脫硫泵用雙端面機械密封結(jié)構(gòu)及失效原因分析

任 朋

沈陽藍(lán)天公用節(jié)能環(huán)保設(shè)備有限公司

脫硫泵用雙端面機械密封結(jié)構(gòu)及失效原因分析

任 朋

沈陽藍(lán)天公用節(jié)能環(huán)保設(shè)備有限公司

與單端面機械密封相比，雙端面機械密封的密封性能較好，適用于強腐蝕、高溫、帶懸浮顆粒及纖維介質(zhì)、氣體介質(zhì)、易燃易爆、易揮發(fā)低黏度介質(zhì)，高真空度工況的密封，具有高性能保險作用。在密封高壓介質(zhì)時，可以合理的分配每個密封的兩端壓差，提高密封的工作壓力范圍。針對燃煤發(fā)電廠脫硫系統(tǒng)的漿液介質(zhì)的工況特點，介紹和分析了脫硫泵用雙端面機械密封的分類、結(jié)構(gòu)及材料的選用，并根據(jù)現(xiàn)場的實際情況分析了機械密封失效的主要原因，提出了提高機械密封使用壽命的一些改進(jìn)措施和看法。

脫硫泵；機械密封；壽命；失效

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和物質(zhì)、文化生活水平的提高，對大氣污染控制越來越來嚴(yán)格。國家以及一些地方政府都制定了一些法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)用以控制各種污染物的排放，燃煤發(fā)電廠也陸續(xù)設(shè)計和增加了FGD脫硫系統(tǒng)。機械密封作為脫硫泵軸封形式的一種，具有功率損失小、不泄漏或很少泄漏的優(yōu)點，因此在脫硫系統(tǒng)中的脫硫泵上得到了廣泛的應(yīng)用。

1 密封原理

雙端面機械密封原理與單端面機械密封基本相同，都是靠垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面(摩擦副)在流體壓力和補償機構(gòu)彈力的作用以及輔助密封的配合下保持貼合并相對滑動而構(gòu)成的防止流體泄漏的裝置。工作時，在由流體壓力(介質(zhì)壓力)和彈性元件的彈力等引起的合力作用下，在密封環(huán)的端面上產(chǎn)生一個適當(dāng)?shù)谋葔?壓緊力)，使兩個接觸端面(動環(huán)、靜環(huán)端面)相互緊密貼合，并在兩端面間極小的間隙中維持一層極薄的液膜，從而達(dá)到密封的目的。雙端面機械密封有兩道端面密封，若一級密封失效，二級密封仍然可密封，防止泄漏。一般雙端面密封都需要外供密封液系統(tǒng)，向密封腔內(nèi)引入封液進(jìn)行堵封、潤滑和冷卻，且多為循環(huán)冷卻使用。

2 失效原因分析

2.1 機械密封O形圈材質(zhì)選用不合理

該機械密封上靜環(huán)、下動環(huán)與軸套上的O形圈材質(zhì)采用了聚四氟乙烯包覆硅橡膠。聚四氟乙烯耐腐蝕性能較好，但包覆聚四氟乙烯在受壓后，回彈堵塞能力較差，容易永久變形，使O形圈在與動靜環(huán)座、軸套等密封溝槽裝配上產(chǎn)生間隙，從而使密封失效。因此在實際使用中，在釜內(nèi)壓力偏低的情況下，機械密封泄漏量較大，而當(dāng)釜內(nèi)壓力不斷升高時，機械密封泄漏量逐漸減小，便很可能是這個原因。該機械密封O形圈大部分采用了丁腈橡膠(如動環(huán)組件O形圈)，丁腈橡膠的缺點是不耐臭氧、芳香族、鹵代烴、酮及酯類溶劑，反應(yīng)釜內(nèi)的鹵代烴物質(zhì)氯乙烯會使丁腈橡膠產(chǎn)生溶脹，導(dǎo)致O形圈失效。

2.2 密封面變形

更換了泄漏機械密封的動、靜環(huán)組件后，泄漏問題依然存在。再次拆卸后發(fā)現(xiàn)，密封面上有光點而沒有磨痕，故判斷該密封面發(fā)生了變形。該機械密封工作轉(zhuǎn)速低，且一直伴有循環(huán)水冷卻，可以排除因密封面摩擦生熱、溫度升高而導(dǎo)致的變形。經(jīng)分析認(rèn)為，動、靜環(huán)在長時間儲存下，密封面會發(fā)生輕微應(yīng)力變形，在檢修裝配使用之后，動、靜環(huán)密封面無法緊密貼合，密封面之間不易形成液膜，不能起到潤滑密封面和阻止介質(zhì)泄漏的作用。

2.3 正常運轉(zhuǎn)中突然泄漏

(1)抽空、氣濁或較長時間憋壓，導(dǎo)致密封破壞；(2)泵實際輸出量偏小，大量介質(zhì)泵內(nèi)循環(huán)，熱量積聚，引起介質(zhì)氣化，導(dǎo)致密封失效；(3)回流量偏大，導(dǎo)致吸入管側(cè)容器(罐、池)底部沉渣泛起，損壞密封；(4)較長時間停運，重新啟動時沒有手動盤車，摩薩副因粘連而扯壞密封面；(5)介質(zhì)中腐蝕性、聚合性、結(jié)膠性物質(zhì)增多；(6)環(huán)境溫度急劇變化；(7)工況頻繁變化或調(diào)整；(8)突然停電或故障停機等。

3 提高機械密封使用壽命的措施和看法

3.1 加強機械密封裝配質(zhì)量的控制

短期的密封失效(即實際使用壽命小于24h)在使用現(xiàn)場經(jīng)常出現(xiàn)，主要原因大多是由于裝配人員對引進(jìn)設(shè)備技術(shù)要求掌握不精而造成的。對于高精密部件要求的機械密封來說，裝配像密封組件這樣的精密部件是非常困難的，這種困難是造成機械密封“瞬時失效”的主要原因。提高檢修鉗工的技術(shù)水平，加強對機械密封的裝配質(zhì)量的控制，機械密封使用壽命明顯加長。

3.2 日常維護

首先，啟動前檢查輔助裝置是否正常，保證密封液系統(tǒng)液位、壓力在操作范圍之內(nèi)，各處密封良好。按轉(zhuǎn)動方向盤車通過雙端面機封泵效環(huán)將機封內(nèi)充滿液體。其次，不要使泵抽空避免密封端面發(fā)生干摩擦。第三，經(jīng)常檢查輔助裝置是否正常工作：一是注意密封液液面的位置，油位降低要經(jīng)常補充，壓力降低要補氣保壓。二是定期排放泄漏液。三是經(jīng)常檢查冷卻水管、沖洗管等，杜絕發(fā)生堵塞，防止突然停水而使冷卻、沖洗效果不好，造成密封失效。第四，防止機器本身振動、發(fā)熱等對密封的影響。一是注意異常聲響，振動可造成防轉(zhuǎn)銷等松開、脫出。二是注意異常發(fā)熱并作合理調(diào)整。

3.3 維修復(fù)位的質(zhì)量控制

“瞬時密封失效”( 即實際工作壽命小于一天) 過去常常出現(xiàn)。原因大多是由于技術(shù)人員對引進(jìn)設(shè)備技術(shù)要求掌握不透，這對裝配像密封組件這樣的精密部件是非常困難的，這種困難是造成機械密封“瞬時失效”的主要原因。提高檢修人員的技術(shù)水平，加強對機械密封的安裝質(zhì)量控制，機械密封使用壽命明顯提高。

3.4 軸封水系統(tǒng)的改造

軸封水是影響機械密封壽命的重要因素之一。用戶現(xiàn)場經(jīng)常出現(xiàn)未打開軸封水便起動泵，導(dǎo)致機械密封摩擦副端面干磨燒毀。因此，必須保證泵起動前先打開軸封水，且等停泵至少3min后方可關(guān)閉軸封水，保證密封腔內(nèi)充滿冷卻、潤滑機械密封的介質(zhì)。

結(jié)束語：

由于機械密封的特殊結(jié)構(gòu)和功能，已在FGD脫硫系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。通過對機械密封失效的原因分析，并且相應(yīng)采取了一些對策，機械密封使用壽命已明顯得到了提高。密封壽命提高的主要原因是一方面改善了密封的工作條件，另一方面是規(guī)范了泵的技術(shù)維修規(guī)程。通過這兩方面的改進(jìn)，目前脫硫泵用機械密封基本到了8000h無泄漏。

[1] 郭海峰，張玉梅. 離心泵機械密封失效原因分析及消除措施[J]. 化學(xué)工業(yè)，2010，28(1)：34-36.

[2] 張巍. 高溫重油泵雙端面機械密封的研究與應(yīng)用[J]. 石油和化工設(shè)備，2013，16(03)：58－60.