- ▸제지기 건조 실린더는 0.4-1.3 MPa 포화 증기(150-200℃)를 사용하며, 응축수 배출 불량 시 워터 해머 충격이 발생해 씰 면 피로 박리 현상이 일어남
- ▸카본 그라파이트 씰은 에폭시 수지 함침 흑연을 사용해야 하며, 증기 침식과 약알칼리성 흑액 부식에 강하고 200℃ 온도 등급으로 서비스 한계를 충족함
- ▸분할형 구조는 건조 실린더 분해 없이 씰 교체가 가능하며, 제지기당 50개 이상의 실린더에서 가동 중단 시간을 크게 단축함
- ▸증기가 베어링 하우징으로 침투해 그리스를 유화시키는 것을 방지하기 위해 증기 차단 시스템(저압 공기 또는 증기 역세척)이 필수임
- ▸Huahao Sealing은 연간 5만 톤 특수지 라인 개조 시 건조 실린더 씰 수명을 4000시간에서 12000시간으로 연장함
제지기 건조통은 포화 증기로 실린더 내부 표면을 가열해 종이의 수분을 증발시킵니다. 제지기당 50~80개의 건조통이 있으며, 각 건조통 양쪽 끝에는 증기 누출을 차단하는 메커니컬 씰이 필요합니다. Huahao Sealing이 여러 제지 공장에서 쌓은 적용 경험을 바탕으로 본 글에서는 건조 실린더용 카본 그라파이트 씰 선정에 대해 소개합니다.
1. 서비스 특성
건조통은 0.4-1.3 MPa 포화 증기(150-200℃)를 사용하며, 증기는 내부에서 응축되어 열을 방출하고 응축수는 사이펀 튜브를 통해 배출됩니다. 주요 고장 유형은 흑연 링 증기 침식 마모(35%), O-링 열 노화(22%), 스프링 증기 부식 걸림(18%), 응축수 워터 해머 충격 파손(15%)입니다. 워터 해머가 가장 치명적인데, 응축수가 쌓이면 증기가 이를 고속의 수주(水柱)로 밀어내어 씰 면에 충격을 주며 순간 압력이 5-8 MPa에 달해 흑연의 압축 강도를 훨씬 초과합니다.
펄프 흑액(NaOH, Na₂S, 리그닌 함유, pH 9-11)은 저널을 따라 씰 챔버로 스며들어 건조 후 씰 면에 결정화되어 마모를 증가시킵니다.
2. 재료 선정
2.1 에폭시 수지 함침 흑연
건조통 서비스에는 에폭시 수지 함침 흑연 M106K가 권장됩니다. 에폭시 함침 후 기공률이 1.5% 이하로 떨어져 200℃ 증기 장기 침식에도 분해 없이 견딥니다. 180℃ 증기에서 5000시간 시험 결과, 에폭시 함침 흑연의 기공률은 1.4%에서 1.7%로 소폭 상승한 반면, 페놀 수지 함침 흑연은 3.2%까지 올라 증기 침투 누설이 시작됩니다.
2.2 상대 재료
소결 실리콘 카바이드(SSiC)를 권장하며, 경도 HV 2500으로 흑연 경도 HV 80-120보다 훨씬 높아 흑연 링이 연성 링으로서 우선 마모되어 유지보수를 용이하게 하는 설계 의도를 충족합니다.
3. 분할형 구조 설계
3.1 분할형 장점
분할형 메커니컬 씰은 씰 링을 축 방향으로 두 개 반으로 나누어 저널 측에서 건조통 분해 없이 설치할 수 있습니다. 교체 시간은 4-6시간에서 1-1.5시간으로 단축됩니다.
3.2 스프링 대신 벨로우즈
건조통 서비스는 습기가 많아 기존 스프링은 부식 걸림이 잦습니다. AM350 스테인리스 스틸 벨로우즈를 스프링 대신 권장하며, 미끄럼 부품이 없고 탄성 요소와 보조 씰 역할을 겸해 O-링을 제거할 수 있습니다.
3.3 씰 면 단위 압력 제어
증기 서비스는 매체 압력이 낮아(0.4-1.3 MPa) 씰 면 단위 압력을 0.4-0.5 MPa로 설정합니다. 너무 낮으면 증기 압력 변동에 의해 씰 면이 벌어지고, 너무 높으면 마모가 가속화됩니다.
4. 스팀 배리어 시스템
씰 외부의 퍼지 챔버는 0.05-0.1 MPa의 저압 공기 또는 응축수에서 회수한 저압 스팀으로 공급되어 역류를 형성함으로써 스팀이 베어링 하우징으로 들어가는 것을 방지합니다. 스팀이 베어링 하우징에 들어가면 그리스가 유백색으로 유화되어 점도가 60% 감소하고 베어링 수명이 5만 시간에서 8천 시간으로 단축됩니다. 퍼지 시스템을 사용하면 베어링 하우징의 습도는 95% 상대습도에서 60% 이하로 감소합니다.
5. Huahao Sealing 사례 연구
한 특수지 회사의 연간 5만 톤 생산 라인(건조기 캔 직경 1.5 m, 스팀 압력 1.0 MPa, 온도 185℃, 56개 캔)은 원래 수입 브랜드의 분할 링을 사용하여 평균 수명이 4000시간이었고, 연간 6회 누출로 인한 가동 중단이 발생했으며, 각 중단 시 약 8만 위안의 비용이 들었습니다. 2021년 Huahao Sealing의 M106H + SSiC + AM350 벨로우즈 + 퍼지 시스템 솔루션으로 전환한 후 평균 수명이 1만 2천 시간에 도달했고, 연간 가동 중단 횟수는 2회로 줄어들어 연간 약 32만 위안의 가동 중단 손실과 18만 위안의 예비 부품 비용을 절감했습니다.
선택 핵심: 스팀 온도는 함침재를 결정하며(200℃ 이내는 에폭시 선택), 습한 환경은 탄성 요소를 결정하고(스프링 대신 벨로우즈 사용), 유지보수 필요성은 구조 형태를 결정합니다(다수 캔은 분할형 선택).