壞。
3.7 試驗(yàn)
先對(duì)機(jī)封通水進(jìn)行密封試驗(yàn)，通水壓力比系統(tǒng)介質(zhì)壓力高0.1MPa左右即可，30min后，以每分鐘漏水不超過(guò)5滴為合格。
密封合格后，對(duì)整機(jī)進(jìn)行氣密封試驗(yàn)，通入潔凈氮?dú)猓瑝毫?.5倍系統(tǒng)壓力，浸水保壓15min，無(wú)氣泡外冒為合格。
按JB/T 8941.2-1999《一般用途羅茨鼓風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行性能試驗(yàn)。
按HG 20202-2000《脫脂工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》進(jìn)行脫脂驗(yàn)收。
4 實(shí)際效果
根據(jù)以上工藝方案及技術(shù)要求，已成功地為北大先鋒、包頭、杭州項(xiàng)目以及四川天一科技配套了錦工牌JGR-200H、JGR-200AJGR-125A共3種機(jī)型4臺(tái)氧壓羅茨鼓風(fēng)機(jī)，均已投入正常使用，為這些企業(yè)節(jié)約了大量的資金，并在售后服務(wù)和配件供應(yīng)上提供了一條更為便捷的渠道，解決了使用單位的后顧之憂(yōu)，成為國(guó)產(chǎn)羅茨鼓風(fēng)機(jī)在制氧行業(yè)成功應(yīng)用的良好范列，為國(guó)產(chǎn)羅茨鼓風(fēng)機(jī)開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)新的應(yīng)用領(lǐng)域。
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