VPSA制氧在富氧曝氣上的應(yīng)用
萬志國 楊海洋
昆山錦程氣體設(shè)備有限公司
摘要：本文介紹了變壓吸附制氧（VPSA制氧）的原理和特點(diǎn)，以及VPSA制氧技術(shù)在富氧曝氣上的使用情況。例舉了深圳某河流采用了富氧曝氣后，河流的溶解氧的數(shù)據(jù)變化，結(jié)果表明變壓吸附制氧具有經(jīng)濟(jì)性，靈活性及安全性高的特點(diǎn)，是廣大黑臭河流富氧曝氣活性污泥的理想選擇。
關(guān)鍵錦工：變壓吸附制氧、VPSA制氧；富氧；曝氣
1.概述
富氧曝氣是VPSA制氧設(shè)備的最早應(yīng)用，普萊克斯公司采用以鋰基分子篩的VPSA設(shè)備將氧氣充入本公司的水處理系統(tǒng)。富氧曝氣就是用富度為80%~93%的氧氣代替?zhèn)鹘y(tǒng)使用的空氣為微生物提供氧氣。
富氧曝氣和空氣曝氣的比較
曝氣過程中氧的傳輸速率(即溶解氧濃度的變化率)和氧虧值成正比，如式(1)所示。所謂氧虧值是氧飽和濃度和實(shí)際達(dá)到的溶解氧濃度之差。Dc/dt=KLA/V（Cs-CT) (1)式中KL—氧傳遞系數(shù)，h-1 Cs—飽和溶解氧濃度，mg/LCT—實(shí)際溶解氧濃度，mg/L，氧虧值為（Cs-CT)在空氣曝氣時氧的分壓為21 kPa，而富氧曝氣時氧壓力可達(dá)101 kPa。于是，富氧曝氣時氧飽和濃度是43.74 mg/L(20 ℃),這是空氣曝氣時9.17 mg/L的4.8倍。如果實(shí)際要求達(dá)到溶解氧濃度5 mg/L,則空氣曝氣時氧虧值是4.17 mg/L,而富氧曝氣時氧虧值高達(dá)38.74mg/L。顯然，富氧曝氣時溶解氧的增長速率是空氣曝氣時的38.74/4.17=9.3倍。
富氧曝氣的優(yōu)點(diǎn)是投資及運(yùn)行費(fèi)用低、處理能力強(qiáng)、占地面積小、系統(tǒng)穩(wěn)定性高。隨著國家對污水處理的政策支持力度加大，作為一種先進(jìn)污水處理手段的富氧曝氣技術(shù)將會越來越受到關(guān)注和重視。除了環(huán)保科技工作者在研究新技術(shù)新流程上加倍努力之外，昆山錦程氣體設(shè)備有限公司作為工業(yè)氣體設(shè)備供應(yīng)商充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢，加快研究和開發(fā)適用的富氧曝氣系統(tǒng)和為之配套的制氧裝置，在推動環(huán)保技術(shù)發(fā)展的同時，開拓工業(yè)氣體的新市場。
2.氧氣制取的方法
目前工業(yè)化制氧技術(shù)主要有兩大類:一種工藝是深冷空氣分離制氧,所得的氧氣富度高,但是制氧成本高、投資大,只適用于大規(guī)模用氧場合;另一工藝是變壓吸附制氧 (簡稱PSA,VPSA制氧),氧氣富度只有80%~93%,但投資小、能耗低,適用于中小規(guī)模不需要高富度氧的場合。我國中石化公司引進(jìn)富氧曝氣活性污泥工藝處理石化廢水,曝氣用氧采用深冷空氣分離制得。雖然深冷空氣分離制氧成本比較高,電耗大約為0.55~0.60 kW·h/m3, 但石化公司的富氧來自其制氮空分裝置,是副產(chǎn)品,石化公司以其處理污水是經(jīng)濟(jì)的。對于絕大多數(shù)的污水處理廠, 如用深冷法制氧特別昂貴。用VPSA制氧卻便宜得多。國內(nèi)變壓吸附制氧已有多年經(jīng)驗(yàn), 但因所用吸附劑性能差,制氧成本仍很高。近10年來昆山錦程氣體采用上海恒業(yè)鋰基分子篩,其吸氮能力和氮氧分離系數(shù)比傳統(tǒng)分子篩高得多,利用此吸附劑及德國拜爾傳統(tǒng)工藝開發(fā)出新變壓吸附工程技術(shù),使制氧電耗低達(dá)0.30kWh/m3, 達(dá)國際先進(jìn)水平。裝置價(jià)格比進(jìn)口設(shè)備低約60%,制氧規(guī)模可達(dá)5000Nm3/h富氧單套,吸附劑一次裝填可使用10年以上，氣動蝶閥300萬次無需更換密封件。目前昆山錦程已在國內(nèi)及國外有色冶金、化工、高爐富氧、臭氧氧源等行業(yè)建成近三百套裝置,運(yùn)行狀態(tài)良好。昆山錦程氣體變壓吸附制氧技術(shù)的突破, 為我國推廣富氧曝氣活性污泥工藝進(jìn)行污水處理創(chuàng)造了有利條件并真正引領(lǐng)了變壓吸附制氧技術(shù)潮流。
VPSA制氧系統(tǒng)主要由鼓風(fēng)機(jī)，真空泵，切換閥，吸附器和氧氣緩沖罐組成。原料空氣經(jīng)入口緩沖罐除塵后，被羅茨風(fēng)機(jī)增壓至0.45Kpa進(jìn)入其中一吸附塔內(nèi)，吸附塔內(nèi)裝填吸附劑，其中水分，二氧化碳，以及其他少量其它其它組分在吸附塔底部的活性氧化鋁所吸附而氧氣為非吸附組分從吸附塔頂部出口作為產(chǎn)品氣排至氧氣緩沖罐。當(dāng)該吸附塔吸附到一定程度，其中的吸附劑將達(dá)到飽和狀態(tài)，此時通過閥門切換，首先經(jīng)過均壓降壓過程將吸附塔壓力將至微負(fù)壓，再利用真空泵對之進(jìn)行抽真空（與吸附方向相反）真空度約為-50Kpa.已吸附的水分，二氧化碳，氮?dú)饧吧倭科渌鼩怏w被抽出排至大氣，吸附劑得到再生。
VPSA的每個吸附塔都交替執(zhí)行以下步驟：—吸附—解析—沖壓
3.VPSA制氧機(jī)在曝氣上的應(yīng)用
由于富氧的壓力高于空氣中氧的分壓，富氧曝氣可顯著提高氧的轉(zhuǎn)移速率。昆山錦程氣體協(xié)助深圳某公司開發(fā)了微氣富氧曝氣技術(shù)，將微孔曝氣和富氧曝氣的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來,采用微孔軟管曝氣，在水深5m處的氧利用率高達(dá)80％，該工藝應(yīng)用于敞開曝氣池。此外，該工藝還廣泛應(yīng)用于污染河流的曝氣，由于設(shè)備簡單可靠、噪聲治理非常好和對流態(tài)不形成擾動等優(yōu)點(diǎn)，尤其適合于具有旅游景觀功能的市區(qū)河道的治理。中試時是一條嚴(yán)重污染的河道，河水黑臭，COD高達(dá)100～200mg/L。由于受周邊居民的影響，河道流態(tài)變化復(fù)雜。試驗(yàn)裝置由一個80Nm3/hVPSA制氧機(jī)、小型開放式曝氣池組成。軟管的供氣壓力為0.05MPa，氧氣流量在0～80Nm3/h范圍內(nèi)可調(diào)。試驗(yàn)結(jié)果表明，富氧曝氣可有效降低黑臭水體中的COD濃度。在三個月的連續(xù)運(yùn)行中整個VPSA制氧機(jī)及曝氣系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行正常，無需任何維修。由于VPSA制氧降噪措施和對河道水體的流態(tài)不會形成任何明顯的擾動和障礙，故工藝尤其適用于非航運(yùn)、具有旅游景觀功能的河道上進(jìn)行全自動富氧曝氣。
中試效果非常好，深圳某公司一次性向昆山錦程定購三套大型VPSA制氧設(shè)備，三套設(shè)備采用模組化設(shè)計(jì)，動力設(shè)備擺放到集裝箱內(nèi)部，吸附塔和其他靜設(shè)備露天布置，本條河流處理完畢后，可移至其他河流。
三套數(shù)據(jù)如下：第一套產(chǎn)量250M3/h （合同值230M3/h）,富度83%（合同值80%） ，壓力51kpa。第二套制氧設(shè)備參數(shù)：產(chǎn)量580M3/h（合同值560M3/h）,富度84%（合同值80%）,壓力52kpa，第三套制氧設(shè)備參數(shù); 產(chǎn)量710M3/h（合同值680M3/h）,富度82%（合同值80%），壓力53kpa。當(dāng)河水流速較平緩時，COD濃度降低30%～50%；經(jīng)過曝氣區(qū)的BOD/COD值從0.46降至0.40，這表明在富氧曝氣過程中不僅發(fā)生了硫化物、亞鐵等還原物質(zhì)的化學(xué)氧化（表現(xiàn)為水體黑色變淺，臭味減弱），而且發(fā)生了一定程度的生物降解作用。同時溶解氧的數(shù)據(jù)有一定變化，如下圖。由圖可知，連續(xù)進(jìn)水曝氣在0~10min時，溶解氧含量迅速上升，10min之后上升趨勢變慢，在17min之后開始趨于平緩，說明溶解氧在水中達(dá)到飽和，飽和值在22mg/L左右。
4.結(jié)論
綜上所述，富氧曝氣活性污泥法具有氧轉(zhuǎn)移率高、剩余污泥量少、污水處理效率高、抗有機(jī)物沖擊性能高等特點(diǎn)。制氧技術(shù)的發(fā)展，制氧成本的降低，為這項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用提供了可能。昆山錦程氣體開發(fā)的變壓吸附制氧技術(shù)及微氣泡曝氣技術(shù)為我國推廣富氧氧曝氣活性污泥工藝進(jìn)行污水及河道治理創(chuàng)造了條件。
錦程制氧、綠色中國
本實(shí)用新型涉及制氧領(lǐng)域，具體地涉及一種變壓吸附制氧用羅茨鼓風(fēng)機(jī)。
背景技術(shù)：
羅茨鼓風(fēng)機(jī)廣泛運(yùn)用于各行各業(yè)，它是一種雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)械，兩轉(zhuǎn)子由原動機(jī)通過一對同步齒輪驅(qū)動，作方向相反的等速旋轉(zhuǎn)，兩轉(zhuǎn)子的軸線平行，鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)、排氣口不直接相通，轉(zhuǎn)子與機(jī)殼及墻板圍成封閉的內(nèi)腔，內(nèi)腔在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中基本不發(fā)生變化，在內(nèi)腔開啟的瞬間，來自排氣腔的高壓氣體迅速回流，使內(nèi)腔內(nèi)的氣體壓力突然升高，由此形成氣體壓縮并產(chǎn)生氣流沖擊噪聲。羅茨鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行中強(qiáng)度最高、影響最大的正是氣動噪聲，它在風(fēng)機(jī)內(nèi)形成噪聲聲源并經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)、出風(fēng)口向外輻射，嚴(yán)重污染環(huán)境。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種變壓吸附制氧用羅茨鼓風(fēng)機(jī)。其結(jié)構(gòu)簡單，能夠有效的消除噪音。
具體地，本實(shí)用新型提供一種變壓吸附制氧用羅茨鼓風(fēng)機(jī)，包括殼體，所述殼體具有進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口，所述進(jìn)風(fēng)口和所述出風(fēng)口分別位于所述殼體的上下端，所述進(jìn)風(fēng)口與所述殼體的內(nèi)腔之間設(shè)有第一消音單元，所述出風(fēng)口與所述殼體的內(nèi)腔之間設(shè)有第二消音單元，
所述第一消音單元為圓管狀結(jié)構(gòu)，所述圓管狀結(jié)構(gòu)包括第一圓管以及第二圓管，所述第一圓管套設(shè)在所述第二圓管內(nèi)部，所述第一圓管與所述第二圓管之間形成一空腔，所述空腔內(nèi)填充有消音材料，所述第一圓管內(nèi)部設(shè)置有一個或多個消音槽，消音槽為一個或多個錐形結(jié)構(gòu)，
所述第二消音單元為長方體凹槽，所述長方體凹槽的內(nèi)部上包覆有消音層，所述消音層內(nèi)填充有消音材料，
所述殼體外部設(shè)置有手柄、風(fēng)機(jī)組件以及閥門，所述風(fēng)機(jī)組件連接有電機(jī)，所述電機(jī)驅(qū)動所述風(fēng)機(jī)組件的運(yùn)動，所述電機(jī)電連接有控制組件。
優(yōu)選地，所述消音材料為阻燃隔音面。
優(yōu)選地，所述進(jìn)風(fēng)口為圓形，所述出風(fēng)口為方形。
優(yōu)選地，所述長方體凹槽內(nèi)部設(shè)置有多個導(dǎo)流槽。
優(yōu)選地，所述錐形結(jié)構(gòu)包括第一錐形結(jié)構(gòu)和第二錐形結(jié)構(gòu)，所述第一錐形結(jié)構(gòu)的底面面積和所述第二錐形結(jié)構(gòu)的頂面面積一致。
優(yōu)選的，所述進(jìn)風(fēng)口附近設(shè)置有風(fēng)扇。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果：
本實(shí)用新型提供一種變壓吸附制氧用羅茨鼓風(fēng)機(jī)。其結(jié)構(gòu)簡單，能夠有效的消除噪音，在使用過程中，風(fēng)由進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，并依次通過第一消音單元和第二消音單元進(jìn)行消音后，從鼓風(fēng)機(jī)殼體的出風(fēng)口吹出。通過設(shè)置的消音槽，能夠?qū)⒙曇粝阶钚。瑥亩岣咦儔何街蒲跤昧_茨鼓風(fēng)機(jī)的使用壽命并減少聲音污染。
附圖說明
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本實(shí)用新型的第一消音單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本實(shí)用新型的第三消音單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本實(shí)用新型的長方體凹槽的側(cè)壁的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下將參考附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的示例性實(shí)施例、特征和方面。附圖中相同的附圖標(biāo)記表示功能相同或相似的元件。盡管在附圖中示出了實(shí)施例的各種方面，但是除非特別指出，不必按比例繪制附圖。
具體地，本實(shí)用新型提供一種變壓吸附制氧用羅茨鼓風(fēng)機(jī)，如圖1所示，包括殼體1，所述殼體1具有進(jìn)風(fēng)口2和出風(fēng)口3，所述進(jìn)風(fēng)口2和所述出風(fēng)口3分別位于所述殼體的上下端，所述進(jìn)風(fēng)口2與所述殼體1的內(nèi)腔之間設(shè)有第一消音單元4，所述出風(fēng)口3與所述殼體1的內(nèi)腔之間設(shè)有第二消音單元5。進(jìn)風(fēng)口2附近設(shè)置有進(jìn)風(fēng)裝置21。殼體1的一側(cè)設(shè)置有安裝部11。
如圖2所示，所述第一消音單元4為圓管狀結(jié)構(gòu)，所述圓管狀結(jié)構(gòu)包括第一圓管41以及第二圓管42，所述第一圓管41套設(shè)在所述第二圓管內(nèi)部42，所述第一圓管41與所述第二圓管42之間形成一空腔43，所述空腔內(nèi)填充有消音材料，所述第一圓41管內(nèi)部設(shè)置有一個或多個消音槽44，消音槽44為錐形結(jié)構(gòu)。
如圖3所示，所述第二消音單元5為長方體凹槽，所述長方體凹槽的內(nèi)部上包覆有消音層51，所述消音層51內(nèi)填充有消音材料。
優(yōu)選地，所述消音材料為阻燃隔音面。
優(yōu)選地，所述進(jìn)風(fēng)口2為圓形，所述出風(fēng)口3為方形。
優(yōu)選地，如圖4所示，長方體凹槽的側(cè)壁53上設(shè)置有多個導(dǎo)流槽52，導(dǎo)流槽的設(shè)置用于使風(fēng)沿導(dǎo)流槽前進(jìn)，以降低聲音。
優(yōu)選地，所述錐形結(jié)構(gòu)包括第一錐形結(jié)構(gòu)441和第二錐形結(jié)構(gòu)442，所述第一錐形結(jié)構(gòu)441的底面面積和所述第二錐形結(jié)構(gòu)442的頂面面積一致。
優(yōu)選的，所述進(jìn)風(fēng)口3附近設(shè)置有風(fēng)扇。
在具體實(shí)施例中，殼體1具有進(jìn)風(fēng)口2和出風(fēng)口3，所述進(jìn)風(fēng)口2和所述出風(fēng)口3分別位于所述殼體的上下端，所述進(jìn)風(fēng)口2與所述殼體1的內(nèi)腔之間設(shè)有第一消音單元4，所述出風(fēng)口3與所述殼體1的內(nèi)腔之間設(shè)有第二消音單元5。進(jìn)風(fēng)口2附近設(shè)置有進(jìn)風(fēng)裝置21。殼體1的一側(cè)設(shè)置有安裝部11。
所述第一消音單元4為圓管狀結(jié)構(gòu)，所述圓管狀結(jié)構(gòu)包括第一圓管41以及第二圓管42，所述第一圓管41套設(shè)在所述第二圓管內(nèi)部42，所述第一圓管41與所述第二圓管42之間形成一空腔43，所述空腔內(nèi)填充有消音材料，所述第一圓41管內(nèi)部設(shè)置有一個或多個消音槽44，消音槽44為錐形結(jié)構(gòu)。錐形結(jié)構(gòu)的數(shù)量可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置。
如圖3所示，所述第二消音單元5為長方體凹槽，所述長方體凹槽的內(nèi)部上包覆有消音層51，所述消音層51內(nèi)填充有消音材料。
在使用過程中，風(fēng)由進(jìn)風(fēng)口2進(jìn)入，并依次通過第一消音單元和第二消音單元進(jìn)行消音后，從鼓風(fēng)機(jī)殼體的出風(fēng)口吹出。
本實(shí)用新型提供一種變壓吸附制氧用羅茨鼓風(fēng)機(jī)。其結(jié)構(gòu)簡單，能夠有效的消除噪音。
最后應(yīng)說明的是：以上所述的各實(shí)施例僅用于說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新型各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。
變壓吸附又稱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，因此在氧氣純度要求不太高的場合，使用日益廣泛，具有裝置逐步擴(kuò)大的趨勢，其裝置示意圖見圖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，這樣循環(huán)，則可獲得氧氣，氧氣再經(jīng)過壓縮機(jī)的加壓進(jìn)入兩個緩沖罐，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)，真空解吸過程中廢氣的抽除，通常也采用羅茨真空泵。關(guān)于向用戶加壓供氣的壓縮機(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)，對于低壓小流量產(chǎn)品的氣體輸送也開始轉(zhuǎn)向使用羅茨鼓風(fēng)機(jī)，簡稱氧壓羅茨鼓風(fēng)機(jī)，本文針對氧壓羅茨鼓風(fēng)機(jī)的市場、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)制造關(guān)鍵及使用運(yùn)行作簡單的說明，進(jìn)一步推進(jìn)羅茨鼓風(fēng)機(jī)在制氧行業(yè)的應(yīng)用。
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)”之稱的山東省章丘市相公鎮(zhèn)，近年來，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)，贏得了市場好評和認(rèn)可。產(chǎn)品和服務(wù)遠(yuǎn)銷全國各地及東南亞，深受客戶好評。
變壓吸附又稱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，因此在氧氣純度要求不太高的場合，使用日益廣泛，具有裝置逐步擴(kuò)大的趨勢，其裝置示意圖見圖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，這樣循環(huán)，則可獲得氧氣，氧氣再經(jīng)過壓縮機(jī)的加壓進(jìn)入兩個緩沖罐，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)，真空解吸過程中廢氣的抽除，通常也采用羅茨真空泵。關(guān)于向用戶加壓供氣的壓縮機(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)，對于低壓小流量產(chǎn)品的氣體輸送也開始轉(zhuǎn)向使用羅茨鼓風(fēng)機(jī)，簡稱氧壓羅茨鼓風(fēng)機(jī)，本文針對氧壓羅茨鼓風(fēng)機(jī)的市場、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)制造關(guān)鍵及使用運(yùn)行作簡單的說明，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，從性能來說剛好落在羅茨風(fēng)機(jī)的型譜范圍內(nèi)，但因輸送的介質(zhì)為氧氣，它是一種對溫度、油料、火花特別敏感的助燃、易爆性氣體，因此很多廠家一直以來也十分謹(jǐn)慎，使得國內(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)廠家的要求與配合下，我公司首制的第一批共4臺氧壓羅茨鼓風(fēng)機(jī)已完工下線，并成功實(shí)現(xiàn)了與PSA裝置的順利對接。
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，在以下幾個方面對羅茨鼓風(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。
考慮到萬一有少量氧氣泄露的特殊情況下，會在墻板間形成的氧氣聚積，將風(fēng)機(jī)墻板改為開式結(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，由于油脂的氧化變質(zhì)，還會使其失去潤滑功能，因此對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滑不良，以適合氧壓羅茨鼓風(fēng)機(jī)的需要。
如果同時采用潤滑油作為封液，那么勢必會采用循環(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，將會對系統(tǒng)介質(zhì)產(chǎn)生嚴(yán)重污染，因此經(jīng)過與廠家協(xié)商，決定用軟水作為封液（系統(tǒng)壓力低時可用自來水，系統(tǒng)壓力高時可采用加壓泵加壓），對機(jī)封密封端面進(jìn)行冷卻與潤滑，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、外購件），無論是在加工過程中，還是在防銹保存過程中均有油污的粘染，通常裝配前的清洗均不能滿足深度除油的要求，根據(jù)HG20202-2000《脫脂工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》的要求，按以下工藝過程對所有零部件（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，直至抹布無銹跡、油污為止；（2）油除干凈后，立即用無油的干熱空氣（50～60℃）對各表面進(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，稍有不慎就會密封失效，因此裝配前必須按照圖紙對主機(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)行過程中不出現(xiàn)磕碰。
3.6 裝配
首先要求必須絕對的干凈，包括吊索、抹布等均不能粘油，工作場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。
在機(jī)械密封的裝配過程中，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，由于敲擊時產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動會使機(jī)封的靜環(huán)產(chǎn)生跳動且不復(fù)位，在動靜環(huán)的密封面間也可能產(chǎn)生一個小間隙，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滑脂，這對密封及潤滑均有好處；同時所有聯(lián)接螺栓在裝配前均需粘取少量這種特種油，以免由于除油過凈，在擰緊的過程中由于潤滑程度不夠而將螺絲擰壞。
3.7 試驗(yàn)
先對機(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5滴為合格。
密封合格后，對整機(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，成為國產(chǎn)羅茨鼓風(fēng)機(jī)在制氧行業(yè)成功應(yīng)用的良好范列，為國產(chǎn)羅茨鼓風(fēng)機(jī)開創(chuàng)了一個新的應(yīng)用領(lǐng)域。
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