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摘要： 结合某炼钢厂VD炉真空设备，介绍VD的蒸汽喷射真空泵的工作原理，并根据VD炉真空设备中常见故障，分析故障发生的原因以及介绍相应的故障解决方法。
关键词： 真空；蒸汽喷射真空泵；故障；冷凝器；
中图分类号：TH36文献标志码：A文章编号：1671－7597（2011）0410009－01
0 前言
VD（Vacuum Degassing）精炼法是将转炉、电炉的初炼钢水置于真空室中，同时钢包底部吹氩搅拌的一种真空处理法，其原理利用对真空室进行抽真空，在真空状态下对钢水进行脱碳、脱气、脱硫、去除杂质、合金化和均匀钢水温度、成分等处理。其主要设备由真空系统、真空罐系统、真空罐盖车等组成。故障主要发生在真空系统，我炼钢分厂采用的是多级蒸汽喷射真空泵串联。蒸汽喷射真空泵抽气量大，结构简单，但出现故障时，不易及时排查，引起热停工时间较长，损失较大，本文对VD炉真空系统的常见故障及影响因素进行了分析，以便设备维护人员及时排查解决类似设备故障。
1 蒸汽喷射真空泵的工作原理
蒸汽喷射真空泵是利用流体流动时的静压能与动能相互转换的气体动力学原理来形成真空。具有一定压力的水蒸汽通过拉瓦尔喷嘴喉径时达到声速，到喷嘴的扩散部时，静压能全部转化为动能，达到超声速，由压力能转化为速度能，在喷嘴出口处由于高速蒸汽流的引射作用形成低压。工作蒸汽与被抽气流在混合室进行混合，并进行能量交换，混合气流在扩压管内得到减速增压。如果将几个喷射泵串联起来使用，泵与泵中间加入冷凝器使蒸汽冷凝，便可得到很高的真空度（67Pa）。整台蒸汽喷射真空泵由6级泵体与4级冷凝器两大部分组成。各级泵体均由喷嘴、吸入室及扩压器组成，喷嘴一般采用不锈钢材料，吸入室和扩压器等其它部件一般采用碳钢材料。（见图1）
2 影响VD炉真空系统真空度的主要因素
2.1 工作蒸汽压力、温度及干度
蒸汽压力过低及压力波动均对真空泵的能力有较大影响，因此蒸汽压力不应低于要求的工作压力，我炼钢分厂工作蒸汽压力为0.8MPa（表压），实际工作中工作蒸汽压力低于0.5MPa，后期真空度就很难降下来，工作蒸汽压力与温度是相关联的，总的来说工作蒸汽压力越高工作蒸汽温度就越高，用Matlab仿真其相关图形如图2：
另外，要确保供给的蒸汽压力稳定， 这样蒸汽压力就不会出现波动，真空泵性能稳定。蒸汽的干度对真空泵的性能也有较大影响，其中含水会引起真空波动，含水过多甚至会抽不起真空，通常的作法是在汽包前加装汽水分离器以获得干度较高的工作蒸汽，同时对蒸汽管路进行有效保温，还有在操作上蒸汽包注意疏水。为取得最佳的工作效益，为喷射真空泵提供的工作蒸汽应为5℃-10℃的过热蒸汽。如果真空管道内有水，水在比较低的气压下水很容易汽化，水的汽化热很大，很少量的水汽化會带走大量的热，真空状态下热传递是通过对流热传导途径被阻断了，气体热传导和辐射的传热量相对很小，就会出现结冰现象，特别是1级泵拉瓦尔喷嘴喉径很小，对蒸汽的品质要求高，含微量水分都可能引起喷嘴的冰塞，造成开第1级喷射器真空度反而下降或没有作用。
2.2 循环冷却水系统故障
冷却水供量不足，冷凝器会发热，气流声音变大，真空度迅速下降，甚至蒸汽会返入抽气管。我分厂VD冷凝器为喷淋式冷凝器，供水压力为0.3MPa以上，实际生产过程中曾多次遇到循环冷却水故障，常见是喷头堵塞，水管破损，特别是第一主冷凝器（冷凝1、2、3级泵蒸汽）出现故障后，到第三级泵真空度出现反弹，无其余故障特征，不易排查而且处理时间长；另外为避免供水量不稳定而引起真空波动，采用了单独的循环水系统对真空泵的冷凝器进行供水。冷却水质对真空泵能力的影响是一个不可忽视的因素，如果水质差，有异物，会造成冷凝器积垢甚至堵塞，严重影响热交换性能，使蒸汽难于冷凝，从而影响真空度。冷却水温太高，真空泵能力会下降，有时甚至抽不起真空，一般不超过35℃。另外，如果喷淋式冷凝器出现冷热不均情况，则可以肯定有喷淋孔被堵了。
图3
另外VD循环冷却水常见故障是主水包上方VW5阀门故障，该阀门控制主水包到第一主冷凝器的冷却水，设计是为保证各级冷凝器冷却供水，当进到三级泵主水包与分水包之间的VW6阀门关闭，VW5阀门打开保证第一主冷凝器有足够的水量，VW5阀门为气动控制，生产过程中该阀多次出现卡组，更换全新阀门后使用时间不长，又会出现卡组，每次出现故障检修工作量大，而且引起热停损失也很大，后加大该阀气动头并且采用两个气动头使用时间延长，但没有从根本上解决问题，经过分析VW5阀门作用，将其一直为全开状态，观察各冷凝器水温变化及对真空度的影响。经反复冷试证明对真空度影响在控制范围内，从而绕开VW5故障环节，才从根本上解决该问题。
2.3 蒸汽管道及阀门故障
打开蒸汽总阀时会产生巨大冲击与振动，容易使蒸汽管道上的连接螺栓松动、造成焊缝开裂等问题，严重时会造成蒸汽包基础移位，在控制上先打开蒸汽总阀的旁通阀后延时一段时间后再打开蒸汽总阀，适当延长这个延时时间可以有效解决该问；蒸汽管道常见故障蒸汽管道上法兰连接处常常漏汽，多数是由于蒸汽管道的蒸汽阀门打开时引起的冲击振动造成连接螺栓松动，一般更换密封垫后重新紧固螺栓即可，但要选择合适的密封垫，如金属石墨垫，不锈钢齿形垫、或紫铜齿形垫，其次是定期紧固蒸汽管道上法兰连接螺栓；另外蒸汽管道常见故障蒸汽管道上的气动球阀打不开，多数为压缩空气故障，如压缩空气压力过低，压缩空气气路及气源二联件漏气，气动头先导块线圈坏引起。
2.4 真空管道泄漏及蒸汽喷射真空泵故障
常见故障故障1：真空管路的外部泄漏。通常的漏气原因有：真空罐盖与真空罐体的硅橡胶密封圈损坏或有异物，真空管路阀门、人孔等垫片没装好或损坏，螺栓未拧紧，法兰面损坏，焊缝有沙眼，接头（压力表、真空表等）未装好等。停产检修时可采用的查漏方法是整个系统通入带压空气，用肥皂水涂在各处。如有泄漏，漏点会有气泡，有时甚至能听到泄漏的声音。
常见故障故障2：当该级泵加入运行后，真空度非但没有上升。反而急剧下降。 对应冷凝器水温急剧升高。 蒸汽喷射真空泵吸人室内的送气管由于管壁厚度不够，蒸汽压力将薄弱处撑裂，大量蒸汽由送气管的破裂处进入混合室，破坏系统的真空度。下级泵泵的吸人室送气管破裂除上述因素外，还有另一种可能：是由于前一级喷射泵高速气流中夹带的炉气颗粒，长时间冲击该级泵的送气管，使送气管管壁变薄，强度减少，引起破裂，大量蒸汽逸出，破坏系统的真空度。我分厂主要发生在6、5级泵，该故障主要是由于蒸汽喷射真空泵设计缺陷 管壁厚度不够，后来我分厂用水循环泵来代替6、5级泵，同时取消了第四主冷凝器、第三主冷凝器、第四辅冷凝器、第三辅冷凝器，形成由四级喷射泵+水环真空泵和二级冷凝器组成的真空系统，不仅使系统故障率大为降低而且还大大节约了蒸汽用量。
常见故障故障3：抽气至67Pa的时间明显增长。炉气在喷射泵的抽气过程中，先由1级泵的吸入室进入泵体，随后再经2级泵和3级泵进入主冷凝器内。但是有一部分炉气中的颗粒会沉积在2级泵和3级泵的吸人室内，其中以3级泵吸人室内炉气颗粒的堆积情况最为严重，这些颗粒在高温蒸汽的烘烤作用下，会变成硬度很高的堆积物，堵塞泵的真空管道，使泵的抽气能力下降。因此2级泵及3级泵的吸人室需要定期清灰。
常见故障故障4：喷嘴堵塞。在蒸汽喷射泵中，拉瓦尔喷嘴的喉径较小，一旦蒸汽管道中的异物随蒸汽进入拉瓦尔喷嘴时会造成喷嘴堵塞，从使喷射泵失效。特别是真空泵系统停用时，蒸汽管道易生锈，锈斑在使用时掉落堵塞喷嘴。一般来说，第6、5级喷嘴孔径较大，不易堵塞，最易堵塞的是第1级的喷嘴。
3 真空系统的故障处理[1]
蒸汽喷射真空泵在使用过程中有时会出现抽真空时太长、真空度反弹、达不到规定的真空度要求等情况，必须对故障进行具体分析，查找原因。在查找原因、解决故障时按以下顺序进行时可以避免走弯路，起到事半功倍的作用。
1）检查真空测量仪表及装置是否有故障或失效，最好有两套以上的真空测量仪表装置，必要时用麦式真空计校正。
2）检查工作蒸汽的压力、温度、干燥度、疏水情况、波动情况等，定期检查校正压力表读数是否准确。
3）检查循环冷却水供应是否正常，包括水温、水压、水量、水质等，有异常时重点检查冷凝器及喷射泵。
4）查看生产工艺是否变化，氩气搅拌的大小、钢水是否产生过量气体等。
5）检查真空泵系统本身是否有故障，包括泵系统泄漏、喷嘴堵塞或损坏、喉管直径磨损增大、扩压管的收缩段和排出口积垢、大气腿泄漏或积垢堵塞、冷凝器积垢堵塞、抽气管道积水等。
参考文献：
[1]庄细华，蒸汽喷射真空泵的影响因素及测试罩的应用[J].聚酯工业，2002，56-59.
关键词： 真空；蒸汽喷射真空泵；故障；冷凝器；
中图分类号：TH36文献标志码：A文章编号：1671－7597（2011）0410009－01
0 前言
VD（Vacuum Degassing）精炼法是将转炉、电炉的初炼钢水置于真空室中，同时钢包底部吹氩搅拌的一种真空处理法，其原理利用对真空室进行抽真空，在真空状态下对钢水进行脱碳、脱气、脱硫、去除杂质、合金化和均匀钢水温度、成分等处理。其主要设备由真空系统、真空罐系统、真空罐盖车等组成。故障主要发生在真空系统，我炼钢分厂采用的是多级蒸汽喷射真空泵串联。蒸汽喷射真空泵抽气量大，结构简单，但出现故障时，不易及时排查，引起热停工时间较长，损失较大，本文对VD炉真空系统的常见故障及影响因素进行了分析，以便设备维护人员及时排查解决类似设备故障。
1 蒸汽喷射真空泵的工作原理
蒸汽喷射真空泵是利用流体流动时的静压能与动能相互转换的气体动力学原理来形成真空。具有一定压力的水蒸汽通过拉瓦尔喷嘴喉径时达到声速，到喷嘴的扩散部时，静压能全部转化为动能，达到超声速，由压力能转化为速度能，在喷嘴出口处由于高速蒸汽流的引射作用形成低压。工作蒸汽与被抽气流在混合室进行混合，并进行能量交换，混合气流在扩压管内得到减速增压。如果将几个喷射泵串联起来使用，泵与泵中间加入冷凝器使蒸汽冷凝，便可得到很高的真空度（67Pa）。整台蒸汽喷射真空泵由6级泵体与4级冷凝器两大部分组成。各级泵体均由喷嘴、吸入室及扩压器组成，喷嘴一般采用不锈钢材料，吸入室和扩压器等其它部件一般采用碳钢材料。（见图1）
2 影响VD炉真空系统真空度的主要因素
2.1 工作蒸汽压力、温度及干度
蒸汽压力过低及压力波动均对真空泵的能力有较大影响，因此蒸汽压力不应低于要求的工作压力，我炼钢分厂工作蒸汽压力为0.8MPa（表压），实际工作中工作蒸汽压力低于0.5MPa，后期真空度就很难降下来，工作蒸汽压力与温度是相关联的，总的来说工作蒸汽压力越高工作蒸汽温度就越高，用Matlab仿真其相关图形如图2：
另外，要确保供给的蒸汽压力稳定， 这样蒸汽压力就不会出现波动，真空泵性能稳定。蒸汽的干度对真空泵的性能也有较大影响，其中含水会引起真空波动，含水过多甚至会抽不起真空，通常的作法是在汽包前加装汽水分离器以获得干度较高的工作蒸汽，同时对蒸汽管路进行有效保温，还有在操作上蒸汽包注意疏水。为取得最佳的工作效益，为喷射真空泵提供的工作蒸汽应为5℃-10℃的过热蒸汽。如果真空管道内有水，水在比较低的气压下水很容易汽化，水的汽化热很大，很少量的水汽化會带走大量的热，真空状态下热传递是通过对流热传导途径被阻断了，气体热传导和辐射的传热量相对很小，就会出现结冰现象，特别是1级泵拉瓦尔喷嘴喉径很小，对蒸汽的品质要求高，含微量水分都可能引起喷嘴的冰塞，造成开第1级喷射器真空度反而下降或没有作用。
2.2 循环冷却水系统故障
冷却水供量不足，冷凝器会发热，气流声音变大，真空度迅速下降，甚至蒸汽会返入抽气管。我分厂VD冷凝器为喷淋式冷凝器，供水压力为0.3MPa以上，实际生产过程中曾多次遇到循环冷却水故障，常见是喷头堵塞，水管破损，特别是第一主冷凝器（冷凝1、2、3级泵蒸汽）出现故障后，到第三级泵真空度出现反弹，无其余故障特征，不易排查而且处理时间长；另外为避免供水量不稳定而引起真空波动，采用了单独的循环水系统对真空泵的冷凝器进行供水。冷却水质对真空泵能力的影响是一个不可忽视的因素，如果水质差，有异物，会造成冷凝器积垢甚至堵塞，严重影响热交换性能，使蒸汽难于冷凝，从而影响真空度。冷却水温太高，真空泵能力会下降，有时甚至抽不起真空，一般不超过35℃。另外，如果喷淋式冷凝器出现冷热不均情况，则可以肯定有喷淋孔被堵了。
图3
另外VD循环冷却水常见故障是主水包上方VW5阀门故障，该阀门控制主水包到第一主冷凝器的冷却水，设计是为保证各级冷凝器冷却供水，当进到三级泵主水包与分水包之间的VW6阀门关闭，VW5阀门打开保证第一主冷凝器有足够的水量，VW5阀门为气动控制，生产过程中该阀多次出现卡组，更换全新阀门后使用时间不长，又会出现卡组，每次出现故障检修工作量大，而且引起热停损失也很大，后加大该阀气动头并且采用两个气动头使用时间延长，但没有从根本上解决问题，经过分析VW5阀门作用，将其一直为全开状态，观察各冷凝器水温变化及对真空度的影响。经反复冷试证明对真空度影响在控制范围内，从而绕开VW5故障环节，才从根本上解决该问题。
2.3 蒸汽管道及阀门故障
打开蒸汽总阀时会产生巨大冲击与振动，容易使蒸汽管道上的连接螺栓松动、造成焊缝开裂等问题，严重时会造成蒸汽包基础移位，在控制上先打开蒸汽总阀的旁通阀后延时一段时间后再打开蒸汽总阀，适当延长这个延时时间可以有效解决该问；蒸汽管道常见故障蒸汽管道上法兰连接处常常漏汽，多数是由于蒸汽管道的蒸汽阀门打开时引起的冲击振动造成连接螺栓松动，一般更换密封垫后重新紧固螺栓即可，但要选择合适的密封垫，如金属石墨垫，不锈钢齿形垫、或紫铜齿形垫，其次是定期紧固蒸汽管道上法兰连接螺栓；另外蒸汽管道常见故障蒸汽管道上的气动球阀打不开，多数为压缩空气故障，如压缩空气压力过低，压缩空气气路及气源二联件漏气，气动头先导块线圈坏引起。
2.4 真空管道泄漏及蒸汽喷射真空泵故障
常见故障故障1：真空管路的外部泄漏。通常的漏气原因有：真空罐盖与真空罐体的硅橡胶密封圈损坏或有异物，真空管路阀门、人孔等垫片没装好或损坏，螺栓未拧紧，法兰面损坏，焊缝有沙眼，接头（压力表、真空表等）未装好等。停产检修时可采用的查漏方法是整个系统通入带压空气，用肥皂水涂在各处。如有泄漏，漏点会有气泡，有时甚至能听到泄漏的声音。
常见故障故障2：当该级泵加入运行后，真空度非但没有上升。反而急剧下降。 对应冷凝器水温急剧升高。 蒸汽喷射真空泵吸人室内的送气管由于管壁厚度不够，蒸汽压力将薄弱处撑裂，大量蒸汽由送气管的破裂处进入混合室，破坏系统的真空度。下级泵泵的吸人室送气管破裂除上述因素外，还有另一种可能：是由于前一级喷射泵高速气流中夹带的炉气颗粒，长时间冲击该级泵的送气管，使送气管管壁变薄，强度减少，引起破裂，大量蒸汽逸出，破坏系统的真空度。我分厂主要发生在6、5级泵，该故障主要是由于蒸汽喷射真空泵设计缺陷 管壁厚度不够，后来我分厂用水循环泵来代替6、5级泵，同时取消了第四主冷凝器、第三主冷凝器、第四辅冷凝器、第三辅冷凝器，形成由四级喷射泵+水环真空泵和二级冷凝器组成的真空系统，不仅使系统故障率大为降低而且还大大节约了蒸汽用量。
常见故障故障3：抽气至67Pa的时间明显增长。炉气在喷射泵的抽气过程中，先由1级泵的吸入室进入泵体，随后再经2级泵和3级泵进入主冷凝器内。但是有一部分炉气中的颗粒会沉积在2级泵和3级泵的吸人室内，其中以3级泵吸人室内炉气颗粒的堆积情况最为严重，这些颗粒在高温蒸汽的烘烤作用下，会变成硬度很高的堆积物，堵塞泵的真空管道，使泵的抽气能力下降。因此2级泵及3级泵的吸人室需要定期清灰。
常见故障故障4：喷嘴堵塞。在蒸汽喷射泵中，拉瓦尔喷嘴的喉径较小，一旦蒸汽管道中的异物随蒸汽进入拉瓦尔喷嘴时会造成喷嘴堵塞，从使喷射泵失效。特别是真空泵系统停用时，蒸汽管道易生锈，锈斑在使用时掉落堵塞喷嘴。一般来说，第6、5级喷嘴孔径较大，不易堵塞，最易堵塞的是第1级的喷嘴。
3 真空系统的故障处理[1]
蒸汽喷射真空泵在使用过程中有时会出现抽真空时太长、真空度反弹、达不到规定的真空度要求等情况，必须对故障进行具体分析，查找原因。在查找原因、解决故障时按以下顺序进行时可以避免走弯路，起到事半功倍的作用。
1）检查真空测量仪表及装置是否有故障或失效，最好有两套以上的真空测量仪表装置，必要时用麦式真空计校正。
2）检查工作蒸汽的压力、温度、干燥度、疏水情况、波动情况等，定期检查校正压力表读数是否准确。
3）检查循环冷却水供应是否正常，包括水温、水压、水量、水质等，有异常时重点检查冷凝器及喷射泵。
4）查看生产工艺是否变化，氩气搅拌的大小、钢水是否产生过量气体等。
5）检查真空泵系统本身是否有故障，包括泵系统泄漏、喷嘴堵塞或损坏、喉管直径磨损增大、扩压管的收缩段和排出口积垢、大气腿泄漏或积垢堵塞、冷凝器积垢堵塞、抽气管道积水等。
参考文献：
[1]庄细华，蒸汽喷射真空泵的影响因素及测试罩的应用[J].聚酯工业，2002，56-59.