刍议卷烟膨胀烟丝生产线冷端CO_2泵装置的优化改进

周健

【摘 要】CO2膨胀烟丝技术是目前国内国际卷烟生产线广应用的一项具有高成熟度的技术，冷端工艺泵装置的密封问题是整个生产线的关键问题之一，本文主要介绍了两种工艺泵装置改进方法，一种为管路改进法，一种为填料密封法，两种方法均在目前膨胀烟丝生产线上有广泛的应用，是提高整个生产线经济性、装置密封性、减少维修工作量的有效方法。

【关键词】卷烟膨胀烟丝生产线；冷端系统；CO2；工艺泵装置；密封；改进

一、膨胀烟丝生产线冷端系统

冷端系统包括了CO2浸渍系统、向浸渍器内注入CO2的供给系统、向工艺泵中补偿液体CO2的补偿系统、回收浸渍后CO2气体的回收系统以及制冷系统。各系统对液态CO2进行储存、输送与回收，共同完成液态CO2浸渍烟丝的生产工序。运输液态CO2的槽车通过自带泵向贮罐内卸料，再通过补偿泵由贮罐向工艺罐供给液态CO2；工艺泵从工艺罐中抽取并向浸渍器内注入液态CO2，液态CO2完全浸没烟丝后，再将液态CO2送回工艺罐中，回收系统同时回收气态CO2；再经低压回收罐进入到高压回收罐内，高压压缩机将高压回收罐中的CO2送入CO2冷凝器中，将气态CO2液化为液态CO2，液化后的液态CO2再次回到工艺罐中，实现循环利用。

二、工艺泵存在的问题及原因

（一）工艺泵存在的问题

工艺泵的机械密封是保证生产过程顺利的关键，机械密封主要采用接触式单端面动静环密封，动环与静环端面形成适当比压后，生成一层极薄的液体膜进而实现密封，其根本在于动环与静环接触面能够在工艺泵运行中始终有效贴合，保持机械密封。工艺泵在向浸渍器内泵入CO2时，在工艺底部进液管附近沉积的烟沫与烟油也会进入到工艺泵中，再进入工艺泵机械密封的压紧弹簧中，进而使压紧弹簧作用消失，导致动环与静环间出现旋转，引发CO2泄漏。

（二）工艺泵机械密封损坏的原因

第一，一次生产结束后，工艺泵进出口两端管道中会有残留的液态CO2会出现蒸发现象，进而造成管路内的压力快速升高，最高可达到3MPa，当泵吸口手阀长期处于打开状态时，就会使管路内的液态CO2不断蒸发，工艺罐中的液态CO2在自重条件下，会不断进入泵吸口并蒸发，使工艺泵维持结冰状态，长时间冰冻与停开机会对机械密封产生破坏，液态CO2的不断蒸发所产生的憋压，也会造成机械密封的超压状态，损坏机械密封。第二，若关闭吸口手阀，清空泵内液态CO2时，会使泵体失去压力，空气会向泵体内不断渗入，造成冷凝状态，当打开手阀时，随着液态CO2向泵体管路中的注入，就会损害机械密封。第三，再生产启动泵体时，泵体内残留的气态CO2会出现气缚现象，进而使生产出现波动，加大泵体振动，进而损毁机械密封。

三、工艺泵装置的优化改进方法

（一）管路改进

工艺泵向浸渍器内供应液态CO2时，会出现气化问题，对之后的停开泵产生影响，进而损害机械密封，为解决这一问题，可通过优化供应管路的方法进行改进（图1）。在工艺泵吸口管路M点前引入一条气相平衡管，连接到工艺罐顶部，同时在加入的管路上增加另一个手阀独立开关该管路。经过改装后，当泵吸口前管路中流入液态CO2时，因为液体的密度要高于气体，重力作用下，会使气体向管路顶部上升，气体上升到M点时，该点上方支管与M点压力对工艺罐内压力差的双重作用，使管路内的气态CO2由平衡管向工艺罐内释放，而不会渗入到泵体内，进而消除了憋压与气缚问题，即使长时间停泵也不需要再清空泵体内液态CO2，而气体也不会向泵体内渗入，同时也就解决了空气向泵体内渗入时出现的冷凝问题，有效保护了机械密封，使工艺泵能够长期持续运转，而不会出现CO2泄漏问题。

改进后的整个冷端系统运行方法如下：生产结束后，关闭管路手阀，液态CO2不会向工艺泵内流动，打开平衡管手阀，液态CO2气化时生成的气态CO2就会通过平衡管向工艺罐内释放，使工艺罐和工艺泵吸口前保持了相同的压力，再次开车前，就不需要再转换工艺泵内的空气。生产开始前，先关闭平衡管手阀，再打开原管路手阀，工艺罐与工艺泵吸口前压力的一致性，有助于液态CO2的下流，确保了工艺泵不会被抽空。供应流体时，要打开泵出口管路排气管冷门，清空泵内气态CO2。该改进系统可大幅提高机械密封使用年限，进而节约成本，保证了生产的经济效益，减少了维修量。

（二）延长工艺泵进液管

另外一种管路改进方法，可以通过工艺罐内部结构的改进，延长工艺泵进液管进入到工艺罐内的长度，增加工艺罐上方回液口和工艺泵吸口的距离，用隔板分开工藝罐底部吸口和上方回液口，降低工艺泵的烟末与烟油吸入量，再将高压压缩机改为螺杆式无级加载压缩机，能够在很大程度上降低烟末与烟油吸入对动静环接触面的破坏，进而延长机械密封的使用时间。

（三）填料密封

目前广泛应用的芳纶碳纤维混编填料密封法也是一种有效的工艺泵改进方法，复合导热性极强的碳纤维浸渍和润滑剂配合使用后，也能实现高强度、高导热性、低摩擦系数的密封效果，对于高压或高速运转部位密封有很好的适用性。填料密封装置的安装步骤为：根据冷端系统设备确定填料截面尺寸与圈数；设计轴套与压盖，轴套粗糙度要达到R1.6左右，同轴度控制在0.02-0.04mm之间，轴在密封部位径向跳动控制在0.03-0.08mm之间；安装前检查轴套外圆径向圆跳动性能与相关参数；用不脱落纤维无纺布将填料箱与轴套擦拭干净；将一根直径等同于轴套的轴的盘根缠绕到外圆上，切割盘根，使斜口保持45角；每圈填料在装填时都要错开接口，装好一圈压紧一圈；将压紧螺栓对称拧紧；试验该装置，确保运行无异常。填料装置运行可靠，故障率低，能够在线修复，大大降低了维修工作量，经济性良好。

四、结语

本文主要介绍了两种工艺泵装置改进方法，均在目前膨胀烟丝生产线上有广泛的应用，一种为管路改进法，该方法针对工艺泵停开时的气缚、憋压、冷凝问题优化工艺泵供应回收程序；一种为填料密封法，该方法针对工艺泵在供应液体时同时吸入的烟末与烟油问题进行改进。两种方法均能实现有效的运行，在提高经济性的同时，降低了维修工作量，提高了密封性，避免了CO2泄漏，确保了整个生产线的有序、可靠运行。

【参考文献】

[1]苏志明. 二氧化碳膨胀烟丝生产线升华系统的研究与优化[J]. 中国机械， 2013（4）：165-165.