二氧化碳工藝泵系統(tǒng)改造

陶林松，黃明宇，曾 翔

（貴州中煙工業(yè)有限責(zé)任公司貴陽卷煙廠，貴州貴陽 550009）

0 引言

某卷煙廠膨脹絲生產(chǎn)線的二氧化碳工藝泵系統(tǒng)由一備一用的兩套并聯(lián)系統(tǒng)組成。兩并聯(lián)系統(tǒng)中的設(shè)備及其布置相同，每臺工藝泵的進(jìn)出口兩端各布置有一臺Mecafrance DN100 的不銹鋼浮動球球閥，如圖1 所示。若其中一套系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可開啟備用系統(tǒng)進(jìn)出口兩端的浮動球球閥，啟用備用泵保證生產(chǎn)，然后關(guān)閉故障系統(tǒng)進(jìn)出口的球閥，排除壓力后進(jìn)行拆修。在此操作中，開啟備用系統(tǒng)的球閥非常困難，強(qiáng)行開啟會破壞球閥，甚至?xí)茐墓艿篮缚p等薄弱環(huán)節(jié)，引發(fā)安全事故。閥桿的扁榫和扁槽工作變形情況如圖2 和圖3 所示。

1 問題分析

系統(tǒng)中的球閥為浮動球球閥，其球體在介質(zhì)壓力作用下會產(chǎn)生一定位移，被壓緊在出口側(cè)的密封圈上，實現(xiàn)單側(cè)密封。這種球閥結(jié)構(gòu)簡單，密封性能好，因此啟閉力也大[1]。浮動球球閥工作及受力示意如圖4 所示。二氧化碳工藝罐的壓力值在3 MPa（30 bar）左右，壓力較高，而備用的工藝泵系統(tǒng)內(nèi)無壓力。這就造成備用的工藝泵系統(tǒng)兩端的浮動球球閥單側(cè)受壓，巨大的壓力將球閥的球體壓在無壓端的密封墊上。同時，液態(tài)二氧化碳中有一部分來自循環(huán)系統(tǒng)，所含雜質(zhì)較多，并有水凍結(jié)在球閥的球體與密封面之間，摩擦系數(shù)大大增加，造成球閥極難開啟。

2 改造方案及實施

圖1 二氧化碳工藝泵系統(tǒng)

圖2 閥桿扁榫工作變形

圖3 閥桿扁槽工作變形

圖4 浮動球球閥工作及受力示意

要減小球閥的操作轉(zhuǎn)矩，就需要減小轉(zhuǎn)動球體的摩擦力矩，改進(jìn)方向有：①減小球體與閥座的摩擦系數(shù)；②減少作用在球體兩端的壓力差。根據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝及設(shè)備狀態(tài)，沒有降低摩擦系數(shù)的可行手段。于是，從減少作用在球體兩端的壓力差角度，提出2 種解決方案。

（1）方案一。改用固定球球閥。固定球球閥的球體由上下固定軸支撐在閥腔內(nèi)，介質(zhì)作用力通過閥座密封圈傳遞到球體的半軸上，將大大減小閥門的操作轉(zhuǎn)矩[2]。但是，固定球球閥的結(jié)構(gòu)比浮動球球閥復(fù)雜，重量較大，價格也比同規(guī)格浮動球球閥貴。若4 臺球閥全部改用同品牌同規(guī)格的固定球球閥，投入較大。

（2）方案二。增設(shè)平衡管。在不破壞壓力管道結(jié)構(gòu)的前提下，利用原系統(tǒng)上壓力表安裝位置，增設(shè)一根兩端帶針形閥的DN15平衡管道，聯(lián)通2 臺工藝泵。當(dāng)在用工藝泵出現(xiàn)故障后，打開平衡管上的針形閥，將系統(tǒng)壓力緩慢引到備用泵。使備用系統(tǒng)的球閥兩側(cè)壓力平衡，避免單側(cè)受壓，最終減小操作轉(zhuǎn)矩。

綜合比較，兩個方案均可以減小開啟球閥的操作轉(zhuǎn)矩，但方案二的費用遠(yuǎn)低于方案一。故選擇方案二實施改造。改造方案如圖5 所示。改造后的實物如圖6所示。

圖5 改造方案

圖6 改造后的實物

3 效果驗證

改進(jìn)方案實施后，開啟備用系統(tǒng)球閥的操作轉(zhuǎn)矩大幅減小。從方案實施至今已4 年多，未再發(fā)生過閥桿的扁榫和扁槽變形現(xiàn)象，避免了球閥因閥桿變形失效而不能正常使用的情況。

4 結(jié)語

通過在兩并聯(lián)系統(tǒng)之間增設(shè)平衡管，在開啟備用系統(tǒng)的浮動球球閥前，緩慢引介質(zhì)平衡球閥兩端的壓力，可減小開啟球閥的操作轉(zhuǎn)矩，延長球閥使用壽命。