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轻稀土(铈组稀土)镨(Pr)提纯风机技术详解:以S(Pr)1848-2.57型离心鼓风机为核心

作者:王军(139-7298-9387)

关键词:轻稀土提纯、铈组稀土、镨提纯、离心鼓风机、S(Pr)1848-2.57、风机配件、风机维修、工业气体输送

一、引言:稀土提纯工艺中的关键动力设备

在稀土分离提纯工业中,特别是轻稀土(铈组稀土)中的镨元素提取过程中,离心鼓风机作为核心动力设备,承担着气体输送、工艺加压、流体动力供给等关键任务。稀土元素化学性质相近,分离难度大,需要精确控制的物理化学环境,其中气体介质的稳定输送和压力控制直接影响到萃取效率、产品纯度和能耗指标。

本文将围绕轻稀土镨提纯工艺中应用的专用离心鼓风机,特别是S(Pr)1848-2.57型单级高速双支撑加压风机,系统阐述其技术原理、结构特点、配件组成、维护要点以及在工业气体输送中的应用。文章将结合笔者多年在风机技术领域的实践经验,为稀土行业技术人员提供实用参考。

二、轻稀土提纯工艺对风机设备的特殊要求

轻稀土(铈组稀土)包括镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)等元素,其分离提纯主要采用溶剂萃取法、离子交换法及氧化还原法等。在这些工艺中,风机设备主要应用于:

萃取车间气体搅拌:提供适宜压力气体促进两相混合 烟气排放与处理:输送工艺产生的废气至处理系统 保护性气体输送:如氮气、氩气用于防止稀土氧化 真空系统前级加压:为真空获得设备提供前级压力

这些应用场景对风机提出了特殊要求:

耐腐蚀性:稀土冶炼过程中常涉及酸性或碱性介质挥发物 压力稳定性:萃取过程需要恒定的气体压力确保相平衡 气体纯度保持:输送高纯保护气体时需防止泄漏和污染 连续运行可靠性:稀土生产线通常连续运行,停机损失大

三、S(Pr)1848-2.57型单级高速双支撑加压风机详解

3.1 型号解读与技术参数

S(Pr)1848-2.57型号解析:

“S”:代表S系列单级高速双支撑加压风机 “Pr”:专门针对镨元素提纯工艺优化的设计变型 “1848”:表示风机设计流量为每分钟1848立方米 “2.57”:表示风机出口压力为2.57个大气压(表压) 进口气压:未标注“/”符号,表示进口压力为标准大气压

该型号风机专为镨提纯工艺中的气体加压环节设计,适用于中等流量、中高压力的应用场景。其压力-流量特性曲线经过特别优化,能够在镨分离的特定工艺点保持高效稳定运行。

3.2 结构特点与工作原理

S(Pr)1848-2.57型风机采用单级叶轮、高速转子、双支撑轴承结构,其主要特点包括:

转子系统

叶轮采用后弯叶片设计,效率高、工作区间宽 材料选用耐腐蚀不锈钢或钛合金涂层,适应稀土车间环境 精密动平衡校正,残余不平衡量小于G2.5级

驱动与变速

通常配备变频电机,转速范围3000-12000转/分钟可调 采用增速齿轮箱实现工作转速,齿轮精度不低于AGMA 12级 设有超速保护装置,当转速超过设定值15%时自动停机

压力产生原理
气体在高速旋转叶轮中获得动能,随后在扩压器中转换为压力能。单级叶轮的压力升高值遵循离心式压缩机的基本方程,即压力比与叶轮周速度的平方成正比,与气体绝热指数相关。

3.3 在镨提纯工艺中的具体应用

在镨的分离提纯中,该型号风机主要应用于:

萃取槽气体搅拌系统:提供稳定压力气体,促进有机相与水相混合,提高传质效率 氧化焙烧供风系统:为镨的氧化过程提供受控氧气流 保护气体循环系统:在镨的储存和包装环节提供惰性气体保护

实际应用数据显示,在同等分离效率下,采用S(Pr)1848-2.57型风机的系统比通用风机节能8-12%,压力稳定性提高30%以上,显著降低了因压力波动导致的萃取剂夹带损失。

四、风机核心配件详解

4.1 主轴与轴承系统

主轴

材料采用42CrMoA高强度合金钢,调质处理硬度HRC28-32 轴颈部位表面粗糙度Ra≤0.4μm,径向跳动≤0.01mm 带有轴向定位台阶,确保叶轮定位精度

轴承系统

采用可倾瓦滑动轴承,每瓦块独立支撑,油膜稳定性好 轴瓦材料为巴氏合金ZChSnSb11-6,厚度3-5mm 轴承间隙控制为轴径的0.12%-0.15%,确保油膜形成 配备温度传感器,监测点不少于3个,超温自动报警

4.2 转子总成

转子总成包括叶轮、轴套、平衡盘和联轴器:

叶轮

三元流设计,叶片型线经CFD优化 焊接式结构,焊后消除应力热处理 工作转速低于第一临界转速的75%,避开共振区

平衡盘

自动平衡轴向力,减少推力轴承负荷 可调节设计,允许在风机大修时调整轴向间隙

4.3 密封系统

气封

迷宫式密封,密封齿数不少于35齿 齿尖厚度≤0.1mm,与轴间隙0.3-0.5mm 可通入阻隔气体,防止工艺气体泄漏

碳环密封

用于轴承箱密封,防止润滑油泄漏 分段式碳环,弹簧加载确保均匀径向压力 耐温可达200℃,适应风机运行温度

油封

双唇口骨架油封,主唇口防泄漏,副唇口防尘 材料为氟橡胶,耐润滑油和一定化学介质

4.4 轴承箱与润滑系统

轴承箱

铸铁HT250整体铸造,刚性高、减振性好 内部流道优化,确保润滑油均匀分布 设有观察窗和磁性排屑槽

润滑系统

强制循环润滑,油压0.15-0.25MPa可调 双联过滤器,可在线切换清洗 油温控制系统,维持油温40±5℃

五、风机维护与故障处理

5.1 日常维护要点

振动监测: 每日记录轴承座振动值,速度有效值应≤4.5mm/s 注意振动频谱变化,早期发现转子不平衡、对中不良等问题 温度监测: 轴承温度应≤75℃,温升≤40℃ 润滑油进回油温差应≤15℃ 密封检查: 每周检查密封气体压力,确保高于被密封介质压力0.005MPa 观察碳环密封处是否有异常泄漏

5.2 定期检修内容

月度检查

检查润滑油品质,水分含量应≤500ppm 清洁油过滤器,压差超过0.08MPa应更换滤芯 检查联轴器对中情况,偏移量应≤0.05mm

年度大修

解体检查叶轮磨损、腐蚀情况,叶片厚度减薄超过30%应更换 测量轴瓦间隙,超过设计值1.5倍应更换 检查主轴直线度,全跳动应≤0.02mm 更换所有密封件,包括碳环、油封和气封条

5.3 常见故障与处理

振动超标

原因可能:转子不平衡、轴承损坏、对中不良、基础松动 处理步骤:首先检查基础螺栓和联轴器对中,然后进行现场动平衡,最后检查轴承状况

轴承温度高

原因可能:润滑油不足或变质、轴承间隙过小、负载过大 处理步骤:检查油压和油质,调整油冷却器,检查工艺系统是否超压运行

出口压力下降

原因可能:叶轮磨损、密封间隙过大、进气过滤器堵塞 处理步骤:检查过滤器压差,测试风机性能曲线,检查密封状况

六、稀土提纯中各类专用风机概览

除了S系列,镨提纯工艺中还可能应用以下专用风机:

6.1 “C(Pr)”型系列多级离心鼓风机

采用多级叶轮串联,每级压力比1.2-1.5 总压力比可达3-8,适用于高压力需求场合 级间设有回流器和导叶,效率较高

6.2 “CF(Pr)”型系列专用浮选离心鼓风机

专门为稀土浮选工艺设计 压力脉动小,避免破坏浮选气泡 耐矿浆雾沫腐蚀的特殊涂层

6.3 “D(Pr)”型系列高速高压多级离心鼓风机

采用齿轮增速,转速可达20000转/分钟以上 单级压力比高,结构紧凑 需配备高性能轴承和润滑系统

6.4 “AI(Pr)”型系列单级悬臂加压风机

悬臂结构,无后支撑轴承 适用于清洁气体,维护简单 轴向尺寸小,布置灵活

6.5 “AII(Pr)”型系列单级双支撑加压风机

双支撑结构,转子稳定性好 适应一定范围的固体颗粒含量 轴承寿命长,适合连续运行

七、工业气体输送的特殊考虑

在稀土提纯中,风机输送的气体介质多样,各有特殊要求:

7.1 惰性气体(氮气N₂、氩气Ar、氦气He)

密封要求:需采用双端面机械密封或干气密封,泄漏率≤5mL/min 材料选择:与惰性气体兼容即可,但要注意纯度保持 安全考虑:输送区域需有氧气监测,防止窒息风险

7.2 活性气体(氧气O₂、氢气H₂)

氧气输送: 所有部件需脱脂处理,油脂含量≤25mg/m² 材料选择铜合金或不锈钢,避免铁素体钢 流速限制,防止静电积累 氢气输送: 采用防爆电机和电器,防爆等级不低于Ex d IIB T4 密封系统特别加强,泄漏检测灵敏度高 转子需防静电设计,避免火花产生

7.3 腐蚀性气体(工业烟气、二氧化碳CO₂)

材料选择:叶轮和流道部件采用耐蚀材料如双相钢、哈氏合金 表面处理:流道表面可喷涂陶瓷或聚合物涂层 排水设计:机壳最低点设排水口,防止酸性凝结液积聚

7.4 稀有气体(氖气Ne等)

泄漏控制:由于气体成本高,需极低泄漏率设计 回收系统:常配备泄漏气体回收装置 纯度保持:装配前所有部件需特殊清洗和干燥

八、选型与运行优化建议

8.1 选型要点

工艺参数确定: 准确测量所需流量和压力,考虑工艺波动范围 确定气体成分、温度、湿度和洁净度 评估可能的工艺变化,选择有一定裕量的型号 型号比较: 在相似工况下,比较不同系列风机的效率曲线 评估初次投资与运行成本,计算全生命周期成本 考虑备件通用性和本地服务支持

8.2 运行优化

变频控制应用: 变频调速可节省部分负载时的能耗 实现软启动,减少电网冲击和机械应力 根据工艺需求实时调节,提高过程控制精度 系统匹配优化: 合理设计进出口管道,减少压力损失 过滤器定期维护,保持进气通畅 消声器选择适当,平衡噪声控制与压降 能效监测: 安装电能表,计算实际运行效率 定期测试风机性能,与初始曲线对比 建立能效基准,制定改进目标

九、未来发展趋势

稀土提纯风机技术正朝着以下方向发展:

智能化:集成传感器和预测性维护算法,提前发现潜在故障 高效化:改进叶轮和流道设计,效率向85%以上发展 材料革新:应用陶瓷基复合材料和新型涂层,提高耐蚀耐磨性 模块化设计:缩短交货周期,降低维护难度和时间 绿色制造:减少生产过程中的能耗和废弃物,提高回收利用率

十、结语

离心鼓风机作为轻稀土镨提纯工艺中的关键设备,其性能直接影响生产效率和产品质量。S(Pr)1848-2.57型单级高速双支撑加压风机针对镨提纯工艺的特殊需求进行了优化设计,在压力稳定性、耐腐蚀性和运行可靠性方面表现出色。正确的选型、规范的安装、科学的维护和针对性的改造,是确保风机长期稳定运行的关键。

随着稀土产业向精细化、高端化发展,对风机设备的要求也将不断提高。风机技术人员需要不断更新知识,掌握新材料、新工艺和智能监测技术,为稀土行业提供更优质、更高效、更可靠的动力解决方案。

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