锅炉循环水泵机械密封失效原因浅析

锅炉循环水泵机械密封失效原因浅析

大多数石化厂都有锅炉系统，锅炉系统的稳定运行对于全厂设备的正常运行有着重要的意义。由于锅炉循环水有高温高压的特点，常常会造成水泵密封的泄漏，分析解决好这个问题对现场工作大有裨益。下面以我厂二化肥装置锅炉循环水栗密封为例，把我们分析和解决问题的方法提供给大家，以供大家。

　　1概述乌石化二化肥装置的锅炉循环水泵P―丨A/B/C型号为两台运行，一台备用，给四台废热锅炉供水。见表1.表1PI泵有关参数型号流置扬程转速工作介质进出口压力（MPa）密封锅炉水机械密封机械密封由JOHNCRANE公司生产的，型号为25/8-38BRS/PP.具体结构详见。

　　该泵为内装接触式单端面内流式平衡型机械密封，静环为石墨碳环，动环为碳化钨硬质合金材料。冲洗水的压力为15Xl5Pa，经一换热面积为。133m2的盘式换热器由140'C降温至130'C后进入密封室进行循环冷却冲洗，以防止密封腔内的温度过高，使密封及密封元件失效。

　　2运行状况及统计分析自试生产以来，P1栗的机械密封随着进口备件的不断消耗，开始由国产机械密封替代。但是机械密封多次发生故障，更为严重的是机械密封漏出的水汽刺透轴承箱的油封，进入轴承箱，使轴承损坏，轴烧结抱死。频繁更换损坏的P1泵机械密封、轴承及轴，对装置的正常运行危害极大。

　　在1998年1月5日至丨1月24日，P-1A发生故障丨3次，P-1B发生故障11次，P-1C发生故障6次（表2）。其中有的泵在处于备用状态时，机械密封从渗漏到滴漏，到最后发生刺漏。每次检修拆下后发现动环出现贯通彗星状沟槽，并且出现热裂，说明密封面的温度过高。由于盘式换热器的冷却介质为水，经常造成壳侧结垢堵塞，使换热效果严重下降。

　　表21998年P1泵的机械密封运行情况及故时间泵位号损坏现象及原因厂家备注动环刺漏，出现沟槽，静环出现沟槽，密封水管堵动环刺漏，出现沟槽，静环出现沟槽合资动环刺漏，出现沟槽，静环出现沟槽合资静环，国产动环动环刺漏，出现沟槽，静环出现沟槽国产动环刺漏，出现沟槽，静环出现沟槽合资动环刺漏，出现沟槽合资动环刺漏，出现沟槽，断密封水国产动环刺漏，出现沟槽，断密封水国产动环刺漏，出现沟槽合资动环刺漏。出现沟槽合资动环刺漏，出现沟槽。断密封水动环刺漏。出现沟槽合资动环刺漏，出现沟槽合资动环刺漏。出现沟槽国产动环刺漏，出现热裂国产动环刺漏，出现热裂国产动环刺漏。出现热裂国产动环刺漏，出现热裂国产动环刺漏，出现热裂国产动环刺漏，出现热裂国产动环刺漏，出现热裂国产动环刺漏，出现热裂国产动环刺漏，出现热裂国产动环刺漏，出现热裂国产动环刺漏，出现热裂国产动环刺漏，出现热裂国产动环刺漏，出现热裂国产3进口机械密封与国产机械密封动静环的比较表3中动、静环各取5个求得平均值进行比较。

　　表3动静环平均值比较项目静环高动环高动环硬度（HRC）迅缩贵国产合资进口注：静环高度进口的比国产的高0.8min，压缩置进口的比国产的大4主要失效原因分析4.1铮态密封失效户1泵有时候会在热备状态下发生泄漏（这种失效情况只占少数都是先渗漏到滴漏最后是刺漏，拆下密封后发现动静环密封圈都有较大的塑性变形，而密封面状况较好。

　　经分析，失效的原因大致有以下几种：密封制造时动环镶嵌处应力没有得到充分释放，受热后导致端面变形，现场反应为备用数小时就开始渗漏，但渗漏持续很长时间不扩大；橡胶圈受热过度导致塑性变形过大。氟橡胶耐温可达200X：，密封腔内温度超过200度是由于冲洗水出现偶然性的流量不足。橡胶变形后受压力、流量波动的影响，贴合处出现松动导致渗漏或滴漏，现场表现为备用一段时间后开始渗漏很快扩大为滴漏；密封最后出现刺漏的主要原因是换热器结垢堵塞，冲洗水极小甚至断流，致使密封腔内温度接近介质温度，橡胶圈被严重破坏，甚至可能导致端面打开（具体计算见后面）。

　　另外，还要考虑到残余变形的问题。机械密封密封端面在研磨和密封运转过程中，有时密封面的变形不是马上出现，而是隔一段时间才表现出来，通常这种波度变形值可达几微米。出现这种变形原因是多种多样的，K中之一是密封环制造时产生的残余应力所引起的。

　　4.2动态密封失效为了保证机械密封长周期运行，首先应有合理的端面比压。

　　对于内流式机械密封密封面比压：为膜压系数是密封面平均膜压与系统压力尽之比，它反映了机械密封端面流体膜的承载能力的火小。

　　其中弹簧载荷压力/为弹簧个数，《=12：d为机械密封端面面积=n（/）22―面积比：值为轴或轴套的台肩直径为66.675mm.膜压系数的值主要是由介质的物理特性决定的，但并没有准确的计算公式，大体上是介质的渗透性越强的值越大，介质的挥发性越强的值越大。比如在常温下水的4值为0.5，而轻烃类介质的1值为0.707.如果按常温水计算，则其值远远高于泵用密封端面比压许用值0.2 0.39MPa，我们知道水的温度越高其渗透性和挥发性就越强，但我们阅了很多资料，都没有关于高温水的/值该如何选取的介绍。从公式来看的值对端面比压的影响非常大，稍大一点就会使A变成负数，也就是会使端面打开，这就是在静态分析时我们说冲洗水断流的情况下密封面有可能打开的原因。

　　膜压系数的不确定使我们在改造初期无法调整面积比52，从最后的结果来看，我们在没有调整面积比的情况下密封也能长期稳定运行，从而可以反算出水在110°C，压力l5MPa的条件下，其膜压系数大致在0.63到0.64之间。

　　当然，由于条件的限制，这只是个很粗略的计算结论，但也能为我们以后对类似工况下密封的设计和改造提供一定的依据。

　　如次，为了保证机械密封面在稳定的液膜下X作，对机械密封各部位的温度应加以适当控制。首先应考虑的足密封腔内气化问题。在选用密封、确定工作条件时就要考虑勿使密封腔内液体的温度超过气化温度或腔内压力保持高于介质饱和蒸气压，就可以避免密封腔内液体气化使液膜不稳定，对于320X；的锅炉水，其饱和蒸气卅为11.5丨2MPa，而对于330X：的锅炉水，其饱和蒸气压为1.606MPa，因此必须对密封腔内介质的温度进行严格控制。有时由于泵抽空引起轴封腔液体气化，就要在结构上采取防抽空措施和设计，操作上采取相应的降温措施。

　　最后要考虑的问题是密封面间隙内液膜气化的问题，这会有两神情况：一种是密封面间局部气化而形成空化（汽蚀），它会在密封面上形成麻点。另一种是磨擦热米能排出而形成全面气化从而造成事故性泄漏，在密封面上会由于闪蒸发生气震（间歇振荡、喷雾泄漏），在密封面上会出现慧星状纹理。这就是P1泵机械密封失效的主要原因。

　　为了保持足够稳定的液膜和工作的稳定性，应使机械密封在距离气化线有一定需要的温差Atreq，并使工作时有效温差Atavail.>Atreq.保证密封面不因磨擦热而发生气化的液膜失稳，必须使密封面的温度与达到饱和蒸气压的温度保持一定的温差，散热情况好的温差可以小些。

　　机械密封端面摩擦所产生的热量与旋转部件的搅拌热，被有一定温差的密封冲洗液将这些热量带走，从而保证密封端面温度处于稳定范围内。但由于搅拌热不易确定，且搅拌热远小于端面摩擦热，通常按端面摩擦热来确定。

　　面比压，N/cm2；K为密封端面平均线速度，m/s；<4为密封面面积，cm2.从上可以看出，端面摩擦热的大小与密封面比压、密封端面平均线速度、密封面面积有关，结合前面的计算，在保证密封面比压合理的前提下，采用较小的密封面宽度是减小端面摩擦热的有效途径之一。

　　为密封箱内冲洗液出、入U温差，K.从上式以看出，密封冲洗出、入口温差是减少摩擦热所引起的全面空化失效的关键影响因素。

　　5存在问题及解决措施通过上述分析，可以从以下几个方面对机械密封进行综合改进。

　　大密封冲洗水出、入口温差。由于P1泵在320 C的高温下由旋转所产生的摩擦热、搅拌热不能及时被（上接第240页）而未裂通和喷油器孔裂纹未与气门座孔连通时，应焊修后继续使用。对于裂纹过长且座孔之间相互连通时更换新缸13CTC的密封冲洗水带走，致使密封端面温度过高，形成全面空化，导致密封失效。因此，首要是降低密封冲洗水进口的温度，增大密封冲洗液的进出口温差。先在2"的密封冲洗总管上增加了一组换热面积为38m2的套管式换热器，使进入泵体的密封水温度由原来的13（TC降到9（TC至1001C，温差由原来的HTC提到了4（TC，达到了摩擦副所需要的稳定运行温度，减缓了密封元件的失效。

　　机械密封动静环的改造。对机械密封动静环所选的材料的导热系数、线膨胀系数、散热系数、自润滑性能提出更高的要求。增加硬质合金环的硬度，HRC由56.2增为61.7.硬度提高之后相应的抗热变形能力大大提高，以至于在密封冲洗水多次短暂中断的情况下，机封密封仍能正常运行。

　　在国产密封的动环与其固定座之间增加1mm的铜垫，使之达到与进口密封相同的端面比压。在轴套与轴头之间增加一厚为。2mm的铜垫，并外缠四氟密封带，从而避免了轴承筘油封被轴套与轴之间泄漏出的高压水刺漏，以至使轴承烧蚀、轴报废的恶性事故发生。

　　提高配件质量。对机械密封的表面粗糙度提A要求，并要求密封环在研磨前须在常温条件下放置几天甚至两周，或将密封环放在热处理炉内以消除残余应力后再研磨。