二氧化碳工艺泵系统改造

陶林松，黄明宇，曾 翔

（贵州中烟工业有限责任公司贵阳卷烟厂，贵州贵阳 550009）

0 引言

某卷烟厂膨胀丝生产线的二氧化碳工艺泵系统由一备一用的两套并联系统组成。两并联系统中的设备及其布置相同，每台工艺泵的进出口两端各布置有一台Mecafrance DN100 的不锈钢浮动球球阀，如图1 所示。若其中一套系统出现故障，可开启备用系统进出口两端的浮动球球阀，启用备用泵保证生产，然后关闭故障系统进出口的球阀，排除压力后进行拆修。在此操作中，开启备用系统的球阀非常困难，强行开启会破坏球阀，甚至会破坏管道焊缝等薄弱环节，引发安全事故。阀杆的扁榫和扁槽工作变形情况如图2 和图3 所示。

1 问题分析

系统中的球阀为浮动球球阀，其球体在介质压力作用下会产生一定位移，被压紧在出口侧的密封圈上，实现单侧密封。这种球阀结构简单，密封性能好，因此启闭力也大[1]。浮动球球阀工作及受力示意如图4 所示。二氧化碳工艺罐的压力值在3 MPa（30 bar）左右，压力较高，而备用的工艺泵系统内无压力。这就造成备用的工艺泵系统两端的浮动球球阀单侧受压，巨大的压力将球阀的球体压在无压端的密封垫上。同时，液态二氧化碳中有一部分来自循环系统，所含杂质较多，并有水冻结在球阀的球体与密封面之间，摩擦系数大大增加，造成球阀极难开启。

2 改造方案及实施

图1 二氧化碳工艺泵系统

图2 阀杆扁榫工作变形

图3 阀杆扁槽工作变形

图4 浮动球球阀工作及受力示意

要减小球阀的操作转矩，就需要减小转动球体的摩擦力矩，改进方向有：①减小球体与阀座的摩擦系数；②减少作用在球体两端的压力差。根据现有的生产工艺及设备状态，没有降低摩擦系数的可行手段。于是，从减少作用在球体两端的压力差角度，提出2 种解决方案。

（1）方案一。改用固定球球阀。固定球球阀的球体由上下固定轴支撑在阀腔内，介质作用力通过阀座密封圈传递到球体的半轴上，将大大减小阀门的操作转矩[2]。但是，固定球球阀的结构比浮动球球阀复杂，重量较大，价格也比同规格浮动球球阀贵。若4 台球阀全部改用同品牌同规格的固定球球阀，投入较大。

（2）方案二。增设平衡管。在不破坏压力管道结构的前提下，利用原系统上压力表安装位置，增设一根两端带针形阀的DN15平衡管道，联通2 台工艺泵。当在用工艺泵出现故障后，打开平衡管上的针形阀，将系统压力缓慢引到备用泵。使备用系统的球阀两侧压力平衡，避免单侧受压，最终减小操作转矩。

综合比较，两个方案均可以减小开启球阀的操作转矩，但方案二的费用远低于方案一。故选择方案二实施改造。改造方案如图5 所示。改造后的实物如图6所示。

图5 改造方案

图6 改造后的实物

3 效果验证

改进方案实施后，开启备用系统球阀的操作转矩大幅减小。从方案实施至今已4 年多，未再发生过阀杆的扁榫和扁槽变形现象，避免了球阀因阀杆变形失效而不能正常使用的情况。

4 结语

通过在两并联系统之间增设平衡管，在开启备用系统的浮动球球阀前，缓慢引介质平衡球阀两端的压力，可减小开启球阀的操作转矩，延长球阀使用寿命。