关键锦工：罗茨风机；螺旋密封；转速；技术改造
一、前言
扬州石化有限责任公司常压装置塔顶油气输送风机——罗茨鼓风机（型号TAR100， 8 Nm3/min，1480 r/min（变频），0.15（出口）Mpa，37KW，两级鼓风，带传动，年运行8000 h），压缩常压塔顶轻烃并输送至催化裂化装置气压机入口由吸收稳定单元进行分离，主要分离出液化气，干气。当前装置原油处理量42.3万T/年下，该风机正常工作状态下一、二级出口压力分别为0.10、0.12Mpa，一、二级出口压力均大于催化裂化气压机入口压力（0.06 Mpa），维修频次约6次/年，故障维修时间较长约60h/次，使用循环冷却水≥2T/ h。
经过技术经济分析后认为，由于气体管路阻力较小，轻烃向气压机入口输送的能力有富余；故障时设备维修次数及单次维修时间过长；风机转速存在200-300rpm的波动等问题。因此在机组输送能力和设备有效利用率上有改善的空间。
二、项目内容与实施效果
从节能和降低机组故障率的目的出发，我们提出了以下几点改进措施：
1、降低机组负荷从而降低电机电流。因电机故障率较低，运行周期一般为风机的6倍以上，故改两级鼓风为一级鼓风，拆除电机双侧皮带中的一侧，压缩油气流程由串联改为并联/串联均可使用，一般根据管路沿程压降计算公式P=λ×ρ×（L/D）×（V-2/2）（单位：Pa）可以计算得出管路压降。为简化计算过程，查相关图表得知：DN80mm，L=100m空气管道的阻力降约为0.254～1.892KPa，输送油气的管道阻力降≤3.5 KPa。所以正常情况只运行风机其中一级即可达到输送要求，另外一台风机则变为备用机。机组负荷降低近35%，实测电机电流从45A降至30A，电机功耗降低约33%，同时仅增加四千元的管路流程改造投资即获得备用风机一台。
2、提高设备有效利用率。减少定期/临时维修时间，从而减少因维修导致的轻烃放空/放低压瓦斯管网的泄放量。改为单级鼓风后，另外一台风机等于多出了一台备用机组，一台发生故障时，仅需20分钟的时间用来更换皮带、切换机组，机组故障维修时间由60 h/次×6次 /年（约360 h /年）降至20min×6次=2 h/年，减少油气泄放约360 h。
3、降低轴承故障率，节约中小修费用。原机组的轴封采用的是光轴+骨架油封（4片）密封，该密封形式不能保证对介质的完全密封，运行一段时间后，泄漏出来的轻烃组分冷凝后就会积存与轴承座，溶解稀释了润滑脂，造成润滑不良，轴承损坏频繁。拆解分析，我们采取了采用螺旋槽密封+反向密封氮气流程，用节流孔板+针形截止阀控制氮气流量。
当氮气通过连续螺旋时，其流动状态发生变化，承受周向速度Vt和周向压力P。Vt可分解为沿齿槽流动的速度V1和垂直于齿面的速度V2，V2可再次分解为轴向分速度Va，借助于螺旋槽的推进，形成“泵送”作用而将少量氮气不断反向输送至压缩腔内，形成密封。该措施增加氮气用量约1m3/h，保证了轴承座内微正压，充分保护脂润滑轴承避免与轻烃接触，延长轴承使用寿命三倍以上。
4、停止一、二级间循环冷却水的使用达到节水目的。烃类热裂解总会产生焦类物质，测量原级间气体温度，夏季风机出口介质温度最高温度为65℃，测得轴承及同步齿轮传动机构温度为68℃，该温度未超过厂家设备安全设防值75℃，在该温度下不会导致介质油气的结焦倾向加大。所以，无级间冷却水仍能满足工艺生产和设备安全的要求，可以节约使用循环水≥1.5T/ h。
5、改善罗茨风机转速不均匀状况。转速时不均匀时，零部件承受交变应力，长此以往，易破坏产生突发故障。罗茨风机转速是否平稳主要受变频器工作稳定状况、气体负荷变化、级间带液情况、皮带是否打滑等影响，是根据常压塔塔顶压力进行控制的，常压装置原油加工量增大后，原有入口管线、换热器、压降变大。塔顶压力升高时，风机转速应升高，而此时吸入气体量却不足，导致风机产生短时“飞车”现象。数据分析及现场查看后认为，从塔顶塔顶油气冷却器入口冷却器出口顶回流罐风机入口缓冲罐压力分布分别为70Kpa65Kpa35Kpa10Kpa4Kpa，因此初步判断常压塔顶系统结盐或管路流通能力不足现象，压降较大部位见下图。
①在冷却器处压降最大。结盐机理如下：原油加工过程中，有机氯发生分解生成HCl或无机氯的钠盐、钙盐、镁盐。常压塔顶注入氨气（NH3），NH3 和HCl反应生成NH4Cl，当塔内出现液相明水时形成NH4Cl水溶液NH4Cl水溶液在流动过程中随温度的升高，水分逐渐失去而成为一种黏性很强的半流体与铁锈等一起沉积附着在设备、管线内壁，导致流通截面变小，压降增大。
②顶回流罐风机入口缓冲罐的压降较大，导致顶回流罐风机入口缓冲罐管道（DN80mm）为利旧，小于风机入口管径（DN100mm），目前无法更换。
在满足塔顶油气冷却效果的情况下，稍开冷却器副线阀后，压力变化为70Kpa60Kpa43Kpa18Kpa10Kpa，风机转速目前仅有20～50rpm的波动，情况大有好转。
三、经济效益与社会效益分析
措施（1）节省用电约为7KW×24 h×330=55440 KW·h，即减少电费（0.6166元/ KW·h）支出约3.4万元。
措施（1）增加初始投资0.4万元，分摊后约0.03万元/年。
措施（2）每年减少油气（约5000元/T）放大气/放低压瓦斯总网约0.102T/ h×360 h=36.75 T，约18.375万元。
措施（3）增加氮气消耗（1.20元/ m3）约1m3/h×8000 h=8000 m3/年，约9600元。
措施（3）减少中小修及配件费用（1160+2000）元/次×3次/年=9480元/年。（每次维修，轴承约500元，油封约480元，皮带约180元，工时费约2000元）
措施（4）减少循环水使用约≥1.5T/h×8000 h=12000 T/年。约1万元。
以上合计节约22.545万元/年，取得了较好的经济效益；同时大大减少了油气放空/放低压瓦斯管网，取得一定的节能减排社会效益。
四、存在的主要问题和改进措施
由于风机转速仍有少量波动，预计下次装置计划大修时，采取更换塔顶油气出口管线、增锦工机入口管线和清洗管路、换热器等措施，增大流通面积，降低压降，使风机转速更加均匀。
参考文献
《炼油设备基础知识》 马秉骞 主编
《炼油设备工程师手册（第二版）》，中国石化出版社
山东锦工有限公司是一家专业生产罗茨鼓风机、罗茨真空泵、回转风机等机械设备公司，位于有“铁匠之乡”之称的山东省章丘市相公镇，近年来，锦工致力于新产品的研发，新产品双油箱罗茨风机、水冷罗茨风机、油驱罗茨风机、低噪音罗茨风机，赢得了市场好评和认可。
能源产业是是国民经济的重要组成部分，能源产业既促进了社会和经济的发展，也给人民的生活带来了极大的便利。当前，我国能源产业正面临严重的能源威胁和环境保护两方面的压力，火电厂主要通过能源的消耗转换电能，因此火电厂要提高经济效益、缓解能源压力的关键在于降低能耗、提高能源的使用率，节能减耗是电力行业今后发展的重心。所以，研究电厂罗茨鼓风机的节能技术，在降低能源的消耗以促进国家的可持续发展中具有重要的意义。
1 电厂罗茨鼓风机运行现状和技能潜力分析
当前我国电厂使用的罗茨风机不仅数量多，且种类也多，大量罗茨风机的使用造成了巨大的电量的损耗，有研究表明，每年罗茨风机消耗的电量约为全国发电量的6.1%，罗茨风机消耗的电能，很大程度的抬高了电厂的运营成本。我国电厂罗茨风机使用的型号也存在不少的问题，当前我国电厂中只有少量的罗茨风机采用气动给水泵，液力耦合器及双速电机，绝大多数的水罗茨风机都采用定速驱动，定速驱动的罗茨风机存在严重的能源损耗，不仅如此，当机组处于变负荷运行时，水罗茨风机的运行点容易偏离高效点，导致工作效率低下。 有资料显示：我国50MW以上机组锅炉风机运行效率低于70%的占一半以上，低于50%的占1/5左右。超过66%以上的使用罗茨风机的机器在运行时能耗严重，必须对其进行节能技术改造。大量能耗严重的罗茨风机的存在，意味着对罗茨风机的改造具有很大的节能潜力。
2 能耗严重原因分析
首先，科技投入。国家在相关技术的科研投入不足，有些科研结果未能及时的运用到企业的生产中；电厂生产工艺落后，导致线性误差大，过流表面粗糙。我国电厂罗茨鼓风机的模型采用木模整体铸造的工艺，然而中、高比转速离心式罗茨鼓风机的叶片较为扭曲，因此造型的起模难度大，造型存在较大的误差，最终导致罗茨鼓风机的实际效果严重低于实验效果，这也是导致罗茨风机造成严重能耗的原因之一。
其次，罗茨风机套用定型产品存在缺陷。当前我国大多中大型罗茨风机采用套用定型产品的方式。普型采用分档设计，中间的间隔大，一般只能套用相近型产品，这种情况下容易导致罗茨鼓风机在实际的运行中容易偏离最优的运行区，从而导致罗茨风机运行效率低，能耗高。在设计选型时，裕量过大，也导致罗茨风机在运行中容易偏离最优区。
3 节能改造方法
3.1 科学合理选型
有条件的企业可选用高效节能型罗茨风机，这是节能最基本的前提和措施。电厂企业要广泛的了解国内外罗茨鼓风机的性能，在选择时要对罗茨鼓风机的性能做全面的评价，选择最优型；合理选择原动机。罗茨风机的驱动和调节方式要根据具体情况选择；受原动机效率高低影响因素的影响，原动机要选择裕量为小的，才能让原动机符合长期保持在额定功率的范围内，才能提高机组整体的运行效率。罗茨风机的工作参数和裕量的选定要正确，要保证参数和裕量能够同属系统的最大需求和防止容量超过范围而影响运行效率。
3.2 改善调节方式
罗茨风机的调节要随着主机组的负荷变化而变化。如果罗茨风机的调节变化与主机组的负荷变化不符，会造成巨大的能源浪费，这也是浪费的主要根源。所有必须采用经济且有效的流量调节方式；罗茨鼓风机的调节方式要依据具体情况，要坚持安全和高效两个原则。在确定罗茨鼓风机满足工作需求的前提下，通过科学的分析手段得出投资费用、耗电费用和维护管理费用的最低方案，这个方案就是罗茨鼓风机最合适的调节方式。
3.3 对原有的高能耗罗茨风机加以改造
大量淘汰旧设备，更换节能新设备的方式会极大的提高电厂的运营成本，因此电厂要对原有罗茨鼓风机和调节装置加以改造。电厂可依据本厂的技术力量，对罗茨鼓风机的叶轮、蜗壳等流通部分加以改造或者对原动机进行变频改造；调节装置可以改为轴向导流器，不仅减少了投资费用，还能起好很好的节电效果；循环水泵定速，电机改为灵活性更强的双速电机运行，能够很好的节省电能。
3.4 完善高效率罗茨风机
首先罗茨鼓风机在设计工况及其附近运行时，具有较高的效率，罗茨风机的选型不当、机炉出力变化和管路阻力的变化会导致罗茨鼓风机的容量过大或过小，在这种情况下会导致高效的罗茨鼓风机变的不够高效。所以，要对高效的罗茨鼓风机采取适当必要的改造以提高其运行的效率；其次，改进管路系统。罗茨鼓风机的运行效率除了与自身的性能相关外，还与装置系统的流通性能有关。管路系统性能要符合罗茨鼓风机的性能。管路系统设计不合理以及管路系统运行后容易出现锈蚀、灰垢堵塞、泄露等问题。因此，在改进管路系统时要减少水路管阻力带来的损失，让气和液体的流动和分配均匀，要注意管路系统的密封性，防止泄露。
3.5 做好罗茨鼓风机的安装和维修工作
3.5.1罗茨鼓风机动、静部件之间有合理间隙和转子的中心位置
当间隙增大时，会增加高压侧流体向低压侧流体的泄露，会降低罗茨鼓风机的容积效率，因此，在保证罗茨鼓风机的安全运行下，罗茨鼓风机动、静之间的部件之间的间隙要尽量减小。
3.5.2保证叶片和流道的光滑
流体的流动损失不仅受流道形状有关，叶片和流道的光滑程度也会影响流体的流动阻力损失。相关的实验证明，通过在泵体的内壁涂漆增加光滑度，很好的减少了轮盘摩擦阻力损失，可提高泵3%的工作效率；用打磨的方式将泵内以及叶轮的粗糙部位磨光后，提高了泵11%左右的工作效率。
3.5.3做好罗茨鼓风机流道型线的保持修复工作
罗茨鼓风机在使用后流道常因灰垢、磨损和气蚀导致流道原有型线的改变，增加壁面的粗糙程度，这些都会削弱罗茨鼓风机的性能，降低工作效率。因此要对流道的型线及时的清理和修复。
4 结语
在电厂对罗茨风机的节能技术改造时，并不能仅仅局域与以上几种方法，电厂要对自身的具体情况进行详细的分析和研究，用科学的计算方式得出最优的节能改造方案，电厂才能收到最好的节能效果，从而提升电厂的效益。
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罗茨风机的风压不受风机限制，但是风量与风机转速成正比，因此采用恒转矩负载的方式，能够具有更高的功率以及节电率，因此在罗茨鼓风机的运行过程中，对罗茨风机进行技术改造，改变以调节阀门开度的方式调节风量等生产方式，能够有效的降低劳动强度和能源消耗，为了做好罗茨风机的节能改造，可以采用节能马达、软启节能、预测控制以及变频技术实现节能。
罗茨风机变频节能技术
采用变频节能技术，是采用电力半导体器件的方式，通过智能控制，能够实现节能。在罗茨风机中采用变频的节能方式，因为罗茨风机的风量与风机转速成正比，因此采用变频节能的方式，能够降低风机的耗电量。传统的罗茨鼓风机主要是采用控制排风量的方式控制输出流量，因此采用变频技术能够降低罗茨风机的运行转速，从而减少电能。采用罗茨风机节能技术，能够实现系统软启动、软停止，使罗茨风机的运行更加稳定，从而减少机械磨损，延长罗茨风机以及电机的使用寿命。而且变频技术的能够实现全自动控制，实现智能控制。
罗茨风机变频改造是当前罗茨风机的节能的主要技术，根据罗茨风机的负载特性，采用变频器对罗茨风机进行变频控制，并且人工给定信号进行控制，能够实现变频器自动增加或减少电机运行频率，在保证生产的情况下，实现变频节能。通过变频改造，能够提升节能效率，减少维修费用并且节省劳动力。
罗茨风机节能马达节能技术
马达节能是采用高效节能电机的方式进行节能，采用高效电机节能的方式，能够实现直接启动以及变频器调速，而且起到节约能源，降低长期运行成本的效果，从而能够提升4%左右的节能效率。在罗茨风机中采用节能马达技术，能够实现自动控制，采用稀土永磁高效节能电机，电机功率因数高于0.90，具有电机电流小，延长系统整体运行寿命的效果，能够提升节能效果。在罗茨风机中采用节能马达技术，能够减少人工成本，实现自动控制，并且达到节能的目的。
罗茨风机 预测控制
预测控制是近年发展起来的新型计算机控制算法，预测控制是一种智能控制技术，采用持续优化和反馈校正的方式，能够实现精确控制。在罗茨风机中采用预测控制技术，采用智能化控制，对罗茨风机的转速以及负载进行调节，从而实现节能。采用预测控制的方式，能够对罗茨风机的运行进行有效的控制，实现精确的控制，对于罗茨风机的节能具有重要的意义。由于预测控制具有适应复杂生产过程控制的特点，所以预测控制具有强大的生命力。可以预言，随着预测控制在理论和应用两方面的不断发展和完善，它必将在工业生产过程中发挥出越来越大的作用，展现出广阔的应用的前景。
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一污水处理厂客户对罗茨鼓风机进行技术改造后，跟我们交流节能改造技术经验，下面锦工技术人员简要总结一下，罗茨鼓风机节能改造的经验，全是干货。
首先，客户改变了过去以调节出口阀门大小方式来调节风压或风量的生产方式，劳动强度减轻，调节的及时性好，单机能耗明显下降。
其次，客户加装了锦工罗茨风机专用变频器，变频器对风机实行节能改造后具有以下几点优点：
1、提高功率因素，减少无功功率损耗 ；
2、采用变频器控制具有自动节能控制功能，能根据负载情况自动调整电压和频率，使电机运行在最高效率状态下；
3、变频器具有先进的磁通矢量控制，低频输出额定转矩，能对罗茨风机实行强有力的控制 ；
4、节约能源，降低运行成本；
5、实现软启动、启动时无大电流冲击；
6、延长螺茨风机的使用寿命。
最后，客户总结，在污水处理系统中，各种水泵也需要节能，我们可以根据工艺的需要，采用变频器控制，来达到节能的目的，同时，在水泵安装的时候，也要注意以下几点来达到节能的目的。
1、选择合理的安装位置，减少弯头，使出水口正对水池。
2、缩短管路。
3、扩大出水管径。
4、在进水能保持清洁的情况下，可去掉滤网。
5、调整轴向间隙，防止叶轮口环和轴向间隙不恰当，使用时应根据水泵的出厂说明调整。
6、及时消除管道堵塞物。异物留在进水管、叶轮或导流壳流道内，都将使出水量减少。
7、防止水泵进气。水泵进了空气，出水量会明显减少，应对各密封部位检查维护。
8、采用联轴器直接传动代替平皮带，可提高传动效率。
9、有些地方，能不用底阀的尽量不用底阀。
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罗茨鼓风机基本原理罗茨鼓风机生产厂家罗茨鼓风机安装
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