污水處理廠羅茨風(fēng)機損壞原因分析與處理

袁懷中

（中國石油四川石化有限責(zé)任公司，四川彭州 611930）

0 引言

某煉化一體化項目污水處理廠設(shè)計污水處理能力為2500 m3/h，分煉油和化工各兩條線進行，每條線的處理能力為設(shè)計處理量的50%。處理工藝為：罐中罐→DCI 隔油池→CAF 氣浮池→均質(zhì)池→DAF 氣浮池→A/O 生化池→二沉池→高密度澄清池→V 形濾池。其中A/O（Anoxic/Oxic，生物脫氮）生化池好氧段工作原理為：池內(nèi)活性污泥中的好氧微生物，在充分供氧的條件下借助生物酶的作用，將污水中的有機物和氨氮氧化分解為穩(wěn)定的無機物質(zhì)，使污水得到凈化。只有控制好生化池好氧段的含氧量及微生物的其他需求條件，才能使微生物具有最大效益的有氧呼吸、生長繁殖。在這一過程中，生化池的羅茨鼓風(fēng)機是氧氣的供給設(shè)備。

1 污水生化池風(fēng)機系統(tǒng)簡介

某煉油化工A/O 生化池系統(tǒng)配置有7 臺羅茨風(fēng)機，其中3臺大風(fēng)量風(fēng)機（額定流量為8250 Nm3/h）、4 臺小風(fēng)量（額定流量為2100 Nm3/h），向生化池好氧段供氧，以維持好氧微生物的活性以及氧化、分解污水中有機物和氨氮等。每臺風(fēng)機出口均設(shè)置安裝有一臺手動蝶閥，用于隔離單臺風(fēng)機與風(fēng)機出口母管，當單臺風(fēng)機需要維修保養(yǎng)時，關(guān)閉該手動蝶閥就可以有效隔離母管。母管與各生化池分支之間的隔離閥，用于各生化池風(fēng)量的調(diào)整，供給好氧段所需的氧量（圖1）。

圖1 生化池工藝流程

采用的三葉羅茨鼓風(fēng)機，由德國AERZEN（艾珍）公司制造，型號分別為GM 150S 和GM 60S。風(fēng)機由電機和機頭兩部分構(gòu)成，其中機頭是羅茨風(fēng)機的主要工作組件，由側(cè)板、機殼、主動葉輪、從動葉輪、同步齒輪、軸承組件、密封組件等組成（圖2）。通過葉輪有規(guī)律的運轉(zhuǎn)，以達到氣體輸送的目的（圖3）。

圖2 風(fēng)機結(jié)構(gòu)

圖3 現(xiàn)場風(fēng)機布置

三葉羅茨風(fēng)機的工作原理：工作時耦合的轉(zhuǎn)子以相同的速度作反向旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)子分向側(cè)，由于氣室容積由小變大，此側(cè)形成低壓區(qū)，得以進氣；在轉(zhuǎn)子的合向側(cè)，氣室容積由大變小，此側(cè)形成高壓區(qū)，壓送氣體。氣體由低壓區(qū)向高壓區(qū)的輸送，則依靠轉(zhuǎn)子任一端將氣體從低壓區(qū)沿機殼區(qū)間掃人高壓區(qū)（圖4）。

圖4 工作原理

2 風(fēng)機損壞現(xiàn)象及原因分析

2.1 損壞現(xiàn)象

2018 年5 月16 日，煉油線風(fēng)機K-0251C 在停運后發(fā)生倒轉(zhuǎn)并發(fā)出劇烈碰撞聲，隨即關(guān)閉風(fēng)機出口手動蝶閥，K-0251C停止倒轉(zhuǎn)。檢查該風(fēng)機出口止回閥，發(fā)現(xiàn)出口止回閥損壞。離線解體風(fēng)機本體，發(fā)現(xiàn)風(fēng)機殼體出現(xiàn)裂紋、驅(qū)動端側(cè)板出現(xiàn)裂紋，風(fēng)機嚴重損壞（圖5～圖7）。

圖5 損壞的出口止回閥

圖6 風(fēng)機殼體出現(xiàn)裂紋

圖7 風(fēng)機端板出現(xiàn)裂紋

2.2 損壞原因分析

2.2.1 直接原因

風(fēng)機出口止回閥損壞，導(dǎo)致出口母管壓力空氣倒灌入風(fēng)機，引起風(fēng)機倒轉(zhuǎn)，葉輪的同步性遭到破壞，影響同步齒輪的嚙合，同步齒輪嚙合間隙的變化，造成葉輪與側(cè)板、機殼的摩擦，導(dǎo)致側(cè)板、機殼損壞。

2.2.2 間接原因

（1）出口止回閥耐高溫性能不佳。風(fēng)機出口止回閥為橡膠制品，可在140 ℃以下長期運行。2018 年5 月，受上游煉化裝置來水指標影響，污水生化池長時間處于高負荷狀態(tài)，風(fēng)機鼓風(fēng)壓力較高，相應(yīng)地排氣溫度長期處于上線、甚至超限運行，導(dǎo)致橡膠止回閥老化加速、韌性降低，在風(fēng)機停運瞬間止回閥受回座沖擊、發(fā)生斷裂。

（2）生化池鼓風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置不合理。該生化池鼓風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置的風(fēng)機均為工頻定速風(fēng)機，并聯(lián)母管，根據(jù)生化池溶解氧情況匹配大小風(fēng)機運行。大風(fēng)機流量8250 Nm3/h，小風(fēng)機流量2100 Nm3/h，風(fēng)機在匹配運行時系統(tǒng)母管超壓，而母管無調(diào)壓泄放手段。母管超壓，風(fēng)機出口溫度急劇上升，直接對風(fēng)機出口止回閥、風(fēng)機本體、密封組件及轉(zhuǎn)動部件造成嚴重傷害。

（3）設(shè)備定期檢查維護不到位。日常巡檢對風(fēng)機出口溫度監(jiān)控不夠，沒有認識到溫升對橡膠止回閥的嚴重影響，未嚴格按照風(fēng)機說明書要求定期檢查更換出口止回閥，設(shè)備管理人員、操作人員和維修人員均對止回閥的重要程度認識不高。

3 處理及完善措施

3.1 增設(shè)鼓風(fēng)旁路系統(tǒng)，完善母管調(diào)壓手段

在風(fēng)機出口母管上增引一DN200 mm支路至污水均質(zhì)池，作為均質(zhì)池曝氣的一路氣源。支路上安裝調(diào)節(jié)閥，通過調(diào)節(jié)閥門開度來平衡風(fēng)機出口母管壓力，確保各風(fēng)機出口處不超壓（圖8）。

圖8 工藝變更流程

3.2 更換為耐高溫性更好的止回閥

K-0251C 風(fēng)機因出口止回閥損壞造成風(fēng)機倒轉(zhuǎn)損壞后，對其余風(fēng)機開展了全面檢查，檢查發(fā)現(xiàn)其余風(fēng)機出口止回閥都存在不同程度的老化龜裂現(xiàn)象，說明在運的所有風(fēng)機出口止回閥都不能滿足長期高溫環(huán)境運行。為此，一方面及時聯(lián)系廠家分析原因，檢驗止回閥橡膠成分，驗證產(chǎn)品質(zhì)量問題；另一方面建議提高止回閥橡膠材料等級，采用能長期耐高溫環(huán)境的橡膠材料，以確保在合理的周期內(nèi)止回閥不失效損壞。結(jié)合現(xiàn)場實際，廠家最終同意將原止回閥橡膠材料升級為耐高溫性更好的硅橡膠。

3.3 更換上密封性更好的風(fēng)機出口手動蝶閥

生化池鼓風(fēng)機K-0251C 等出口手動蝶閥原設(shè)計安裝的是對夾式軟密封蝶閥，由于長期在高溫環(huán)境下運行，部分蝶閥橡膠密封面已出現(xiàn)老化、脆裂脫落現(xiàn)象，存在關(guān)閉不嚴的情況。如果該手動閥關(guān)閉不嚴，將無法對風(fēng)機出口止回閥及風(fēng)機本體進行隔離檢查。為確保系統(tǒng)長期可靠運行，更換了所有風(fēng)機出口的蝶閥，以不銹鋼硬密封蝶閥代替原來的橡膠軟密封蝶閥，進一步提高設(shè)備的本質(zhì)安全。

3.4 精修羅茨風(fēng)機，達到廠家指導(dǎo)標準

（1）羅茨風(fēng)機屬于容積式風(fēng)機，葉輪間隙的調(diào)整不當會造成風(fēng)機出力不夠、溫度升高，內(nèi)泄漏增大，其關(guān)鍵在于要調(diào)整好3個間隙，分別是葉輪與葉輪之間、葉輪與側(cè)板之間以及葉輪與機殼之間。這3 個間隙視制造廠的不同有固定的標準和誤差，應(yīng)嚴格按制造廠標準調(diào)整好各部間隙。

（2）視磨損情況更換密封和軸承組件，但大修時要更換密封組件的橡膠密封圈、骨架油封等。

（3）同步齒輪的裝配是羅茨風(fēng)機裝配的核心，一是同步齒輪的裝配過程中葉輪要固定好，不能有絲毫的轉(zhuǎn)動，否則會造成葉輪與葉輪嚙合間隙的變化；二是同步齒輪與轉(zhuǎn)軸的配合緊力要符合廠家要求，緊力過大會使軸徑表面損壞并造成下次拆卸困難，緊力不夠?qū)⒃斐升X輪松動，嚙合不同步而損壞輪齒和葉輪等。同步齒輪的裝配和拆卸必須采用液壓推進器，緊力值參照液壓壓力表數(shù)值。

3.5 加強設(shè)備日常管理，細化臺歷化工作

結(jié)合現(xiàn)場系統(tǒng)運行實際，參照風(fēng)機使用安裝說明和操作說明，進一步細化設(shè)備日常臺歷化工作，并按照臺歷化要求逐項落實、整改（表1）。

表1 羅茨風(fēng)機臺歷化手冊

臺歷化工作中需要重點說明的工作有以下4 項。

3.5.1 巡檢工作

采用三級巡檢的模式，運行班組人員每2 h 巡檢一次，每個班次對風(fēng)機進行一次測振測溫工作，并將測振測溫數(shù)據(jù)記錄進臺賬；維保班組每天對風(fēng)機巡檢兩次，記錄振動溫度數(shù)據(jù)一次；專業(yè)工程師每天巡檢兩次，并檢查驗證運行班組、維保班組巡檢質(zhì)量，抽查驗證振動溫度數(shù)據(jù)是否如實，并開展對數(shù)據(jù)的分析對比，及時發(fā)現(xiàn)振動、溫度異常的設(shè)備，采取相應(yīng)的措施解決。

3.5.2 離線狀態(tài)監(jiān)測工作

按照臺歷化工作要求，大風(fēng)機屬于B 類設(shè)備，每個月進行一次狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，小風(fēng)機屬于C 類設(shè)備，每3 個月進行一次狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析；日常巡檢中發(fā)現(xiàn)聲音、振動溫度等參數(shù)不正常，也可通知狀態(tài)檢測班進行現(xiàn)場狀態(tài)監(jiān)測；根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測分析報告，及時安排相關(guān)檢查工作。

3.5.3 入口濾網(wǎng)的定期檢查

日常巡檢關(guān)注現(xiàn)場壓差表，達到上限時安排檢查更換濾網(wǎng)；每半年的定期檢查工作也必須要進行，防止由于現(xiàn)場壓差表壞造成數(shù)據(jù)不準的情況發(fā)生。另外發(fā)現(xiàn)風(fēng)機本體溫度偏高，風(fēng)壓偏小時也要及時檢查濾網(wǎng)，濾網(wǎng)堵塞長時間不處理會造成機體過熱損壞，壓差過大引起濾網(wǎng)破損等。

3.5.4 出口止回閥的定期檢查

臺歷化工作是設(shè)備日常管理工作的基礎(chǔ)，只有切實做好以上的日常維護和保養(yǎng)工作，才能確保風(fēng)機及其系統(tǒng)在長期的運行中處于安全平穩(wěn)良好狀態(tài)。按照臺歷化要求，每個季度對止回閥解體檢查一次，檢查其橡膠密封面完好性、橡膠柔韌性，有無老化龜裂等。當生化池負荷高、母管風(fēng)壓接近規(guī)程上限值時，應(yīng)重點關(guān)注風(fēng)機出口排氣溫度，縮短止回閥檢查周期?？紤]到橡膠件自然老化壽命短的因素，需要按說明書要求，每2 年必須更換一次止回閥，以確保出口止回閥100%完好。

4 結(jié)束語

羅茨風(fēng)機在污水處理廠的應(yīng)用廣泛，其性能優(yōu)劣直接影響到污水處理能力，是污水處理廠重要的環(huán)保設(shè)備之一。尤其是生化處理系統(tǒng)的鼓風(fēng)機，是污水處理廠關(guān)鍵設(shè)備中的關(guān)鍵，一旦出現(xiàn)故障將直接影響生化池內(nèi)活性污泥的生存情況，重要程度不言而喻。經(jīng)過上述措施的完善落實，2018 年9 月至今，該系統(tǒng)運行平穩(wěn)可靠，期間雖然也經(jīng)歷過幾次高負荷沖擊，但設(shè)備運行表現(xiàn)良好，滿足了長周期安全平穩(wěn)運行的要求。