芻議卷煙膨脹煙絲生產線冷端CO_2泵裝置的優化改進

周健

【摘 要】CO2膨脹煙絲技術是目前國內國際卷煙生產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線上有廣泛的應用，是提高整個生產線經濟性、裝置密封性、減少維修工作量的有效方法。

【關鍵詞】卷煙膨脹煙絲生產線；冷端系統；CO2；工藝泵裝置；密封；改進

一、膨脹煙絲生產線冷端系統

冷端系統包括了CO2浸漬系統、向浸漬器內注入CO2的供給系統、向工藝泵中補償液體CO2的補償系統、回收浸漬后CO2氣體的回收系統以及制冷系統。各系統對液態CO2進行儲存、輸送與回收，共同完成液態CO2浸漬煙絲的生產工序。運輸液態CO2的槽車通過自帶泵向貯罐內卸料，再通過補償泵由貯罐向工藝罐供給液態CO2；工藝泵從工藝罐中抽取并向浸漬器內注入液態CO2，液態CO2完全浸沒煙絲后，再將液態CO2送回工藝罐中，回收系統同時回收氣態CO2；再經低壓回收罐進入到高壓回收罐內，高壓壓縮機將高壓回收罐中的CO2送入CO2冷凝器中，將氣態CO2液化為液態CO2，液化后的液態CO2再次回到工藝罐中，實現循環利用。

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過程順利的關鍵，機械密封主要采用接觸式單端面動靜環密封，動環與靜環端面形成適當比壓后，生成一層極薄的液體膜進而實現密封，其根本在于動環與靜環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，導致動環與靜環間出現旋轉，引發CO2泄漏。

（二）工藝泵機械密封損壞的原因

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

三、工藝泵裝置的優化改進方法

（一）管路改進

工藝泵向浸漬器內供應液態CO2時，會出現氣化問題，對之后的停開泵產生影響，進而損害機械密封，為解決這一問題，可通過優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。經過改裝后，當泵吸口前管路中流入液態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點壓力對工藝罐內壓力差的雙重作用，使管路內的氣態CO2由平衡管向工藝罐內釋放，而不會滲入到泵體內，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液態CO2，而氣體也不會向泵體內滲入，同時也就解決了空氣向泵體內滲入時出現的冷凝問題，有效保護了機械密封，使工藝泵能夠長期持續運轉，而不會出現CO2泄漏問題。

改進后的整個冷端系統運行方法如下：生產結束后，關閉管路手閥，液態CO2不會向工藝泵內流動，打開平衡管手閥，液態CO2氣化時生成的氣態CO2就會通過平衡管向工藝罐內釋放，使工藝罐和工藝泵吸口前保持了相同的壓力，再次開車前，就不需要再轉換工藝泵內的空氣。生產開始前，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，清空泵內氣態CO2。該改進系統可大幅提高機械密封使用年限，進而節約成本，保證了生產的經濟效益，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，可以通過工藝罐內部結構的改進，延長工藝泵進液管進入到工藝罐內的長度，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，也能實現高強度、高導熱性、低摩擦系數的密封效果，對于高壓或高速運轉部位密封有很好的適用性。填料密封裝置的安裝步驟為：根據冷端系統設備確定填料截面尺寸與圈數；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；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，經濟性良好。

四、結語

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。兩種方法均能實現有效的運行，在提高經濟性的同時，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線升華系統的研究與優化[J]. 中國機械， 2013（4）：165-165.