用技术革新消除卧螺离心机配管中的不利因素

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摘要：卧式螺旋离心机主要应用于污水处理厂及一些化工厂的污水脱泥，经常被选用的是阿法拉伐卧螺离心机，如ALDECG2系列离心机，应用广泛效果好，但由于设备工作特性，使用几年后，启动时不能快速越过设备固有共振区。因此振动位移大时间长，过大的振动位移对工艺管道带来的影响较为不利。

关键词：卧螺离心机；开机振动；工艺配管；技术革新

中图分类号： C35 文献标识码： A

一、设备振动对配管的不良影响

自动化程度高的企业，污水脱泥工序后液相（澄清液）和固相（固料）要分别进入下道工艺设备，设备振动位移与工艺配管之间的矛盾显得比较突出。如下图中的卧螺离心机：

ALDECG2-100

此设备为G公司引进的丹麦产阿法拉伐卧式离心机，进料口和动力箱在固料出口一侧，该设备用于该厂污水处理的污水脱泥，设备及控制柜安装在第二层平台上，固相出口接入一层螺旋输送机，液体出口接入一层地沟。

该离心机已经投入使用多年，上图中柔性接头处不论使用定制的波形补偿器或用帆布、橡胶等材料制作的柔性接头，均不耐用，损坏后浆液喷洒在楼面上，管内的气体溢出，臭气四溢，还有轻微的腐蚀性，日积月累也对控制柜中精密电子元件造成损害。产生的维修成本已经累集成一个不容忽视的数字，引起了上级主管部门的注意，要求G公司彻底解决。

二、设备运转状况采集与分析

承接此任务后，我们对设备的运行情况进行跟踪监测，一段时间后得到了设备运行的实际资料，现将测得的工况参数整理如下：

1、平台层高3m，地沟深度1m，出液管采用φ219×6钢管，插入地沟深度0.5m，出口未设弯头。

2、设备液体出口距离接管法兰口高度1.13m，出液口尺寸：860×800/305×245；柔性连接尺寸：800×245 H=160；方变圆管尺寸：800×245/φ219 H=350；

3、设备启动时共振区时长2.7~3.2秒，出液口在（X，Y）平面振动位移最大32.6mm，Z向振动位移最大值10.4mm，平稳运行后测得振动5.3mm/s，状况良好；

4、设备启动后进料前会在出液口产生一个0.012Mpa的负压，进料后消除；澄清液从转鼓中滗出后靠重力流入出液管；固料出口运行一直正常，无须进行处理。

从上面的数据中可以分析出来，导致柔性接头损坏主要的原因是设备启动时的振动，因较大的振动位移周期性作用，导致了柔性接头因疲劳损坏，加上腐蚀、老化等原因，使得该处的连接寿命更短。我们要解决的问题就很明确了：

1、已经配置好的出液管不能受设备振动的影响，连接处经久耐用；

2、第二层平面上出液管不能有气体溢出；

3、因取样装置还起着观测澄清液的作用，阀门是处于常开状态，要有防止出液管内气体溢出的措施。

三、用小革新解决大难题

针对第一个问题，刚性连接不能用，事实证明了柔性接头在这里也是失败的。既不能刚性连接，又不能用柔性接头，经过研究论证，决定离心机与出液管之间采用承插连接，承插管与承插座之间留有有足够的空间，使设备的振动位移无法传递，以此解决振动影响和耐久问题。

对于第二个问题，用什么来防止气体溢出呢？填料就直接不予考虑了，用抽气机的话成本也太高了，气体密封，水封的效果自然是首选，这个问题也轻松解决了。

至于第三个问题，不大不小，解决起来却是有些棘手，振幅这么大，不适宜配透明管或设置观测孔，最后，我们选用了日常生活中的用品：存水弯，至此，所有的问题都解决了。

所有的因素综合考虑后，一个新的构件诞生了：带水封的承插接头，这只是个小革新，它是个兼有补偿、密封、取样、观测作用的管件套，能彻底消除设备与工艺管道连接之间的相互影响，是一个用生活用品解决工业难题的构件，命名为水封承插，构造示意见下图：

1、天圆地方；2、水封罩；3、水封座；4、承插座；5、变径管

（一）构件组成与说明

水封承插主要由图所示5大部分组成，取样与观测装置未特别标注，构件总尺寸1.12m，配以垫子后在1.13m，与设备原配管高度相吻合。

1、图中红色部分代表液体；天圆地方就采用原来所配的构件，取消软连接直接与卧螺机出液口用法兰连接，下方φ219×6短管保留长度L=180mm，插入承插座深度80mm；

2、短管上焊接水封罩，水封罩尺寸为：φ425×120（直径×高度），底板为δ=6mm钢板，壁板为δ=3mm钢板，水封罩插入水封座65mm，距离水封座底板20mm；

3、水封座焊接在承插座上，水封座尺寸为：φ525×90（直径×高度），底板为δ=6mm钢板，壁板为δ=3mm钢板，承插座上口比水封座上口高20mm，水封座内充水高度50mm左右；

4、承插座采用φ325×6钢管，配以冲压变径管（5号件）φ325/φ219过渡，与楼面配管法兰连接，承插座与固相出口旁通焊接连接；

5、取样与观测装置采用原配阀门和管道，出水管增加S型存水弯一个，接水口增加P型存水弯一个，出水管因和设备连接有振动，配以吊耳管夹，采用CO型花篮螺栓调节固定。

（二）可行性验证

1、启动振动影响消除验证

a）承插座与承插管：承插管外径为φ219，承插座管内径为φ313，承插管与承插座之间的间隙s=（φ313-φ219）/2=47mm，设备启动时（X,Y）面振动位移最大32.6mm，承插管振动位移达到最大时与承插座之间还有14mm的空间，不会引起碰撞，承插管插入承插座深度80mm，为此Z轴振动位移完全可以忽略不计；

b）水封罩与水封座：水封罩直径取φ425，水封座直径为φ519/φ325圆环，水封罩壁板与圆环内外壁距离分别为：s1=（φ519-φ425）/2=47，s1=（φ419-φ325）/2=47，设备启动时（X,Y）面振动位移最大32.6mm，不会发生碰撞，水封罩壁板距离水封座底板20mm，Z轴方向振动位移最大10.4mm，安全距离足够，，设备启动时振动影响被消除。

2、气体密封验证

K厂在日常使用ALDEC G2-100离心机时，处理量58m³/hr；进液含泥量3%，污泥回收率96%，处理后泥饼含水率62%，由此计算出每小时出液管负荷：流量Q=58-58×3%×97%56.33m³/hr=0.0156m³/s，φ219×6钢管内部通径φ207，通过面积S=（0.207/2）2×3.14=0.0336；流速V1=Q/S=0.0156/0.0336=0.464m/s，即只要满流状态下管道内液体流速达到0.464m/s，管内流量就与设备出液量相等；

实际工况下取重力加速度为常量g=9.8m/s2，天圆地方的圆口到地沟内出液管口距离为H=1.13-0.35+3+0.5=4.28m； 已知自由落体的速度为，

两边对时间积，

合并后得到，变形为，==0.935s；

抛开管道比阻和其他因素影响，=4.577m/s这里看出，管道内液体自重流速为上述实际流量计算值的9.864倍，管道内不会出现满流状态，澄清液就不可能溢出，也不会产生正压和负压，气体能被可靠的密封。

四、实际应用效果

可行性验证通过后，实际制作时做了以下改进：承插座φ3256管缩短50mm，变径管下方φ219管道加长到150mm，变径管与此短管改为法兰连接，使水封承插各部件装拆较方便。

第一台设备改造完成经过一段时间的生产检验后，事实证明使用承插水封对问题的解决较为彻底，G公司迅速进行了厂内其他同类设备的改造，并将改造技术资料上报，其上级主管部门对该成果检验后予以了认可，并在公司所属企业内推广使用。在这里要说明的是：水封座内的水不会被开机时的负压吸走，本文不再计算证明，而存水弯处的微量蒸发影响可以忽略不计。

水封承插单件制安装费用不到1200元，两人6小时可施工完成，成本约为一个定制波纹补偿器采购价的70%，符合经济性原则；水封承插的原理就是针对设备振动与管道连接之间的矛盾而产生的，可以用在液体、粉状、颗粒状物料的输送管道上，结构简单、制安方便、便于推广，符合实用性原则；水封承插基于设备运行状态和生产环境诞生，有客观的科学理论证，并且经过了实践的检验，符合科学性原则。

五、后记

至此，这次的问题圆满解决了。实例证明，小小的技术革新也是可以解决大难题的，但是也要注意，即使是小革新，也必须要遵循科学性、实用性、经济性三原则，例如存水弯处若彻底隔绝，成本增加，不符合经济性原则。所以新事物想取得最好的效果，要努力做好每个细节。