液體CO2工藝泵密封的改進

段志勇

(濟南卷煙廠 山東 濟南 250000）

0 前言

濟南卷煙廠引進的SP9型800kg/h二氧化碳膨脹煙絲生產線，共有兩臺煙絲浸漬器交替完成液體二氧化碳浸漬煙絲的流程。在工作循環中，液體二氧化碳被工藝泵從工藝罐中泵入浸漬器來浸漬煙絲。

在實際生產過程中，工藝泵頻繁發故障，主要為發生嚴重泄漏導致停機。工藝泵的泄漏沒有征兆，屬于突然發生，3MP壓力的二氧化碳噴泄而出，存在巨大的危險因素。所以每次一泄漏就必須進行緊急停機搶修，否則線上的煙絲就無法完成膨脹加工過程，造成進一步的損失，泄漏后不但維修時間長，精度要求高，而且備件價格昂貴，工藝泵的泄漏停機嚴重影響制約了生產。

1 原因分析

經過現場觀察，每次的泄漏都是因為工藝泵中的機械密封損壞造成的。工藝泵中的機械密封屬于接觸式單端面動靜環機械密封，其密封原理為:動環和靜環的端面產生適當的比壓和保持一層極薄的液體膜而達到密封的目的。是靠動環與靜環的接觸面在運動中始終貼合,實現密封。這種機械密封主要由靜止環（靜環）、旋轉環（動環）、彈性元件、彈簧座、緊定螺釘、旋轉環輔助密封圈和靜止環輔助密封圈等元件組成，同時防轉銷固定在壓蓋上以防止靜止環轉動。因為在煙絲浸漬的工況下會造成液體二氧化碳介質中存在大量的煙油，當停機時，煙油會將動靜環的接合面粘住，再啟動時動環以1460轉/分的速度高速啟動，在脫離粘合力之前會將靜環帶動旋轉一下，雖然靜環有定位銷定位，但是次數一多靜環與定位銷接觸的位置因經受沖擊載荷過大而產生裂紋，從而在此處產生斷裂，繼而增大靜環的轉動角度，導致工藝泵嚴重泄漏。所以，靜環的易損壞是造成工藝泵頻繁泄漏的主要原因。

2 改造過程

在總結了前期的維修經驗和對各種密封形式進行探討比較后，我們認為現在的動靜環機械密封形式不適合我們現在的工況，我們認為更換一種新的密封形式可以有效改變現在的設備現狀。經過比較和分析，從經濟性和維修性的角度考慮，我們采用了更換填料式密封的方案:利用現有的殼體作為填料箱體，重新設計制作與之配套的軸套，利用原來四只靜環座固定螺栓中的兩只作為填料壓蓋的緊固螺栓。在不更換工藝泵密封箱體的情況下完成密封形式的改變。

首先，我們對填料的材料進行了選擇，根據現有工況要求在泵轉動時，密封填料要承受線速度達6m/s高溫旋轉摩擦，而靜止時又要承受一定零攝氏度以下的低溫工況，同時要長期承受不低于3MP的壓力.結合查閱的有關資料，此處填料的選擇應該滿足以下幾個條件:

①有一定的塑性。在壓緊力作用下能產生一定的徑向力并緊密與軸接觸。

②有足夠的化學穩定性。不污染介質，填料不被介質泡脹，填料中的浸漬劑不被介質溶解，填料本身不腐蝕密封面。

③耐磨、摩擦系數小。自潤滑性能良好。有較強的耐低溫性能。

④填料應有足夠的適應存在少量偏心的軸浮動彈性。

⑤裝填方便。

經過比較，我們最終選擇了一種新型的復合材料-芳綸碳纖維作為密封填料，四角芳綸碳纖維盤根采用高強度芳綸纖維，配以復合導熱性極強的高強度碳纖維，浸漬PTFE及潤滑劑，經編織而成，具有強度高、導熱性好、摩擦系數小等優點，特別適用于高壓、高速運轉部位的密封，在航天工業和軍工部門應用廣泛。其主要技術參數為:壓力 35MPa；溫度-100-260°C；線速度 25m/s；pH值 2-13。完全能夠適應我們的要求。

其次，我們通過查閱有關資料，確定了填料的截面尺寸和圈數。

然后，我們設計制作了軸套和壓蓋，為了保證填料密封的壽命，我們設計的軸套要求粗糙度達到R1.6,同軸度為0.02-0.04mm。安裝后用百分表檢查軸在密封部位的徑向跳動在0.03-0.08mm之間。

動靜環機械密封裝置結構圖

填料密封裝置結構圖

最后，我們按照要求進行了安裝:

①在安裝前先檢查軸套外圓的徑向圓跳動。

②用不脫落纖維的無紡布擦凈填料箱和軸套。

③取一根與軸套相同直徑的軸，將盤根纏繞在其外圓上，按照要求的長度切割盤根，切口成45°斜口。

④裝填料時每圈填料接口應錯開，裝一圈壓緊一次。

⑤對稱擰緊壓蓋螺栓

⑥手動盤車試驗，觀察有無異常。

按照要求安裝后工藝泵的泄漏停機問題得到了根本的解決。

與原有的機械密封形式相比，改造后的填料密封具有以下幾個優點，

1）運行可靠度高，故障率大大降低。填料密封裝置安裝后，我們進行了跟蹤檢查記錄，從一開始更換到現在已經過去了8個月，一次嚴重泄漏也沒有發生。完全達到了我們的要求。

2）能夠實現在線修復，維修工作量大大降低。原來的機械密封損壞后，需要停機將工藝泵完全拆解后進行更換，至少需要4個人工作4小時以上。而更換填料密封至今后，出現的兩次輕微泄漏，都是在不停機的情況下，將壓緊螺栓壓緊一下即消除了泄漏。

3）具有很好的經濟性。機械密封組件的價格是3222.2元/套，現在使用的密封填料僅為268元/公斤，更換一次只需要使用0.3公斤。同時避免了原來停機維修時造成的能源消耗。

3 結語

填料密封裝置結構簡單，成本低，維修方便。提高了工藝泵的運行可靠度，消除了膨脹煙絲線的一個重要故障停機隱患，保障了正常的生產秩序。

［1］成大先 .機械設計手冊:第二卷[M].3版.北京:化學工業出版社,1998.

［2］胡國楨,石流，閻家賓.化工密封技術[M].北京:化學工業出版社，1990.