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通風(fēng)降溫工程焦?fàn)t煤氣鼓風(fēng)機(jī)葉輪防腐措施轉(zhuǎn)子變頻 ―――一種新

摘要：介紹了煤氣鼓風(fēng)機(jī)葉輪腐蝕現(xiàn)象，并簡單分析了腐蝕原因，還提出了8項(xiàng)改進(jìn)措施。
關(guān)鍵詞：離心式鼓風(fēng)機(jī)葉輪防腐
1引言
我公司有4臺陜西鼓風(fēng)機(jī)(集團(tuán))有限公司生產(chǎn)的D1150-1.3/0.95-1型兩級離心式煤氣鼓風(fēng)機(jī)。它的作用是不斷地將焦?fàn)t炭化室里煉焦過程中所產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣抽出，并壓送到回收車間進(jìn)行處理。它既要克服途中各設(shè)備及管道的阻力，又要保持足夠的煤氣剩余壓力。運(yùn)行方式是兩開兩備，單機(jī)輸送能力為69000m3/h。多年來風(fēng)機(jī)運(yùn)行不太穩(wěn)定，一年倒機(jī)次數(shù)最多時竟超過20次，嚴(yán)重影響了煤氣的正常輸送，給公司生產(chǎn)帶來很大不利。究其原因,由風(fēng)機(jī)葉輪腐蝕引起的故障是主要問題之一。
2腐蝕現(xiàn)象
風(fēng)機(jī)長年在有害介質(zhì)中高速運(yùn)轉(zhuǎn)，必然要受到腐蝕。轉(zhuǎn)子的腐蝕主要發(fā)生在葉輪的前盤、后盤和葉片上，其材質(zhì)分別為35CrMo和30CrMnSi。當(dāng)轉(zhuǎn)子運(yùn)行一個周期，由于振動超標(biāo)故障停機(jī)而對其進(jìn)行檢查清掃時，能在前后盤及葉片表面上清掃出大量的腐蝕產(chǎn)物。而備用機(jī)組找過動平衡后，停了相同周期。在啟動運(yùn)行時，往往由于轉(zhuǎn)子處于不平衡狀態(tài)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)振動加劇而被迫停機(jī)。若檢查也能清掃出大量腐蝕產(chǎn)物，且比運(yùn)行一周期剛停下來的轉(zhuǎn)子還多。從清掃的表面看，葉輪除了有均勻的腐蝕外還有大量的點(diǎn)蝕，致使轉(zhuǎn)子每隔2～3年就得報(bào)廢換新，腐蝕率最大能達(dá)2mm/年。備用機(jī)組更為嚴(yán)重。
制造廠設(shè)計(jì)的葉輪為前后、盤與葉片焊接而成，在進(jìn)風(fēng)口處每個葉片都留有100mm長度未進(jìn)行焊接而形成了間隙，造成葉輪靜止時產(chǎn)生縫隙腐蝕，葉輪運(yùn)行時產(chǎn)生縫隙和應(yīng)力的聯(lián)合腐蝕。2000年10月我公司在風(fēng)機(jī)運(yùn)行時因調(diào)速工程故障停機(jī)，更換停了6個月的備用風(fēng)機(jī)后運(yùn)行，在運(yùn)行幾小時后該風(fēng)機(jī)發(fā)生異常聲音，振動劇烈，又被迫停機(jī)。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)前、后盤大面積腐蝕，其表面出現(xiàn)許多麻點(diǎn)，深層凸起，底層銹蝕，清掃的腐蝕產(chǎn)物質(zhì)量達(dá)2kg。低壓級葉輪1個葉片折斷，并打壞了高壓級葉輪的2個葉片，轉(zhuǎn)子嚴(yán)重失衡，導(dǎo)致報(bào)廢。
3腐蝕原因分析
風(fēng)機(jī)輸送的介質(zhì)是粗煤氣，粗煤氣的成份如表1所示。
表1粗煤氣成份（g/m3）
水氣250～450焦油霧80～120粗苯30～45氨6～9氰化氫0.5～1.5吡啶1～3一氧化氮1～4cm3/m3硫化氫4～7二硫化碳0.3～0.5噻吩0.1～0.15硫醇約0.01二氧化硫約0.1萘約10乙烯13～26丙烯約11氯化物約1乙炔1.2～2.3氫氣45～54甲烷170～210乙烷同系物12～26一氧化碳63～88二氧化碳39～59氮?dú)?～125氧氣約7
從表1可看出煤氣中含有大量活性氣體成分。以硫化氫和氰化物對葉輪腐蝕性最強(qiáng)。硫化氫可溶于水或氫硫酸，葉輪與硫化氫接觸后在其表面快速形成疏松易剝落的硫化物，硫化物和硫化氫阻滯分子氫的形成，使大量氫原子吸附并積聚在葉輪表面，使表面原子間內(nèi)聚力減弱，表面能下降，滲入葉片焊縫縫隙的氫原子繼續(xù)楔入縫隙尖端裂紋缺陷部位，使裂紋迅速向縱深發(fā)展，在金屬內(nèi)部易出現(xiàn)氫脆和脫碳破壞。值得一提的是硫化物應(yīng)力腐蝕只發(fā)生在90℃以下，而破裂最敏感的溫度為20～50℃。風(fēng)機(jī)輸送粗煤氣介質(zhì)溫度正好在該范圍之內(nèi)。
二氧化硫?qū)偎嵝匝趸�，溶于水可生成中�?qiáng)酸。被蝕金屬與二氧化硫反應(yīng)時，一方面在其表面形成溶于硫原子的氧化皮或溶于硫化物的氧化皮，另一方面在金屬內(nèi)部深處溶入的硫與活潑元素組成相應(yīng)的硫蝕相。
這樣一個分子的硫酸并不只腐蝕一個原子的鐵，有資料表明,一個分子的硫酸至少要腐蝕100個原子鐵，可見二氧化硫?qū)饘俑g影響很大。
氯化物是含有鹵素的陽離子氧化劑，幾乎能使所有實(shí)用金屬增加腐蝕。在陽離子氧化劑和活性氯離子的雙重作用下腐蝕反應(yīng)激烈。鹵素離子易使不銹鋼等易鈍化金屬產(chǎn)生孔蝕，縫隙腐蝕及應(yīng)力腐蝕破裂等局部腐蝕。當(dāng)介質(zhì)中有NH3—CO2—H2S—H2O時，工程會增大對金屬的腐蝕速率。
總之，這些有害的活性氣體都極易溶解在葉輪表面中，并電離出氫離子或氫氧根離子，致使葉輪的前、后盤和葉片發(fā)生腐蝕。它們對金屬的腐蝕方式均與溫度有關(guān)，且像粗煤氣這樣多種成分混合在一起的介質(zhì)構(gòu)成的聯(lián)合腐蝕速率要比單種介質(zhì)大得多，破壞力也更為強(qiáng)烈。這是由于混合氣體介質(zhì)在金屬表面進(jìn)行著多元不均勻的化學(xué)反應(yīng)，并形成成分不均勻，含有大量晶體結(jié)構(gòu)缺陷的多種反應(yīng)產(chǎn)物，顯然這種銹皮是不耐蝕的。
由上述可知，葉輪的腐蝕主要是活性氣體等以水為介質(zhì)的電化學(xué)反應(yīng)所引起的。水氣是腐蝕發(fā)生的重要介質(zhì)，活性氣體是腐蝕發(fā)生的主要禍根。
4防腐措施
4.1改變?nèi)~輪材質(zhì)
為了減少腐蝕，延長轉(zhuǎn)子壽命，除應(yīng)考慮到材料的機(jī)械性能和物理性能外，還應(yīng)注重其化學(xué)性能。風(fēng)機(jī)葉輪最好的材質(zhì)當(dāng)然首選不銹鋼。鋼中含鉻量超過12%時就會變得不易被腐蝕生銹，因?yàn)樵谶@種鋼的表面上形成了一層致密的FeO•Cr2O3、NiO•Cr2O3或NiO•Fe2O3之類的氧化物保護(hù)膜的緣故。寶鋼的風(fēng)機(jī)葉輪是用含鈦不銹鋼坯整體切削加工而成的。這樣既避免了零件受剪切而損壞，又達(dá)到了防腐目的。但這種方法國內(nèi)采用較少，因?yàn)樗庸し椒◤?fù)雜，再加上這么大的不銹鋼坯料供應(yīng)有困難，而且在加工中被切削去的材料的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過葉輪本身，所以費(fèi)用非常昂貴。如果不選用鋼坯整體加工，而選用不銹鋼焊接葉輪，其加工難度及費(fèi)用都會大大下降，但費(fèi)用仍比其它材質(zhì)較高。因此在企業(yè)有能力的情況下還是應(yīng)選不銹鋼葉輪。
4.2化學(xué)鍍Ni-P合金
經(jīng)過論證選擇了化學(xué)鍍Ni-P合金，就是在轉(zhuǎn)子葉輪表面鍍上一層0.03mm的非晶態(tài)Ni-P合金。
化學(xué)鍍Ni-P合金鍍層有著十分優(yōu)異的抗腐蝕性能。據(jù)有關(guān)資料表明，在還原性介質(zhì)中它的抗腐蝕能力優(yōu)于不銹鋼百倍以上。它之所以非常耐腐蝕是由于非晶態(tài)合金結(jié)構(gòu)均勻，不存在偏析、夾雜物和第二相，原子呈短程有序結(jié)構(gòu)，沒有晶界、位錯、層錯及與晶態(tài)有關(guān)的其它缺陷，從而具有較好的化學(xué)及電化學(xué)均勻性，這是耐蝕的主要原因。再者該合金鍍層腐蝕電位隨合金中含磷量的增高而增高。根據(jù)金屬腐蝕的混合電位理論，在陰極過程不變的情況下，金屬腐蝕電位愈正，則該金屬的腐蝕電流愈小。因此用高磷工藝生產(chǎn)的化學(xué)鍍Ni-P合金鍍層耐蝕性能十分優(yōu)異。
還有它與基體的結(jié)合力大于電刷鍍，更大于電鍍，孔隙率只是電鍍的一半。其均鍍性好，任何復(fù)雜的幾何形狀均可施鍍，并可保證鍍層厚薄均勻、平整光滑。耐蝕性、抗粘附、抗嚙合能力都強(qiáng)于硬鉻。它確實(shí)是一種綜合性能優(yōu)良的防腐防磨材料，且工藝簡單、化學(xué)鍍Ni-P合金工期短、成本低、見效快。
4.3用N2保壓保護(hù)
在風(fēng)機(jī)備用機(jī)組停機(jī)狀態(tài)下，由于風(fēng)機(jī)前、后閥門關(guān)不嚴(yán)會產(chǎn)生泄漏，致使機(jī)殼內(nèi)充滿靜止的粗煤氣。靜止的粗煤氣對轉(zhuǎn)子葉輪侵蝕相當(dāng)嚴(yán)重，其危害性也很大，所以采用N2保壓保護(hù)方法。
從風(fēng)機(jī)進(jìn)口閥后、出口閥前兩點(diǎn)向機(jī)殼內(nèi)通N2，N2壓力保持在風(fēng)機(jī)軸封處有N2微微冒出即可，使機(jī)殼內(nèi)保持微正壓，且在正常情況下每周做一次含氧和爆發(fā)試驗(yàn)，并記錄。這樣做的好處有兩點(diǎn)：其一，機(jī)殼內(nèi)始終充滿N2，粗煤氣進(jìn)不來，葉輪始終“浸泡”在N2中。N2是惰性氣體，不具有腐蝕性；其二，在緊急情況下立即開備用風(fēng)機(jī)而不需做含氧分析，縮短了倒機(jī)時間，減少了對生產(chǎn)的影響。但是要制定相應(yīng)的N2使用操作規(guī)程，做好N2使用的壓力控制和運(yùn)行安全監(jiān)

1 引言
1.1引言(1)
1.1.1大功率風(fēng)機(jī)和泵從恒速傳動改成變速傳動效益巨大
(1)平均節(jié)能30％
(2)優(yōu)化工藝或燃燒過程，提高產(chǎn)量和質(zhì)量
(3)減少維修工作量
1.1.2大功率風(fēng)機(jī)和泵用電機(jī)的功率及電壓
(1)功率范圍：大部200～2000KW
(2)電壓等級：我國10KV（6KV），國外還有2.3KV，3KV，4.26KV（我國沒有）
1.2引言（2）
現(xiàn)流行的調(diào)速方法――中壓變頻
三電平變頻：最高電壓4500V器件不串，3KV；4500V器件2串，6KV


1.3引言（3）
H橋級聯(lián)：最高電壓可達(dá)6KV，10KV，器件串聯(lián)太多，影響可靠性。


1.4引言（4）
我國電壓等級不合理影響推廣
1.5引言（5）
把變頻器移至繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)――轉(zhuǎn)子變頻，可實(shí)現(xiàn)用20％～30％電機(jī)功率的400V低壓變頻器控制100％功率6～10KV中壓電機(jī)轉(zhuǎn)速
2轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速原理（1）
2.1主電路


2.2轉(zhuǎn)子變頻主電路（內(nèi)反饋電機(jī)）（2）




3.5諧波問題
3.5.1 IGBT逆變器輸出正弦電流，無5、7次諧波，開關(guān)頻率諧波頻率高，可被變壓器漏抗濾掉
3.5.2轉(zhuǎn)子側(cè)DR整流產(chǎn)生低頻諧波，影響電網(wǎng)，可通過有源濾波技術(shù)，在不增加設(shè)備情況下消除

4控制框圖及仿真結(jié)果
4.1斬波器控制




4.2逆變器控制





5 起動和旁路



6關(guān)于電機(jī)
6.1標(biāo)準(zhǔn)繞線電機(jī)和籠型電機(jī)機(jī)座號及安裝尺寸相同，更換方便。


6.2內(nèi)反饋電機(jī)大一個機(jī)座號，但省去變壓器
6.3收購舊電機(jī)，新電機(jī)與調(diào)速裝置成套供應(yīng)，無固定資產(chǎn)問題

7價(jià)格估計(jì)及市場
7.1價(jià)格估計(jì)
以560KW電機(jī)為例：電機(jī)15～17萬，調(diào)速裝置15～20萬（含變壓器及起動旁路裝置），共計(jì)35萬左右。若用中壓變頻器估計(jì)需80～90萬
7.2市場
北方調(diào)速公司類似的內(nèi)反饋斬波串調(diào)每年有幾千萬市場

8結(jié)論
把變頻器從電機(jī)定子側(cè)移至轉(zhuǎn)子側(cè)――轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速，特點(diǎn)
(1)用400V低壓變頻器控制6～10KV中壓電機(jī)調(diào)速
(2)逆變器容量小，僅電機(jī)功率20％～30％
(3)主電路簡單，無大電抗器
(4)功率因數(shù)高，諧波小
(5)起動旁路簡單
(6)電機(jī)問題可通過收購舊電機(jī)，隨調(diào)速裝置成套供應(yīng)新電機(jī)解決
(7)價(jià)格比中壓變頻便宜



通風(fēng)降溫系統(tǒng)
屋頂排熱風(fēng)機(jī)
生產(chǎn)負(fù)壓風(fēng)機(jī)

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