摘 要:本文以某污水处理厂鼓风机出现喘振这一现象进行研究,详细阐明某污水厂鼓风曝气系统所用离心鼓风机的结构原理,并对造成鼓风机喘振的这一原因进行分析,提出一些解决方案并分析其可行性。
关健词:鼓风机 喘振 故障 曝气系统 压力
某污水处理厂处理规模为10m3/d,采用工艺为厌氧---缺氧---氧化沟工艺,通过近三年多时段的运营发现,此工艺运行安全可靠,操作简单,投资较省,运行成本低,自动化程度较高,是一种很好的城市污水处理方法。不过在运营过程中发现,部分机械设备出现故障报警率提高的现象;原来几乎很少发生故障的设备现在也开始亮起红灯,频频有报警信号弹出,出现自动停机,其中包括大型设备——鼓风机。
由于鼓风曝气系统是整个污水厂处理工艺运营的核心部分,现针对鼓风机在运行过程中经常发生的喘振问题进行分析总结,查出原因以供大家共同探讨交流。
一、某厂鼓风曝气系统的基本情况
某厂鼓风机采用德国进口的原装离心式鼓风机,每台额定风量在5200m3/h,可在2722~6048m3/h之间进行调节风量;电机功率为160KW,其正常情况下,最高进气温度在40.2。C,进出口风压差在0.66bar,最高不能超过0.68bar,电流在240A~265A之间,最高转速为18466rpm,轴承温度不超过75度。
其设备的主要组成部分有:压缩机主体,齿轮箱、驱动电机、入口导叶(抗压)系统,出口导叶(抗压)系统、联轴器、就地控制柜、润滑系统、叶轮组成。三是曝气系统,由数排管式曝气头组成,均匀分散在氧化沟的池底,对整个系统提供微生物所需要的氧气。示例图示如下:
二、离心鼓风机工作原理
离心式风机是由原动机带动叶轮旋转,叶轮旋转后,叶轮上的叶片就对流体做功,从而使通过叶轮的气体能量升高的风机。其工作原理为:先使叶轮内充满气体,当叶轮旋转时,气体也被带动一起旋转起来,这时气体必然受到一个离心力的作用。在这个离心力的作用下,气体的静压能提高了,这时气体从叶轮的中心被甩向叶轮的边缘,于是叶轮中心处就形成真空。外界气体在大气压的作用下,源源不断地沿着吸入管向中心处补充,从叶轮得到能量的气体则流入涡壳,将一部分动能转变为压力能,然后沿着压力管道排出。这样,就形成了风机的连续工作。
三、什么叫鼓风机喘振
鼓风机在运转过程中,当管道中的气体压力大于风机出口处的压力,管道中的气体倒流向风机,直到管道中的压力下降至低于鼓风机出口压力才停止;并发出很大的声响,机器产生剧烈振动,以至无法工作,这就是喘振。
四、某厂鼓风机出现喘振、停机故障现象的具体情况描述
根据某厂三年来的运行数据显示,此鼓风机运行工况相对来讲一直比较稳定,在正常运营情况下,一般开一到两台鼓风机就可以满足整个污水处理工艺的运行所需。另外当开两台鼓风机时,即使两台风机流量调到最少,出口压差也在0.7bar以上,因压差过大,鼓风导叶都不能调到100%;鼓风机出气管道的气流噪音有时会时高时低,产生周期的变化,并会突然增加,产生爆音现象,运行工况很差。
五、鼓风机喘振停机的原因分析
针对这一问题,经分析有一下几种情况可能引起这一事故的发生:
一是进口管道堵塞,过滤系统严重老化,使进气不畅通引起,但经过后来对进出口过滤网的更新,发现这一现象并没有消除,所以给予排除;
二是鼓风机运行时间太久,齿轮叶轮磨损,使压力达不到设计要求;但经过生产厂家专家检查发现,鼓风机机械部分效果优良,而且为新买机械,运行时间不是很久,设备还在正常使用期内,所以,这一原因也进行排除;
三是管路系统压力(鼓风机背压)过高,引起鼓风机的喘振停机。对鼓风机背压过高,引起鼓风机的喘振原因现根据污水厂实际情况分析如下:
1)管道阀门系统的影响:1、2号氧化沟由于曝气系统设计不合理,用两根支管互成供气(如上图),造成管道前端气压大,后端气压小,中间各别廊道曝气不均匀,形成溶解氧达不到设计要求这一状况。为了减少这一设计误差,现污水厂管理人员对这一系统进行调配,通过调节支管管道阀门,达到配气均匀这一目的,即一根支管只供一个氧化沟用,使曝气系统形成两条单独供气网,虽然这一决定取得了理想的曝气效果,但却增大管路的阻力。通过试验,发现鼓风机的出口压差有所下降,到达0.69左右,但仍然没达到鼓风机出口压差的正常标准,说明这一压力不是形成鼓风机背压过大的主要原因。
2)空气温度的影响:空气温度高,湿度大容易引起管路系统气压的升高。近期因南方天气湿度大,春夏季节,经常下雨,使空气含有大量水份。现在对冷凝水排放将由过去两天排放一次,改为一天一次或者一天两次,虽然,对降低管道系统压力有一定效果,但还是没有达到鼓风机系统运行的理想出口压差。
3)曝气膜片的影响:污水厂曝气膜片从开始运行至今,已使用3年多,曝气管的膜片老化引起管道的气压过高,是很有可能的。尽管厂内所有曝气头都采购自国外厂家,质量方面得到保证,根据其使用年限为五年左右,还没有到达实际使用年限;新的曝气管。当然这种改造将造成很高的费用,应作为生物池的大修项目来考虑,至于加装曝气管,会减小好氧池的缺氧段,对生产工艺会有一定的影响。
4)水位的影响:氧化沟如果水头过高,会大大增加曝气的压力,建议降低出水堰板的安装高度,但现在出水堰板已安装在最低的位置,如要降低,需要破坏墙体,可能性不高;如果提升曝气管的安装高度工作量也大,何况这一设计是经过求证为最佳曝气位置,不能更改。
5)管道锈蚀的影响:由于污水厂内曝气系统管道采用碳钢,内壁容易生锈,形成的铁锈末堵塞气孔,这也是造成曝气老化的一个主要原因。建议打开冷凝水放空阀,其后迅速关闭,利用气流的冲击力引起膜片、曝气孔的突然膨胀,使附在膜片上的泥脱落和气孔中的异物排除,另外还可使用清洗机对曝气头的清洗;但此类方法实际效果不是很理想。
六、对鼓风机喘振问题的结论
生物池的曝气是污水厂的中心,曝气量的多少能直接反映该厂的用电量处理量。如何减少鼓风机的喘振率,改善进出口风压差,是提高鼓风机的利用效率的关健。曝气系统使用有三年多,需要进行大修,如果要彻底的解决曝气系统的背压过高的问题,要么进行设备升级,更换大功率鼓风机,此方法不太可能;要么对原有曝气的管路系统及曝气系统进行改进。
七、结束语
经过相关人员论证后,污水厂对鼓风曝气系统进行整改,首先把原有的碳钢管道更换为不锈钢管道,接着更新了所有曝气头;经过几个月的紧张施工,通水试机后发现,鼓风机曝气的进出口压差恢复到正常值0.66~0.68bar范围,由此说明,污水厂在使用离心式鼓风机过程中,出现上述故障情况,为曝气头老化所至。通过这此问题的总结,我们也制定出鼓风机保养计划,为以后鼓风机正常运作提供一个坚实的保障。
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