脫硫泵用雙端面機械密封結構及失效原因分析

任 朋

沈陽藍天公用節能環保設備有限公司

脫硫泵用雙端面機械密封結構及失效原因分析

任 朋

沈陽藍天公用節能環保設備有限公司

與單端面機械密封相比，雙端面機械密封的密封性能較好，適用于強腐蝕、高溫、帶懸浮顆粒及纖維介質、氣體介質、易燃易爆、易揮發低黏度介質，高真空度工況的密封，具有高性能保險作用。在密封高壓介質時，可以合理的分配每個密封的兩端壓差，提高密封的工作壓力范圍。針對燃煤發電廠脫硫系統的漿液介質的工況特點，介紹和分析了脫硫泵用雙端面機械密封的分類、結構及材料的選用，并根據現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。

脫硫泵；機械密封；壽命；失效

隨著社會經濟的發展和物質、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標準用以控制各種污染物的排放，燃煤發電廠也陸續設計和增加了FGD脫硫系統。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點，因此在脫硫系統中的脫硫泵上得到了廣泛的應用。

1 密封原理

雙端面機械密封原理與單端面機械密封基本相同，都是靠垂直于旋轉軸線的端面(摩擦副)在流體壓力和補償機構彈力的作用以及輔助密封的配合下保持貼合并相對滑動而構成的防止流體泄漏的裝置。工作時，在由流體壓力(介質壓力)和彈性元件的彈力等引起的合力作用下，在密封環的端面上產生一個適當的比壓(壓緊力)，使兩個接觸端面(動環、靜環端面)相互緊密貼合，并在兩端面間極小的間隙中維持一層極薄的液膜，從而達到密封的目的。雙端面機械密封有兩道端面密封，若一級密封失效，二級密封仍然可密封，防止泄漏。一般雙端面密封都需要外供密封液系統，向密封腔內引入封液進行堵封、潤滑和冷卻，且多為循環冷卻使用。

2 失效原因分析

2.1 機械密封O形圈材質選用不合理

該機械密封上靜環、下動環與軸套上的O形圈材質采用了聚四氟乙烯包覆硅橡膠。聚四氟乙烯耐腐蝕性能較好，但包覆聚四氟乙烯在受壓后，回彈堵塞能力較差，容易永久變形，使O形圈在與動靜環座、軸套等密封溝槽裝配上產生間隙，從而使密封失效。因此在實際使用中，在釜內壓力偏低的情況下，機械密封泄漏量較大，而當釜內壓力不斷升高時，機械密封泄漏量逐漸減小，便很可能是這個原因。該機械密封O形圈大部分采用了丁腈橡膠(如動環組件O形圈)，丁腈橡膠的缺點是不耐臭氧、芳香族、鹵代烴、酮及酯類溶劑，反應釜內的鹵代烴物質氯乙烯會使丁腈橡膠產生溶脹，導致O形圈失效。

2.2 密封面變形

更換了泄漏機械密封的動、靜環組件后，泄漏問題依然存在。再次拆卸后發現，密封面上有光點而沒有磨痕，故判斷該密封面發生了變形。該機械密封工作轉速低，且一直伴有循環水冷卻，可以排除因密封面摩擦生熱、溫度升高而導致的變形。經分析認為，動、靜環在長時間儲存下，密封面會發生輕微應力變形，在檢修裝配使用之后，動、靜環密封面無法緊密貼合，密封面之間不易形成液膜，不能起到潤滑密封面和阻止介質泄漏的作用。

2.3 正常運轉中突然泄漏

(1)抽空、氣濁或較長時間憋壓，導致密封破壞；(2)泵實際輸出量偏小，大量介質泵內循環，熱量積聚，引起介質氣化，導致密封失效；(3)回流量偏大，導致吸入管側容器(罐、池)底部沉渣泛起，損壞密封；(4)較長時間停運，重新啟動時沒有手動盤車，摩薩副因粘連而扯壞密封面；(5)介質中腐蝕性、聚合性、結膠性物質增多；(6)環境溫度急劇變化；(7)工況頻繁變化或調整；(8)突然停電或故障停機等。

3 提高機械密封使用壽命的措施和看法

3.1 加強機械密封裝配質量的控制

短期的密封失效(即實際使用壽命小于24h)在使用現場經常出現，主要原因大多是由于裝配人員對引進設備技術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水平，加強對機械密封的裝配質量的控制，機械密封使用壽命明顯加長。

3.2 日常維護

首先，啟動前檢查輔助裝置是否正常，保證密封液系統液位、壓力在操作范圍之內，各處密封良好。按轉動方向盤車通過雙端面機封泵效環將機封內充滿液體。其次，不要使泵抽空避免密封端面發生干摩擦。第三，經常檢查輔助裝置是否正常工作：一是注意密封液液面的位置，油位降低要經常補充，壓力降低要補氣保壓。二是定期排放泄漏液。三是經常檢查冷卻水管、沖洗管等，杜絕發生堵塞，防止突然停水而使冷卻、沖洗效果不好，造成密封失效。第四，防止機器本身振動、發熱等對密封的影響。一是注意異常聲響，振動可造成防轉銷等松開、脫出。二是注意異常發熱并作合理調整。

3.3 維修復位的質量控制

“瞬時密封失效”( 即實際工作壽命小于一天) 過去常常出現。原因大多是由于技術人員對引進設備技術要求掌握不透，這對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。提高檢修人員的技術水平，加強對機械密封的安裝質量控制，機械密封使用壽命明顯提高。

3.4 軸封水系統的改造

軸封水是影響機械密封壽命的重要因素之一。用戶現場經常出現未打開軸封水便起動泵，導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后方可關閉軸封水，保證密封腔內充滿冷卻、潤滑機械密封的介質。

結束語：

由于機械密封的特殊結構和功能，已在FGD脫硫系統得到了廣泛應用。通過對機械密封失效的原因分析，并且相應采取了一些對策，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，另一方面是規范了泵的技術維修規程。通過這兩方面的改進，目前脫硫泵用機械密封基本到了8000h無泄漏。

[1] 郭海峰，張玉梅. 離心泵機械密封失效原因分析及消除措施[J]. 化學工業，2010，28(1)：34-36.

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