通过调整气液分离器中心管深度实现平盘过滤机节能降耗

摘要：中电投山西铝业公司二期所用平盘过滤系统自投运以来一直真空系统负荷过大，甚至过流跳停，系统跑碱等状况，通过对比分析各系统，对平盘各气液分离装置增加排气管，平盘电耗降低了近20%，年节约电费达120余万元。

关键词：气液分离器中心管；深度调整；平盘过滤机；节能降耗

中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号：

一、前言

我厂二期氢氧化铝过滤系统采用62M2的真空过滤机，真空提供设备为淄博水环真空泵厂生产的水环真空泵，生产投产后真空度控制在0.04~0.05MPa内，但是随着工艺产能要求不断提高，真空泵逐渐暴露出现能耗高的现象（电机电流达到了额定电流的80%~90%）,甚至在一段时间内频繁出现真空泵频繁因过流出现跳停，真空泵系统跑碱的情况，该设备真空泵能耗对比同类型设备（一期设备）的能耗运行状况高出近20%，厂家也对该现象无法做出合理的解释。通过现场实际工艺对比实验与分析，检查出该类平盘系统在真空受液槽与气液分离器中心管未插入气液分离器内部，通过查阅相关文献资料与同类型设备对比后实施简单改造，真空泵电流能耗大幅度降低，一年电耗平均降低了243.5万KWh左右，降低成本达121.76余万元，同时系统内部工艺碱损失得到遏制，系统平稳性大大增加，生产成本得到了大幅度的降低。本文重点对产生问题的原因与解决方法进行论述。

二、改造前综合情况状况

（1）在二期平盘投运后，其真空系统明显出现负荷较高的现象，真空泵功率平均达到了380KW左右，而类比相同同类型设备的功率仅为295kw左右，且设备在运行过程中频繁出现过流调停现象，根据运行记录统计四台平盘仅2012年下半年真空泵因电气过流保护跳停达25次，真空泵平均每月跳停四次之多。同时电路由于高电流带来了一系列的问题：诸如电缆容易发热、非机械损耗增加、负荷变化时对400v电网冲击较大。

（2）系统碱液损失：根据运行化验记录结果显示真空泵的进回水化验结果见表1。真空系统的碱液进入循环水系统造成了碱液的浪费，同时对循环水的水质造成了污染，同时部分冷却设备（如部分铝制换热器）更容易出现腐蚀等不良后果。

表1 改造前运行真空泵进回水碱度

(图1平盘真空系统示意图)

对真空泵与跑碱的问题进行专项开展课题研究分析原因如下：1）真空泵结垢；2）系统内部有部分工艺结疤造成管路阻塞，增加了管道损失；3）泵体机械部分卡涩；4）电气电流测量不准确；5）气液分离效果较差，气体分离带液增加了真空系统负荷。

针对上述可能性逐一确定检查方案：1）通过酸洗真空泵，并对泵腔内部进行检查试车后，基本无改善效果；2）开口抽查系统流程，检查内部工艺结疤情况；3）对泵体盘车对比，扭矩正常，盘车情况良好；4）脱开真空泵，电机附带减速机单体试车测量对比一期真空泵的单体负荷，发现电机单体设备负荷基本相同。通过现场检测电流显示正确。可以排除电流显示不正确的的可能。

结合真空泵的跑碱的状况可以初步判断出气液分离器分离效果较差导致所排气体粘度增大。通过对比检查发现气液分离器所均无中心管与进气管的导流装置。通过查阅相关资料（1）得知旋风分离器无排气管也有相当的分离能力，但其效率只有排气管插入深度约等于进气口高度时的70％～80％。通过增加中心管的伸人长度，可以减少短路流，避免部分液体未经分离而直接由中心管排出，并且分离效率有所提高，但溢流管的伸入长度也不宜过长，伸入至入口下方附近较为适宜。（2）

三、改造实施方案确定

（1）中心管才尺寸成为改造方案实施的重点：

1）中心管直径的确定：根据相关文献（3）可以知道气液分离器分离区中心附近的向下旋流速率随着排气管直径的减小而减小，在中心管与分离器直径比减小到0．3时既能保证压降不明显又有较高的分离效率不会造成旋流向下造成的返混而是分离效率降低。根据气液分离器外径2米得知，气液分离器中心管的管径应为0.6m，其余分离器直径为1米，故而中心管直径确定为0.3米。

2）参考文献（4）（5）（6）等最新的研究结果均只能对分离器插入深度有个定性的认识了解，即随着排气管插入深度的增加, 旋流能耗增大, 使旋风分离器的总压力损失有所增加，排气管附近的短路流量随着升气管插入深度的减小而增大, 从而使分离效率下降，而插入深度在何处分析效果最佳尚在研究阶段。据此，我们参照一期气液分离器的尺寸将气液分离器的中心管增加0.5米左右，在分离器的入口附近，同时保证了压力损失较小的情况下，取得理想的分离效果。其余真空受液槽根据相同情况确定了排气管增加了0.3米的深度。

(图2改造后平盘真空系统示意图)

（2）改造后情况：

1）电流降低明显，改造前后电流对比表2所示。

表2真空泵运行电流降低数值

从上述数据可以看出改造前后电机功率降低了18~19%的能耗，如按照电费为0.5元/kwh,平盘全年平均运转率85%。计算全年可节省用电2435280kwh，合计电费121.76万元。同时，系统运行稳定性大大提高，自改造后，真空泵未在发生一起运行中无故跳停的现象，运行稳定性得到了大大的提高。

2） 碱流失降低明显，改造完毕后真空泵碱度降低数值如表3所示。

表3改造后真空泵进回水碱度

由此可见改造后碱耗平均损失量0.0155g/L是改造前的0.21g/L的7.38%，大大降低了由于气液分离效果不佳带来的物料损失，按照每台真空泵进水量大约10m3四台设备平均运转率85%计算，一年可降低碱（NaO2）损失57.14吨，按照市价3000元/吨，价格约为17.14万元。同时由于降低了部分碱液进入循环水，降低循环水的循环倍率，节约了系统补水。

四、结论

该项改造证实了气液分离器的中心排气管的插入深度对分离效果具有明显的影响，通过实施的改造工作直接降低成本达到了138.9万元，在实践中降低能耗与工艺消耗有举足轻重的作用。

参考文献：

[1]周雷、孙国刚等。《排气管插入深度对旋风分离器性能影响的初步研究》2006.年8月《中国颗粒学会2006年年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会》

[2]朱斌《气液分离器的结构优化》1006-9348(2010)01-0261-05

[3]吴彩金等《排气管尺寸对旋风分离器流场影响的数值模拟》doi：10.3969/j.issn.1671-7627.2010.04.003

[4]冯进等《离心式气液分离器内流场的数值模拟与结构优化》石油机械.2007年.第35卷.第2期

[5]黄滨等《升气管插入深度对旋风分离器内部流场影响的数值模拟》化工机械2010.37（1）

[6]蒋明虎，等。旋流分离技术[M]．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2000．1-6．