汽輪機(jī)復(fù)水泵機(jī)封泄漏原因分析及處理

王長(zhǎng)青，王彥江，張艷全，馬進(jìn)，劉偉

（獨(dú)山子石化設(shè)備檢修公司，新疆 克拉瑪依 833699）

汽輪機(jī)復(fù)水泵是某單位的公司級(jí)關(guān)鍵汽輪機(jī)機(jī)組附屬設(shè)備，其主要作用是將汽輪機(jī)組經(jīng)過(guò)冷凝器冷凝后的冷凝水輸送給除氧器后送往鍋爐給水泵。如果此設(shè)備出現(xiàn)故障，則會(huì)導(dǎo)致整個(gè)裝置的停工，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。本文通過(guò)對(duì)該泵機(jī)封泄漏原因的分析，采取了有效的改造措施，確保設(shè)備能夠長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

1 機(jī)械密封泄漏原因分析

于2018年7月發(fā)現(xiàn)該泵機(jī)封有泄漏，泄漏量達(dá)到25～30滴/min，超過(guò)《離心泵維護(hù)檢修規(guī)程》中10～15滴/min的規(guī)定。經(jīng)查詢?cè)摫糜?015年6月進(jìn)行過(guò)一次大修，到目前為止僅運(yùn)行18000余小時(shí)，遠(yuǎn)低于25000小時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)，因此需對(duì)該泵機(jī)封泄漏的原因進(jìn)行分析。

1.1 機(jī)械密封結(jié)構(gòu)分析

該泵機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)型式為單端面多彈簧式機(jī)械密封，補(bǔ)償機(jī)構(gòu)由12根小彈簧組成。一般情況下，多彈簧式機(jī)封的彈簧設(shè)計(jì)比壓為0.15～0.25MPa,較高的彈簧比壓會(huì)產(chǎn)生較高的摩擦熱量，增加摩擦副端面的溫度，進(jìn)而增加摩擦副的磨損。而且長(zhǎng)期運(yùn)行后，彈簧會(huì)發(fā)生疲勞損傷，每根彈簧的補(bǔ)償性能發(fā)生偏差。另外，彈簧在裝配的過(guò)程中，也容易從底孔脫開(kāi)，造成機(jī)封補(bǔ)償性能變差，從而引起機(jī)封摩擦副受力不均勻發(fā)生偏磨，進(jìn)而造成機(jī)封的泄漏。在本次設(shè)備拆檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，有一根彈簧受損且摩擦副位置磨損較為嚴(yán)重，是引起機(jī)封泄漏的原因之一。因此，需要對(duì)該機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。

1.2 輔助系統(tǒng)分析

該機(jī)械密封輔助系統(tǒng)采用Plan11，即從設(shè)備出口管線引入工作介質(zhì)經(jīng)節(jié)流孔板進(jìn)行沖洗。該泵的工作介質(zhì)汽輪機(jī)冷凝液，介質(zhì)溫度為45°且潔凈度較高，工況滿足Plan11結(jié)構(gòu)形式的要求，但需核算沖洗孔徑是否滿足沖洗要求。根據(jù)長(zhǎng)期的實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)，沖洗量的大小可根據(jù)機(jī)械密封的規(guī)格（直徑）和介質(zhì)的種類進(jìn)行選取。總結(jié)見(jiàn)表1。

表1 密封軸徑與沖洗量選取

我們一般通過(guò)核算密封沖洗液通過(guò)節(jié)流孔板的沿程損失和局部損失來(lái)確定節(jié)流孔板前后的壓差，進(jìn)而判斷機(jī)封密封腔內(nèi)壓力是否滿足要求。該泵密封處直徑為Ф50mm,沖洗管線內(nèi)徑Ф15.75mm，節(jié)流孔板孔徑d=Ф4mm。選取時(shí)可以不考慮介質(zhì)溫度的因素，因此選取沖洗流量為4L/min。具體計(jì)算如下：

局部阻力系數(shù)：ζ=0.5（1-A2/A1）=0.47,因此得出：

根據(jù)能量守恒定律，對(duì)節(jié)流孔板兩端列能量平衡方程：

根據(jù)該設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)條件，節(jié)流孔板兩側(cè)高度相同，因此其出入口的位置勢(shì)能相同，即。節(jié)流孔板的厚度為3mm,故可忽略其沿程損失，即那么就得到：

因此得出，節(jié)流孔板前后壓差：

將相關(guān)參數(shù)代入公式：

機(jī)封密封腔內(nèi)壓力為：P密封腔=P出-ΔP=0.39MPa

該密封腔內(nèi)的壓力為0.39MPa。其遠(yuǎn)大于密封腔所要求的壓力0.05～0.15MPa，因此需對(duì)該節(jié)流孔板的孔徑進(jìn)行改造。

1.3 機(jī)械密封沖洗方式分析

該泵機(jī)械密封外沖洗方式為單點(diǎn)沖洗，沖洗液直接沖向動(dòng)靜環(huán)密封面。單點(diǎn)沖洗結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但沖洗液存在分布不均勻的弊端，且由于沖洗液壓力高于泵內(nèi)介質(zhì)壓力，長(zhǎng)時(shí)間作用會(huì)導(dǎo)致動(dòng)靜環(huán)密封面沖刷失效。從該泵機(jī)封的拆檢結(jié)果來(lái)看，機(jī)封靜環(huán)表面的沖刷缺陷很明顯，是造成機(jī)封泄漏的主要原因，因此需要對(duì)該泵的機(jī)封沖洗進(jìn)行改造。

2 解決方案

2.1 機(jī)械密封結(jié)構(gòu)改造

將多彈簧式機(jī)械密封改造為波紋管式機(jī)械密封。這樣便將多彈簧式機(jī)封中動(dòng)環(huán)與軸套的動(dòng)密封點(diǎn)，改造成了波紋管底座與軸套間的靜密封點(diǎn)，大大降低了機(jī)封發(fā)生泄漏的概率。在普通機(jī)械密封使用過(guò)程中彈簧比壓一般設(shè)計(jì)在0.15～0.25MPa而波紋管密封的彈簧比壓一般設(shè)計(jì)為0.05～0.15MPa之間，波紋管密封為靜止式結(jié)構(gòu)時(shí)，彈簧比壓明顯偏小。因此，由彈簧比壓產(chǎn)生的磨擦熱量減小，降低了端面溫度，從而減少了磨擦?xí)r端面的磨損量，即減少了機(jī)械功耗，提高了密封性能及延長(zhǎng)了密封使用壽命。

2.2 輔助系統(tǒng)改造

通過(guò)前文計(jì)算得出該泵密封腔壓力為0.39MPa，不滿足機(jī)封運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。需對(duì)節(jié)流孔板的孔徑進(jìn)行改造。將節(jié)流孔板孔徑設(shè)計(jì)為Ф3.5mm時(shí)，相關(guān)參數(shù)計(jì)算如下：局部阻力系數(shù)ζ=0.48；介質(zhì)經(jīng)過(guò)節(jié)流孔板的局部損失：

節(jié)流孔板前后壓差：

機(jī) 封 密 封 腔 內(nèi) 壓 力 為：P密封腔=P出-ΔP=0.75-0.62=0.13MPa。滿足機(jī)封運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，因此將該節(jié)流孔板的孔徑改造為Ф3.5mm。

2.3 機(jī)械密封沖洗方式的改造

針對(duì)該泵機(jī)械密封原來(lái)沖洗方式，提出以下改造方案：將單點(diǎn)沖洗改造為多點(diǎn)沖洗。多點(diǎn)沖洗可以使沖洗液沿周圍均勻分布，可以避免溫度變形，而且位置對(duì)著密封端面，動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)也可以避免形成沖蝕。此時(shí)需增加一個(gè)沖洗環(huán)，內(nèi)設(shè)6個(gè)小孔，孔徑Ф3.5。沖洗孔位置盡量開(kāi)設(shè)在摩擦副處，以便更好的把熱量帶走。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)分析，找到了引起機(jī)封泄漏的具體原因并有針對(duì)性的提出了解決方案。該泵機(jī)封自改造后達(dá)到了零泄漏，且已平穩(wěn)運(yùn)行5000小時(shí)，說(shuō)明本次檢修對(duì)機(jī)封泄漏原因分析準(zhǔn)確，改造措施切實(shí)可行，對(duì)石化公司創(chuàng)建無(wú)污染企業(yè)具有積極的作用。同時(shí)對(duì)于同類型機(jī)泵在故障分析及處理方面提供了一定參考，具有一定的推廣作用。