200MW汽輪機組凝結水泵機械密封改造

韓 濤

（阜新發電有限責任公司汽機分場，遼寧阜新 123000）

1 密封泄漏易造成的危害

1.1 縮短設備使用壽命

為提高機組的循環效率采用回熱循環，當含氧量較高的凝結水通過回熱器設備及其他附屬管道時，會對這些設備造成嚴重腐蝕。因為氧與金屬可以形成原電池，使金屬產生化學腐蝕，導致輔助設備的使用壽命受到影響，降低機組運行可靠性。

1.2 降低回熱設備的換熱率

在汽輪機回熱系統中，高、低加熱器采用表面式換熱器，設備的腐蝕產生物附著在換熱面上，形成疏松的附著層。同時凝結水中的含氧量過多，會使換熱面形成一層薄膜，均使換熱熱阻增大，降低循環熱效率。

1.3 影響機組的真空

為了保證機組穩定經濟運行，凝汽器必須處于高真空狀態下，過多的氧氣漏入凝汽器，一方面會影響機組的經濟性，嚴重時降低機組出力；另一方面，也使得抽氣系統負荷加大，增加廠用電量，造成能源浪費。因此對水泵采取相應措施，保證凝結水泵在運行和備用種狀態下都不發生不可控的向外或向內泄漏。在凝結水泵各處密封中，軸端密封做為動密封形式，密封難度較大，是凝結水泵泄漏重點部位，也是本文討論的重點。

2 機械密封的優點

機械密封優點是密封可靠，在使用運行周期中，密封效果良好并且穩定，使用壽命長、摩擦力小、消耗功率小、線膨脹系數小。軸或軸套上基本不受磨損，在轉數較高情況下也能安全可靠運行。同時機械密封的維修周期長，抗振性能好，對轉子的振動，偏心較小及密封腔的偏斜要求較小。

3 凝泵機封改造前存在缺陷

阜新發電廠01 號機組的凝結水泵由沈陽水泵廠生產，流量350 m3/h、轉數1480 r/min，泵軸為主輔兩根軸，上下兩部組成，中間連接采用對稱兩卡塊，套筒連接而成。泵軸較長且軸徑較細，水泵自身無軸承支撐，整個轉子全由剛性聯軸器連接提起，由電機推力軸承全部擔負轉子的重量和轉子運行時所產生的軸向推力。軸的圓周固定支撐由末級導向軸承支撐和中間及上部填料部分各有關導向軸承支撐，填料部分有導向軸承套和軸保護套兩部分。軸端密封形式是填料形式密封，由于水泵軸較長，采用填料形式密封，運行軸系極易產生一定撓度，即對軸套磨損較大，又易在軸套和填料間產生較大間隙。加之填料由于長時間磨損易老化變硬，產生的間隙不易恢復，在運行狀態下向外泄漏量越來越大。而且備用狀態下，外部空氣向負壓的泵內泄漏，導致水泵不能在經濟穩定狀態下運行和備用，影響機組穩定運行，通常情況多采用更換填料和經常性緊鎖填料壓蓋螺栓方式進行設備維護，問題頻發，不僅繁瑣而且周期太短不易處理。

4 機封選取的計算過程

為了提高設備的安全與可靠性，以及減少設備泄漏，對該泵軸系密封形式進行改造，由填料形式密封改換為機械密封形式。根據該泵的運行條件和工作狀況，決定選取浮動環和旋轉環形式的機械密封。預選沈陽博克曼機械密封制造有限公司產品，動環是高硬度碳化鎢合金，靜環是浸金屬石墨，這種摩擦副組耐高溫，磨擦系數小，耐磨損，線膨脹系數小，機封底座為奧氏體不銹鋼。2009 年01 號機組A 檢過程中，通過對設備分解后進行測繪得知，原填料室結構及外型尺寸的測量如圖1 所示，軸保護套內徑為Φ65 mm，外徑為Φ85 mm，導向軸套內徑為Φ65 mm，外徑為Φ85 mm，填料室內徑為Φ105 mm，深度為110 mm。根據結構和外型空間尺寸，選取機械密封總程一套，初步采取的機械密封型號為NLT500-570×55 型。該機械密封的外型尺寸空間比較接近，且機械密封的條件和要求都可達到凝結水泵要求。但填料室內徑較小，而與之配合處機械密封外徑尺寸為Φ107 mm。

采用非標準機械密封，與機封廠家協商不能進行改造，因此需要對填料室進行小的改動，增加其腔室的內徑與之進行配合。根據結構和部件材料狀況對腔室內徑進行車削加大，即能保證滿足改動安裝的要求，又不會造成部件強度下降，將腔室的內徑擴大到Φ115 mm，機械密封座的安裝與固定，應由4 根M12×110 螺栓固定在原填腔室外緣壁上。與原填料壓蓋螺栓孔中心相符，但原填料螺栓底孔只有對稱分部在外緣壁上2 個，只有2根螺栓緊固，還需要按照機械密封設計結構在填料腔室外緣壁上按同心圓的圓周上再對稱增加2 個與原有底孔尺寸一致的螺栓底孔。用4 根螺栓與機械密封進行安裝固定配套使用，原泵的軸填料保護套和導軸承是分體的兩個部件，由于兩個軸套軸向間距較小，改裝的機械密封套又較長，安裝空間不足。使得機械密封安裝達不到預定位置，為解決這一問題，經測量兩套內外徑完全相同，又重新設計加工一個同體兩用的機械密封和導軸承套加以解決，解決了裝配過程出現的問題。

在機械密封選型中，經查閱各種機密封使用說明和技術規范，決定選用MLT500-570×55 型機械密封，性能如下。

（1）典型的靜止型結構。能夠很好克服泵偏擺對密封的不良影響。

（2）串聯式設計。能使泵密封得到雙重安全保證。二次封液壓力可以低于一線密封壓力。二級密封高壓型結構，一級密封故障時二級能正常使用。

（3）變平衡比設計。保證密封背側出現高于正側壓力時，密封不出現通用密封故障。密封端面不會打不開，密封圈不會被擠出，密封防轉銷不會脫位失效。此類密封抗受負壓能力尤為突出，特別適用于凝泵使用。

（4）夾緊式聯合設計。保證了密封傳動部件定位與傳動的可靠，且在不傷損泵軸表面條件下的任意定位。密封安裝時不再測量調整，簡便可靠。

（5）關鍵部件的材料參數。施轉環端面——高硬義碳化鎢合金。密封靜卡環端面——耐熱、耐磨浸金屬石墨。密封0 形圈——耐磨且彈性良好的全氟橡膠。密封結構件——耐磨蝕優質不銹鋼。密封、彈簧——耐磨且彈性良好的0Cr18NIMO2。

關鍵部件材料及參數，具有安裝調整方式等優點，因此決定選用該機械密封。

圖1 原填料室結構及外型尺寸的測量

5 凝結水泵機械密封改造緊固螺栓的強度校核計算

在改造過程中，原有填料密封由于原配合間隙較小，腔室內充滿填料不會對填料壓蓋產生較大推力，可以保證水泵正常工作，兩根壓蓋螺栓完全可滿足工作條件。但經過改造后，機械密封總程底部間隙較大，形成一個內徑Φ85 mm，外徑Φ115 mm的環形面積。在這塊面積下，由于處于凝結水泵的出口側，勢必在出水壓力下會產生一個向上推力，若產生的推力過大，會造成泄漏或拉斷螺栓，損壞設備。因此需對4 根螺栓進行強度校核，4根螺栓的工作條件為壓力14 MPa，同時還應保證有40%的預緊力，在Φ115 mm×Φ85 mm 的環形面積上作14 MPa 的壓力。則產生推力F1=π/4×（D2-d2）×P，P=14 MPa=14×106Pa（N/m2）=1400 N/cm2。因此F1=π/4×（1152-852）×1400=6597.34 kN。則30%的預緊力應為F0=F1+F1×40%，F0=6597.34+6597.34×40%=9236.28 kN，該力作用于4 根M12 的螺栓上，且M12 螺栓有效面積為A=π/4×（d-2δ）2=π/4×（12-2×1.25）2=70.88 m2。每根螺栓上受到的拉應力δ=F0/A=9236.28/（4×70.88）=32.58 kN/m2。查閱機械零件設計手冊，普通低碳鋼許用應力［σ］=60 MPa，因此［σ］＞σ，許用應力大于螺栓應力，應力及強度π 滿足需要，安全可靠。

6 機封密封水系統改造

根據機械密封和水泵的工作條件要求，應設置有一套冷卻、潤滑、密封系統，依據機械密封生產廠家設計機械密封各接水口，對原有填料密封水系統進行改造，重新安裝一套符合機械密封工作條件的水封系統來滿足需要。由原有的填料密封水進水管，來自凝結水泵出口側，凝結水接入機械密封進水口上，再由出水口流出接入抽空氣管倒流至凝汽器。由于凝泵本身在備用和機組停機狀態下，啟動設備時，泵內沒有水的條件下啟動設備將造成機械密封過熱或磨損，造成損壞。另外再由外界引入一條除鹽水管路并入凝結水泵機械密封進水水管上，引入的除鹽水壓力不低于0.08 MPa，且要保證除鹽水的順暢、潔凈和無雜物。對機械密封進行沖洗和冷卻，保證隨時啟動設備。

7 機封優化改造后的效果

改造后經過一年運行，在機組運行中，機械密封在安裝上沒有發生較大缺陷，動靜各部沒有發生摩擦現象，各接觸密封等各面上均無泄漏現象，機械動靜密封環間無泄漏，消除了由于軸系過長產生撓度易漏現象，大大降低了凝結水溶解氧量的指標。一年來，在凝結水泵的密封中沒有發生泄漏和設備缺陷，設備運行穩定，維修周期大大增加，達到了原定預期目的。