干式螺杆真空泵原理(姜燮昌：干式螺杆真空泵的几种典型应用)

Posted 2023-05-25

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干式螺杆真空泵原理(姜燮昌：干式螺杆真空泵的几种典型应用)

目前各种真空泵的发展越来越受到真空应用场合的影响，一般传统的真空泵系统已经无法满足清洁无油、耐腐蚀、抽可凝性蒸汽以及能在恶劣的工况下运行的需要。因此，近几年来，干式真空泵发展很快，真空获得产品出现了更新换代的局面。

螺杆真空泵是20世纪90年代初出现的一种理想的泵种，具有抽速范围宽广、结构简单紧凑、泵腔内无摩擦元件、能耗低、无废液排放以及运行成本低等一系列优点，因而在半导体、光伏产业、化工、制药、石化、空间模拟、低压风洞等领域得到广泛应用。

在制药行业溶媒回收中的应用

采用溶媒结晶工艺的原料药，在结晶后要进行过滤、洗涤、真空干燥。物料含湿量一般在20%左右，加热温度不能超过80℃，干燥后原料药含湿量要低于0.5%，为了抽除物料中的溶媒，干燥罐内的压力要低于干燥温度下溶媒的饱和蒸气压，通常要求在中真空压力0.1~50Pa条件下干燥。

湿物料所带溶媒通常是易燃、易爆、有毒、有害的危险化学品，它们在干燥过程中被真空机组抽走。

传统的湿式真空系统普遍选用罗茨液环真空泵机组，液环泵的密封液在运行中会溶解或吸收部分有机溶媒，在汽液分离罐中分离成废气和高浓度的有机废液，但这两部分都需要处理，这不仅不能充分回收这部分溶媒，而且使企业运行成本增加，更对健康、安全和环保带来危害。

而采用罗茨泵与螺杆真空泵组成的干式真空系统，可以使干燥过程中的有机溶媒在排气侧冷凝，实现溶剂的回收。由于螺杆泵泵腔内无任何其他工艺介质，既节能又环保，无废液处理问题，溶媒又可以全部回收。所以螺杆真空泵已成为这一应用领域的最佳选择。其干式真空机组如图1所示。

图1 三级罗茨螺杆干式真空机组

在石化行业汽油蒸汽回收方面的应用

随着我国对环境保护的日益重视，国家或行业制定各种法律、标准和规定，来严格约束汽油蒸汽排放，要求对储油库、加油站等必须增设油气回收装置，并符合排放浓度＜25g/m3，油气处理效率＞95%的标准。

油气回收装置是采用活性吸附来实现油气中烃类成分和空气的分离，以达到排放标准，活性炭的再生是采用真空解吸的方法来实现的，以达到循环使用的目的。真空解吸的油气则通过汽油喷淋吸收的方法，将油气转化为汽油并回收。

干式螺杆真空泵在汽油蒸汽回收装置中是一个关键性设备，所抽气体为容易挥发的汽油蒸汽，主要成分是C4、C5、C6等汽油蒸汽，其装置原理如图2所示。

图2 汽油蒸汽回收装置原理图

考虑到安全，通常汽油回收要求泵的运行温度控制在80℃以下，另外在多数现场都不能提供冷却水，可以提供的冷却液就是汽油；为了降低泵的运行温度，对于抽速为800m3/h以上的大型泵，除了泵体夹套通入汽油外，最有效的方法就是向泵腔内（在温度最高点）注入适量的汽油，通过汽油蒸发吸热来降低泵腔内温度。如图3所示。

图3 向泵内注入冷却液

由于螺杆真空泵在油气回收工艺过程中，被冷凝的汽油会堆集在泵的排气口处，如不及时排出，会造成被鞥的异常振动和噪声，为此可以采取下列二种改进措施——

措施1：泵的排气管向下倾斜，排气管道位置要低于泵的排气口位置（见图4）。

图4 改进措施1

措施2：在泵的排气口或消音器最低位处安装一台循环泵，以消除排气口的积液现象（见图5）。

图5 改进措施2

在航空、航天空间模拟方面的应用

由于空间模拟装置被抽容器的容积从几千立方米到几万立方米，压力变化从几万Pa到几个Pa，而且被抽气体中含有大量的水蒸气或部分氮氧化物，所以这种真空系统首先遇到的就是预抽真空问题。如果选用传统的滑阀真空泵作前级泵，则存在下列问题：

·滑阀泵在高入口压力下长时间运行，由于气流携带作用，其喷油现象十分严重，一是浪费大量昂贵的油，二是环境污染；

·由于被抽气体中含有大量的水蒸气或氮氧化物，这些气体一旦进入泵内，会使真空泵油迅速乳化变质，油的密封性破坏，导致真空性能下降，甚至使泵毁坏；

·需要配置泵的数量多，而且滑阀泵的振动、噪声也大。

而螺杆真空泵由于具有清洁无油、抽速大、振动小、噪声低等优点，已成为当前大型空间模拟真空系统的首选产品。

另外，为了提高真空机组的抽速和极限真空，同时亦可相应地减小螺杆泵的尺寸，一般都是采用一台罗茨泵与螺杆真空泵串联构成的二级机组，或二台罗茨泵与螺杆真空泵串联构成的三级机组。

为防止颗粒杂质进入泵内，在真空机组入口配置入口过滤器，其精度为50μm。

图6为某空间模拟装置真空系统单套真空泵机组照片。主泵为ZJB-1200带旁通阀罗茨泵（抽速1200L/S），前级泵为SP1500螺杆真空泵（抽速1300m3/h，（50Hz）），单套机组抽速为1200L/s，极限压力10-1Pa。

图6 二级罗茨螺杆干式真空泵机组

图7为某空间模拟装置真空系统单套真空泵机组照片。主泵为RP3600罗茨泵（五点机械密封，抽速5500m3/h），中间泵为RP2000罗茨泵（五点机械密封，抽速为2400m3/h），前级泵为SP1500螺杆真空泵（抽速1300m3/h，（50Hz）），单套机组抽速为1500L/s，极限压力10-2Pa。

图7 三级罗茨螺杆干式真空泵机组

螺杆真空泵要做到以下几点

螺杆真空泵是当前真空行业的热点，但是目前在我国尚处于起步阶段，所以在设计、制造和操作使用方面都存在一些问题。笔者认为，要使螺杆真空泵进一步推广使用，还必须做到下列几点：

（1）首先是螺杆真空泵必须性能稳定、运行可靠。

（2）制造厂商要根据用户的不同工艺，提出不同的解决方案。

（3）做好售前培训和售后服务。

（4）操作者要根据使用手册规定的要求，做好日常维护和保养。

本文首发于iVacuum真空聚焦（《真空》杂志新媒体）