高溫水泵機(jī)械密封泄漏分析與改造

何志華，劉 英，龐永兵，朱 柯，肖 彪，李 亮

（新疆大全新能源有限公司，新疆 石河子 832000）

1 高溫水泵簡(jiǎn)介

高溫水泵是新疆大全新能源5 000 t/a多晶硅項(xiàng)目裝置的重要設(shè)備，該泵位號(hào)P0403A～F，共6臺(tái)，5開(kāi)1備，有時(shí)全部投入使用。由于泵的機(jī)械密封處泄漏嚴(yán)重，從開(kāi)始安裝調(diào)試，生產(chǎn)廠家專(zhuān)業(yè)人員多次維修調(diào)整并更換部件，一直未消除此缺陷。該泵的主要性能參數(shù)如下。

型號(hào)：SLZE250-500；

介質(zhì)：高溫?zé)崴?/p>

介質(zhì)溫度：正常125℃，最高145℃；

泵進(jìn)口壓力：正常0.263MPaG，最大0.400MPaG；

泵出口壓力：正常0.6 MPaG；

泵轉(zhuǎn)速：2 950 r/min二級(jí)電機(jī)；

流量：6 000 Nm3/h；

冷卻器冷卻水進(jìn)口溫度：33℃；

冷卻器冷卻水出口溫度:42℃；

冷卻器冷卻水出口壓力:0.4 MPa；

密封沖洗方案：PLAN23+PLAN62 API682；

密封沖洗液：泵自身熱水介質(zhì)。

2 機(jī)械密封泄漏原因分析

2.1 解體檢查故障現(xiàn)象

通過(guò)對(duì)泵機(jī)械密封解體檢查，發(fā)現(xiàn)彈簧處有大量淤積物；靜動(dòng)摩擦副磨損嚴(yán)重，摩擦副端面出現(xiàn)大量磨損；動(dòng)環(huán)輔助密封圈塑性變形，老化發(fā)泡而失效。

2.2 原因分析

2.2.1 直接原因

（1）大量淤積物使彈簧失效，動(dòng)環(huán)不能有效補(bǔ)償，使得摩擦副端面處泄漏。

（2）密封腔體內(nèi)大量熱量未被有效帶離密封腔體，導(dǎo)致密封腔內(nèi)溫度上升，使動(dòng)靜環(huán)摩擦副磨損增大，也使輔助密封圈在高溫下逐漸發(fā)生塑性變形并老化失效而導(dǎo)致泄漏。

2.2.2 進(jìn)一步檢查分析結(jié)果

（1）進(jìn)冷卻器的沖洗液溫度為110℃，出冷卻器的機(jī)械密封沖洗液溫度過(guò)低（20℃高一些），正常出口冷卻溫度應(yīng)為60℃左右，對(duì)比同裝置以往高溫水泵運(yùn)行情況，可能是機(jī)械密封的沖洗液未有效地循環(huán)。

（2）P0403泵輸送高溫?zé)崴瑳_洗液流量低，高溫?zé)崴驓埩舻臍怏w進(jìn)入冷卻器管段后，沒(méi)有排氣口，形成氣阻，影響流速。

擰開(kāi)冷卻器的活接頭檢查機(jī)械密封沖洗液管路，水流量非常小，證明此路機(jī)械密封液管路的確沒(méi)有效循環(huán)起來(lái)，循環(huán)壓力不夠。

以上進(jìn)一步說(shuō)明PLAN23方案機(jī)械密封的沖洗液沒(méi)有效循環(huán)，動(dòng)送環(huán)沒(méi)起到應(yīng)有的作用而失效，最終導(dǎo)致機(jī)械密封泄漏。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)P0403泵機(jī)械密封沖洗方式

單端面自沖洗PLAN23+PLAN62 API682，機(jī)械密封沖洗方式見(jiàn)圖1。PLAN23是一種進(jìn)入密封腔對(duì)摩擦副端面沖洗冷卻的沖洗方式。

圖1 PLAN23沖洗方式

PLAN62是對(duì)機(jī)械密封的靜環(huán)背面進(jìn)行急冷卻沖洗方式，不對(duì)動(dòng)靜環(huán)摩擦副起作用，見(jiàn)圖2。設(shè)備運(yùn)行時(shí)可關(guān)閉此路沖洗液。

經(jīng)以上分析，PLAN23機(jī)械密封沖洗方式不能滿足實(shí)際使用要求，需改為PLAN21沖洗方式。PLAN21方案沖洗液不會(huì)因泵的動(dòng)送環(huán)影響不上壓而密封失效，同時(shí)，不同廠家設(shè)計(jì)的動(dòng)送環(huán)結(jié)構(gòu)有差異，會(huì)影響輸送沖洗液能力，在安裝及檢修時(shí)，對(duì)動(dòng)送環(huán)漏裝或調(diào)整不到位而影響沖洗液輸送能力；泵的出口液回流作為機(jī)械密封的沖洗液，壓力高、相對(duì)流量大且輸送能力有保障。

3 解決方案及改進(jìn)措施

（1）改機(jī)械密封沖洗液管路

a.更改機(jī)械密封沖洗液進(jìn)冷卻器管路。把API682 PLAN23沖洗方式改為API682 PLAN21，即把“從泵蓋出口管路”改成“從泵出口引出?14×2管路進(jìn)冷卻器管路”，見(jiàn)圖3。

圖3 改造后的機(jī)械密封沖洗管路

b.被替代的原泵蓋G1/2出口用同規(guī)格的絲堵封堵。

c.根據(jù)API682 PLAN21，對(duì)泵出口管路加一限流孔板或節(jié)流閥后，進(jìn)冷卻器，孔板制作（孔板前后直徑為?5mm～?3mm），以便能調(diào)整流速。進(jìn)密封腔的沖洗液的壓力按設(shè)計(jì)值范圍調(diào)整，以免影響內(nèi)部水力平衡。

（2）改進(jìn)沖洗液的冷卻器，使被冷卻后的溫度保持在60℃左右。

（3）對(duì)冷卻器的機(jī)械密封沖洗液管路的高點(diǎn)安裝排氣口。如不裝排氣閥，需在運(yùn)行操作上加強(qiáng)，即在連接絲扣處每次開(kāi)機(jī)前排氣操作。

（4）在材質(zhì)方面，動(dòng)環(huán)O型圈材質(zhì)應(yīng)耐高溫且質(zhì)量好。鑒于所輸送介質(zhì)為高溫?zé)崴M量避免使用普通橡膠O型圈。

測(cè)繪機(jī)械密封動(dòng)環(huán)、靜環(huán)與O型圈等零件圖，備機(jī)械密封的易損件。

（5）調(diào)整機(jī)封的裝配壓縮量，相關(guān)部件不需裝入。

4 改造效果

通過(guò)對(duì)P0403A高溫水泵的改造，提升了機(jī)械密封的使用壽命，高溫水泵的機(jī)械密封相對(duì)無(wú)泄漏運(yùn)行環(huán)境也得到改善，且密封腔的溫度始終處于正常范圍內(nèi)。此次改造為水泵的安全平穩(wěn)運(yùn)行提供了保障，為生產(chǎn)運(yùn)行維護(hù)節(jié)約了很大的成本。