齿轮泵在炭黑生产中输送BS溶液的应用效果分析

郝之勇，张勇

(山东奥瑟亚建阳炭黑有限公司，山东 薛城 277000)

0 前言

炭黑生产过程中，为方便炭黑运输和储存，需将粉末炭黑制成粒子炭黑。BS就是粉末炭黑制粒过程需要添加的重要原料，BS溶液输送的稳定性直接影响制粒效果和产品质量。

某炭黑生产企业原用螺杆泵输送BS溶液。但由于BS溶液杂质较多，黏度较高，回流较大，螺杆泵在使用过程易产生气穴和噪声。而液体温度升高甚至有可能导致螺杆泵泵变形损坏。

2018年初，某炭黑生产企业将螺杆泵更换为了齿轮泵。自使用齿轮泵以来，泵的出口压力非常稳定，没有发生异响、振动或机封泄露的现象，提高了炭黑造粒工段的稳定性，而且还节省了80%的用电。本文通过实践应用，对炭黑生产中使用齿轮泵输送BS溶液，使炭黑制粒控制稳定，运行过程中故障率低、压力波动小、节能等方面进行分析。

1 BS溶液的性质指标

BS溶液，也叫木质素溶液，是由三种醇单体（对香豆醇、松柏醇、芥子醇）形成的一种复杂酚类聚合物，是一种非危险化学品，主要成份为木质素磺酸钠。它是一种棕褐色黏性液体，无特殊异味，无毒，表面无杂质，易溶于水和碱液，长期密封储存时性质稳定不分解，利用槽罐车或吨桶包装运输。溶流木质素的性质指标如表1所示。

炭黑生产制造中作为黏结剂使用的木质素溶液，是在通用木质素磺酸钠的基础上经过特殊工艺精制而成。

2 齿轮泵的工作原理

齿轮泵，也叫正排量装置，它是由两个尺寸相同的齿轮在一个紧密配合的壳体内相互啮合旋转，这个壳体的内部类似“8”字形，齿轮的外径及两侧与壳体紧密配合。液体物料从吸入口进入两个齿轮中间，并充满这一空间，随着齿的旋转沿壳体运动，最后在两齿啮合时排出。

2.1 齿轮泵工作原理

齿轮泵的结构主要是由泵盖和泵体，以及泵体内装有一对齿数相同、宽度和泵体接近而又互相啮合的齿轮组成。这对齿轮与两端盖和泵体形成一密封腔，并由齿轮的齿顶和啮合线把密封腔划分为两部分，即吸油腔和压油腔。两齿轮分别用键固定在由滚针轴承支承的主动轴和从动轴上，主动轴由电动机带动旋转。

齿轮泵的结构见图1所示，当齿轮泵的主动齿轮由电动机带动不断旋转时，齿轮泵吸入腔齿轮脱开啮合，齿轮的轮齿退出齿间，使密封容积增大，形成局部真空，油箱中的液体物料在外界大气压的作用下，经吸入管路、吸入腔进入齿间。随着齿轮的旋转，吸入齿间的液体物料被带到另一侧，进入压出腔。这时轮齿进入啮合，使密封容积逐渐减小，齿轮间部分的液体物料被挤出，形成了齿轮泵的泵出过程，这就是齿轮泵的工作原理。为了保证齿轮灵活转动，同时又要保证泄露量最小，在齿轮端面和泵盖之间应有适当间隙（轴向间隙），对小流量泵轴向间隙为0.025～0.04 mm，大流量泵为0.04～0.06 mm。齿顶和泵体内表面间的间隙（径向间隙），由于密封带长，同时齿顶线速度形成的剪切流动又和液体物料泄露方向相反，故对泄露的影响较小。这里要考虑的问题是：当齿轮受到不平衡的径向力后，应避免齿顶和泵体内壁相碰，所以径向间隙就可稍大，一般取0.13～0.16 mm。

2.2 齿轮泵的工作特点

（1）优点:结构简单紧凑、体积小、质量轻、工艺性好、价格便宜、自吸力强、对油液污染不敏感、转速范围大、能耐冲击性负载，维护方便、工作可靠。

（2）缺点:径向力不平衡、流动脉动大、噪声大、效率低，零件的互换性差，磨损后不易修复，不能做变量泵用。

3 BS溶液配比及泵送工艺流程

3.1 BS溶液配比

BS溶液配制参数设定见表2。

表2 BS溶液配制参数设定表

（1）外购液体木质素（原液）利用槽罐车运输到达卸车位，通过液体木质素卸料泵（P-108D）将液体木质素卸到木质素原液罐（T-403）中储存待用。

（2）根据炭黑生产造粒工艺要求，需要利用木质素原液罐（T-403）的木质素原液和水进行调配，配制成适合生产不同炭黑牌号需要的木质素溶液，再将配制好的木质素溶液泵送到造粒机中，与粉状炭黑混合，从而实现炭黑造粒过程。从木质素原液罐(T-403)到木质素溶液罐（T-404、T-405）实施布置。

（3）打开木质素配制原液输送泵（P-403A/B,一用一备，下同）前后阀门，关闭排液管及排气阀门。

（4）在现场启动木质素配制原液输送泵（P-403A/B），先用于木质素原液罐(T-403)进行循环操作。

（5）把各个设备的设定值按照以下数值进行设定，从手动模式转换到自动模式后，用木质素溶液罐（T-404、T-405）进行操作，把水和木质素原液进行混合。

（6）在自动模式下流量稳定的话，按以上数值设定水和木质素原液的比例后，从自动模式转换至级联模式。

（7）启动木质素溶液罐搅拌器（A-404、A-405）,开启搅拌。

3.2 BS溶液泵送（齿轮泵，P-404A/B，P-405A/B）

3.2.1 运行前巡检

（1）启动前确认BS溶液输送泵（P-404A/B，P-405A/B，一用一备，下同）进口阀门是否打开，并确认木质素溶液罐（T-404、T-405）底部排污阀是否关闭。

（2）关闭向炭黑制造生产线方向的泵头出口阀门。

（3）通过DCS控制系统对压力控制阀（PIC-4043）进行控制，确保其在手动模式下保持50%左右的开度。

3.2.2 启动

（1）按照作业顺序启动动BS溶液输送泵（P-404A/B，P-405A/B）。

（2）压力控制器PIC-4043在压力稳定后，可以将其操作模式转换至自动模式。

（3）打开流向炭黑制造生产线方向的泵头阀门，将BS溶液输送至不同炭黑制造生产线的造粒机中，BS溶液与同时进入造粒机的粉状炭黑混合，实现对炭黑粉尘的造粒成型。

（4）为了保证对粉状炭黑的造粒成型效果，需要保证BS溶液进入造粒机时的流量、压力等参数的稳定。

3.2.3 停止

停止与造粒机的同时操作。

BS溶液配比及泵送工艺流程见图2。

图2 BS溶液配比及泵送工艺流程

P:108D-液体木质素卸料泵

P-404A/B:1号炭黑生产线木质素溶液输送泵

P-405A/B:2号炭黑生产线木质素溶液输送泵

P-403A/B:木质素配制原液输送泵

T-403:木质素原液罐

T-404:1号炭黑生产线木质素溶液罐

T-405:2号炭黑生产线木质素溶液罐

A-404:T404木质素溶液罐搅拌器

A-405:T405木质素溶液罐搅拌器

4 齿轮泵在炭黑生产中输送BS溶液的测试情况

2019年10月01日8:00～10月4日8:00，在某炭黑生产企业的BS溶液输送效果进行了测试，测试情况如下：

4.1 测试方案

在1号炭黑制造生产线测试齿轮泵（P-404A/B）在BS溶液输送过程中压力稳定性，流量稳定性，关闭出口阀门后回流稳定性，溶液罐（T-404）内温度变化，并截取连续运行3日的DCS历史数据分析其变化趋势。

4.2 测试步骤

（1）确认溶液罐（T-404）鼓泡，管线阀门状态正常。

（2）启动齿轮泵（P-404A/B），调节出口流量以及出口阀门开度，温度控制在16～17 ℃。

（3）液体输送完成后关闭出口阀门，观察回流阀门开度。

4.3 测试结果

（1）10月1日08:00～10月4日08:00，齿轮泵（P-404A/B）测试结果见图3，整个测试过程齿轮泵（P-404A/B）一直处于运行状态。

图3 齿轮泵测试曲线

（2）一共进行了四次出口输液操作，每次出口流量和阀门开度都处于稳定状态；其余时间关闭出口阀进行回流时，回流压力和回流阀开度一直处于平稳状态。

（3）回流过程未发现泵体温度异常或异响，罐内温度未见明显变化。

5 结论

在2019年10月01日8:00至2019的10月4日8:00对齿轮泵（P-404A/B）在BS溶液输送过程中相关性能进行了测试。齿轮泵（P-404A/B）输出压力和流量保持稳定，回流状态正常。

齿轮泵应用在炭黑制造生产线的造粒工艺，能极大程度地保证BS溶液输送过程的稳定性，减少炭黑造粒工段产品质量的波动。设备的稳定运行能减少设备损耗，降低故障率和维修费用，保证生产系统稳定性，降低维修成本。