污水处理厂罗茨风机损坏原因分析与处理

袁怀中

（中国石油四川石化有限责任公司，四川彭州 611930）

0 引言

某炼化一体化项目污水处理厂设计污水处理能力为2500 m3/h，分炼油和化工各两条线进行，每条线的处理能力为设计处理量的50%。处理工艺为：罐中罐→DCI 隔油池→CAF 气浮池→均质池→DAF 气浮池→A/O 生化池→二沉池→高密度澄清池→V 形滤池。其中A/O（Anoxic/Oxic，生物脱氮）生化池好氧段工作原理为：池内活性污泥中的好氧微生物，在充分供氧的条件下借助生物酶的作用，将污水中的有机物和氨氮氧化分解为稳定的无机物质，使污水得到净化。只有控制好生化池好氧段的含氧量及微生物的其他需求条件，才能使微生物具有最大效益的有氧呼吸、生长繁殖。在这一过程中，生化池的罗茨鼓风机是氧气的供给设备。

1 污水生化池风机系统简介

某炼油化工A/O 生化池系统配置有7 台罗茨风机，其中3台大风量风机（额定流量为8250 Nm3/h）、4 台小风量（额定流量为2100 Nm3/h），向生化池好氧段供氧，以维持好氧微生物的活性以及氧化、分解污水中有机物和氨氮等。每台风机出口均设置安装有一台手动蝶阀，用于隔离单台风机与风机出口母管，当单台风机需要维修保养时，关闭该手动蝶阀就可以有效隔离母管。母管与各生化池分支之间的隔离阀，用于各生化池风量的调整，供给好氧段所需的氧量（图1）。

图1 生化池工艺流程

采用的三叶罗茨鼓风机，由德国AERZEN（艾珍）公司制造，型号分别为GM 150S 和GM 60S。风机由电机和机头两部分构成，其中机头是罗茨风机的主要工作组件，由侧板、机壳、主动叶轮、从动叶轮、同步齿轮、轴承组件、密封组件等组成（图2）。通过叶轮有规律的运转，以达到气体输送的目的（图3）。

图2 风机结构

图3 现场风机布置

三叶罗茨风机的工作原理：工作时耦合的转子以相同的速度作反向旋转，在转子分向侧，由于气室容积由小变大，此侧形成低压区，得以进气；在转子的合向侧，气室容积由大变小，此侧形成高压区，压送气体。气体由低压区向高压区的输送，则依靠转子任一端将气体从低压区沿机壳区间扫人高压区（图4）。

图4 工作原理

2 风机损坏现象及原因分析

2.1 损坏现象

2018 年5 月16 日，炼油线风机K-0251C 在停运后发生倒转并发出剧烈碰撞声，随即关闭风机出口手动蝶阀，K-0251C停止倒转。检查该风机出口止回阀，发现出口止回阀损坏。离线解体风机本体，发现风机壳体出现裂纹、驱动端侧板出现裂纹，风机严重损坏（图5～图7）。

图5 损坏的出口止回阀

图6 风机壳体出现裂纹

图7 风机端板出现裂纹

2.2 损坏原因分析

2.2.1 直接原因

风机出口止回阀损坏，导致出口母管压力空气倒灌入风机，引起风机倒转，叶轮的同步性遭到破坏，影响同步齿轮的啮合，同步齿轮啮合间隙的变化，造成叶轮与侧板、机壳的摩擦，导致侧板、机壳损坏。

2.2.2 间接原因

（1）出口止回阀耐高温性能不佳。风机出口止回阀为橡胶制品，可在140 ℃以下长期运行。2018 年5 月，受上游炼化装置来水指标影响，污水生化池长时间处于高负荷状态，风机鼓风压力较高，相应地排气温度长期处于上线、甚至超限运行，导致橡胶止回阀老化加速、韧性降低，在风机停运瞬间止回阀受回座冲击、发生断裂。

（2）生化池鼓风系统设置不合理。该生化池鼓风系统设置的风机均为工频定速风机，并联母管，根据生化池溶解氧情况匹配大小风机运行。大风机流量8250 Nm3/h，小风机流量2100 Nm3/h，风机在匹配运行时系统母管超压，而母管无调压泄放手段。母管超压，风机出口温度急剧上升，直接对风机出口止回阀、风机本体、密封组件及转动部件造成严重伤害。

（3）设备定期检查维护不到位。日常巡检对风机出口温度监控不够，没有认识到温升对橡胶止回阀的严重影响，未严格按照风机说明书要求定期检查更换出口止回阀，设备管理人员、操作人员和维修人员均对止回阀的重要程度认识不高。

3 处理及完善措施

3.1 增设鼓风旁路系统，完善母管调压手段

在风机出口母管上增引一DN200 mm支路至污水均质池，作为均质池曝气的一路气源。支路上安装调节阀，通过调节阀门开度来平衡风机出口母管压力，确保各风机出口处不超压（图8）。

图8 工艺变更流程

3.2 更换为耐高温性更好的止回阀

K-0251C 风机因出口止回阀损坏造成风机倒转损坏后，对其余风机开展了全面检查，检查发现其余风机出口止回阀都存在不同程度的老化龟裂现象，说明在运的所有风机出口止回阀都不能满足长期高温环境运行。为此，一方面及时联系厂家分析原因，检验止回阀橡胶成分，验证产品质量问题；另一方面建议提高止回阀橡胶材料等级，采用能长期耐高温环境的橡胶材料，以确保在合理的周期内止回阀不失效损坏。结合现场实际，厂家最终同意将原止回阀橡胶材料升级为耐高温性更好的硅橡胶。

3.3 更换上密封性更好的风机出口手动蝶阀

生化池鼓风机K-0251C 等出口手动蝶阀原设计安装的是对夹式软密封蝶阀，由于长期在高温环境下运行，部分蝶阀橡胶密封面已出现老化、脆裂脱落现象，存在关闭不严的情况。如果该手动阀关闭不严，将无法对风机出口止回阀及风机本体进行隔离检查。为确保系统长期可靠运行，更换了所有风机出口的蝶阀，以不锈钢硬密封蝶阀代替原来的橡胶软密封蝶阀，进一步提高设备的本质安全。

3.4 精修罗茨风机，达到厂家指导标准

（1）罗茨风机属于容积式风机，叶轮间隙的调整不当会造成风机出力不够、温度升高，内泄漏增大，其关键在于要调整好3个间隙，分别是叶轮与叶轮之间、叶轮与侧板之间以及叶轮与机壳之间。这3 个间隙视制造厂的不同有固定的标准和误差，应严格按制造厂标准调整好各部间隙。

（2）视磨损情况更换密封和轴承组件，但大修时要更换密封组件的橡胶密封圈、骨架油封等。

（3）同步齿轮的装配是罗茨风机装配的核心，一是同步齿轮的装配过程中叶轮要固定好，不能有丝毫的转动，否则会造成叶轮与叶轮啮合间隙的变化；二是同步齿轮与转轴的配合紧力要符合厂家要求，紧力过大会使轴径表面损坏并造成下次拆卸困难，紧力不够将造成齿轮松动，啮合不同步而损坏轮齿和叶轮等。同步齿轮的装配和拆卸必须采用液压推进器，紧力值参照液压压力表数值。

3.5 加强设备日常管理，细化台历化工作

结合现场系统运行实际，参照风机使用安装说明和操作说明，进一步细化设备日常台历化工作，并按照台历化要求逐项落实、整改（表1）。

表1 罗茨风机台历化手册

台历化工作中需要重点说明的工作有以下4 项。

3.5.1 巡检工作

采用三级巡检的模式，运行班组人员每2 h 巡检一次，每个班次对风机进行一次测振测温工作，并将测振测温数据记录进台账；维保班组每天对风机巡检两次，记录振动温度数据一次；专业工程师每天巡检两次，并检查验证运行班组、维保班组巡检质量，抽查验证振动温度数据是否如实，并开展对数据的分析对比，及时发现振动、温度异常的设备，采取相应的措施解决。

3.5.2 离线状态监测工作

按照台历化工作要求，大风机属于B 类设备，每个月进行一次状态监测数据分析，小风机属于C 类设备，每3 个月进行一次状态监测数据分析；日常巡检中发现声音、振动温度等参数不正常，也可通知状态检测班进行现场状态监测；根据状态监测分析报告，及时安排相关检查工作。

3.5.3 入口滤网的定期检查

日常巡检关注现场压差表，达到上限时安排检查更换滤网；每半年的定期检查工作也必须要进行，防止由于现场压差表坏造成数据不准的情况发生。另外发现风机本体温度偏高，风压偏小时也要及时检查滤网，滤网堵塞长时间不处理会造成机体过热损坏，压差过大引起滤网破损等。

3.5.4 出口止回阀的定期检查

台历化工作是设备日常管理工作的基础，只有切实做好以上的日常维护和保养工作，才能确保风机及其系统在长期的运行中处于安全平稳良好状态。按照台历化要求，每个季度对止回阀解体检查一次，检查其橡胶密封面完好性、橡胶柔韧性，有无老化龟裂等。当生化池负荷高、母管风压接近规程上限值时，应重点关注风机出口排气温度，缩短止回阀检查周期。考虑到橡胶件自然老化寿命短的因素，需要按说明书要求，每2 年必须更换一次止回阀，以确保出口止回阀100%完好。

4 结束语

罗茨风机在污水处理厂的应用广泛，其性能优劣直接影响到污水处理能力，是污水处理厂重要的环保设备之一。尤其是生化处理系统的鼓风机，是污水处理厂关键设备中的关键，一旦出现故障将直接影响生化池内活性污泥的生存情况，重要程度不言而喻。经过上述措施的完善落实，2018 年9 月至今，该系统运行平稳可靠，期间虽然也经历过几次高负荷冲击，但设备运行表现良好，满足了长周期安全平稳运行的要求。