周健

【摘 要】CO2膨脹煙絲技術(shù)是目前國(guó)內(nèi)國(guó)際卷煙生產(chǎn)線廣應(yīng)用的一項(xiàng)具有高成熟度的技術(shù)，冷端工藝泵裝置的密封問題是整個(gè)生產(chǎn)線的關(guān)鍵問題之一，本文主要介紹了兩種工藝泵裝置改進(jìn)方法，一種為管路改進(jìn)法，一種為填料密封法，兩種方法均在目前膨脹煙絲生產(chǎn)線上有廣泛的應(yīng)用，是提高整個(gè)生產(chǎn)線經(jīng)濟(jì)性、裝置密封性、減少維修工作量的有效方法。

【關(guān)鍵詞】卷煙膨脹煙絲生產(chǎn)線；冷端系統(tǒng)；CO2；工藝泵裝置；密封；改進(jìn)

一、膨脹煙絲生產(chǎn)線冷端系統(tǒng)

冷端系統(tǒng)包括了CO2浸漬系統(tǒng)、向浸漬器內(nèi)注入CO2的供給系統(tǒng)、向工藝泵中補(bǔ)償液體CO2的補(bǔ)償系統(tǒng)、回收浸漬后CO2氣體的回收系統(tǒng)以及制冷系統(tǒng)。各系統(tǒng)對(duì)液態(tài)CO2進(jìn)行儲(chǔ)存、輸送與回收，共同完成液態(tài)CO2浸漬煙絲的生產(chǎn)工序。運(yùn)輸液態(tài)CO2的槽車通過自帶泵向貯罐內(nèi)卸料，再通過補(bǔ)償泵由貯罐向工藝罐供給液態(tài)CO2；工藝泵從工藝罐中抽取并向浸漬器內(nèi)注入液態(tài)CO2，液態(tài)CO2完全浸沒煙絲后，再將液態(tài)CO2送回工藝罐中，回收系統(tǒng)同時(shí)回收氣態(tài)CO2；再經(jīng)低壓回收罐進(jìn)入到高壓回收罐內(nèi)，高壓壓縮機(jī)將高壓回收罐中的CO2送入CO2冷凝器中，將氣態(tài)CO2液化為液態(tài)CO2，液化后的液態(tài)CO2再次回到工藝罐中，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。

二、工藝泵存在的問題及原因

（一）工藝泵存在的問題

工藝泵的機(jī)械密封是保證生產(chǎn)過程順利的關(guān)鍵，機(jī)械密封主要采用接觸式單端面動(dòng)靜環(huán)密封，動(dòng)環(huán)與靜環(huán)端面形成適當(dāng)比壓后，生成一層極薄的液體膜進(jìn)而實(shí)現(xiàn)密封，其根本在于動(dòng)環(huán)與靜環(huán)接觸面能夠在工藝泵運(yùn)行中始終有效貼合，保持機(jī)械密封。工藝泵在向浸漬器內(nèi)泵入CO2時(shí)，在工藝底部進(jìn)液管附近沉積的煙沫與煙油也會(huì)進(jìn)入到工藝泵中，再進(jìn)入工藝泵機(jī)械密封的壓緊彈簧中，進(jìn)而使壓緊彈簧作用消失，導(dǎo)致動(dòng)環(huán)與靜環(huán)間出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，引發(fā)CO2泄漏。

（二）工藝泵機(jī)械密封損壞的原因

第一，一次生產(chǎn)結(jié)束后，工藝泵進(jìn)出口兩端管道中會(huì)有殘留的液態(tài)CO2會(huì)出現(xiàn)蒸發(fā)現(xiàn)象，進(jìn)而造成管路內(nèi)的壓力快速升高，最高可達(dá)到3MPa，當(dāng)泵吸口手閥長(zhǎng)期處于打開狀態(tài)時(shí)，就會(huì)使管路內(nèi)的液態(tài)CO2不斷蒸發(fā)，工藝罐中的液態(tài)CO2在自重條件下，會(huì)不斷進(jìn)入泵吸口并蒸發(fā)，使工藝泵維持結(jié)冰狀態(tài)，長(zhǎng)時(shí)間冰凍與停開機(jī)會(huì)對(duì)機(jī)械密封產(chǎn)生破壞，液態(tài)CO2的不斷蒸發(fā)所產(chǎn)生的憋壓，也會(huì)造成機(jī)械密封的超壓狀態(tài)，損壞機(jī)械密封。第二，若關(guān)閉吸口手閥，清空泵內(nèi)液態(tài)CO2時(shí)，會(huì)使泵體失去壓力，空氣會(huì)向泵體內(nèi)不斷滲入，造成冷凝狀態(tài)，當(dāng)打開手閥時(shí)，隨著液態(tài)CO2向泵體管路中的注入，就會(huì)損害機(jī)械密封。第三，再生產(chǎn)啟動(dòng)泵體時(shí)，泵體內(nèi)殘留的氣態(tài)CO2會(huì)出現(xiàn)氣縛現(xiàn)象，進(jìn)而使生產(chǎn)出現(xiàn)波動(dòng)，加大泵體振動(dòng)，進(jìn)而損毀機(jī)械密封。

三、工藝泵裝置的優(yōu)化改進(jìn)方法

（一）管路改進(jìn)

工藝泵向浸漬器內(nèi)供應(yīng)液態(tài)CO2時(shí)，會(huì)出現(xiàn)氣化問題，對(duì)之后的停開泵產(chǎn)生影響，進(jìn)而損害機(jī)械密封，為解決這一問題，可通過優(yōu)化供應(yīng)管路的方法進(jìn)行改進(jìn)（圖1）。在工藝泵吸口管路M點(diǎn)前引入一條氣相平衡管，連接到工藝罐頂部，同時(shí)在加入的管路上增加另一個(gè)手閥獨(dú)立開關(guān)該管路。經(jīng)過改裝后，當(dāng)泵吸口前管路中流入液態(tài)CO2時(shí)，因?yàn)橐后w的密度要高于氣體，重力作用下，會(huì)使氣體向管路頂部上升，氣體上升到M點(diǎn)時(shí)，該點(diǎn)上方支管與M點(diǎn)壓力對(duì)工藝罐內(nèi)壓力差的雙重作用，使管路內(nèi)的氣態(tài)CO2由平衡管向工藝罐內(nèi)釋放，而不會(huì)滲入到泵體內(nèi)，進(jìn)而消除了憋壓與氣縛問題，即使長(zhǎng)時(shí)間停泵也不需要再清空泵體內(nèi)液態(tài)CO2，而氣體也不會(huì)向泵體內(nèi)滲入，同時(shí)也就解決了空氣向泵體內(nèi)滲入時(shí)出現(xiàn)的冷凝問題，有效保護(hù)了機(jī)械密封，使工藝泵能夠長(zhǎng)期持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，而不會(huì)出現(xiàn)CO2泄漏問題。

改進(jìn)后的整個(gè)冷端系統(tǒng)運(yùn)行方法如下：生產(chǎn)結(jié)束后，關(guān)閉管路手閥，液態(tài)CO2不會(huì)向工藝泵內(nèi)流動(dòng)，打開平衡管手閥，液態(tài)CO2氣化時(shí)生成的氣態(tài)CO2就會(huì)通過平衡管向工藝罐內(nèi)釋放，使工藝罐和工藝泵吸口前保持了相同的壓力，再次開車前，就不需要再轉(zhuǎn)換工藝泵內(nèi)的空氣。生產(chǎn)開始前，先關(guān)閉平衡管手閥，再打開原管路手閥，工藝罐與工藝泵吸口前壓力的一致性，有助于液態(tài)CO2的下流，確保了工藝泵不會(huì)被抽空。供應(yīng)流體時(shí)，要打開泵出口管路排氣管冷門，清空泵內(nèi)氣態(tài)CO2。該改進(jìn)系統(tǒng)可大幅提高機(jī)械密封使用年限，進(jìn)而節(jié)約成本，保證了生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，減少了維修量。

（二）延長(zhǎng)工藝泵進(jìn)液管

另外一種管路改進(jìn)方法，可以通過工藝罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，延長(zhǎng)工藝泵進(jìn)液管進(jìn)入到工藝罐內(nèi)的長(zhǎng)度，增加工藝罐上方回液口和工藝泵吸口的距離，用隔板分開工藝罐底部吸口和上方回液口，降低工藝泵的煙末與煙油吸入量，再將高壓壓縮機(jī)改為螺桿式無級(jí)加載壓縮機(jī)，能夠在很大程度上降低煙末與煙油吸入對(duì)動(dòng)靜環(huán)接觸面的破壞，進(jìn)而延長(zhǎng)機(jī)械密封的使用時(shí)間。

（三）填料密封

目前廣泛應(yīng)用的芳綸碳纖維混編填料密封法也是一種有效的工藝泵改進(jìn)方法，復(fù)合導(dǎo)熱性極強(qiáng)的碳纖維浸漬和潤(rùn)滑劑配合使用后，也能實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱性、低摩擦系數(shù)的密封效果，對(duì)于高壓或高速運(yùn)轉(zhuǎn)部位密封有很好的適用性。填料密封裝置的安裝步驟為：根據(jù)冷端系統(tǒng)設(shè)備確定填料截面尺寸與圈數(shù)；設(shè)計(jì)軸套與壓蓋，軸套粗糙度要達(dá)到R1.6左右，同軸度控制在0.02-0.04mm之間，軸在密封部位徑向跳動(dòng)控制在0.03-0.08mm之間；安裝前檢查軸套外圓徑向圓跳動(dòng)性能與相關(guān)參數(shù)；用不脫落纖維無紡布將填料箱與軸套擦拭干凈；將一根直徑等同于軸套的軸的盤根纏繞到外圓上，切割盤根，使斜口保持45角；每圈填料在裝填時(shí)都要錯(cuò)開接口，裝好一圈壓緊一圈；將壓緊螺栓對(duì)稱擰緊；試驗(yàn)該裝置，確保運(yùn)行無異常。填料裝置運(yùn)行可靠，故障率低，能夠在線修復(fù)，大大降低了維修工作量，經(jīng)濟(jì)性良好。

四、結(jié)語

本文主要介紹了兩種工藝泵裝置改進(jìn)方法，均在目前膨脹煙絲生產(chǎn)線上有廣泛的應(yīng)用，一種為管路改進(jìn)法，該方法針對(duì)工藝泵停開時(shí)的氣縛、憋壓、冷凝問題優(yōu)化工藝泵供應(yīng)回收程序；一種為填料密封法，該方法針對(duì)工藝泵在供應(yīng)液體時(shí)同時(shí)吸入的煙末與煙油問題進(jìn)行改進(jìn)。兩種方法均能實(shí)現(xiàn)有效的運(yùn)行，在提高經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，降低了維修工作量，提高了密封性，避免了CO2泄漏，確保了整個(gè)生產(chǎn)線的有序、可靠運(yùn)行。

【參考文獻(xiàn)】

[1]蘇志明. 二氧化碳膨脹煙絲生產(chǎn)線升華系統(tǒng)的研究與優(yōu)化[J]. 中國(guó)機(jī)械， 2013（4）：165-165.