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摘要：某腈纶厂纺丝定型机输入辊的盘根密封采用碳纤维替代石棉材质后，出现泄漏和过载引起生产波动的情况。文中针对使用的盘根进行了分析，提出了改进措施。采用穿心编织替代原夹心编织方式，采用预压环形替代手工切割填充的安装方式，有效解决了盘根泄漏问题，确保了装置的长周期运行。
关键词：湿法纺丝; 连续定型机; 盘根; 改进
某腈纶厂 10 kt/a 湿法纺丝生产线，采用连续蒸汽定型生产技术。经过干燥致密化后，纤维的服用性能还较差，需要通过定型进一步改善纤维的超分子结构。热定型的目的是提高纤维形状稳定性(或尺寸稳定型)，形状稳定性可以用腈纶在沸水中的收缩率来衡量，收缩率越小，说明纤维在加工过程中和服用过程中遇到湿热处理(洗涤)时，织物不易变形。进一步改善腈纶纤维的机械性能(勾结强度和伸度) 及改善纤维的染色性。
1 设备结构与设计参数
(1)定型机设备结构
丝束入口密封：辊式密封充水; 丝束出口密封：板式密封充水。
定型机输入辊盘根规格：
104 mm×70 mm×17 mm。
数量：每个密封点安装8道盘根。
种类:原设计采用石棉盘根。
安装方式:逐根手工添加。
盘根腔深度：140 mm。
定型机主动辊外部、 内部结构分别见图1，2。
(2)设计参数
该定型机的单机总功率：9.95 kW; 介质为蒸汽+水; 总体长度为 23 200 mm、宽度为 2 258 mm、高度为3 830 mm; 设计压力：0.35 MPa; 工作压力：0.15~0.25 MPa; 停留时间：50 s; 定型机内收缩：20.1%~29.5%，温度： 130~142 ℃。
2 故障现象
原设计采用石棉填料。石棉因其耐热性、耐磨性、耐化学品和强度均较好，而价格又低，长期以来作为泵和阀门的填料材料[1]。通过添加不同的润滑剂改善性能，如用矿物油并混合石墨或二硫化钼等固体润滑剂提高石棉纤维本身的致密性和减少对轴的磨损。采用浸渍聚四氟乙烯乳液的方法，一方面加强它的化学稳定性，另一方面聚四氟乙烯的自润滑性可减轻轴的磨损。但石棉填料使用后会发生体积减少和变硬的现象，影响密封性能，尤其是它的致癌性危害人体健康，近年来已经停止使用。在连续生产过程中出现未达到预期的一个半月的运行周期提前检修更换，泄漏严重紧固效果不明显，紧固量大导致过载跳车保护。
3 盘根泄漏原因分析
(1)结构形式不适应采用夹心编织， 外层采用耐磨的芳纶纤维， 内层采用耐高温的碳纤维。这类填料致密性好，密封性能也较好， 然而由于套层之间易发生脱层而失去密封作用， 故只适合低参数场合， 如管道法兰的静密封或阀门杆密封等[2]。
(2)选型不合适
芳纶纤维又称芳香族聚肽胺纤维， 其商品名为 Kevler纤维。这种纤维强度高、 密度低、 弹性好、耐燃烧、耐磨损， 因此其编织的填料具有很好的稳定性、 耐磨性和耐热性。不足是导热性差、 润滑性差、 价格高。介质泄露较少导致润滑不足时， 易产生烧损。碳素纤维含 95%以上的碳， 具有很好的耐热性。具有较小的摩擦系数， 对轴的磨损小。碳素纤维适用于热水等， 不适合于蒸汽环境[3]。
(3)失效原因分析
软填料密封具有结构简单、价格便宜、加工方便和使用方位广的优点。缺点是软填料是通过压盖与压盖螺栓而达到轴向压紧，并发生轴向和径向变形，使润滑剂被挤出，软填料与轴和箱体紧密接触，将间隙填塞而达到密封。因此填料与轴表面的摩擦和磨损较大，造成材料和功率消耗也大。为了润滑摩擦部位并带出摩擦热，降低材料消耗，延长使用寿命，填料密封要允许有一定的泄漏。因此对于定型机转速高、密封要求严、寿命要求长的场合，软填料密封就不能满足全部要求[4]。由于外层的芳纶纤维被磨损，造成内部的碳纤维随着转动挤入轴与下层盘根之间，导致摩擦加剧，电流上升，直到超载跳车。定型机原夹心编结盘根磨损情况见图3。
4 盘根密封改进措施
(1)结构改进
采用穿心编织方法。形成致密均匀的整体结构，因而弹性好、 强度高、耐磨性和密封性好。内层磨损，只是通过轴向压紧盘根，增加径向的形变，补充了磨损的消耗量。也可以采用将芳纶纤维丝边编织在其它填料的四角，既发挥了芳纶材料的高强度和耐磨好的优点，又弥补了其导热性、润滑性差和价格较高的不足，尤其适用在有磨粒介质的场合，见图4。
(2)进行材质优化选型
盘根材料的选用 蒸汽<280 ℃ 推荐使用(耐介质性好)的柱塞泵用填料： 石墨纤维编织盘根、膨胀石墨盘根; 可以使用(耐介质)的旋转泵用填料： 高碳纤维编织盘根、 膨胀四氟盘根、 GORE、 石墨增强四氟盘根 [5]。采用碳纤维， 也可以采用复合材料。碳素纤维或石墨纤维填料，石墨纤维含碳量达到 99%以上， 因而具有极好的抗化学性和散热性， 可在 400 ℃以上的温度， 很高的压力和速度条件下工作。
(3)安装和维护改进
① 小进量紧固。每次进行微小的调整， 保持微量泄漏和实现润滑的平衡。
② 定期进行检查和调整。钳工结合包机进行定期检查和调整， 当班人员巡检并及时联系保全人员处理泄漏情况。
③ 计划检修进行检查和维护。利用停工的机会有针对性的检修和更换。
5 泄漏量控制
代入实际运行数据，泄漏量q = 0.018 36 m3/s2016年 4月在生产一线定型机更换成预压成型穿心编织的高弹纤维和石墨纤维环，经过试用检验，泄漏量在可接受范围内。刚开车使用水进行冷却，工况稳定停止用水。生产线的稳定性和可靠性得到提升，检修工作量逐渐降低，见图5。
6 结束语
针对使用的盘根应用情况进行分析，确定改进措施，采用穿心编织替代原夹心编织方式，采用预压环形替代手工切割填充的安装方式，解决了盘根泄漏问题。经过生产检验，逐渐对其他生产线进行推广使用。
【参考文献】
[1]付平， 常德功.密封设计手册 [M] .北京： 化学工业出版社，2009： 18-20.
[2]柴立平.泵选用手册 [M] .北京： 机械工业出版社， 2009： 11-13.
[3]成大先.机械设计手册 [M] .北京： 化学工业出版社，2004： 42-43.
[4]张建中.石油化工密封技术 [M] .北京： 中国科学技术出版社，1994： 39-43.
[5]陈云龙. 浅谈石油化工泵用机械密封技术的选择与发展 [J] .中国石油和化工标准与质量，2012，32 (3)：104.
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