化工用废气风机是处理腐蚀性、高温、易燃易爆或含颗粒物的工业废气的核心设备，其设计与选型直接关系到生产安全与环保合规。
一、恶劣工况挑战与核心设计目标
1.腐蚀性气体
•典型介质：盐酸雾(HCl)、氯气(Cl₂)、硫化氢(H₂S)、氨气(NH₃)、有机溶剂蒸气(如丙酮、苯系物)。
•设计响应：过流部件(叶轮、蜗壳)需全防腐覆盖，禁用普通不锈钢(如304)。
2.高温与相变风险
•废气温度：150℃~450℃(燃煤烟气、反应釜排气)。
•致命问题：酸露点腐蚀(如硫酸冷凝腐蚀碳钢)，需保持壁温>露点温度15℃。
3.爆炸性环境
•粉尘爆炸：铝粉、煤粉、树脂粉(浓度>20g/m³可爆炸)。
•气体爆炸：有机废气达到爆炸下限(LEL)。
•设计响应：防爆认证+静电消除+无火花结构。
4.颗粒物磨损
•硬质颗粒：催化剂粉尘、硅粉(硬度>莫氏7级)。
•粘性附着：焦油、聚合物凝结(导致动失衡)。
二、核心结构设计详解
1. 叶轮——抗蚀与耐磨的平衡
•材料选择
•强酸环境(HCl/H₂SO₄)： 哈氏合金C276(耐120℃/70%硫酸)或 钛合金Gr5(耐湿氯气)。
•氢氟酸(HF)： 蒙乃尔合金400。
•有机溶剂： 碳钢衬塑(PP/PTFE)或 全塑玻璃钢(FRP)。
•高温含尘： 双相钢2205 + 碳化钨热喷涂(HVOF涂层)。
•结构强化
•后倾式叶片：降低颗粒物附着率(比前倾式减少60%积垢)。
•加强筋设计：提升刚性防变形(高温工况变形量<0.3mm)。
2. 蜗壳(机壳)——双层防护体系
•基材： 碳钢壳体(8~12mm厚)。
•内防护：
•衬里方案：
•滚衬PTFE： 2mm厚，耐所有有机溶剂(使用温度-50℃~180℃)。
•橡胶衬里： 5mm厚天然橡胶(耐90℃/50%硫酸)。
•整体方案： 玻璃钢(FRP)模压壳体(最高耐温150℃)。
3. 密封系统——零泄漏生命线
•机械密封：
•双端面密封： 两对碳化硅摩擦副 + 隔离液缓冲(压力>废气压力0.2MPa)。
•气体阻封： 氮气吹扫(纯度99.999%，流量10L/min)。
•方案： 磁力耦合传动(无轴封设计，消除泄漏点)。
4. 驱动与控制系统
•防爆电机： Ex d IIB T4 / Ex tD A21 IP66(粉尘防爆双认证)。
•变频调速： 适应风量波动(化工工况风量变化±30%)。
•安全监控：
•轴承温度： PT100测温>85℃报警(停机阈值95℃)。
•振动监测： 压电式传感器>4.5mm/s连锁停机。
三、防腐材料科学矩阵
| 腐蚀介质 | 材料选择 | 耐受极限 | 禁忌 |
| 盐酸（气态） | 哈氏合金C276 | 120℃/37%浓度 | 316L不锈钢（48h穿孔） |
| 氢氟酸（HF） | 蒙乃尔400 | 80℃/任意浓度 | 玻璃钢/陶瓷（被溶解） |
| 高温氯气 | 钛合金Gr5 | 350℃/干燥氯气 | ＞400℃时形成钛氯化物爆炸 |
| 浓硫酸（发烟） | 碳钢衬铅 | 80℃/93%浓度 | 流速＞2m/s时铅衬脱落 |
| 有机溶剂蒸气 | PTFE衬里 | 全浓度耐蚀 | 金属材料普遍失效 |
四、严苛场景应用案例
1.氯碱工业
•介质： 湿氯气(含游离氯、水蒸气)。
•风机方案： 钛合金叶轮+FRP蜗壳 + 氮气密封(防止氯气泄漏)。
2.农药厂尾气
•介质： H₂S+有机硫+农药粉尘。
•风机方案： 哈氏C276整体铸造叶轮 + PTFE衬里蜗壳 + 防爆电机。
3.锂电池注液车间
•介质： NMP溶剂蒸气(爆炸极限0.8%~9.5%)。
•风机方案： 全铝无火花叶轮 + Ex tD防爆认证 + 静电接地<1Ω。
4.焦化厂煤气净化
•介质： 含焦油、H₂S、NH₃的高温气体。
•风机方案： 双相钢叶轮 + 蒸汽伴热系统(防焦油凝结) + 自动冲洗喷头。
五、选型黄金法则
1.四步分析法
•步骤1：介质化验
明确废气组分、浓度、露点温度(防冷凝腐蚀)。
•步骤2：工况测绘
废气温度、含尘量、爆炸特性(LEL值/粉尘Kst)。
•步骤3：性能计算
风量=设计值×1.3(安全余量)，风压=管网阻力×1.2。
•步骤4：材质抉择
根据腐蚀速率<0.1mm/年选材(哈氏合金>钛>双相钢>316L)。
2.成本陷阱规避
•误区： “304不锈钢通用” → 实际在氯离子环境中6个月穿孔。
•正解： 氢氟酸场景选蒙乃尔(成本是钛合金2倍，但寿命延长5倍)。
六、维保策略与寿命保障
1.日常监护重点
•密封系统： 氮气压力波动>10%需立即检查。
•振动趋势： 连续3天升高>15%预警叶轮结垢。
2.关键部件寿命
•机械密封： >24个月(需每季度换隔离液)。
•衬里层： PTFE衬里>10年，橡胶衬里>5年。
3.大修决策点
•叶轮腐蚀： 叶片厚度减薄>10%强制更换。
•动平衡失效： 残余不平衡量>G2.5级需返厂校正。
