高壓鍋爐給水泵平衡腔壓力高原因分析及修復處理

胡澤君

（重慶建峰化工股份有限公司化肥分公司，重慶 408601）

高壓鍋爐給水泵平衡腔壓力高原因分析及修復處理

胡澤君

（重慶建峰化工股份有限公司化肥分公司，重慶 408601）

高壓鍋爐給水泵平衡套O形密封圈失效是造成高壓鍋爐給水泵泵平衡腔壓力升高的主要原因，介紹高壓鍋爐給水泵泵蓋缺陷處理措施，較好地解決了高壓鍋爐給水泵平衡腔壓力升高的問題，為一化二化同類型高壓鍋爐給水泵泵蓋密封的泄漏處理及相關問題提供了很好的解決措施。

高壓鍋爐給水泵；泄漏；密封圈；補焊

1 概述

重慶建峰化工股份有限公司化肥分公司合成裝置采用美國布朗合成氨工藝，設計生產能力為1 000 t/d。其高壓鍋爐給水泵（100-P14C）為雙殼體多級高壓離心泵，采用EBARA引進技術的DC型泵，它的結構特征為通過外部的圓筒體和帶有一環形聯接面的大端蓋將徑向剖分的內殼體包裹在其中。在內外殼體之間充滿壓力為出口壓力的液體，外殼體承受膨脹應力和拉伸應力。相比之下，內殼體僅僅承受壓縮應力。泵主要由三大基本部件組成：外筒體和泵蓋部件、內筒體部件和軸承部件。高壓鍋爐給水泵（100-P14C）是把除氧器（100-V29）除氧后的鍋爐水加壓后，一部分送到合成裝置兩臺高壓汽包（100-V7）和（100-V21），作為鍋爐給水，另一部分去過熱蒸汽降溫器作為減溫水（工藝流程見圖1）。在合成裝置中，高壓鍋爐給水泵有三臺（100-P14A/B/C），一用二備，三臺泵均由電機100PM14A/B/C驅動。來自除氧器（100-V29）的壓力為0.36MPa，溫度為140℃（最大為155℃）的合格除氧水，經高壓鍋爐給水泵十一級壓縮后，出口壓力為13.86MPa，送到汽包作為鍋爐給水和送到各蒸汽降溫器作為減溫水。

圖1 高壓鍋爐給水泵（100-P14C）流程圖

其泵的技術性能見表1，高壓鍋爐給水泵主要零部件材料見表2。

2 問題的產生

100P14C泵自2011年10月10日設備更新并投入正常運行，截止目前累計運行5a，從檢測情況觀察振動、溫度良好。但從2016年7月開車以來，機泵運行效率開始有下降趨勢，直至8月系統低負荷運行，機泵運行效率偏低。在8月底，隨著頁巖氣并入系統，裝置高負荷運行，100P14C運行效率明顯下降（見表3），對8月27日效率計算較剛投運時降低了10%；電流由剛投運時的117A漲至123A；出口壓力也降低了1MPa左右，目前系統在負荷30 500m3（標）/h時高壓壓力只能維持在12.3MPa左右，才能維持兩汽包液位穩定；而平衡腔壓力在泵運行初期為0.34MPa，運行至2016年8月27日為0.4MPa，可見系統提升負荷后，壓力逐漸上漲（表4）。

表1 高壓鍋爐給水泵主要特性參數

表2 高壓鍋爐給水泵主要零部件材料

表3 100P14C負荷與效率變化情況

3 高壓鍋爐給水泵解體檢查

為了解決100P14C平衡腔壓力偏高的問題，2016年8月28日，對100P14C進行解體檢查。拆除軸承及機封，取出平衡鼓，吊出泵蓋，拆下平衡套，發現泵蓋與平衡套密封端面沖刷嚴重，最大深度達50mm，出現的凹坑有多處，整個密封面均有沖刷的痕跡，平衡套密封O環碳化，泵蓋沖刷嚴重部位呈孔狀（見圖2），O環嚴大部分已被沖掉。平衡套O環剩余部分斷面見圖3。

表4 高壓鍋爐給水泵主要工藝數據記錄

圖2 100P14C泵蓋缺陷圖

圖3 平衡套O環剩余部分斷面

4 引起高壓鍋爐給水泵平衡腔壓力高的原因淺析

4.1 高壓鍋爐給水泵平衡套O形密封圈方面的原因

現場查看高壓鍋爐給水泵泵蓋內表面極不圓整，有很多麻點（見圖2），經分析密封面存在著同軸度偏差，密封高度不相等以及O形密封圈截面直徑不均勻等現象，可能使得O形密封圈的一部分壓縮過大，另一部分過小或不受壓縮。當密封面存在偏心即同軸偏差大于O形密封圈的壓縮量時，密封溝槽同軸度偏差大的另一個害處是使O形密封圈沿圓周壓縮不均。此外，還有由于O形密封圈截面直徑、材質硬度等的不均以及平衡套表面粗糙度等因素的影響而失效。O形密封圈失效導致流體沖刷，高壓鍋爐給水泵泵蓋與平衡套密封間隙越大，大量的鍋爐水長時間沖擊泵蓋，在不斷的鍋爐水沖擊力的作用下，導致泵蓋內表面被一點一點剝落，進而導致大量泄漏，因而出現平衡腔壓力高。

4.2 工藝運行方面的原因

使用溫度是影響O形密封圈永久變形的一個重要因素。高溫會加速橡膠材料的老化。工作溫度越高，O形密封圈的壓縮永久變形就越大。當永久變形大于40%時，O形密封圈就失去了密封能力而發生泄漏。因壓縮變形而在O形密封圈的橡膠材料中形成的初始應力值，將隨著O形密封圈的馳張過程和溫度下降的作用而逐漸降低以致消失。氟橡膠耐熱性界限為140℃，而100P14C工作溫度最高達到141℃，對O環造成影響，降低其強度，縮短其壽命，由于泵蓋與平衡套間歇本身比較大，所以水量的沖擊更可能加劇了O環的損壞。在系統停運時，由于泵長期處于常溫狀態，O形密封圈由于溫度的急劇降低而減小或完全喪失回彈性能，多次作用使O環失效，最終導致密封端面泄漏，造成平衡腔壓力高。

綜上所述，高壓鍋爐給水泵平衡腔壓力高主要是由于平衡套O形密封圈失效造成。O形密封圈失效的原因有兩個方面，一是O形密封圈材質耐高溫及抗溫差性能，二是和工藝系統經過長期運行后大修停運，O形密封圈硬化失去回彈性能。

5 處理方法選擇

當初考慮100P14C泵蓋修復難度大，準備重新加工套環進行鑲嵌處理，因檢修公司車床精度不高，極易造成偏心，難以達到原設計要求。由于2014年大修距離現在僅2個月，只要措施得當進行局部修復處理，完全可以滿足工藝要求。

6 處理過程

6.1 高壓鍋爐給水泵泵蓋缺陷打磨、補焊處理

高壓鍋爐給水泵泵蓋與平衡套密封端面需用電磨打磨后上車床進行加工，而現場不具備條件，決定將其拉到檢修公司壓容部機加廠房配作修磨，密封部位與平衡套配套進行，組對間隙努力控制使其不能偏大。清除坡口及兩側的油，污、水分等污染物。

采用氬弧焊補焊時嚴格控制好熔深，焊縫只能在泵蓋內腔進行，嚴禁熔到泵蓋底部本體上（見表5）。按規范施焊，嚴格控制熱輸入，認真清理各層間焊渣、飛濺及其它缺陷。整圈焊縫分段（沿圓周均分為8等分）對稱施焊。焊前進行預熱處理，焊后進行消氫處理，工藝評定：277.GTAW/SMAW-Ⅶ-5/Ⅳ-1-1G-12。

表5 高壓鍋爐給水泵泵蓋焊接規范

6.2 高壓鍋爐給水泵泵蓋內腔直徑的確定

依據在現場所測得的高壓鍋爐給水泵泵蓋內腔直徑、平衡套外徑、高壓鍋爐給水泵泵蓋O環密封函等尺寸，確定高壓鍋爐給水泵泵蓋O環密封函的精確尺寸，經咨詢嘉利特荏原泵業有限公司售后技術服務人員，設計間隙值為0.02mm，結合現場測繪實際情況，最終確定高壓鍋爐給水泵泵蓋內腔直徑為240.07mm（圖4）。

圖4 100P14C泵蓋密封間隙圖

6.3 PT.探傷檢查檢測

冷卻后，焊縫進行100% PT.探傷檢查，檢測標準：JB/ T4730—2005，合格級別：PT.Ⅰ級。

6.4 高壓鍋爐給水泵泵蓋補焊部位光刀

根據先前確定的高壓鍋爐給水泵泵蓋內腔直徑（240.07mm）。采用C5225萬能雙柱2.5m立式車床，為防止出現車床跳動造成進刀量偏差，避免出現泵蓋與平衡套間隙大，先將內控尺寸粗加工到239.9mm，然后將其精加工到240.07mm，最后表面做拋光處理及PT.探傷檢查檢測。

圖5 高壓鍋爐給水泵泵蓋修復效果

7 修復效果評價

高壓鍋爐給水泵泵蓋機修復完成以后（圖5），立即進行了裝配并投入使用。經過近一周運行，平衡腔壓力均保持0.36MPa，電流較修復前最多下降了12A（表5），達到設計時水平，運行十分穩定，證明本次采取修復方法是成功的，達到預期的目的。

Cause Analysis and Repair Treatment of High Pressure Boiler Feed Water Pump Equilibrium Chamber Pressure

Hu Ze-jun

The analysis of the failure of the O-ring of the balance pump of the high-pressure boiler feed pump is the main cause of the pressure increase of the pump’s pressure in the high-pressure boiler feed pump.The treatment measures of the pump cover of the high-pressure boiler feed pump are introduced，which solves the high-The problem of the pressure rise in the balance chamber is a good solution to the leakage of the pump cover seal of the same type of high pressure boiler feed pump and the related problems.

high pressure boiler feed water pump；leakage；sealing ring；repair welding

TK223.52

A

1003–6490（2016）09–0002–03

2016–08–15

胡澤君（1970—），男，高級工程師，主要從事合成氨設備技術研究工作。