上海城投污水处理有限公司 上海 200942
摘要：由于预旋泵本身独特的结构特点和运行要求，目前进行国产化泵型更新条件并不成熟，还存在着许多困难因素。因此，现阶段我们认为只有走技术改造之路，采用合理、可靠的结构形式，才有可能实现预旋泵安全、可靠、低成本、高效稳定运行的生产目标。通过对预旋泵现有结构合理进行技术改造，同时对叶轮等过流部件采取行之有效的抗气蚀防护措施，使设备使用寿命得到大幅度提高，检修费用大幅度减少，有力的确保了污泥回流生产工艺的安稳运行。
关键词：预旋泵；预旋作用；技术改造；可行性研究
1．前言
齐鲁乙烯污水处理场生化系统Ⅰ、Ⅱ系列污泥回流泵自87.5开车投运以来一直设计采用的是德国进口的预旋泵，工艺设计用量为3台，正常情况下为两开一备。由于预旋泵是我污水处理工艺过程中污泥回流提升工艺的关键设备，其在用与备用的完好与否对于该污水处理场生产达标关系十分重大。92年该厂对此类设备进行国产化时又由北京航天部所属燕航公司测绘仿制了2台，使得该种泵型总量达到了5台。届时国产化工作的目的是一切以生产运行为中心，最大限度的确保安稳生产和可靠运行。因此，5台预旋泵的在用情况一直为3台生产使用，2台修复备用，这在客观上大大增强了该污水处理场生产运行的安稳可靠度。
然而，随着近年来生产装置设备老化现象的日趋严重，预旋泵的检修周期越来越短，设备故障率一直持高不下，不仅严重威胁着污水处理生产的正常运行，几度甚至造成生产被动的不良局面，而且给预旋泵的检修工作造成了很大的难题，一是检修修复工作越来越困难，检修的返工率越来越高；二是由于潜水电机故障率较大，机械密封条件要求较高，潜水泵电机所用机械密封均需要进口，每套价格都在2万元左右，因此，检修费用相对昂贵，给该厂本来就有限的计划检修资金增加了新的困难。因此，如何解决问题、消除生产隐患、降本增效就成为摆在我们面前的一个十分尖锐而突出的课题。
2．预旋泵简介
2．1主要技术参数
2．2工艺作用和结构特点
齐鲁乙烯污水处理场所用预旋泵实际上为一种双速立式潜污泵，其作用是将Ⅰ、Ⅱ系列二沉池沉淀污泥部分回流提升至氧曝池，以便保证氧曝池中活性污泥的正常浓度。其结构主要由双速潜水电机、泵体、叶轮、平衡盘、机械密封、吸入短节、吸入喇叭口、双导轨自动耦合器等组成。其潜水电机与螺旋离心泵蜗壳通过法兰联接为一体，平衡盘为盘面上加工有反向螺旋沟槽的盘状平衡装置，通过半圆键装于叶轮端部里侧，并通过传动销带动叶轮旋转，其目的是用来平衡叶轮在提升污泥时所承受的轴向推力，泵的出口则通过导向杆和法兰盘耦合连接在出口管线上。
该类水泵较为突出的特征是叶轮为长螺旋带状，具有较长的半径曲线，螺旋为抛物线型，使污泥或带状纤维杂物不易缠绕在叶轮上堵塞泵体。其叶轮实质为半开式单叶片叶轮，工作时，通过叶轮与吸入口和泵体蜗壳的相互配合形成独特的单向输送通道。另外，输送介质在进入水泵前配备有能产生高效能量转换作用的预旋盆结构装置，因此，使得该泵总体上具有大流量、无堵塞、低扬程、高效率、低能耗等运行特点。
2．3预旋作用原理
由于预旋泵实质上为立式潜污泵的特殊形式，其工作原理与离心泵完全相同，只是除具有一般离心水泵的特点外，还具有输送流体介质高效节能的预旋转特征。所谓预旋作用就是具有一定落差（高势能）的输送介质下落后，将能量转换为相应的动能水头（高动能），然后在吸入泵体前通过特定流道设施（预旋盆）的导向作用，从而产生具有一定动能水头的旋转作用。这种预旋作用一般视能量转换程度的大小分为三种情况，即最大预旋、中等预旋和最小预旋，具体则以势能转换的大小来确定。如图1所示，为预旋作用原理示意图。
3．2现存主要问题
3.2.1.运行周期较长，设备老化严重，性能下降，已达到或超出了该类设备的使用期限。
3.2.2.配用潜水电机故障发生频繁，检修费用大，周期长，且返工率高，生产影响大。
3.2.3泵体叶轮、平衡盘、吸入短节及喇叭口等气蚀及磨损现象严重，使用寿命较低。
归纳起来，我们所需要解决的主要问题就是如何克服设备老化、最大限度的消除潜水电机存在的生产隐患和降低检修费用，降本增效，提高设备运行可靠度。
由于预旋泵本身独特的结构特点和运行要求，目前进行国产化泵型更新条件并不成熟，还存在着许多困难因素。因此，现阶段我们认为只有走技术改造之路，采用科学、合理、可靠的结构形式，才有可能实现预旋泵安全、可靠、低成本、高效稳定运行的生产目标。
4．技术改造
4．1改造要求
1）改造工作须立足于大流量、低扬程、高效率、低能耗等性能要求的基础上，同时兼顾设备的安稳性、无堵塞性、耐腐蚀性以及检修条件便利等方面要求。
2）充分利用原有基础设施、设备及管线，特别是要发挥原有进水预旋设施作用，节能降耗，节约改造费用，降低运行成本。
3）改造保留利用原泵蜗壳、叶轮、平衡盘、吸入喇叭口等工作过流零部件，采取绝缘登级较高的F级立式电机替代原潜水电机。
4）确保预旋泵叶轮、平衡盘等过流部件在预旋条件下有较强的抗气蚀和耐磨损能力和使用寿命。
4．2改造方案
如图2所示，为预旋泵技术改造结构示意图。改造后，其结构主要由电机、泵轴、泵体、叶轮、平衡盘、电机支架、弹性联轴器、轴承室、轴承室支架（密封函）、机械密封、吸入短节、吸入喇叭口、双导轨自动耦合器等组成，其中泵体、叶轮、平衡盘、吸入短节、吸入喇叭口、双导轨自动耦合器等主体部件不变，仍为原设备所提供。由于电机安装临近水面，工作环境较差，因此，配用电机要求采用绝缘等级较高的F级立式电机。同时，配用功率控制在11--18kw之间，转速保证在970--1450rpm之间，并采用变频调速控制运行负荷。
为进一步确保电机运行的安稳可靠性，还可于预旋泵吸水池上铺设可拆卸性盖板。如图3所示，为防止掉电或自停时水淹电机，预旋泵耦合器安装位置在原基础上增高500mm，而出口弯头管段相对缩短500mm。同时，为不影响水泵吸入口预旋性能，吸入短节亦相应增加500mm。
4．3可行性分析
由于改造后预旋泵主体结构不变，水泵工作方式、安装方式、工况条件及预旋作用也不变，因此，只要配备的转子机械性能有保障，在同等或高于原水泵转速的条件下，预旋泵的工艺性能参数不会受到影响。改造时还可配以变频调速装置和液位伺服变速系统，以进一步优化工艺控制和可操作性，实现机泵与进水闸门负荷水量的连锁自控运行。在确保安全运行的前提下，通过改变电机转速实现工艺运行的变量调节。对于改造后转子机械性能的可靠性问题，只要设计结构合理、制造精度及安装良好、润滑和密封可靠，应该是能够得到正常保障的。为确保预旋泵叶轮、平衡盘、吸入短节及喇叭口等过流部件在预旋条件下有较强的抗气蚀和耐磨损能力，拟分别对其表面实施热涂敷Pe涂层等特殊防腐处理，预计能很大程度上降低上述零部件的过流阻力和提高运行使用寿命。由此可见，只要通过科学合理的技术改造和配套措施，实现预旋泵低成本、高效稳定运行等生产目标是可行的。
5．改造实施情况
1）在经过充分的技术准备和论证后，该厂于04年初先后对5台现有预旋泵实施了相关技术改造。使用情况表明，改造后预旋泵运转良好，运行稳定，流量一般在510--630m3/h之间，未出现一次非计划停车，未再发生电机烧损等故障，设备使用寿命达到了技术改造预期的目标，这对于实现降本增效生产、节约检修开资具有十分重要的社会效益和经济效益。同时，还能为之后进一步加大技术改造力度创造更加便利的前提条件。
2）改造后经济效益突出。仅按过去每年检修潜水电机3台次、修换叶轮等转子部件5台次来计算，假设潜水电机机械密封2.2万元（2套/单机），叶轮每个0.6万元，平衡盘每个0.2万元等，则改造后每年即可节约检修费用：
（2.2×2+0.6+0.2）×3 +（0.6+0.2）×（5–1）= 18.8万元
3）针对预旋泵叶轮等过流部件汽蚀严重、寿命较低的问题，则采取了相应的解决措施，并取得了一些阶段性的成果，其中较为有效和简单易行的做法为对叶轮等过流部件进行一定厚度的耐磨、抗蚀材料的冷涂敷或热涂敷处理，可相对大大延长叶轮的使用寿命。值得一提的是，我们曾于97、97年间对预旋泵叶轮等转子部件进行了环氧树脂、耐磨胶、聚乙烯pe塑胶等涂敷工艺处理，使叶轮平均使用寿命提高到7—8个月，最长接近1年左右。一般预旋泵叶轮，在不做上述表面涂层处理的情况下，平均使用寿命仅为3—5个月。这对计划经济检修来说确实是一个很好的成果。因此，有关这方面的工作还有待于我们今后进一步加强探索和研究。
6.结论
1）实践表明，预旋泵技术改造后运行良好，设备使用寿命得到大幅度提高，检修费用大幅度降低，有力的确保了污泥回流生产工艺的安稳运行。
2）通过变频调速装置和液位伺服变速系统实现了工艺运行的连续变量调节，进一步优化了预旋泵工艺控制的可操作性和安全性。
参考文献：
[1] 齐鲁石化股份有限公司供排水厂净化车间.《技能鉴定培训教材》（下册）.2000.
[2] 齐鲁石化公司乙烯建设指挥部《Unox操作手册》（第二册 2/3）。1987。
[3] 齐鲁石化股份有限公司供排水厂净化车间设备检修记录。
论文作者:肖建君
论文发表刊物:《基层建设》2017年6期
论文发表时间:2017/6/27
标签：叶轮论文; 电机论文; 技术改造论文; 设备论文; 喇叭口论文; 污泥论文; 作用论文; 《基层建设》2017年6期论文;