轻稀土钷(Pm)提纯风机技术详解:以D(Pm)293-2.22型风机为核心

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轻稀土钷(Pm)提纯风机技术详解:以D(Pm)293-2.22型风机为核心

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土钷提纯、离心鼓风机、D(Pm)293-2.22、风机配件、风机修理、工业气体输送、稀土冶炼设备

一、轻稀土钷提纯工艺对风机设备的特殊要求

轻稀土钷（Promethium，Pm）作为稀土家族中具有放射性特性的元素，其提纯工艺对设备提出了极为严格的要求。钷主要存在于氟碳铈矿等轻稀土矿物中，提纯过程涉及焙烧、酸浸、萃取、还原等多个环节，每个环节都需要可靠的气体输送与压力供给设备。离心鼓风机在这些工艺中承担着提供氧化性/还原性气氛、输送工艺气体、维持系统压力平衡等关键职能。

钷提纯环境具有以下特点：第一，工艺气体可能具有腐蚀性，如盐酸雾气、氟化物气体等；第二，部分工序需严格控制氧含量，要求风机具备优良的密封性能；第三，放射性物质对设备材料的选择提出了特殊标准，需考虑材料的抗辐射性能与易去污特性；第四，连续化生产要求风机具备高可靠性与稳定性。这些特点决定了应用于钷提纯的风机必须在设计、材料、制造与维护方面达到更高标准。

二、稀土冶炼专用离心鼓风机系列概述

根据稀土提纯工艺的不同需求，行业内发展出了多个专用风机系列：

“C(Pm)”型系列多级离心鼓风机采用多级叶轮串联设计，压力范围广，适用于需要中等压力、大流量气体输送的焙烧与烧结工序。其特点是效率曲线平缓，工况适应性强，能够应对稀土冶炼中气体参数的变化。

“CF(Pm)”型与“CJ(Pm)”型系列专用浮选离心鼓风机专门针对稀土浮选工艺开发。浮选过程需要稳定、均匀的气泡发生，这两型风机通过特殊设计的进气装置与叶轮，可产生粒度分布集中的微气泡，显著提高稀土矿物的浮选效率与品位。其中CF型更注重耐腐蚀设计，CJ型则强调节能高效。

“AI(Pm)”型系列单级悬臂加压风机结构紧凑，安装维护简便，适用于辅助工序的压力补充与小流量气体输送。悬臂设计使其特别适合空间受限的改造项目。

“S(Pm)”型系列单级高速双支撑加压风机采用齿轮增速技术，转速可达每分钟数万转，单级即可产生较高压比。双支撑结构确保了高转速下的转子稳定性，适用于需要较高压力的萃取与分离工序。

“AII(Pm)”型系列单级双支撑加压风机在AI型基础上增加了另一端支撑，承载力更强，适用于中等流量、中等压力的稳定输送场合，是稀土冶炼中应用最广泛的通用型风机之一。

三、D(Pm)型高速高压多级离心鼓风机技术特点

D(Pm)型系列是专门为稀土冶炼高压工艺环节设计的高速高压多级离心鼓风机，采用多级叶轮串联与齿轮增速相结合的技术路线，兼具多级风机的高压特性与高速风机的高功率密度优点。

设计原理：通过高速齿轮箱将电机转速提升至工作转速，驱动多级叶轮对气体连续做功。每级叶轮后设置导叶与扩压器，将动能有效转化为压力能。气体在机壳内沿轴向或向心方向流动，结构紧凑。压力与流量关系遵循离心式风机的基本特性曲线，即压力随流量增加而减小，功率随流量增加而增加。

性能特点：第一，压力范围宽，最高出口压力可达3.5个大气压（表压），满足大多数高压工艺需求；第二，采用模块化设计，可通过增减叶轮级数灵活调整压力参数；第三，高效区宽广，在稀土提纯工艺参数波动时仍能保持较高运行效率；第四，针对腐蚀性气体，过流部件可采用超级不锈钢、钛合金或复合材料涂层等特殊材质。

四、D(Pm)293-2.22型风机详细技术说明

型号解读：D(Pm)293-2.22中，“D”代表高速高压多级离心鼓风机系列；“Pm”表示适用于钷提纯工艺的特殊设计与材质要求；“293”表示设计流量为每分钟293立方米；“-2.22”表示出口绝对压力为2.22个大气压（即表压1.22公斤力/平方厘米）。若无“/”符号，则表示进口压力为标准大气压。

设计参数与性能曲线：

设计流量：293立方米/分钟（在标准进气状态下）出口压力：2.22个绝对大气压进口压力：1个标准大气压（绝对压力）压缩比：2.22 工作介质：根据工艺需要，可输送空气、氮气、氩气等工艺气体转速：根据具体设计，通常在每分钟8000-15000转范围

性能特点：该型号风机针对钷提纯过程中的高压气体输送需求而优化。流量-压力曲线较为陡峭，适合在压力变化时流量相对稳定的工艺环境。高效区集中在85%-110%设计流量范围内，在此区间运行效率可达82%-85%。针对可能的气体腐蚀性，与介质接触的部件采用了316L不锈钢材质，并对表面进行特殊处理以增强抗腐蚀能力。

结构组成：

风机主轴：采用42CrMoA合金钢整体锻造，经调质处理与精密加工，保证高转速下的强度与动平衡要求。主轴设计有多个叶轮安装段，采用过盈配合与键连接双重固定。 风机转子总成：包含多级叶轮、平衡盘、轴套等组件。叶轮为后弯式设计，材料为不锈钢，经五轴数控加工与动平衡测试。平衡盘用于平衡多级叶轮产生的轴向力，确保转子轴向定位。 轴承系统：采用滑动轴承（轴瓦）设计，材质为巴氏合金，具有承载能力强、阻尼特性好、寿命长的优点。针对高速运转，配备了强制润滑系统，确保油膜稳定形成。 密封系统：气封：采用迷宫密封与碳环密封组合设计。迷宫密封减少级间泄漏，碳环密封用于轴端密封，具有良好的自润滑性与密封效果。油封：防止润滑油外泄，采用骨架油封与迷宫式油封组合。 轴承箱：为整体铸铁结构，内设润滑油路与冷却腔，确保轴承工作温度在合理范围内。 碳环密封：由多个碳环分段组成，靠弹簧力抱紧轴颈，磨损后自动补偿，密封压力可达0.5MPa，特别适合稀土冶炼中防止工艺气体泄漏与外部空气渗入的要求。

应用场景：D(Pm)293-2.22型风机主要应用于钷提纯的还原工序与气体保护工序。在还原工序中，提供稳定压力的还原性气体（如氢气混合气）；在气体保护工序中，向反应设备输送高纯惰性气体，防止中间产物氧化。其压力参数与跳汰机、还原炉等设备配套，形成完整的压力供给系统。

五、风机配件详解与选型要点

叶轮：作为风机核心做功部件，叶轮的选型直接影响风机性能。钷提纯风机叶轮需考虑气体腐蚀性，优先选择不锈钢、钛合金或表面喷涂耐腐蚀涂层的材料。叶型根据气体性质调整：输送清洁气体采用高效后弯叶型；含尘气体采用前弯或径向叶型，减少积灰与磨损。

主轴与轴承：主轴强度计算需考虑临界转速至少高于工作转速30%。轴承选用滑动轴承而非滚动轴承，源于其更好的阻尼特性与承载能力。轴瓦间隙根据转速、载荷与润滑油粘度精确计算，一般为轴径的0.1%-0.15%。

密封组件：碳环密封的选型需考虑工作温度、压力与介质特性。标准碳环可耐温250℃，特殊处理的碳环可达400℃。密封压力一般设计为工作压力的1.2-1.5倍。对于强腐蚀介质，可采用填充聚四氟乙烯或石墨材质的密封环。

润滑系统：包括油箱、油泵、冷却器、过滤器及管路。油品选择需考虑抗氧化性、抗乳化性及合适的粘度指数。强制润滑系统需保证供油压力稳定，过滤精度不低于25微米。

监测保护系统：包括轴振动监测、轴位移监测、轴承温度监测、润滑油压力与温度监测。这些传感器信号接入控制系统，实现超限报警与自动停机，保障风机安全运行。

六、风机常见故障与维修技术

振动异常：可能原因包括转子不平衡、对中不良、轴承磨损、共振等。维修时首先进行现场动平衡校正，精度需达到国际标准化组织平衡等级G2.5。检查联轴器对中，要求径向偏差不大于0.05毫米，角度偏差不大于0.05度。滑动轴承磨损超过厚度1/3时应更换。

性能下降：表现为压力或流量低于设计值。可能原因：密封间隙过大导致内泄漏增加；叶轮腐蚀或积垢导致气动性能下降；进口滤网堵塞。维修时需测量各级间压力，确定泄漏部位；检查叶轮表面状态，严重腐蚀需更换；清洁进气系统。

轴承温度过高：原因可能是润滑油品质下降、冷却不足、轴承间隙不当或负载过大。维修措施：更换润滑油并清洗油路；检查冷却器效率；调整轴承间隙至设计值；检查系统阻力是否异常增加。

密封泄漏：包括气体外泄与油泄漏。碳环密封磨损过度需更换，同时检查弹簧弹力是否衰减。迷宫密封间隙增大可通过更换密封片或调整间隙来修复。油封泄漏多因唇口磨损或老化，应使用原厂配件更换。

大修流程：

停机后切断电源与工艺气体，进行气体置换与安全隔离。拆卸进出口管路、联轴器护罩、仪表接线。吊开上机壳，测量各级间隙并记录。抽出转子总成，放置于专用支架。全面检查叶轮、主轴、密封、轴承等部件磨损与腐蚀情况。更换所有密封件与轴承，修复或更换损坏部件。重新组装，严格按手册要求调整各级径向与轴向间隙。单机试车，监测振动、温度、性能参数，验收合格后投入运行。

预防性维护建议：每季度检查振动趋势与润滑油品质；每年进行性能测试与全面检查；每三年或根据运行小时数进行中修；每六年或根据设备状态进行大修。

七、工业气体输送风机的特殊考量

稀土提纯过程涉及多种工业气体的输送，不同气体对风机的要求差异显著：

空气：作为最常用介质，主要考虑空气中可能含有腐蚀性成分（如稀土冶炼环境中的酸性气体），需增强防腐设计。过滤系统需保证进气洁净度，防止颗粒物磨损叶轮。

工业烟气：温度高（可达300℃以上）、成分复杂、含尘量波动大。风机需采用耐热材料（如锅炉钢），设置有效的清灰装置与耐磨衬板，轴承与密封需有良好的冷却措施。

二氧化碳CO₂：高密度气体要求风机具有更高的强度设计。液态CO₂汽化输送时需注意温度控制，防止干冰形成。CO₂遇水生成碳酸，潮湿环境需加强防腐。

氮气N₂与氩气Ar：惰性气体本身无腐蚀性，但纯度要求高（通常99.99%以上），要求风机内表面光洁度高，密封性能极佳，防止空气渗入污染气体。油脂可能污染气体时，需采用无油润滑或特殊密封设计。

氧气O₂：强氧化性气体，所有接触部件必须彻底脱脂，禁油设计。材料选择需考虑氧相容性，避免使用易燃材料。流速需控制在安全范围内，防止摩擦发热引发危险。

氢气H₂：密度极小，泄漏倾向大，要求密封系统特别可靠。氢脆现象对高强度钢有影响，材料需经过特殊处理或选用低强度材料。防爆设计必不可少。

氦气He与氖气Ne：稀有气体，价格昂贵，对泄漏控制要求极高。氦气分子小，渗透性强，需采用特殊密封材料与结构。

混合无毒工业气体：需根据具体成分确定材料兼容性。气体比重变化影响风机性能曲线，选型时需提供准确的气体成分与参数。

气体密度变化对风机性能的影响遵循风机相似定律：压力与气体密度成正比，轴功率也与气体密度成正比。因此，输送不同气体时，即使转速相同，风机的压力与功率也会发生变化，需在设计阶段充分考虑。