關(guān)鍵錦工：羅茨風(fēng)機；螺旋密封；轉速；技術改造
一、前言
揚州石化有限責任公司常壓裝置塔頂油氣輸送風機——羅茨鼓風機（型号TAR100， 8 Nm3/min，1480 r/min（變頻），0.15（出口）Mpa，37KW，兩級鼓風，帶傳動，年運行8000 h），壓縮常壓塔頂輕烴並(bìng)輸送至催化裂化裝置氣壓機入口由吸收穩定單元進行分離，主要分離出液化氣，幹氣。當前裝置原油處理量42.3萬T/年下，該風機正常工作狀态下一、二級出口壓力分别爲0.10、0.12Mpa，一、二級出口壓力均大於(yú)催化裂化氣壓機入口壓力（0.06 Mpa），維修頻次約6次/年，故障維修時間較長約60h/次，使用循環冷卻水≥2T/ h。
經過技術經濟分析後認爲，由於(yú)氣體管路阻力較小，輕烴向氣壓機入口輸送的能力有富餘；故障時設備(bèi)維修次數及單次維修時間過長；風機轉速存在200-300rpm的波動等問題。因此在機組輸送能力和設備(bèi)有效利用率上有改善的空間。
二、項(xiàng)目内容與實(shí)施效果
從(cóng)節能和降低機組故障率的目的出發，我們提出瞭(le)以下幾點改進措施：
1、降低機組負荷從而降低電機電流。因電機故障率較低，運行周期一般爲風機的6倍以上，故改兩級鼓風爲一級鼓風，拆除電機雙側皮帶中的一側，壓縮油氣流程由串聯改爲並(bìng)聯/串聯均可使用，一般根據管路沿程壓降計算公式P=λ×ρ×（L/D）×（V-2/2）（單位：Pa）可以計算得出管路壓降。爲簡化計算過程，查相關圖表得知：DN80mm，L=100m空氣管道的阻力降約爲0.254～1.892KPa，輸送油氣的管道阻力降≤3.5 KPa。所以正常情況隻運行風機其中一級即可達到輸送要求，另外一台風機則變爲備(bèi)用機。機組負荷降低近35%，實測電機電流從45A降至30A，電機功耗降低約33%，同時僅增加四千元的管路流程改造投資即獲得備(bèi)用風機一台。
2、提高設備有效利用率。減少定期/臨時維修時間，從而減少因維修導緻的輕烴放空/放低壓瓦斯管網的洩放量。改爲單級鼓風後，另外一台風機等於(yú)多出瞭(le)一台備用機組，一台發生故障時，僅需20分鍾的時間用來更換皮帶、切換機組，機組故障維修時間由60 h/次×6次 /年（約360 h /年）降至20min×6次=2 h/年，減少油氣洩放約360 h。
3、降低軸承故障率，節約中小修費用。原機組的軸封採(cǎi)用的是光軸+骨架油封（4片）密封，該密封形式不能保證對介質的完全密封，運行一段時間後，洩漏出來的輕烴組分冷凝後就會積存與軸承座，溶解稀釋瞭(le)潤滑脂，造成潤滑不良，軸承損壞頻繁。拆解分析，我們採(cǎi)取瞭(le)採(cǎi)用螺旋槽密封+反向密封氮氣流程，用節流孔闆+針形截止閥控制氮氣流量。
當氮氣通過連續螺旋時，其流動狀态發生變化，承受周向速度Vt和周向壓力P。Vt可分解爲沿齒槽流動的速度V1和垂直於(yú)齒面的速度V2，V2可再次分解爲軸向分速度Va，借助於(yú)螺旋槽的推進，形成“泵送”作用而将少量氮氣不斷反向輸送至壓縮腔内，形成密封。該措施增加氮氣用量約1m3/h，保證瞭(le)軸承座内微正壓，充分保護脂潤滑軸承避免與輕烴接觸，延長軸承使用壽命三倍以上。
4、停止一、二級間循環冷卻水的使用達到節水目的。烴類熱裂解總會産生焦類物質，測(cè)量原級間氣體溫度，夏季風機出口介質溫度最高溫度爲65℃，測(cè)得軸承及同步齒輪傳動機構溫度爲68℃，該溫度未超過廠家設備(bèi)安全設防值75℃，在該溫度下不會導緻介質油氣的結焦傾向加大。所以，無級間冷卻水仍能滿足工藝生産和設備(bèi)安全的要求，可以節約使用循環水≥1.5T/ h。
5、改善羅茨風機轉速不均勻狀況。轉速時不均勻時，零部件承受交變(biàn)應力，長此以往，易破壞産(chǎn)生突發故障。羅茨風機轉速是否平穩主要受變(biàn)頻器工作穩定狀況、氣體負荷變(biàn)化、級間帶液情況、皮帶是否打滑等影響，是根據常壓塔塔頂壓力進行控制的，常壓裝置原油加工量增大後，原有入口管線、換熱器、壓降變(biàn)大。塔頂壓力升高時，風機轉速應升高，而此時吸入氣體量卻不足，導緻風機産(chǎn)生短時“飛車”現象。數據分析及現場查看後認爲，從塔頂塔頂油氣冷卻器入口冷卻器出口頂回流罐風機入口緩沖罐壓力分布分别爲70Kpa65Kpa35Kpa10Kpa4Kpa，因此初步判斷常壓塔頂系統結鹽或管路流通能力不足現象，壓降較大部位見下圖。
①在冷卻器處壓降最大。結鹽機理如下：原油加工過程中，有機氯發生分解生成HCl或無機氯的鈉鹽、鈣鹽、鎂鹽。常壓塔頂注入氨氣（NH3），NH3 和HCl反應生成NH4Cl，當塔内出現液相明水時形成NH4Cl水溶液NH4Cl水溶液在流動過程中随溫度的升高，水分逐漸失去而成爲一種黏性很強的半流體與鐵鏽等一起沉積附著(zhe)在設備(bèi)、管線内壁，導緻流通截面變小，壓降增大。
②頂回流罐風機入口緩沖(chōng)罐的壓降較大，導緻頂回流罐風機入口緩沖(chōng)罐管道（DN80mm）爲利舊，小於(yú)風機入口管徑（DN100mm），目前無法更換。
在滿足塔頂(dǐng)油氣冷卻效果的情況下，稍開冷卻器副線閥後，壓力變(biàn)化爲70Kpa60Kpa43Kpa18Kpa10Kpa，風機轉速目前僅有20～50rpm的波動，情況大有好轉。
三、經濟(jì)效益與社會(huì)效益分析
措施（1）節省用電(diàn)約爲7KW×24 h×330=55440 KW·h，即減少電(diàn)費(fèi)（0.6166元/ KW·h）支出約3.4萬元。
措施（1）增加初始投資0.4萬元，分攤(tān)後(hòu)約0.03萬元/年。
措施（2）每年減(jiǎn)少油氣(qì)（約5000元/T）放大氣(qì)/放低壓瓦斯總網約0.102T/ h×360 h=36.75 T，約18.375萬元。
措施（3）增加氮氣(qì)消耗（1.20元/ m3）約(yuē)1m3/h×8000 h=8000 m3/年，約(yuē)9600元。
措施（3）減少中小修及配件費(fèi)用（1160+2000）元/次×3次/年=9480元/年。（每次維修，軸承約500元，油封約480元，皮帶(dài)約180元，工時費(fèi)約2000元）
措施（4）減(jiǎn)少循環(huán)水使用約≥1.5T/h×8000 h=12000 T/年。約1萬元。
以上合計節約22.545萬元/年，取得瞭(le)較好的經濟效益；同時大大減少瞭(le)油氣放空/放低壓瓦斯管網，取得一定的節能減排社會(huì)效益。
四、存在的主要問題(tí)和改進(jìn)措施
由於(yú)風機轉速仍有少量波動，預計下次裝置計劃大修時，採(cǎi)取更換塔頂油氣出口管線、增錦工機入口管線和清洗管路、換熱器等措施，增大流通面積，降低壓降，使風機轉速更加均勻。
參考文獻
《煉油設備(bèi)基礎知識》 馬秉骞 主編(biān)
《煉油設備(bèi)工程師手冊(cè)（第二版）》，中國石化出版社
山東錦工有限公司是一家專業生産羅茨鼓風機、羅茨真空泵、回轉風機等機械設備公司，位於(yú)有“鐵匠之鄉”之稱的山東省章丘市相公鎮，近年來，錦工緻力於(yú)新産品的研發，新産品雙油箱羅茨風機、水冷羅茨風機、油驅羅茨風機、低噪音羅茨風機，赢得瞭(le)市場好評和認可。
能源産業是是國民經濟的重要組成部分，能源産業既促進瞭(le)社會和經濟的發展，也給人民的生活帶來瞭(le)極大的便利。當前，我國能源産業正面臨嚴重的能源威脅和環境保護兩方面的壓力，火電廠主要通過能源的消耗轉換電能，因此火電廠要提高經濟效益、緩解能源壓力的關鍵在於(yú)降低能耗、提高能源的使用率，節能減耗是電力行業今後發展的重心。所以，研究電廠羅茨鼓風機的節能技術，在降低能源的消耗以促進國家的可持續發展中具有重要的意義。
1 電(diàn)廠(chǎng)羅茨鼓風機運行現狀和技能潛力分析
當前我國電廠使用的羅茨風機不僅數量多，且種類也多，大量羅茨風機的使用造成瞭(le)巨大的電量的損耗，有研究表明，每年羅茨風機消耗的電量約爲全國發電量的6.1%，羅茨風機消耗的電能，很大程度的擡高瞭(le)電廠的運營成本。我國電廠羅茨風機使用的型号也存在不少的問題，當前我國電廠中隻有少量的羅茨風機採用氣動給水泵，液力耦合器及雙速電機，絕大多數的水羅茨風機都採用定速驅動，定速驅動的羅茨風機存在嚴重的能源損耗，不僅如此，當機組處於變負荷運行時，水羅茨風機的運行點容易偏離高效點，導緻工作效率低下。 有資料顯示：我國50MW以上機組鍋爐風機運行效率低於70%的占一半以上，低於50%的占1/5左右。超過66%以上的使用羅茨風機的機器在運行時能耗嚴重，必須對其進行節能技術改造。大量能耗嚴重的羅茨風機的存在，意味著(zhe)對羅茨風機的改造具有很大的節能潛力。
2 能耗嚴重原因分析
首先，科技投入。國家在相關技術的科研投入不足，有些科研結果未能及時的運用到企業的生産中；電廠生産工藝落後，導緻線性誤差大，過流表面粗糙。我國電廠羅茨鼓風機的模型採(cǎi)用木模整體鑄造的工藝，然而中、高比轉速離心式羅茨鼓風機的葉片較爲扭曲，因此造型的起模難度大，造型存在較大的誤差，最終導緻羅茨鼓風機的實際效果嚴重低於(yú)實驗效果，這也是導緻羅茨風機造成嚴重能耗的原因之一。
其次，羅茨風機套用定型産(chǎn)品存在缺陷。當前我國大多中大型羅茨風機採(cǎi)用套用定型産(chǎn)品的方式。普型採(cǎi)用分檔設計，中間的間隔大，一般隻能套用相近型産(chǎn)品，這種情況下容易導緻羅茨鼓風機在實際的運行中容易偏離最優的運行區，從而導緻羅茨風機運行效率低，能耗高。在設計選型時，裕量過大，也導緻羅茨風機在運行中容易偏離最優區。
3 節能改造方法
3.1 科學合理選型
有條件的企業可選用高效節能型羅茨風機，這是節能最基本的前提和措施。電廠企業要廣泛的瞭(le)解國内外羅茨鼓風機的性能，在選擇時要對羅茨鼓風機的性能做全面的評價，選擇最優型；合理選擇原動機。羅茨風機的驅動和調節方式要根據具體情況選擇；受原動機效率高低影響因素的影響，原動機要選擇裕量爲小的，才能讓原動機符合長期保持在額定功率的範圍内，才能提高機組整體的運行效率。羅茨風機的工作參數和裕量的選定要正確(què)，要保證參數和裕量能夠同屬系統的最大需求和防止容量超過範圍而影響運行效率。
3.2 改善調節方式
羅茨風機的調節要随著(zhe)主機組的負荷變化而變化。如果羅茨風機的調節變化與主機組的負荷變化不符，會造成巨大的能源浪費，這也是浪費的主要根源。所有必須採用經濟且有效的流量調節方式；羅茨鼓風機的調節方式要依據具體情況，要堅持安全和高效兩個原則。在確(què)定羅茨鼓風機滿足工作需求的前提下，通過科學的分析手段得出投資費用、耗電費用和維護管理費用的最低方案，這個方案就是羅茨鼓風機最合适的調節方式。
3.3 對(duì)原有的高能耗羅茨風(fēng)機加以改造
大量淘汰舊設備(bèi)，更換節能新設備(bèi)的方式會極大的提高電廠的運營成本，因此電廠要對原有羅茨鼓風機和調節裝置加以改造。電廠可依據本廠的技術力量，對羅茨鼓風機的葉輪、蝸殼等流通部分加以改造或者對原動機進行變頻改造；調節裝置可以改爲軸向導流器，不僅減少瞭(le)投資費用，還能起好很好的節電效果；循環水泵定速，電機改爲靈活性更強的雙速電機運行，能夠很好的節省電能。
3.4 完善高效率羅茨風(fēng)機(jī)
首先羅茨鼓風機在設計工況及其附近運行時，具有較高的效率，羅茨風機的選型不當、機爐出力變化和管路阻力的變化會導緻羅茨鼓風機的容量過大或過小，在這種情況下會導緻高效的羅茨鼓風機變的不夠高效。所以，要對高效的羅茨鼓風機採(cǎi)取适當必要的改造以提高其運行的效率；其次，改進管路系統。羅茨鼓風機的運行效率除瞭(le)與自身的性能相關外，還與裝置系統的流通性能有關。管路系統性能要符合羅茨鼓風機的性能。管路系統設計不合理以及管路系統運行後容易出現鏽蝕、灰垢堵塞、洩露等問題。因此，在改進管路系統時要減少水路管阻力帶來的損失，讓氣和液體的流動和分配均勻，要注意管路系統的密封性，防止洩露。
3.5 做好羅茨鼓風(fēng)機(jī)的安裝和維修工作
3.5.1羅茨鼓風(fēng)機動(dòng)、靜部件之間有合理間隙和轉子的中心位置
當(dāng)間隙增大時，會增加高壓側(cè)流體向低壓側(cè)流體的洩露，會降低羅茨鼓風機的容積效率，因此，在保證羅茨鼓風機的安全運行下，羅茨鼓風機動、靜之間的部件之間的間隙要盡量減小。
3.5.2保證(zhèng)葉(yè)片和流道的光滑
流體的流動(dòng)損失不僅受流道形狀有關，葉片和流道的光滑程度也會影響流體的流動(dòng)阻力損失。相關的實驗證明，通過在泵體的内壁塗漆增加光滑度，很好的減少瞭(le)輪盤摩擦阻力損失，可提高泵3%的工作效率；用打磨的方式将泵内以及葉輪的粗糙部位磨光後，提高瞭(le)泵11%左右的工作效率。
3.5.3做好羅茨鼓風(fēng)機流道型線的保持修複(fù)工作
羅茨鼓風機在使用後流道常因灰垢、磨損和氣蝕導(dǎo)緻流道原有型線的改變(biàn)，增加壁面的粗糙程度，這些都會削弱羅茨鼓風機的性能，降低工作效率。因此要對流道的型線及時的清理和修複。
4 結語
在電廠(chǎng)對羅茨風機的節能技術改造時，並(bìng)不能僅僅局域與以上幾種方法，電廠(chǎng)要對自身的具體情況進行詳細的分析和研究，用科學的計算方式得出最優的節能改造方案，電廠(chǎng)才能收到最好的節能效果，從而提升電廠(chǎng)的效益。
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羅茨風機的風壓不受風機限制，但是風量與風機轉速成正比，因此採(cǎi)用恒轉矩負載的方式，能夠具有更高的功率以及節電率，因此在羅茨鼓風機的運行過程中，對羅茨風機進行技術改造，改變以調節閥門開度的方式調節風量等生産方式，能夠有效的降低勞動強度和能源消耗，爲瞭(le)做好羅茨風機的節能改造，可以採(cǎi)用節能馬達、軟啓節能、預測控制以及變頻技術實現節能。
羅茨風機變頻節能技術
採(cǎi)用變(biàn)頻節能技術，是採(cǎi)用電力半導體器件的方式，通過智能控制，能夠實現節能。在羅茨風機中採(cǎi)用變(biàn)頻的節能方式，因爲羅茨風機的風量與風機轉速成正比，因此採(cǎi)用變(biàn)頻節能的方式，能夠降低風機的耗電量。傳統的羅茨鼓風機主要是採(cǎi)用控制排風量的方式控制輸出流量，因此採(cǎi)用變(biàn)頻技術能夠降低羅茨風機的運行轉速，從而減少電能。採(cǎi)用羅茨風機節能技術，能夠實現系統軟啓動、軟停止，使羅茨風機的運行更加穩定，從而減少機械磨損，延長羅茨風機以及電機的使用壽命。而且變(biàn)頻技術的能夠實現全自動控制，實現智能控制。
羅茨風機變頻改造是當前羅茨風機的節能的主要技術，根據羅茨風機的負載特性，採(cǎi)用變頻器對羅茨風機進行變頻控制，並(bìng)且人工給定信号進行控制，能夠實現變頻器自動增加或減少電機運行頻率，在保證生産的情況下，實現變頻節能。通過變頻改造，能夠提升節能效率，減少維修費用並(bìng)且節省勞動力。
羅茨風(fēng)機節能馬達(dá)節能技術
馬達節能是採用高效節能電機的方式進行節能，採用高效電機節能的方式，能夠實現直接啓動以及變頻器調速，而且起到節約能源，降低長期運行成本的效果，從而能夠提升4%左右的節能效率。在羅茨風機中採用節能馬達技術，能夠實現自動控制，採用稀土永磁高效節能電機，電機功率因數高於(yú)0.90，具有電機電流小，延長系統整體運行壽命的效果，能夠提升節能效果。在羅茨風機中採用節能馬達技術，能夠減少人工成本，實現自動控制，並(bìng)且達到節能的目的。
羅茨風機 預測控制
預測控制是近年發展起來的新型計算機控制算法，預測控制是一種智能控制技術，採用持續優化和反饋校正的方式，能夠實現精確控制。在羅茨風機中採用預測控制技術，採用智能化控制，對羅茨風機的轉速以及負載進行調節，從而實現節能。採用預測控制的方式，能夠對羅茨風機的運行進行有效的控制，實現精確的控制，對於(yú)羅茨風機的節能具有重要的意義。由於(yú)預測控制具有适應複雜生産過程控制的特點，所以預測控制具有強大的生命力。可以預言，随著(zhe)預測控制在理論和應用兩方面的不斷發展和完善，它必将在工業生産過程中發揮出越來越大的作用，展現出廣闊的應用的前景。
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(來自：羅茨風(fēng)機(jī)，羅茨真空泵，羅茨鼓風(fēng)機(jī)，節能技術，
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一污水處(chù)理廠(chǎng)客戶對羅茨鼓風機進行技術改造後，跟我們交流節能改造技術經驗，下面錦工技術人員簡要總結一下，羅茨鼓風機節能改造的經驗，全是幹貨。
首先，客戶改變(biàn)瞭(le)過去以調節出口閥門大小方式來調節風壓或風量的生産方式，勞動強度減輕，調節的及時性好，單機能耗明顯下降。
其次，客戶加裝瞭(le)錦工羅茨風機專用變(biàn)頻器，變(biàn)頻器對風機實行節能改造後具有以下幾點優點：
1、提高功率因素，減(jiǎn)少無功功率損(sǔn)耗 ；
2、採(cǎi)用變(biàn)頻器控制具有自動節能控制功能，能根據負載情況自動調整電壓和頻率，使電機運行在最高效率狀态下；
3、變(biàn)頻器具有先進的磁通矢量控制，低頻輸出額定轉矩，能對(duì)羅茨風機實行強有力的控制 ；
4、節(jié)約(yuē)能源，降低運行成本；
5、實現軟啓動、啓動時無大電(diàn)流沖(chōng)擊；
6、延長(zhǎng)螺茨風(fēng)機的使用壽命。
最後，客戶總結，在污水處理系統中，各種水泵也需要節能，我們可以根據工藝的需要，採(cǎi)用變(biàn)頻器控制，來達到節能的目的，同時，在水泵安裝的時候，也要注意以下幾點來達到節能的目的。
1、選擇合理的安裝位置，減(jiǎn)少彎頭，使出水口正對(duì)水池。
2、縮短管路。
3、擴大出水管徑。
4、在進(jìn)水能保持清潔(jié)的情況下，可去掉濾網。
5、調整軸向間隙，防止葉輪口環和軸向間隙不恰當(dāng)，使用時應根據水泵的出廠(chǎng)說明調整。
6、及時消除管道堵塞物。異物留在進水管、葉輪或導(dǎo)流殼流道内，都将使出水量減(jiǎn)少。
7、防止水泵進氣。水泵進瞭(le)空氣，出水量會明顯減少，應對(duì)各密封部位檢查維護。
8、採(cǎi)用聯軸器直接傳(chuán)動代替平皮帶，可提高傳(chuán)動效率。
9、有些地方，能不用底閥(fá)的盡(jǐn)量不用底閥(fá)。
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(來自：三葉羅茨風機，二葉羅茨風機，羅茨風機，羅茨鼓風機，變頻器，
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