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(jī)輸入輥盤根泄漏的改進(jìn)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(jī)輸入輥的盤根密封采用碳纖維替代石棉材質(zhì)后，出現(xiàn)泄漏和過載引起生產(chǎn)波動(dòng)的情況。文中針對(duì)使用的盤根進(jìn)行了分析，提出了改進(jìn)措施。采用穿心編織替代原夾心編織方式，采用預(yù)壓環(huán)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(zhǎng)周期運(yùn)行。

濕法紡絲；連續(xù)定型機(jī)；盤根；改進(jìn)

某腈綸廠10 kt/a濕法紡絲生產(chǎn)線，采用連續(xù)蒸汽定型生產(chǎn)技術(shù)。經(jīng)過干燥致密化后，纖維的服用性能還較差，需要通過定型進(jìn)一步改善纖維的超分子結(jié)構(gòu)。熱定型的目的是提高纖維形狀穩(wěn)定性（或尺寸穩(wěn)定型），形狀穩(wěn)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(shí)，織物不易變形。進(jìn)一步改善腈綸纖維的機(jī)械性能（勾結(jié)強(qiáng)度和伸度）及改善纖維的染色性。

1 設(shè)備結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）定型機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)

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(jī)輸入輥盤根規(guī)格:

104 mm×70 mm×17 mm。

數(shù)量:每個(gè)密封點(diǎn)安裝8道盤根。

種類：原設(shè)計(jì)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(jī)主動(dòng)輥外部、內(nèi)部結(jié)構(gòu)分別見圖1，2。

（2）設(shè)計(jì)參數(shù)

該定型機(jī)的單機(jī)總功率:9.95 kW；介質(zhì)為蒸汽+水；總體長(zhǎng)度為23 200 mm、寬度為2 258 mm、高度為3 830 mm；設(shè)計(jì)壓力:0.35 MPa；工作壓力: 0.15～0.25 MPa；停留時(shí)間:50 s；定型機(jī)內(nèi)收縮: 20.1%～29.5%，溫度:130～142℃。

2 故障現(xiàn)象

原設(shè)計(jì)采用石棉填料。石棉因其耐熱性、耐磨性、耐化學(xué)品和強(qiáng)度均較好，而價(jià)格又低，長(zhǎng)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(duì)軸的磨損。采用浸漬聚四氟乙烯乳液的方法，一方面加強(qiáng)它的化學(xué)穩(wěn)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(huì)發(fā)生體積減少和變硬的現(xiàn)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(jīng)停止使用。在連續(xù)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)未達(dá)到預(yù)期的一個(gè)半月的運(yùn)行周期提前檢修更換，泄漏嚴(yán)重緊固效果不明顯，緊固量大導(dǎo)致過載跳車保護(hù)。

圖1 定型機(jī)主動(dòng)輥外部結(jié)構(gòu)

圖2 定型機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

3 盤根泄漏原因分析

（1）結(jié)構(gòu)形式不適應(yīng)

采用夾心編織，外層采用耐磨的芳綸纖維，內(nèi)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(fā)生脫層而失去密封作用，故只適合低參數(shù)場(chǎng)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(qiáng)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(wěn)定性、耐磨性和耐熱性。不足是導(dǎo)熱性差、潤滑性差、價(jià)格高。介質(zhì)泄露較少導(dǎo)致潤滑不足時(shí)，易產(chǎn)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(shù)，對(duì)軸的磨損小。碳素纖維適用于熱水等，不適合于蒸汽環(huán)境[3]。

（3）失效原因分析

軟填料密封具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、加工方便和使用方位廣的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是軟填料是通過壓蓋與壓蓋螺栓而達(dá)到軸向壓緊，并發(fā)生軸向和徑向變形，使?jié)櫥瑒┍粩D出，軟填料與軸和箱體緊密接觸，將間隙填塞而達(dá)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(zhǎng)使用壽命，填料密封要允許有一定的泄漏。因此對(duì)于定型機(jī)轉(zhuǎn)速高、密封要求嚴(yán)、壽命要求長(zhǎng)的場(chǎng)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(nèi)部的碳纖維隨著轉(zhuǎn)動(dòng)擠入軸與下層盤根之間，導(dǎo)致摩擦加劇，電流上升，直到超載跳車。定型機(jī)原夾心編結(jié)盤根磨損情況見圖3。

圖3 定型機(jī)原夾心編結(jié)盤根磨損情況

4 盤根密封改進(jìn)措施

（1）結(jié)構(gòu)改進(jìn)

采用穿心編織方法。形成致密均勻的整體結(jié)構(gòu)，因而彈性好、強(qiáng)度高、耐磨性和密封性好。內(nèi)層磨損，只是通過軸向壓緊盤根，增加徑向的形變，補(bǔ)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(fā)揮了芳綸材料的高強(qiáng)度和耐磨好的優(yōu)點(diǎn)，又彌補(bǔ)了其導(dǎo)熱性、潤滑性差和價(jià)格較高的不足，尤其適用在有磨粒介質(zhì)的場(chǎng)合，見圖4。

圖4 定型機(jī)穿心編織盤根制成圓環(huán)形狀

（2）進(jìn)行材質(zhì)優(yōu)化選型

盤根材料的選用蒸汽＜280℃ 推薦使用（耐介質(zhì)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(zhì)）的旋轉(zhuǎn)泵用填料:高碳纖維編織盤根、膨脹四氟盤根、GORE、石墨增強(qiáng)四氟盤根［5］。采用碳纖維，也可以采用復(fù)合材料。碳素纖維或石墨纖維填料，石墨纖維含碳量達(dá)到99%以上，因而具有極好的抗化學(xué)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(hù)改進(jìn)

①小進(jìn)量緊固。每次進(jìn)行微小的調(diào)整，保持微量泄漏和實(shí)現(xiàn)潤滑的平衡。

②定期進(jìn)行檢查和調(diào)整。鉗工結(jié)合包機(jī)進(jìn)行定期檢查和調(diào)整，當(dāng)班人員巡檢并及時(shí)聯(lián)系保全人員處理泄漏情況。

③計(jì)劃檢修進(jìn)行檢查和維護(hù)。利用停工的機(jī)會(huì)有針對(duì)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(shí)，填料壓蓋和填料箱內(nèi)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(zhuǎn)軸用填料密封允許液體泄漏量:軸直徑60 mm，轉(zhuǎn)速3 600 r/min，介質(zhì)壓力為0.1～0.5 MPa條件下測(cè)得。1 mL泄漏量約等于16～20滴液量。允許泄漏量啟動(dòng)30 min內(nèi)為60 mL/min，正常運(yùn)行為20 mL/min。

氣體泄漏量計(jì)算:

介質(zhì)為蒸汽，泄漏量q的計(jì)算公式［5］為:

式中 q—泄漏量，m3/s；h—徑向間隙，m；d2—填料內(nèi)徑，m；Δp—填料兩側(cè)的壓力差，Pa；ρ—?dú)怏w密度，kg/m3。

代入實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，泄漏量q=0.018 36 m3/s

2016年4月在生產(chǎn)一線定型機(jī)更換成預(yù)壓成型穿心編織的高彈纖維和石墨纖維環(huán)，經(jīng)過試用檢驗(yàn)，泄漏量在可接受范圍內(nèi)。剛開車使用水進(jìn)行冷卻，工況穩(wěn)定停止用水。生產(chǎn)線的穩(wěn)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(yùn)行4個(gè)月后無明顯泄漏

6 結(jié)束語

針對(duì)使用的盤根應(yīng)用情況進(jìn)行分析，確定改進(jìn)措施，采用穿心編織替代原夾心編織方式，采用預(yù)壓環(huán)形替代手工切割填充的安裝方式，解決了盤根泄漏問題。經(jīng)過生產(chǎn)檢驗(yàn)，逐漸對(duì)其他生產(chǎn)線進(jìn)行推廣使用。

［1］付平，常德功.密封設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009:18-20.

［2］柴立平.泵選用手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009:11-13.

［3］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004:42-43.

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

［5］陳云龍.淺談石油化工泵用機(jī)械密封技術(shù)的選擇與發(fā)展［J］.中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)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(yè)于黑龍江海倫技工學(xué)校，現(xiàn)從事化纖設(shè)備維修工作。