濕法紡絲定型機輸入輥盤根泄漏的改進措施

王雪峰，劉 咸，李 根

（1.大慶石化公司腈綸廠，黑龍江大慶163714；2.大慶石化公司化工三廠，黑龍江大慶163714）

濕法紡絲定型機輸入輥盤根泄漏的改進措施

王雪峰1，劉 咸1，李 根2

（1.大慶石化公司腈綸廠，黑龍江大慶163714；2.大慶石化公司化工三廠，黑龍江大慶163714）

某腈綸廠紡絲定型機輸入輥的盤根密封采用碳纖維替代石棉材質后，出現泄漏和過載引起生產波動的情況。文中針對使用的盤根進行了分析，提出了改進措施。采用穿心編織替代原夾心編織方式，采用預壓環形替代手工切割填充的安裝方式，有效解決了盤根泄漏問題，確保了裝置的長周期運行。

濕法紡絲；連續定型機；盤根；改進

某腈綸廠10 kt/a濕法紡絲生產線，采用連續蒸汽定型生產技術。經過干燥致密化后，纖維的服用性能還較差，需要通過定型進一步改善纖維的超分子結構。熱定型的目的是提高纖維形狀穩定性（或尺寸穩定型），形狀穩定性可以用腈綸在沸水中的收縮率來衡量，收縮率越小，說明纖維在加工過程中和服用過程中遇到濕熱處理（洗滌）時，織物不易變形。進一步改善腈綸纖維的機械性能（勾結強度和伸度）及改善纖維的染色性。

1 設備結構與設計參數

（1）定型機設備結構

絲束入口密封:輥式密封充水；絲束出口密封:板式密封充水。

定型機輸入輥盤根規格:

104 mm×70 mm×17 mm。

數量:每個密封點安裝8道盤根。

種類：原設計采用石棉盤根。

安裝方式：逐根手工添加。

盤根腔深度:140 mm。

定型機主動輥外部、內部結構分別見圖1，2。

（2）設計參數

該定型機的單機總功率:9.95 kW；介質為蒸汽+水；總體長度為23 200 mm、寬度為2 258 mm、高度為3 830 mm；設計壓力:0.35 MPa；工作壓力: 0.15～0.25 MPa；停留時間:50 s；定型機內收縮: 20.1%～29.5%，溫度:130～142℃。

2 故障現象

原設計采用石棉填料。石棉因其耐熱性、耐磨性、耐化學品和強度均較好，而價格又低，長期以來作為泵和閥門的填料材料[1]。通過添加不同的潤滑劑改善性能，如用礦物油并混合石墨或二硫化鉬等固體潤滑劑提高石棉纖維本身的致密性和減少對軸的磨損。采用浸漬聚四氟乙烯乳液的方法，一方面加強它的化學穩定性，另一方面聚四氟乙烯的自潤滑性可減輕軸的磨損。但石棉填料使用后會發生體積減少和變硬的現象，影響密封性能，尤其是它的致癌性危害人體健康，近年來已經停止使用。在連續生產過程中出現未達到預期的一個半月的運行周期提前檢修更換，泄漏嚴重緊固效果不明顯，緊固量大導致過載跳車保護。

圖1 定型機主動輥外部結構

圖2 定型機內部結構

3 盤根泄漏原因分析

（1）結構形式不適應

采用夾心編織，外層采用耐磨的芳綸纖維，內層采用耐高溫的碳纖維。這類填料致密性好，密封性能也較好，然而由于套層之間易發生脫層而失去密封作用，故只適合低參數場合，如管道法蘭的靜密封或閥門桿密封等[2]。

（2）選型不合適

芳綸纖維又稱芳香族聚肽胺纖維，其商品名為Kevler纖維。這種纖維強度高、密度低、彈性好、耐燃燒、耐磨損，因此其編織的填料具有很好的穩定性、耐磨性和耐熱性。不足是導熱性差、潤滑性差、價格高。介質泄露較少導致潤滑不足時，易產生燒損。碳素纖維含95%以上的碳，具有很好的耐熱性。具有較小的摩擦系數，對軸的磨損小。碳素纖維適用于熱水等，不適合于蒸汽環境[3]。

（3）失效原因分析

軟填料密封具有結構簡單、價格便宜、加工方便和使用方位廣的優點。缺點是軟填料是通過壓蓋與壓蓋螺栓而達到軸向壓緊，并發生軸向和徑向變形，使潤滑劑被擠出，軟填料與軸和箱體緊密接觸，將間隙填塞而達到密封。因此填料與軸表面的摩擦和磨損較大，造成材料和功率消耗也大。為了潤滑摩擦部位并帶出摩擦熱，降低材料消耗，延長使用壽命，填料密封要允許有一定的泄漏。因此對于定型機轉速高、密封要求嚴、壽命要求長的場合，軟填料密封就不能滿足全部要求[4]。

由于外層的芳綸纖維被磨損，造成內部的碳纖維隨著轉動擠入軸與下層盤根之間，導致摩擦加劇，電流上升，直到超載跳車。定型機原夾心編結盤根磨損情況見圖3。

圖3 定型機原夾心編結盤根磨損情況

4 盤根密封改進措施

（1）結構改進

采用穿心編織方法。形成致密均勻的整體結構，因而彈性好、強度高、耐磨性和密封性好。內層磨損，只是通過軸向壓緊盤根，增加徑向的形變，補充了磨損的消耗量。也可以采用將芳綸纖維絲邊編織在其它填料的四角，既發揮了芳綸材料的高強度和耐磨好的優點，又彌補了其導熱性、潤滑性差和價格較高的不足，尤其適用在有磨粒介質的場合，見圖4。

圖4 定型機穿心編織盤根制成圓環形狀

（2）進行材質優化選型

盤根材料的選用蒸汽＜280℃ 推薦使用（耐介質性好）的柱塞泵用填料:石墨纖維編織盤根、膨脹石墨盤根；可以使用（耐介質）的旋轉泵用填料:高碳纖維編織盤根、膨脹四氟盤根、GORE、石墨增強四氟盤根［5］。采用碳纖維，也可以采用復合材料。碳素纖維或石墨纖維填料，石墨纖維含碳量達到99%以上，因而具有極好的抗化學性和散熱性，可在400℃以上的溫度，很高的壓力和速度條件下工作。

（3）安裝和維護改進

①小進量緊固。每次進行微小的調整，保持微量泄漏和實現潤滑的平衡。

②定期進行檢查和調整。鉗工結合包機進行定期檢查和調整，當班人員巡檢并及時聯系保全人員處理泄漏情況。

③計劃檢修進行檢查和維護。利用停工的機會有針對性的檢修和更換。

5 泄漏量控制

為了便于裝配，必須保證有較大的間隙時，填料壓蓋和填料箱內壁的配合一般選用攪拌軸和襯套之間的配合一般選用

旋轉軸用填料密封允許液體泄漏量:軸直徑60 mm，轉速3 600 r/min，介質壓力為0.1～0.5 MPa條件下測得。1 mL泄漏量約等于16～20滴液量。允許泄漏量啟動30 min內為60 mL/min，正常運行為20 mL/min。

氣體泄漏量計算:

介質為蒸汽，泄漏量q的計算公式［5］為:

式中 q—泄漏量，m3/s；h—徑向間隙，m；d2—填料內徑，m；Δp—填料兩側的壓力差，Pa；ρ—氣體密度，kg/m3。

代入實際運行數據，泄漏量q=0.018 36 m3/s

2016年4月在生產一線定型機更換成預壓成型穿心編織的高彈纖維和石墨纖維環，經過試用檢驗，泄漏量在可接受范圍內。剛開車使用水進行冷卻，工況穩定停止用水。生產線的穩定性和可靠性得到提升，檢修工作量逐漸降低，見圖5。

圖5 紡絲一線運行4個月后無明顯泄漏

6 結束語

針對使用的盤根應用情況進行分析，確定改進措施，采用穿心編織替代原夾心編織方式，采用預壓環形替代手工切割填充的安裝方式，解決了盤根泄漏問題。經過生產檢驗，逐漸對其他生產線進行推廣使用。

［1］付平，常德功.密封設計手冊［M］.北京:化學工業出版社，2009:18-20.

［2］柴立平.泵選用手冊［M］.北京:機械工業出版社，2009:11-13.

［3］成大先.機械設計手冊［M］.北京:化學工業出版社，2004:42-43.

［4］張建中.石油化工密封技術［M］.北京:中國科學技術出版社，1994:39-43.

［5］陳云龍.淺談石油化工泵用機械密封技術的選擇與發展［J］.中國石油和化工標準與質量，2012，32（3）:104.

Improvement measures regarding input roller packing leakage of wet spinning setting machine

Wang Xuefeng1，Liu Xian1，Li Gen2
（1.Acrylic Fiber Plant of Daqing Petrochemical Company，Daqing 163714，China；2.No.3 Chemical Plant of Daqing Petrochemical Company，Daqing 163714，China）

After an acrylic fiber plant used the carbon fiber to replace asbestos material for packing seal of the spinning setting machine，production fluctuation caused by leakage and overload appeared.This paper made analysis to the used packing，proposed improvement measures.Interlayer weaving method was used instead of the original sandwich weaving method，the pre-compressed annulus was used to substitute for the installation method of manual cutting and filling，thus the packing leakage problem was effectively solved，and long-period plant operation was ensured.

wet spinning；continuous setting machine；packing improvement

TQ342.31

B

1671-4962（2017）02-0046-03

2017-02-23

王雪峰，男，技師，1986年畢業于黑龍江海倫技工學校，現從事化纖設備維修工作。