鍋爐循環(huán)水泵機(jī)械密封失效原因淺析

大多數(shù)石化廠都有鍋爐系統(tǒng)，鍋爐系統(tǒng)的穩(wěn)定運行對于全廠設(shè)備的正常運行有著重要的意義。由于鍋爐循環(huán)水有高溫高壓的特點，常常會造成水泵密封的泄漏，分析解決好這個問題對現(xiàn)場工作大有裨益。下面以我廠二化肥裝置鍋爐循環(huán)水栗密封為例，把我們分析和解決問題的方法提供給大家，以供大家。

　　1概述烏石化二化肥裝置的鍋爐循環(huán)水泵P―丨A/B/C型號為兩臺運行，一臺備用，給四臺廢熱鍋爐供水。見表1.表1PI泵有關(guān)參數(shù)型號流置揚程轉(zhuǎn)速工作介質(zhì)進(jìn)出口壓力（MPa）密封鍋爐水機(jī)械密封機(jī)械密封由JOHNCRANE公司生產(chǎn)的，型號為25/8-38BRS/PP.具體結(jié)構(gòu)詳見。

　　該泵為內(nèi)裝接觸式單端面內(nèi)流式平衡型機(jī)械密封，靜環(huán)為石墨碳環(huán)，動環(huán)為碳化鎢硬質(zhì)合金材料。沖洗水的壓力為15Xl5Pa，經(jīng)一換熱面積為。133m2的盤式換熱器由140'C降溫至130'C后進(jìn)入密封室進(jìn)行循環(huán)冷卻沖洗，以防止密封腔內(nèi)的溫度過高，使密封及密封元件失效。

　　2運行狀況及統(tǒng)計分析自試生產(chǎn)以來，P1栗的機(jī)械密封隨著進(jìn)口備件的不斷消耗，開始由國產(chǎn)機(jī)械密封替代。但是機(jī)械密封多次發(fā)生故障，更為嚴(yán)重的是機(jī)械密封漏出的水汽刺透軸承箱的油封，進(jìn)入軸承箱，使軸承損壞，軸燒結(jié)抱死。頻繁更換損壞的P1泵機(jī)械密封、軸承及軸，對裝置的正常運行危害極大。

　　在1998年1月5日至丨1月24日，P-1A發(fā)生故障丨3次，P-1B發(fā)生故障11次，P-1C發(fā)生故障6次（表2）。其中有的泵在處于備用狀態(tài)時，機(jī)械密封從滲漏到滴漏，到最后發(fā)生刺漏。每次檢修拆下后發(fā)現(xiàn)動環(huán)出現(xiàn)貫通彗星狀溝槽，并且出現(xiàn)熱裂，說明密封面的溫度過高。由于盤式換熱器的冷卻介質(zhì)為水，經(jīng)常造成殼側(cè)結(jié)垢堵塞，使換熱效果嚴(yán)重下降。

　　表21998年P(guān)1泵的機(jī)械密封運行情況及故時間泵位號損壞現(xiàn)象及原因廠家備注動環(huán)刺漏，出現(xiàn)溝槽，靜環(huán)出現(xiàn)溝槽，密封水管堵動環(huán)刺漏，出現(xiàn)溝槽，靜環(huán)出現(xiàn)溝槽合資動環(huán)刺漏，出現(xiàn)溝槽，靜環(huán)出現(xiàn)溝槽合資靜環(huán)，國產(chǎn)動環(huán)動環(huán)刺漏，出現(xiàn)溝槽，靜環(huán)出現(xiàn)溝槽國產(chǎn)動環(huán)刺漏，出現(xiàn)溝槽，靜環(huán)出現(xiàn)溝槽合資動環(huán)刺漏，出現(xiàn)溝槽合資動環(huán)刺漏，出現(xiàn)溝槽，斷密封水國產(chǎn)動環(huán)刺漏，出現(xiàn)溝槽，斷密封水國產(chǎn)動環(huán)刺漏，出現(xiàn)溝槽合資動環(huán)刺漏。出現(xiàn)溝槽合資動環(huán)刺漏，出現(xiàn)溝槽。斷密封水動環(huán)刺漏。出現(xiàn)溝槽合資動環(huán)刺漏，出現(xiàn)溝槽合資動環(huán)刺漏。出現(xiàn)溝槽國產(chǎn)動環(huán)刺漏，出現(xiàn)熱裂國產(chǎn)動環(huán)刺漏，出現(xiàn)熱裂國產(chǎn)動環(huán)刺漏。出現(xiàn)熱裂國產(chǎn)動環(huán)刺漏，出現(xiàn)熱裂國產(chǎn)動環(huán)刺漏，出現(xiàn)熱裂國產(chǎn)動環(huán)刺漏，出現(xiàn)熱裂國產(chǎn)動環(huán)刺漏，出現(xiàn)熱裂國產(chǎn)動環(huán)刺漏，出現(xiàn)熱裂國產(chǎn)動環(huán)刺漏，出現(xiàn)熱裂國產(chǎn)動環(huán)刺漏，出現(xiàn)熱裂國產(chǎn)動環(huán)刺漏，出現(xiàn)熱裂國產(chǎn)動環(huán)刺漏，出現(xiàn)熱裂國產(chǎn)動環(huán)刺漏，出現(xiàn)熱裂國產(chǎn)3進(jìn)口機(jī)械密封與國產(chǎn)機(jī)械密封動靜環(huán)的比較表3中動、靜環(huán)各取5個求得平均值進(jìn)行比較。

　　表3動靜環(huán)平均值比較項目靜環(huán)高動環(huán)高動環(huán)硬度（HRC）迅縮貴國產(chǎn)合資進(jìn)口注：靜環(huán)高度進(jìn)口的比國產(chǎn)的高0.8min，壓縮置進(jìn)口的比國產(chǎn)的大4主要失效原因分析4.1錚態(tài)密封失效戶1泵有時候會在熱備狀態(tài)下發(fā)生泄漏（這種失效情況只占少數(shù)都是先滲漏到滴漏最后是刺漏，拆下密封后發(fā)現(xiàn)動靜環(huán)密封圈都有較大的塑性變形，而密封面狀況較好。

　　經(jīng)分析，失效的原因大致有以下幾種：密封制造時動環(huán)鑲嵌處應(yīng)力沒有得到充分釋放，受熱后導(dǎo)致端面變形，現(xiàn)場反應(yīng)為備用數(shù)小時就開始滲漏，但滲漏持續(xù)很長時間不擴(kuò)大；橡膠圈受熱過度導(dǎo)致塑性變形過大。氟橡膠耐溫可達(dá)200X：，密封腔內(nèi)溫度超過200度是由于沖洗水出現(xiàn)偶然性的流量不足。橡膠變形后受壓力、流量波動的影響，貼合處出現(xiàn)松動導(dǎo)致滲漏或滴漏，現(xiàn)場表現(xiàn)為備用一段時間后開始滲漏很快擴(kuò)大為滴漏；密封最后出現(xiàn)刺漏的主要原因是換熱器結(jié)垢堵塞，沖洗水極小甚至斷流，致使密封腔內(nèi)溫度接近介質(zhì)溫度，橡膠圈被嚴(yán)重破壞，甚至可能導(dǎo)致端面打開（具體計算見后面）。

　　另外，還要考慮到殘余變形的問題。機(jī)械密封密封端面在研磨和密封運轉(zhuǎn)過程中，有時密封面的變形不是馬上出現(xiàn)，而是隔一段時間才表現(xiàn)出來，通常這種波度變形值可達(dá)幾微米。出現(xiàn)這種變形原因是多種多樣的，K中之一是密封環(huán)制造時產(chǎn)生的殘余應(yīng)力所引起的。

　　4.2動態(tài)密封失效為了保證機(jī)械密封長周期運行，首先應(yīng)有合理的端面比壓。

　　對于內(nèi)流式機(jī)械密封密封面比壓：為膜壓系數(shù)是密封面平均膜壓與系統(tǒng)壓力盡之比，它反映了機(jī)械密封端面流體膜的承載能力的火小。

　　其中彈簧載荷壓力/為彈簧個數(shù)，《=12：d為機(jī)械密封端面面積=n（/）22―面積比：值為軸或軸套的臺肩直徑為66.675mm.膜壓系數(shù)的值主要是由介質(zhì)的物理特性決定的，但并沒有準(zhǔn)確的計算公式，大體上是介質(zhì)的滲透性越強(qiáng)的值越大，介質(zhì)的揮發(fā)性越強(qiáng)的值越大。比如在常溫下水的4值為0.5，而輕烴類介質(zhì)的1值為0.707.如果按常溫水計算，則其值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于泵用密封端面比壓許用值0.2 0.39MPa，我們知道水的溫度越高其滲透性和揮發(fā)性就越強(qiáng)，但我們閱了很多資料，都沒有關(guān)于高溫水的/值該如何選取的介紹。從公式來看的值對端面比壓的影響非常大，稍大一點就會使A變成負(fù)數(shù)，也就是會使端面打開，這就是在靜態(tài)分析時我們說沖洗水?dāng)嗔鞯那闆r下密封面有可能打開的原因。

　　膜壓系數(shù)的不確定使我們在改造初期無法調(diào)整面積比52，從最后的結(jié)果來看，我們在沒有調(diào)整面積比的情況下密封也能長期穩(wěn)定運行，從而可以反算出水在110°C，壓力l5MPa的條件下，其膜壓系數(shù)大致在0.63到0.64之間。

　　當(dāng)然，由于條件的限制，這只是個很粗略的計算結(jié)論，但也能為我們以后對類似工況下密封的設(shè)計和改造提供一定的依據(jù)。

　　如次，為了保證機(jī)械密封面在穩(wěn)定的液膜下X作，對機(jī)械密封各部位的溫度應(yīng)加以適當(dāng)控制。首先應(yīng)考慮的足密封腔內(nèi)氣化問題。在選用密封、確定工作條件時就要考慮勿使密封腔內(nèi)液體的溫度超過氣化溫度或腔內(nèi)壓力保持高于介質(zhì)飽和蒸氣壓，就可以避免密封腔內(nèi)液體氣化使液膜不穩(wěn)定，對于320X；的鍋爐水，其飽和蒸氣卅為11.5丨2MPa，而對于330X：的鍋爐水，其飽和蒸氣壓為1.606MPa，因此必須對密封腔內(nèi)介質(zhì)的溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制。有時由于泵抽空引起軸封腔液體氣化，就要在結(jié)構(gòu)上采取防抽空措施和設(shè)計，操作上采取相應(yīng)的降溫措施。

　　最后要考慮的問題是密封面間隙內(nèi)液膜氣化的問題，這會有兩神情況：一種是密封面間局部氣化而形成空化（汽蝕），它會在密封面上形成麻點。另一種是磨擦熱米能排出而形成全面氣化從而造成事故性泄漏，在密封面上會由于閃蒸發(fā)生氣震（間歇振蕩、噴霧泄漏），在密封面上會出現(xiàn)慧星狀紋理。這就是P1泵機(jī)械密封失效的主要原因。

　　為了保持足夠穩(wěn)定的液膜和工作的穩(wěn)定性，應(yīng)使機(jī)械密封在距離氣化線有一定需要的溫差A(yù)treq，并使工作時有效溫差A(yù)tavail.>Atreq.保證密封面不因磨擦熱而發(fā)生氣化的液膜失穩(wěn)，必須使密封面的溫度與達(dá)到飽和蒸氣壓的溫度保持一定的溫差，散熱情況好的溫差可以小些。

　　機(jī)械密封端面摩擦所產(chǎn)生的熱量與旋轉(zhuǎn)部件的攪拌熱，被有一定溫差的密封沖洗液將這些熱量帶走，從而保證密封端面溫度處于穩(wěn)定范圍內(nèi)。但由于攪拌熱不易確定，且攪拌熱遠(yuǎn)小于端面摩擦熱，通常按端面摩擦熱來確定。

　　面比壓，N/cm2；K為密封端面平均線速度，m/s；<4為密封面面積，cm2.從上可以看出，端面摩擦熱的大小與密封面比壓、密封端面平均線速度、密封面面積有關(guān)，結(jié)合前面的計算，在保證密封面比壓合理的前提下，采用較小的密封面寬度是減小端面摩擦熱的有效途徑之一。

　　為密封箱內(nèi)沖洗液出、入U溫差，K.從上式以看出，密封沖洗出、入口溫差是減少摩擦熱所引起的全面空化失效的關(guān)鍵影響因素。

　　5存在問題及解決措施通過上述分析，可以從以下幾個方面對機(jī)械密封進(jìn)行綜合改進(jìn)。

　　大密封沖洗水出、入口溫差。由于P1泵在320 C的高溫下由旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的摩擦熱、攪拌熱不能及時被（上接第240頁）而未裂通和噴油器孔裂紋未與氣門座孔連通時，應(yīng)焊修后繼續(xù)使用。對于裂紋過長且座孔之間相互連通時更換新缸13CTC的密封沖洗水帶走，致使密封端面溫度過高，形成全面空化，導(dǎo)致密封失效。因此，首要是降低密封沖洗水進(jìn)口的溫度，增大密封沖洗液的進(jìn)出口溫差。先在2"的密封沖洗總管上增加了一組換熱面積為38m2的套管式換熱器，使進(jìn)入泵體的密封水溫度由原來的13（TC降到9（TC至1001C，溫差由原來的HTC提到了4（TC，達(dá)到了摩擦副所需要的穩(wěn)定運行溫度，減緩了密封元件的失效。

　　機(jī)械密封動靜環(huán)的改造。對機(jī)械密封動靜環(huán)所選的材料的導(dǎo)熱系數(shù)、線膨脹系數(shù)、散熱系數(shù)、自潤滑性能提出更高的要求。增加硬質(zhì)合金環(huán)的硬度，HRC由56.2增為61.7.硬度提高之后相應(yīng)的抗熱變形能力大大提高，以至于在密封沖洗水多次短暫中斷的情況下，機(jī)封密封仍能正常運行。

　　在國產(chǎn)密封的動環(huán)與其固定座之間增加1mm的銅墊，使之達(dá)到與進(jìn)口密封相同的端面比壓。在軸套與軸頭之間增加一厚為。2mm的銅墊，并外纏四氟密封帶，從而避免了軸承筘油封被軸套與軸之間泄漏出的高壓水刺漏，以至使軸承燒蝕、軸報廢的惡性事故發(fā)生。

　　提高配件質(zhì)量。對機(jī)械密封的表面粗糙度提A要求，并要求密封環(huán)在研磨前須在常溫條件下放置幾天甚至兩周，或?qū)⒚芊猸h(huán)放在熱處理爐內(nèi)以消除殘余應(yīng)力后再研磨。

　　通過以上的改造，P1泵機(jī)械密封的運行周期有了明顯的增加。其中PIA從1999年7月運行到2000年7月，PIB從1999年11月運行至今，P1C從2000年7月運行到2001年7月，基本達(dá)到了國外機(jī)械密封的運行水平，保證了設(shè)備的長周期正常運行。