【摘 要】针对膨胀烟丝线CO2工艺泵频发严重泄漏故障的现实情况，结合该工艺流程的特点以及不同泵类密封形式的应用场合，设计了全新的CO2工艺泵密封装置。采用了新型的芳纶碳纤维密封填料和专门设计的填料箱结构，替代了原有的动静环机械密封结构，消除了原有的泄漏故障隐患，大大提高了CO2工艺泵的运行可靠性。避免了因为工艺泵突然损坏造成的对生产的制约，保证了生产的正常运行
【关键词】CO2工艺泵；泄漏；动静环机械密封；填料密封；芳纶碳纤维填料
０ 前言
济南卷烟厂引进的SP9型800ｋg/h二氧化碳膨胀烟丝生产线，共有两台烟丝浸渍器交替完成液体二氧化碳浸渍烟丝的流程。在工作循环中，液体二氧化碳被工艺泵从工艺罐中泵入浸渍器来浸渍烟丝。
在实际生产过程中，工艺泵频繁发故障，主要为发生严重泄漏导致停机。工艺泵的泄漏没有征兆，属于突然发生，3MＰ压力的二氧化碳喷泄而出，存在巨大的危险因素。所以每次一泄漏就必须进行紧急停机抢修，否则线上的烟丝就无法完成膨胀加工过程，造成进一步的损失，泄漏后不但维修时间长，精度要求高，而且备件价格昂贵，工艺泵的泄漏停机严重影响制约了生产。
１ 原因分析
经过现场观察，每次的泄漏都是因为工艺泵中的机械密封损坏造成的。工艺泵中的机械密封属于接触式单端面动静环机械密封，其密封原理为：动环和静环的端面产生适当的比压和保持一层极薄的液体膜而达到密封的目的。是靠动环与静环的接触面在运动中始终贴合,实现密封。这种机械密封主要由静止环（静环）、旋转环（动环）、弹性元件、弹簧座、紧定螺钉、旋转环辅助密封圈和静止环辅助密封圈等元件组成，同时防转销固定在压盖上以防止静止环转动。因为在烟丝浸渍的工况下会造成液体二氧化碳介质中存在大量的烟油，当停机时，烟油会将动静环的接合面粘住，再启动时动环以1460转/分的速度高速启动，在脱离粘合力之前会将静环带动旋转一下，虽然静环有定位销定位，但是次数一多静环与定位销接触的位置因经受冲击载荷过大而产生裂纹，从而在此处产生断裂，继而增大静环的转动角度，导致工艺泵严重泄漏。所以，静环的易损坏是造成工艺泵频繁泄漏的主要原因。
２ 改造过程
在总结了前期的维修经验和对各种密封形式进行探讨比较后，我们认为现在的动静环机械密封形式不适合我们现在的工况，我们认为更换一种新的密封形式可以有效改变现在的设备现状。经过比较和分析，从经济性和维修性的角度考虑，我们采用了更换填料式密封的方案：利用现有的壳体作为填料箱体，重新设计制作与之配套的轴套，利用原来四只静环座固定螺栓中的两只作为填料压盖的紧固螺栓。在不更换工艺泵密封箱体的情况下完成密封形式的改变。
首先，我们对填料的材料进行了选择，根据现有工况要求在泵转动时，密封填料要承受线速度达6m/s高温旋转摩擦，而静止时又要承受一定零摄氏度以下的低温工况，同时要长期承受不低于3MP的压力.结合查阅的有关资料，此处填料的选择应该满足以下几个条件：
①有一定的塑性。在压紧力作用下能产生一定的径向力并紧密与轴接触。
②有足够的化学稳定性。不污染介质，填料不被介质泡胀，填料中的浸渍剂不被介质溶解，填料本身不腐蚀密封面。
③耐磨、摩擦系数小。自润滑性能良好。有较强的耐低温性能。
④填料应有足够的适应存在少量偏心的轴浮动弹性。
⑤装填方便。
经过比较，我们最终选择了一种新型的复合材料-芳纶碳纤维作为密封填料，四角芳纶碳纤维盘根采用高强度芳纶纤维，配以复合导热性极强的高强度碳纤维，浸渍PTFE及润滑剂，经编织而成，具有强度高、导热性好、摩擦系数小等优点，特别适用于高压、高速运转部位的密封，在航天工业和军工部门应用广泛。其主要技术参数为： 压力 35MPa；温度 -100-260°C；线速度 25m/s； ｐH值 2-13。完全能够适应我们的要求。
其次，我们通过查阅有关资料，确定了填料的截面尺寸和圈数。
然后，我们设计制作了轴套和压盖，为了保证填料密封的寿命，我们设计的轴套要求粗糙度达到R1.6,同轴度为0.02-0.04mm。安装后用百分表检查轴在密封部位的径向跳动在0.03-0.08mm之间。
动静环机械密封装置结构图
填料密封装置结构图
最后，我们按照要求进行了安装：
①在安装前先检查轴套外圆的径向圆跳动。
②用不脱落纤维的无纺布擦净填料箱和轴套。
③取一根与轴套相同直径的轴，将盘根缠绕在其外圆上，按照要求的长度切割盘根，切口成45°斜口。
④装填料时每圈填料接口应错开，装一圈压紧一次。
⑤对称拧紧压盖螺栓
⑥手动盘车试验，观察有无异常。
按照要求安装后工艺泵的泄漏停机问题得到了根本的解决。
与原有的机械密封形式相比，改造后的填料密封具有以下几个优点，
1）运行可靠度高，故障率大大降低。填料密封装置安装后，我们进行了跟踪检查记录，从一开始更换到现在已经过去了8个月，一次严重泄漏也没有发生。完全达到了我们的要求。
2）能够实现在线修复，维修工作量大大降低。原来的机械密封损坏后，需要停机将工艺泵完全拆解后进行更换，至少需要4个人工作4小时以上。而更换填料密封至今后，出现的两次轻微泄漏，都是在不停机的情况下，将压紧螺栓压紧一下即消除了泄漏。
3）具有很好的经济性。机械密封组件的价格是3222.2元/套，现在使用的密封填料仅为268元/公斤，更换一次只需要使用0.3公斤。同时避免了原来停机维修时造成的能源消耗。
３ 结语
填料密封装置结构简单，成本低，维修方便。提高了工艺泵的运行可靠度，消除了膨胀烟丝线的一个重要故障停机隐患，保障了正常的生产秩序。
【参考文献】
［１］成大先 .机械设计手册：第二卷[M].３版．北京:化学工业出版社,1998.
［２］胡国桢,石流，阎家宾.化工密封技术[M].北京：化学工业出版社，1990.
［责任编辑：常鹏飞］