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鈾純化煅燒爐管進(jìn)出料端密封裝置的改進(jìn)與應(yīng)用

2023年02月08日 13:22:06      來(lái)源:奧賽羅密封材料(中國(guó))有限公司 >> 進(jìn)入該公司展臺(tái)      閱讀量:20

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  摘 要: 鈾純化煅燒爐爐管進(jìn)出料端原密封方式為盤根和黑色黃油,由于材質(zhì)問題及過高的工作溫度,致使密封失效頻繁。為解決該問題,對(duì)進(jìn)出料端密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn),研制了一種重錘式自補(bǔ)償動(dòng)密封裝置。工作時(shí),利用重錘式自補(bǔ)償動(dòng)密封裝置中靜環(huán)處所附的重錘對(duì)的磨損予以補(bǔ)償。使用效果表明,改進(jìn)后的密封裝置有效解決了鈾純化煅燒爐管進(jìn)出料端密封失效的問題,確保了鈾純化煅燒爐的正常運(yùn)行。

  關(guān)鍵詞: 煅燒爐管; 進(jìn)出料口; 密封; 自補(bǔ)償

  鈾純化煅燒爐是鈾純化生產(chǎn)線煅燒工序主要設(shè)備,其作用是將來(lái)自上一工序的物料加熱煅燒,生產(chǎn)最終產(chǎn)品。煅燒爐中煅燒爐管與進(jìn)出料裝置通過動(dòng)密封進(jìn)行連接,由于生產(chǎn)工藝要求爐內(nèi)系統(tǒng)為微正壓,故進(jìn)出料端密封的好壞是煅燒轉(zhuǎn)爐能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵。目前國(guó)內(nèi)外常見的動(dòng)密封方式有、、迷宮密封、氣氛保護(hù)動(dòng)態(tài)密封等[1-4]。鈾純化煅燒爐爐管進(jìn)出料口采用了加黑色黃油進(jìn)行密封。由于爐管內(nèi)溫度長(zhǎng)期保持在 800~900℃ 之間,爐內(nèi)物質(zhì)為粉料,設(shè)備運(yùn)行幾天后出現(xiàn)密封失效的問題,導(dǎo)致爐氣和放射性產(chǎn)品粉塵泄漏,從而增加了維修維護(hù)工作量,影響了生產(chǎn)環(huán)境和工人的身體健康。針對(duì)上述問題,筆者對(duì)原煅燒爐管密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹,對(duì)原密封方式失效的原因進(jìn)行了分析和總結(jié),并在總結(jié)普通工業(yè)用回轉(zhuǎn)爐密封方式的基礎(chǔ)上,對(duì)鈾純化煅燒爐管進(jìn)行了改進(jìn)和應(yīng)用驗(yàn)證[5-7]。

  1 傳統(tǒng)密封方式

  1.1 傳統(tǒng)密封結(jié)構(gòu)

  出料端的傳統(tǒng)密封結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1 所示。

圖 1 傳統(tǒng)密封結(jié)構(gòu)示意圖

  爐管出料端部分伸進(jìn)卸料風(fēng)箱內(nèi),盤根和黑色黃油填充在爐管出料端外表面和卸料風(fēng)箱的連接處,用于壓緊盤根的法蘭壓盤與風(fēng)箱連接盤通過螺栓連接,爐管圓柱外表面與卸料風(fēng)箱端頭之間的空隙通過石墨盤根加黑色黃油密封。

  1.2 密封失效原因分析

  盤根密封的原理主要取決于迷宮效應(yīng)。軸在微觀情況下表面非常不平整,軸和盤根之間存在像迷宮一樣微小的間隙,帶壓介質(zhì)在迷宮中被多次截流,從而達(dá)到密封的作用。盤根密封主要在離心泵、活塞泵、壓縮機(jī)等液體密封中使用[8-10]。由于鈾純化煅燒爐爐管內(nèi)物質(zhì)為高溫粉末狀物質(zhì),采用盤根加黑色耐溫黃油進(jìn)行密封頻繁失效的原因主要如下:

  ( 1) 黑色黃油變硬導(dǎo)致盤根發(fā)生干摩擦。爐管內(nèi)溫度長(zhǎng)期保持在 800 ~ 900 ℃ 之間,黃油在長(zhǎng)期高溫烘烤下,容易變硬。因未及時(shí)補(bǔ)充黃油,爐管與盤根直接接觸,發(fā)生干摩擦,導(dǎo)致盤根與爐管之間出現(xiàn)縫隙。爐管內(nèi)粉塵和爐氣從縫隙內(nèi)泄漏。

  ( 2) 粉末狀顆粒進(jìn)入盤根處加速盤根磨損。在爐管內(nèi)微正壓的作用下,粉末物料進(jìn)入盤根和爐管之間,因?yàn)闋t管一直保持轉(zhuǎn)動(dòng),在粉末的加入后,加快了對(duì)盤根的磨損,長(zhǎng)期磨損后,物料也會(huì)出現(xiàn)泄漏。

  ( 3) 爐管與連接套管未對(duì)中,導(dǎo)致盤根出現(xiàn)偏磨。由于爐管與連接套管未對(duì)中,這樣就導(dǎo)致爐管偏磨連接套管內(nèi)盤根,使盤根的使用周期大大減少。爐管上下受交變應(yīng)力導(dǎo)致的慣性擺動(dòng),來(lái)回?cái)D壓盤根,造成粉料物料泄漏。

  2 改進(jìn)后密封裝置

  2.1 密封裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

  由于進(jìn)出料端密封的好壞是煅燒轉(zhuǎn)爐能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵,在爐管的進(jìn)出料端分別設(shè)計(jì)了一套密封裝置。改進(jìn)后的重錘式自補(bǔ)償動(dòng)密封裝置總體示意圖如圖 2 所示。

  圖 2 重錘式自補(bǔ)償動(dòng)密封裝置總體示意圖

圖 2 重錘式自補(bǔ)償動(dòng)密封裝置總體示意圖

  該密封裝置主要由密封機(jī)構(gòu)和重錘式自補(bǔ)償機(jī)構(gòu)兩部分構(gòu)成。進(jìn)料端密封機(jī)構(gòu)由錐面靜環(huán) 7、石墨環(huán) 8、錐面動(dòng)環(huán) 9 構(gòu)成,進(jìn)料端重錘式自補(bǔ)償機(jī)構(gòu)由重錘 5、滾輪 6、鋼絲繩 4 以及其他附加構(gòu)成; 出料端密封機(jī)構(gòu)由錐面靜環(huán) 12、石墨環(huán) 13、錐面動(dòng)環(huán) 14 構(gòu)成,出料端重錘式自補(bǔ)償機(jī)構(gòu)由重錘 17、滾輪 15、鋼絲繩 16 以及其他附加構(gòu)成。

  ( 1) 進(jìn)料端密封裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 爐管進(jìn)料端密封機(jī)構(gòu)布置在進(jìn)料風(fēng)箱 3 和爐管 11 進(jìn)料端之間,進(jìn)料端密封結(jié)構(gòu)中錐面靜環(huán) 7 與進(jìn)料風(fēng)箱 3 右端面法蘭通過螺栓連接,進(jìn)料端錐面動(dòng)環(huán) 9 與煅燒爐爐管11 的進(jìn)料端法蘭通過螺栓連接,進(jìn)料端石墨環(huán) 8 安裝在進(jìn)料端錐面靜環(huán) 7、進(jìn)料端錐面動(dòng)環(huán) 9 之間。進(jìn)料端重錘式自補(bǔ)償機(jī)構(gòu)中進(jìn)料風(fēng)箱 3 與軌道輪架 1 固定連接,重錘 5 與進(jìn)料風(fēng)箱通過鋼絲繩 4 連接,在重錘 5 的作用下,進(jìn)料端密封機(jī)構(gòu)中的錐面靜環(huán) 7 隨軌道輪架 1 和進(jìn)料風(fēng)箱一起在軌道 2 上可向右移動(dòng)。

  ( 2) 出料端密封裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 爐管出料端密封機(jī)構(gòu)布置在爐管 11 出料端和卸料風(fēng)箱 18 之間,出料端料端錐面靜環(huán) 14 與卸料風(fēng)箱 18 左端面法蘭通過螺栓連接,出料端錐面動(dòng)環(huán) 12 與煅燒爐爐管 11的出料端法蘭通過螺栓連接,出料端石墨環(huán) 13 安裝在出料端錐面靜環(huán) 14、出料端錐面動(dòng)環(huán) 12 之間。出料端重錘式自補(bǔ)償機(jī)構(gòu)中卸料風(fēng)箱 18 與軌道輪架 20 固定連接,重錘 17 與卸料風(fēng)箱通過鋼絲繩16 連接,在重錘 17 的作用下,出料端密封機(jī)構(gòu)中的錐面靜環(huán) 14 隨軌道輪架 20 和卸料風(fēng)箱 13 一起在軌道 19 上可向左移動(dòng)。

  進(jìn)、出料端采用動(dòng)、靜錐面配以石墨密封環(huán)進(jìn)行動(dòng)密封,利用靜環(huán)處所附的重錘對(duì)石墨密封環(huán)的磨損予以補(bǔ)償。

  2.2 密封裝置的材質(zhì)選擇

  由于進(jìn)出料端溫度長(zhǎng)期維持在 300 ℃ 以上,爐管內(nèi)保持微正壓,重錘式自補(bǔ)償動(dòng)密封結(jié)構(gòu)中的錐面動(dòng)環(huán)和靜環(huán)采用耐高溫、耐腐蝕不銹鋼材料。爐管轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,爐管兩端錐面動(dòng)環(huán)與其接觸的石墨密封環(huán)具有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng),因此,連接錐面動(dòng)、靜環(huán)的石墨密封環(huán)采用耐高溫、耐磨的浸漬樹脂石墨材料。

  2.3 密封裝置工作原理

  如圖 2 所示,物料通過煅燒爐進(jìn)料電機(jī)及進(jìn)料裝置從進(jìn)料風(fēng)箱推入爐管內(nèi)。爐管通過外部電機(jī)及鏈條帶動(dòng)鏈輪進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)速為 0.5 ~ 5 r /min,進(jìn)入爐管內(nèi)的物料經(jīng)過三個(gè)階段的煅燒后形成的產(chǎn)品從爐管出料端推出,進(jìn)入卸料風(fēng)箱。

  ( 1) 進(jìn)料端密封裝置的工作原理 煅燒爐剛開始使用時(shí),爐管 11 與進(jìn)料風(fēng)箱 3 之間的密封直接通過不銹鋼錐面靜環(huán) 7、石墨密封環(huán) 8 和錐面不銹鋼動(dòng)環(huán) 9 形成的密閉腔室實(shí)現(xiàn),確保爐管內(nèi)爐氣和粉末物料無(wú)法從爐管 11 與進(jìn)料風(fēng)箱 3 之間泄漏。隨著煅燒爐運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng),由于與爐管 11 連接的進(jìn)料端不銹鋼錐面動(dòng)環(huán) 9 和進(jìn)料端石墨密封環(huán) 8 有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng),錐面動(dòng)環(huán) 9 在轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中會(huì)磨損石墨密封環(huán) 8,形成縫隙。此時(shí),連接在進(jìn)料風(fēng)箱右端的不銹鋼錐面靜環(huán) 7 會(huì)在重錘 5 的拉力作用下向錐面動(dòng)環(huán) 9 方向移動(dòng),實(shí)時(shí)彌補(bǔ)錐面動(dòng)環(huán) 9 和被磨損石墨環(huán) 8 之間的縫隙,確保爐管 11 內(nèi)物料與外界始終是隔絕的。

  ( 2) 出料端密封裝置的工作原理 同樣,煅燒爐剛開始使用時(shí),爐管 11 與卸料風(fēng)箱 18 之間的密封直接通過不銹鋼錐面靜環(huán) 14、石墨密封環(huán) 13 和錐面不銹鋼動(dòng)環(huán) 12 形成的密閉腔室實(shí)現(xiàn),確保爐管內(nèi)爐氣和粉末物料無(wú)法從爐管 11 與卸料風(fēng)箱 18 之間泄漏。隨著煅燒爐運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng),由于與爐管 11 連接的出料端不銹鋼錐面動(dòng)環(huán) 12 和出料端石墨密封環(huán) 13有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng),錐面動(dòng)環(huán) 12 在轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中會(huì)磨損石墨密封環(huán) 13,形成縫隙。此時(shí),連接在卸料風(fēng)箱左端的不銹鋼錐面靜環(huán) 14 會(huì)在重錘 17 的拉力作用下向錐面動(dòng)環(huán) 12 方向移動(dòng),實(shí)時(shí)彌補(bǔ)錐面動(dòng)環(huán) 12 和被磨損石墨環(huán) 13 之間的縫隙,確保爐管 11 內(nèi)物料與外界始終是隔絕的。

  3 應(yīng)用驗(yàn)證

  將改進(jìn)后的密封裝置應(yīng)用于鈾純化煅燒爐管進(jìn)出料端進(jìn)行試驗(yàn),具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表 1 所列。

表 1 改進(jìn)后密封裝置試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

  原始狀態(tài)下,動(dòng)、靜環(huán)之間的距離為 35 mm,經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行試驗(yàn),觀察到爐管進(jìn)、出料端浸漬石墨密封環(huán)有一定的磨損,當(dāng)因磨損可能出現(xiàn)縫隙時(shí),在150 kg 重錘的作用下,錐面靜環(huán)實(shí)時(shí)向動(dòng)環(huán)方向移動(dòng),對(duì)縫隙進(jìn)行了實(shí)時(shí)補(bǔ)償,確保了生產(chǎn)過程中爐管進(jìn)、出料端的密封,未見爐管內(nèi)爐氣和產(chǎn)品粉塵泄漏,如圖 3 所示。因此可以證明改進(jìn)后的密封裝置密封性能良好,能滿足生產(chǎn)要求。

圖 3 運(yùn)行過程中密封部分實(shí)物圖

  4 結(jié) 語(yǔ)

  針對(duì)傳統(tǒng)煅燒爐爐管密封結(jié)構(gòu)較差,導(dǎo)致維修維護(hù)工作量大,影響生產(chǎn)環(huán)境和工人的身體健康的現(xiàn)狀,改進(jìn)了鈾純化煅燒爐管的密封結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)并制造了一種重錘式自補(bǔ)償動(dòng)密封裝置,爐管進(jìn)、出料端采用動(dòng)、靜錐面配以石墨密封環(huán)進(jìn)行動(dòng)密封,利用靜環(huán)處所附的重錘對(duì)石墨密封環(huán)的磨損予以補(bǔ)償。通過應(yīng)用證明,改進(jìn)后的密封裝置改善了密封效果,延長(zhǎng)了密封件的使用壽命,該密封方式取代了傳統(tǒng)煅燒爐爐管進(jìn)出料端盤根密封方式,解決了由于密封件材質(zhì)問題及過高的工作溫度,致使?fàn)t管密封效果差的問題,提高了產(chǎn)品收率,改善了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、杜絕了粉塵對(duì)員工身體健康造成影響。

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