芻議卷煙膨脹煙絲生產(chǎn)線冷端CO_2泵裝置的優(yōu)化改進

周健

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

【關鍵詞】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

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)、向工藝泵中補償液體CO2的補償系統(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)對液態(tài)CO2進行儲存、輸送與回收，共同完成液態(tài)CO2浸漬煙絲的生產(chǎn)工序。運輸液態(tài)CO2的槽車通過自帶泵向貯罐內(nèi)卸料，再通過補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)同時回收氣態(tài)CO2；再經(jīng)低壓回收罐進入到高壓回收罐內(nèi)，高壓壓縮機將高壓回收罐中的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

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

（二）工藝泵機械密封損壞的原因

第一，一次生產(chǎn)結(jié)束后，工藝泵進出口兩端管道中會有殘留的液態(tài)CO2會出現(xiàn)蒸發(fā)現(xiàn)象，進而造成管路內(nèi)的壓力快速升高，最高可達到3MPa，當泵吸口手閥長期處于打開狀態(tài)時，就會使管路內(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，會不斷進入泵吸口并蒸發(fā)，使工藝泵維持結(jié)冰狀態(tài)，長時間冰凍與停開機會對機械密封產(chǎn)生破壞，液態(tài)CO2的不斷蒸發(fā)所產(chǎn)生的憋壓，也會造成機械密封的超壓狀態(tài)，損壞機械密封。第二，若關閉吸口手閥，清空泵內(nèi)液態(tài)CO2時，會使泵體失去壓力，空氣會向泵體內(nèi)不斷滲入，造成冷凝狀態(tài)，當打開手閥時，隨著液態(tài)CO2向泵體管路中的注入，就會損害機械密封。第三，再生產(chǎn)啟動泵體時，泵體內(nèi)殘留的氣態(tài)CO2會出現(xiàn)氣縛現(xiàn)象，進而使生產(chǎn)出現(xiàn)波動，加大泵體振動，進而損毀機械密封。

三、工藝泵裝置的優(yōu)化改進方法

（一）管路改進

工藝泵向浸漬器內(nèi)供應液態(tài)CO2時，會出現(xiàn)氣化問題，對之后的停開泵產(chǎn)生影響，進而損害機械密封，為解決這一問題，可通過優(yōu)化供應管路的方法進行改進（圖1）。在工藝泵吸口管路M點前引入一條氣相平衡管，連接到工藝罐頂部，同時在加入的管路上增加另一個手閥獨立開關該管路。經(jīng)過改裝后，當泵吸口前管路中流入液態(tài)CO2時，因為液體的密度要高于氣體，重力作用下，會使氣體向管路頂部上升，氣體上升到M點時，該點上方支管與M點壓力對工藝罐內(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，而不會滲入到泵體內(nèi)，進而消除了憋壓與氣縛問題，即使長時間停泵也不需要再清空泵體內(nèi)液態(tài)CO2，而氣體也不會向泵體內(nèi)滲入，同時也就解決了空氣向泵體內(nèi)滲入時出現(xiàn)的冷凝問題，有效保護了機械密封，使工藝泵能夠長期持續(xù)運轉(zhuǎn)，而不會出現(xiàn)CO2泄漏問題。

改進后的整個冷端系統(tǒng)運行方法如下：生產(chǎn)結(jié)束后，關閉管路手閥，液態(tài)CO2不會向工藝泵內(nèi)流動，打開平衡管手閥，液態(tài)CO2氣化時生成的氣態(tài)CO2就會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，確保了工藝泵不會被抽空。供應流體時，要打開泵出口管路排氣管冷門，清空泵內(nèi)氣態(tài)CO2。該改進系統(tǒng)可大幅提高機械密封使用年限，進而節(jié)約成本，保證了生產(chǎn)的經(jīng)濟效益，減少了維修量。

（二）延長工藝泵進液管

另外一種管路改進方法，可以通過工藝罐內(nèi)部結(jié)構的改進，延長工藝泵進液管進入到工藝罐內(nèi)的長度，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，再將高壓壓縮機改為螺桿式無級加載壓縮機，能夠在很大程度上降低煙末與煙油吸入對動靜環(huán)接觸面的破壞，進而延長機械密封的使用時間。

（三）填料密封

目前廣泛應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方法，復合導熱性極強的碳纖維浸漬和潤滑劑配合使用后，也能實現(xiàn)高強度、高導熱性、低摩擦系數(shù)的密封效果，對于高壓或高速運轉(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)設備確定填料截面尺寸與圈數(shù)；設計軸套與壓蓋，軸套粗糙度要達到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控制在0.03-0.08mm之間；安裝前檢查軸套外圓徑向圓跳動性能與相關參數(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；每圈填料在裝填時都要錯開接口，裝好一圈壓緊一圈；將壓緊螺栓對稱擰緊；試驗該裝置，確保運行無異常。填料裝置運行可靠，故障率低，能夠在線修復，大大降低了維修工作量，經(jīng)濟性良好。

四、結(jié)語

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

【參考文獻】

[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]. 中國機械， 2013（4）：165-165.