二氧化碳工藝泵系統改造

陶林松，黃明宇，曾 翔

（貴州中煙工業有限責任公司貴陽卷煙廠，貴州貴陽 550009）

0 引言

某卷煙廠膨脹絲生產線的二氧化碳工藝泵系統由一備一用的兩套并聯系統組成。兩并聯系統中的設備及其布置相同，每臺工藝泵的進出口兩端各布置有一臺Mecafrance DN100 的不銹鋼浮動球球閥，如圖1 所示。若其中一套系統出現故障，可開啟備用系統進出口兩端的浮動球球閥，啟用備用泵保證生產，然后關閉故障系統進出口的球閥，排除壓力后進行拆修。在此操作中，開啟備用系統的球閥非常困難，強行開啟會破壞球閥，甚至會破壞管道焊縫等薄弱環節，引發安全事故。閥桿的扁榫和扁槽工作變形情況如圖2 和圖3 所示。

1 問題分析

系統中的球閥為浮動球球閥，其球體在介質壓力作用下會產生一定位移，被壓緊在出口側的密封圈上，實現單側密封。這種球閥結構簡單，密封性能好，因此啟閉力也大[1]。浮動球球閥工作及受力示意如圖4 所示。二氧化碳工藝罐的壓力值在3 MPa（30 bar）左右，壓力較高，而備用的工藝泵系統內無壓力。這就造成備用的工藝泵系統兩端的浮動球球閥單側受壓，巨大的壓力將球閥的球體壓在無壓端的密封墊上。同時，液態二氧化碳中有一部分來自循環系統，所含雜質較多，并有水凍結在球閥的球體與密封面之間，摩擦系數大大增加，造成球閥極難開啟。

2 改造方案及實施

圖1 二氧化碳工藝泵系統

圖2 閥桿扁榫工作變形

圖3 閥桿扁槽工作變形

圖4 浮動球球閥工作及受力示意

要減小球閥的操作轉矩，就需要減小轉動球體的摩擦力矩，改進方向有：①減小球體與閥座的摩擦系數；②減少作用在球體兩端的壓力差。根據現有的生產工藝及設備狀態，沒有降低摩擦系數的可行手段。于是，從減少作用在球體兩端的壓力差角度，提出2 種解決方案。

（1）方案一。改用固定球球閥。固定球球閥的球體由上下固定軸支撐在閥腔內，介質作用力通過閥座密封圈傳遞到球體的半軸上，將大大減小閥門的操作轉矩[2]。但是，固定球球閥的結構比浮動球球閥復雜，重量較大，價格也比同規格浮動球球閥貴。若4 臺球閥全部改用同品牌同規格的固定球球閥，投入較大。

（2）方案二。增設平衡管。在不破壞壓力管道結構的前提下，利用原系統上壓力表安裝位置，增設一根兩端帶針形閥的DN15平衡管道，聯通2 臺工藝泵。當在用工藝泵出現故障后，打開平衡管上的針形閥，將系統壓力緩慢引到備用泵。使備用系統的球閥兩側壓力平衡，避免單側受壓，最終減小操作轉矩。

綜合比較，兩個方案均可以減小開啟球閥的操作轉矩，但方案二的費用遠低于方案一。故選擇方案二實施改造。改造方案如圖5 所示。改造后的實物如圖6所示。

圖5 改造方案

圖6 改造后的實物

3 效果驗證

改進方案實施后，開啟備用系統球閥的操作轉矩大幅減小。從方案實施至今已4 年多，未再發生過閥桿的扁榫和扁槽變形現象，避免了球閥因閥桿變形失效而不能正常使用的情況。

4 結語

通過在兩并聯系統之間增設平衡管，在開啟備用系統的浮動球球閥前，緩慢引介質平衡球閥兩端的壓力，可減小開啟球閥的操作轉矩，延長球閥使用壽命。