淺談鍋爐燃料油泵密封優(yōu)化改進(jìn)

劉久城

（中國(guó)石油大慶煉化公司檢維修中心動(dòng)設(shè)備組，黑龍江 大慶 163411）

1 鍋爐燃料油泵的概況及作用

某鍋爐裝置共有6臺(tái)燃料油泵，型式為多級(jí)離心油泵，3臺(tái)流量 25m3/h，3臺(tái)流量 12.5m3/h，揚(yáng)程均為 380m，溫度為95℃。主要作用是為鍋爐燃燒提供燃料，一般運(yùn)行狀態(tài)是一大一小2臺(tái)泵，便可保證鍋爐的正常運(yùn)行。燃料油泵原介質(zhì)為渣油，為節(jié)能降耗，2015年5月將介質(zhì)改為催化油漿。介質(zhì)改變后，燃料油泵密封的頻繁故障，均不能達(dá)到正常使用壽命，統(tǒng)計(jì)2015～2020年，燃料油泵密封泄漏故障共發(fā)生28次，僅2019～2020年上半年就發(fā)生了16次，給鍋爐的安全平穩(wěn)運(yùn)行帶來了巨大的隱患。

2 燃料油泵密封頻繁泄漏原因分析

2.1 原燃料油泵密封結(jié)構(gòu)

原燃料油泵密封為單端面機(jī)械密封，動(dòng)環(huán)為補(bǔ)償環(huán)，沖洗方案為Plan11，即沖洗管從第一級(jí)殼體引出（一級(jí)葉輪出口壓力），接入機(jī)封壓蓋，對(duì)機(jī)封摩擦副進(jìn)行沖洗（密封腔壓力估算值：0.3MPa）。

圖1 原機(jī)械密封結(jié)構(gòu)圖

2.2 泄漏密封檢查情況

燃料油泵密封泄漏后，拆卸檢查發(fā)現(xiàn)，泄漏的密封主要有兩個(gè)共性問題：動(dòng)環(huán)組件和靜環(huán)組件存在大量的油焦物質(zhì)；動(dòng)靜摩擦副存在一定磨損痕跡。

圖2 故障密封

2.3 密封泄漏原因分析

2.3.1 動(dòng)靜摩擦副磨損

機(jī)械密封基本原理：機(jī)械密封在正常使用時(shí)，由于磨損的存在，都存在一定量的泄漏。(API規(guī)定泄漏量應(yīng)小于5.6g/h)。機(jī)械密封動(dòng)靜環(huán)端面之所以能夠?qū)崿F(xiàn)密封，主要來自與動(dòng)靜環(huán)端面形成具有一定穩(wěn)定性的液膜，即端面液膜的穩(wěn)定性越高，密封性越好，密封泄漏越小，密封壽命越長(zhǎng)。

該燃料油泵單端面密封的端面液膜由介質(zhì)本身形成，由于該泵的泵送介質(zhì)為催化油漿（組分重，且含有催化劑顆粒），難以形成穩(wěn)定的密封液膜。

盡管該單密封端面已經(jīng)選擇硬對(duì)硬的方案，但是，經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后，顆粒物質(zhì)還是會(huì)造成端面的不可逆磨損，尤其是密封端面經(jīng)過一定時(shí)間的磨損后，密度液膜穩(wěn)定性更差，更容易導(dǎo)致密封泄漏。

2.3.2 補(bǔ)償機(jī)構(gòu)結(jié)焦失彈

燃料油泵輸送介質(zhì)為催化油漿，介質(zhì)內(nèi)含有催化劑等灰分，是一種不能溶解的粉末，伴隨油漿進(jìn)入機(jī)封密封面處，形成滯留沉積而凝固結(jié)焦，使動(dòng)環(huán)與軸套黏接并卡死，進(jìn)而造成補(bǔ)償機(jī)構(gòu)失彈，動(dòng)靜摩擦副貼合不良，密封泄漏。

同時(shí)，在燃料油泵熱備狀態(tài)下，密封沖洗不能建立循環(huán)，固體雜質(zhì)和油焦淤積于密封腔中，動(dòng)靜環(huán)處更易結(jié)焦失彈，因而發(fā)生過機(jī)泵在熱備狀態(tài)下突發(fā)泄漏。

3 密封系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)方案

3.1 改進(jìn)思路

（1）根據(jù)2.3.1原因的分析，要想延長(zhǎng)密封使用壽命，必須改善密封端面的工作環(huán)境，那么用另一種介質(zhì)代替油漿就勢(shì)在必行。使用另外一種介質(zhì)代替油漿，密封就必須設(shè)計(jì)成雙端面密封結(jié)構(gòu)。

而這種介質(zhì)選取必須符合機(jī)泵的工況要求：燃料油泵內(nèi)不允許進(jìn)水，但是可以允許微量白油進(jìn)入（每小時(shí)小于5.6g）；白油的端面液膜穩(wěn)定性比水及催化油漿更好。故這種介質(zhì)考慮使用白油。故選取一路比密封腔處介質(zhì)壓力稍高的白油對(duì)密封進(jìn)行沖洗，讓白油代替介質(zhì)，在一級(jí)端面處形成穩(wěn)定的液膜，且徹底杜絕介質(zhì)外漏隱患。

（2）根據(jù)2.3.2原因的分析，要想杜絕密封結(jié)焦，就必須把補(bǔ)償機(jī)構(gòu)與油漿隔離開，從根本上解決補(bǔ)償機(jī)構(gòu)補(bǔ)償失效的問題。

3.2 改進(jìn)方案

3.2.1 密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）選用串聯(lián)的雙端密封結(jié)構(gòu)，使沖洗白油在一級(jí)和二級(jí)密封之間形成一個(gè)白油密封腔，同時(shí)要求沖洗白油壓力高于一級(jí)密封腔工作壓力（0.3MPa），這樣一級(jí)密封摩擦副就會(huì)在壓差的作用下形成80%以上的白油液膜，二級(jí)密封為100%白油液膜，極大地改善了密封的工作環(huán)境，也為密封壽命的延長(zhǎng)提供了良好的條件。同時(shí)由于密封油的壓力始終高于密封腔處燃料油壓力，故可以實(shí)現(xiàn)介質(zhì)零泄漏。

圖3 泄漏的密封

（2）一級(jí)密封端面和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)采用密閉結(jié)構(gòu)，使其與油漿隔離，從根本上杜絕密封端面和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)結(jié)焦失彈問題。

3.2.2 密封輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）密封沖洗白油需要加壓到高于一級(jí)密封腔工作壓力（0.3MPa）的合適壓力（0.5MPa左右），需要增加一路氮?dú)鈱?duì)白油加壓，故二級(jí)沖洗方案可以考慮使用53A或53B。

（2）53A方案需要在泵房?jī)?nèi)增加氮?dú)夤芫W(wǎng)，改造施工工作量大、難度大；而且一級(jí)密封要形成穩(wěn)定狀態(tài)的液膜，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)泵實(shí)際運(yùn)行情況，手動(dòng)調(diào)節(jié)沖洗白油的壓力，系統(tǒng)上需安裝溢流調(diào)節(jié)閥，溢流出的氮?dú)庠谙鄬?duì)密閉的泵房?jī)?nèi)存在安全隱患，故沖洗方案應(yīng)選取白油壓力調(diào)節(jié)便捷且安全可靠的53B方案。

（3）同時(shí)53B采用囊式蓄能器可以防止加壓氣體和隔離液相接觸，這就避免了加壓氣體被隔離液吸收，使密封可以用于高壓操作工況。

（4）最后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)泵實(shí)際運(yùn)行情況、封油壓力變化（泄漏）情況，適當(dāng)調(diào)節(jié)白油的工作壓力，使其達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。

4 使用效果及小結(jié)

燃料油泵本次密封優(yōu)化改進(jìn)的內(nèi)容為將單端改為雙端結(jié)構(gòu)，沖洗方案由Plan11改為Plan53B，同時(shí)根據(jù)機(jī)泵的運(yùn)行情況以及封油壓力變化（泄漏情況），通過后期現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，成功摸索到白油壓力為0.55MPa時(shí)，系統(tǒng)能達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。2020年初最早改造的兩臺(tái)機(jī)泵已運(yùn)行1年未發(fā)生密封泄漏故障，截至目前，所有燃料油泵均已改造完成，目前運(yùn)行效果良好。