脫硫泵用雙端面機械密封結(jié)構(gòu)簡介及泄漏原因分析

【摘 要】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措施和看法。

【關(guān)鍵詞】脫硫泵機械密封 壽命 失效

　　一、前言

　　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格。國家以及一些地方政府都制定了一些法規(guī)標準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。

　　二、雙端面機械密封的結(jié)構(gòu)與作用

　　1. 脫硫泵用雙端面機械密封的分類

　　針對脫硫系統(tǒng)漿液介質(zhì)腐蝕性、磨蝕性的特點，脫硫泵的軸封形式一般采用了雙端面機械密封，其主要結(jié)構(gòu)有兩種形式：背對背式雙端面機械密封和串聯(lián)式雙端面機械密封。

　　2. 介質(zhì)端機械密封

　　背對背式雙端面機械密封如圖1所示，主密封面介質(zhì)側(cè)靜環(huán)不旋轉(zhuǎn)，該密封環(huán)靠外圓的兩道靜態(tài)的O形密封圈來密封，O形密封圈通常與機械密封腔體采用過硬配合。介質(zhì)側(cè)動環(huán)是旋轉(zhuǎn)的，該密封環(huán)靠動環(huán)座和O形圈來密封和引導(dǎo)方向。介質(zhì)側(cè)動環(huán)和介質(zhì)側(cè)靜環(huán)的摩擦面受到密封腔內(nèi)軸封水壓力的作用，要求軸封水的壓力比被密封介質(zhì)的最大壓力高0.15～0.2MPa，除了這種向內(nèi)作用的壓差外，摩擦端面間的液膜還受到離心力的作用，兩種向內(nèi)作用的力是累加的，因此與壓差由內(nèi)向外作用的密封相比，這種密封的泄漏率較小。由于對軸封水的壓力有要求，在軸封水的出口接管處設(shè)計安裝合適規(guī)格的壓力表，控制機械密封腔體內(nèi)部軸封水的壓力。高壓的軸封水向介質(zhì)側(cè)泄漏，防止了介質(zhì)向密封側(cè)面的穿透，因而起到了潤滑、冷卻的作用，這種布置方式的另一個好處是減少了摩擦面的磨損，防止介質(zhì)大量外漏。

　　機械密封腔體和介質(zhì)側(cè)靜環(huán)之間的間隙，通常還配有一個鋼結(jié)構(gòu)的擋圈，以防止靜環(huán)從密封腔體中脫出。

　　串聯(lián)式雙端面機械密封如圖2所示，其介質(zhì)側(cè)機械密封正好和背對背式機械密封相反，其靠近介質(zhì)的密封面是動環(huán)，其靜密封靠O形密封圈與軸套過硬配合密封軸向方向的泄漏。靜環(huán)裝配在靜環(huán)座上，靠均勻的多個小彈簧對其軸向補償。由于介質(zhì)壓力高于軸封水壓力，因而靜環(huán)不會從靜環(huán)座中脫出，所以不需要配備擋圈。軸封水壓力為低壓即可，一般為0.1～0.2MPa，主要起冷卻動靜環(huán)摩擦副產(chǎn)生的熱量和沖洗密封腔內(nèi)雜質(zhì)物的作用。

　　3. 大氣端機械密封

　　對于背對背式機械密封和串聯(lián)機械密封而言，大氣側(cè)機械密封的結(jié)構(gòu)基本相似，大氣側(cè)機械密封包括動環(huán)、靜環(huán)以及輔助密封圈，也包括動環(huán)座和靜環(huán)座，具體結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

 三、機械密封零部件所用摩擦副材料

　　(1)介質(zhì)側(cè)機械密封所用摩擦副材料由動環(huán)和靜環(huán)所組成的摩擦副是機械密封最重要的零件，由于介質(zhì)側(cè)機械密封所密封介質(zhì)具有腐蝕性和磨蝕性，因而介質(zhì)側(cè)機械密封采用耐腐蝕和耐磨的無壓燒結(jié)碳化硅。

　　(2)大氣側(cè)機械密封所用摩擦副材料大氣側(cè)機械密封最常用的摩擦副材料為硬質(zhì)合金YG6和YG8，由于軸封水采用清潔自來水，表面粗糙度值又很低，一般來說，這種密封幾乎沒有發(fā)現(xiàn)問題。

　　(3)密封膠件材料 由于石灰石漿液的強磨蝕性、強腐蝕性和汽蝕性的介質(zhì)特點，O形密封圈選為氟橡膠。

　　(4)金屬結(jié)構(gòu)材料由于密封介質(zhì)的特殊性質(zhì)，彈簧及觸液金屬件材料選為雙相不銹鋼，其余金屬材料選為316L或其他不銹鋼金屬材料。

　　四、軸封水系統(tǒng)

　　雙端面機械密封需從外部引進適量的軸封水，如圖3所示，軸封水一般具有以下功能：

　　1)潤滑密封端面。

　　2)帶走摩擦熱量。

　　3)將端面因磨損產(chǎn)生的顆粒帶走。

　　4)封堵工作介質(zhì)泄漏。

　　5)改變密封泄漏方向。

串聯(lián)式雙端面機械密封通常使用低水壓軸封水，如果軸封水壓力過高，則會將靜環(huán)頂開，從而造成不必要的泄漏，使密封失效，因而串聯(lián)密封一般適用于軸封水壓力不太高的場合。

　　背對背式雙端面機械密封常使用高壓力軸封水，較高的軸封水壓力可以阻止介質(zhì)泄漏到密封腔內(nèi)。一般需要軸封水的出口不遠的連接管上安裝銅管、壓力表和閥門，控制和顯示密封腔內(nèi)的軸封水壓力，促使機械密封可以在良好的環(huán)境中運轉(zhuǎn)。

　　五、雙端面機械密封泄漏原因分析

　　1. 失效原因分析

　　從理論上講，為了減少機械密封的磨損量，機械密封應(yīng)該在合理的動力流體潤滑條件下工作運轉(zhuǎn)，因此摩擦副側(cè)面應(yīng)該是具有高使用壽命的，但實際使用中并非如此，其原因通常是在不可能克服的偶然工況下造成機械密封失效，其中的主要情況包括：裝配誤差;人為因素的誤操作;運行中存在干摩擦;軸封水冷卻系統(tǒng)的失效;由于生產(chǎn)不正常，造成的頻繁起動和停車等。

　　2. 提高機械密封使用壽命的措施和看法

　　(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。

　　(2)加強運行操作的控制泵運行階段，經(jīng)常有停車、運行和起動的變化，使得泵送漿液介質(zhì)含有的石灰石顆粒易進入到機械密封的摩擦副端面中，從而將摩擦副端面磨損、破壞，導(dǎo)致機械密封泄漏、失效。因此盡量減少開、停車次數(shù)及減小運行條件變化，促使機械密封使用壽命得到延長。

　　(3)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)。

　　六、結(jié)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，目前脫硫泵用機械密封基本到了8 000h無泄漏。