一种炼钢用机械真空泵系统管道设计的温降修正法技术方案

本发明专利技术属于钢水真空精炼装设备技术领域，具体涉及一种炼钢用机械真空泵系统管道设计的温降修正法。本发明专利技术通过将机械真空泵系统管道划分为j个区段、引入真空气体绝热膨胀降温公式、初步计算获取第j段的修正前管道直径D

【技术实现步骤摘要】
一种炼钢用机械真空泵系统管道设计的温降修正法
本专利技术属于钢水真空精炼装设备
，具体涉及一种炼钢用机械真空泵系统管道设计的温降修正法。
技术介绍
钢水真空精炼工艺的主要任务是脱除钢液内的有害气体，并通过钢液循环使得非金属夹杂物上浮、均匀钢水成分和温度，同时可以加入合金，具有脱氧、脱碳、脱硫、脱磷、成分微调等多项冶金功能，可以大大提高钢水的洁净度，提高钢材的物理化学性能。目前，真空精炼广泛应用于钢水处理工艺，这是生产优质钢必须的工艺方法，生产高附加值钢种的重要手段。钢水真空精炼工艺过程是在真空条件下，钢水在真空室(真空罐或真空槽)中进行循环脱气，最终达到净化钢水的目的。真空精炼的主要设备是真空产生装置，常用的是蒸汽喷射真空泵和机械真空泵。由于机械真空泵具有节能、环保的优势，现在越来越多的应用于真空精炼工艺。对机械真空泵来说，入口废气的温度直接影响其工作效率和安全性。在允许范围内，随废气温度升高，机械真空泵的排气量会减小。如果废气温度过高，将导致干式机械真空泵转子间、转子与腔体间热膨胀卡死，甚至出现严重损坏设备的事故。如果废气温度过高，也将引起湿式机械真空泵腔体内工作液气化，迅速降低排气效率，甚至造成工作液大量消耗后出现无法排气的故障。因此，有效降低废气温度尤为重要。目前，机械真空泵系统管道设计依据图2进行。通过不同长度和管径的抽气管道，将真空室2、气体冷却除尘器3、真空主阀4、一级机械真空泵5、二级机械真空泵6、三级机械真空泵7等多级机械真空泵系统设备相连。公知的，抽气管道的长度和管径通常是按照管道内气体流动速度、管道流阻和系统设备布置来确定的。由于不考虑管道内真空气体流动状态下的热交换机理，因此没有充分利用管道设计来提高系统自身温降能力。而完全依靠气体冷却除尘器3的冷却能力和一级机械真空泵5、二级机械真空泵6、三级机械真空泵7机体出口配置强冷换热器能却能力。因没有充分考虑真空管道自身的温降能力，现有管道设计方法有以下两个缺点：(1)盲目加大气体冷却除尘器3的冷却能力，造成设备结构庞大、冷却水管路复杂、冷却水耗量升高、气体流阻增大等问题。(2)盲目在一级机械真空泵5、二级机械真空泵6、三级机械真空泵7机体出口配置强冷换热器，造成机械真空泵出口气体阻力增大，压缩比升高，导致抽气能力下降，电耗增加，严重的将会诱发机体自身发热严重等问题。同时，造成一级机械真空泵5、二级机械真空泵6、三级机械真空泵7出口复杂、冷却水管路复杂、冷却水耗量升高等问题。长时间使用后，封闭在机体出口管道内的强冷换热器存在漏水现象，将产生汽水混合物。当汽水混合物流经机械真空泵体内会严重损坏高速旋转的真空泵转子。
技术实现思路
本专利技术提供了一种炼钢用机械真空泵系统管道设计的温降修正法，目的之一在于提供一种能够控制多级机械真空泵入口废气的温度，提高机械真空泵排气效率，保持系统设备长期稳定安全运行的方法；目的之二在于提供一种能够简化设备结构，降低冷却水耗量，减小气体流阻的方法；目的之二在于提供一种能够避免因炼钢用机械真空泵系统管道长时间使用后产生汽水混合物现象的发生。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种炼钢用机械真空泵系统管道设计的温降修正法，包括如下步骤步骤一：将机械真空泵系统管道划分为j个区段；步骤二：引入真空气体绝热膨胀降温公式；步骤三：初步计算获取第j段的修正前管道直径Dj对j≥4的真空管管道，通过步骤二引入的真空气体绝热膨胀降温公式，初步计算第j段的修正前管道直径Dj；步骤四：初步选取第j段修正前管道长度Lj；步骤五：修正多级机械真空泵入口前的管道长度根据步骤四选取第j段修正前管道长度Lj，对多级机械真空泵入口前的管道即j<4的管道区段的管道长度进行修正；步骤六：修正多级机械真空泵之间的管道直径根据步骤三初步计算获取的第j段的修正前管道直径Dj，对多级机械真空泵之间的管道即j≥4的管道区段的管道直径进行修正；步骤七：调整管道设置根据步骤五和步骤六得到的修正结果，将炼钢用机械真空泵系统相关区段的管道长度或直径进行调整。所述的步骤一将机械真空泵系统管道划分为五个区段，区段划分的具体方法是：j＝1，即储存钢液的真空室出口到气体冷却除尘器入口间的管道区段；j＝2，即气体冷却除尘器出口到真空主阀间的管道区段；j＝3，即真空主阀到一级机械真空泵入口间的管道区段；j＝4，即一级机械真空泵出口到二级机械真空泵入口间的管道区段j＝5，即二级机械真空泵出口到三级机械真空泵入口间的管道区段。所述的步骤二中引入的真空气体绝热膨胀降温公式为：其中：γ为真空气体绝热系数；Ti为修正后第j段管道废气温度，即炼钢过程中满足每区段设备稳定运行的气体绝热冷却后的目标温度，单位为℃；Tj为修正前第j段管道废气温度，即炼钢过程中每区段管道内废气的温度，单位为℃；Vi为修正后第j段管道最小容积，即炼钢过程中实现每区段管道内废气降温的最小容积，单位为m3；Vj为修正前第j段管道理论容积，单位为m3Vj的求解公式如下：其中，Lj为修正前第j段管道的长度，单位为m；Dj为修正前管道直径，单位为m；将公式(2)代入(1)得到的值。所述的步骤三中第j段的修正前管道直径Dj采用如下公式进行初步计算其中，Dj为第j段修正前管道直径，单位为m；Gj为第j段管道出口的机械真空泵抽气量，单位为kg/h；Pj为第j段管道内真空度，单位为Pa；vj为第j段管道内气体流速，单位为m/s；k为折算系数。所述的步骤四中初步选取第j段修正前管道长度Lj是在如下范围内进行初步选取的：第j＝1段管道长度范围10～50m；第j＝2段管道长度范围5～10m；第j＝3段管道长度范围20～100m。所述的步骤五中修正多级机械真空泵入口前的管道长度的具体方法如下第一步，根据不同j区段气体在真空状态下的特征，计算绝热系数γ；第二步，根据现场测量或理论计算出储存钢液的真空室内废气温度Tj＝1；第三步，根据气体冷却换热器设计要求的入口温度Ti＝1，确定修正后第j＝1段管道废气温度；第四步，根据第j＝1段管道设计需要，初选修正前管道长度Lj＝1；第五步，根据如下公式修正第j＝1段管道长度为Li＝1；如此，顺序计算和修正出j＝2、j＝3的管道直径Li＝2、Li＝3。所述的第一步根据不同j区段气体在真空状态下的特征，选取绝热系数γ的具体方法为所述的第一步根据不同j区段气体在真空状态下的特征，计算绝热系数γ的具体方法是：将通过管道内的气体按照双原子气体的绝热系数γ2与单原子气体的绝热系数γ1，按照百分比为30％～50％∶70％～50％，采用如下公式γ＝30％～50％γ1+70％～50％γ2...

【技术保护点】
1.一种炼钢用机械真空泵系统管道设计的温降修正法，其特征在于，包括如下步骤/n步骤一：将机械真空泵系统管道划分为j个区段；/n步骤二：引入真空气体绝热膨胀降温公式；/n步骤三：初步计算获取第j段的修正前管道直径D

【技术特征摘要】
1.一种炼钢用机械真空泵系统管道设计的温降修正法，其特征在于，包括如下步骤
步骤一：将机械真空泵系统管道划分为j个区段；
步骤二：引入真空气体绝热膨胀降温公式；
步骤三：初步计算获取第j段的修正前管道直径Dj
对j≥4的真空管管道，通过步骤二引入的真空气体绝热膨胀降温公式，初步计算第j段的修正前管道直径Dj；
步骤四：初步选取第j段修正前管道长度Lj；
步骤五：修正多级机械真空泵入口前的管道长度
根据步骤四选取第j段修正前管道长度Lj，对多级机械真空泵入口前的管道即j<4的管道区段的管道长度进行修正；
步骤六：修正多级机械真空泵之间的管道直径
根据步骤三初步计算获取的第j段的修正前管道直径Dj，对多级机械真空泵之间的管道即j≥4的管道区段的管道直径进行修正；
步骤七：调整管道设置
根据步骤五和步骤六得到的修正结果，将炼钢用机械真空泵系统相关区段的管道长度或直径进行调整。


2.如权利要求1所述的一种炼钢用机械真空泵系统管道设计的温降修正法，其特征在于，所述的步骤一将机械真空泵系统管道划分为五个区段，区段划分的具体方法是：
j＝1，即储存钢液(1)的真空室(2)出口到气体冷却除尘器(3)入口间的管道区段；
j＝2，即气体冷却除尘器(3)出口到真空主阀(4)间的管道区段；
j＝3，即真空主阀(4)到一级机械真空泵(5)入口间的管道区段；
j＝4，即一级机械真空泵(5)出口到二级机械真空泵(6)入口间的管道区段
j＝5，即二级机械真空泵(6)出口到三级机械真空泵(7)入口间的管道区段。


3.如权利要求1所述的一种炼钢用机械真空泵系统管道设计的温降修正法，其特征在于：所述的步骤二中引入的真空气体绝热膨胀降温公式为：



其中：γ为真空气体绝热系数；
Ti为修正后第j段管道废气温度，即炼钢过程中满足每区段设备稳定运行的气体绝热冷却后的目标温度，单位为℃；
Tj为修正前第j段管道废气温度，即炼钢过程中每区段管道内废气的温度，单位为℃；
Vi为修正后第j段管道最小容积，即炼钢过程中实现每区段管道内废气降温的最小容积，单位为m3；
Vj为修正前第j段管道理论容积，单位为m3
Vj的求解公式如下：



其中，Lj为修正前第j段管道的长度，单位为m；
Dj为修正前管道直径，单位为m；
将公式(2)代入(1)得到的值。


4.如权利要求1所述的一种炼钢用机械真空泵系统管道设计的温降修正法，其特征在于：所述的步骤三中第j段的修正前管道直径Dj采用如下公式进行初步计算



其中，Dj为第j段修正前管道直径，单位为m；

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建龙，朱浪涛，任彤，张虎，刘蒙，马正锋，张明，曹海玲，
申请(专利权)人：中国重型机械研究院股份公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61