鍋爐給水泵用密封的失效分析及改造

王澤兵

（廣州市昕恒泵業制造有限公司，廣東 廣州 510530）

近年來，由于國產機械密封生產制造技術水平的不斷提升，越來越多國產泵中也應用了機械密封技術，無論是在經濟性方面，還是在可靠性和使用壽命方面，均已經達到了進口水平，而且有效地降低了人們對進口機械密封的依賴性，但是，在鍋爐給水泵中仍然存在一定的密封失效問題，為此本文就鍋爐給水泵密封失效的原因進行分析并提出合理的改造策略。

1 給水泵的密封結構

本文所研究的鍋爐給水泵，為中國石油吉林石化分公司煉油廠芳烴裝置熱水泵，設備編號：GA-207A/B，離心泵為意大利IDP公司所生產的單級懸臂式離心泵。在該鍋爐給水泵中主要傳送的物料為鍋爐水，其溫度高達240℃，流速為163m3/h，入口壓力為3.8MPa，出口壓力則為4.2MPa。

由杜拉公司生產的給水泵的密封，具體型號：2.25in，具體結構圖如圖1所示。

圖1 給水泵的密封結構圖

2 鍋爐給水泵常見的密封失效現象

根據相關的資料結果顯示，鍋爐給水泵常見的密封失效現象見表1。

3 典型密封失效現象分析

（1）密封面破損后發生泄漏。在對大量已經破損的密封面進行分析后可以發現，大多數動態化密封面均會出現環形狀的溝紋，同時，還有一部分密封面會出現局部變亮的情況，靜態化密封面則大多數表現出環狀溝紋式的里環，這些溝紋會表現出明顯的不均勻狀況，另外，有部分密封面會表現出凹坑的情況，并出現掃帚形狀的痕跡。有相關的研究結果表明，導致密封面發生磨損的原因是內部進入異物造成，但是，通過后續對密封面的磨損痕跡進行分析，密封面尚未表現出比較大的溝痕，并且以冷凝水為介質，非常干凈，這樣也就表明，密封面內部進入異物這一原因可以排除，并推測導致泄漏發生的主要原因，是因為密封面內出現了氣化而造成。

表1 鍋爐給水泵常見的密封失效現象

在對密封腔介質高溫水中的性質進行深入分析后，可以發現，其特性如下：在常壓的狀態下，其呈現為氣態，只有當壓力加大到臨界的情況下，壓力高于0.1MPa時，切溫度處于臨界的狀態下，才能以液態的形式存在，同時，溫度和壓力也是兩個不可缺少的條件，除此之外，即使處于臨界壓力以上，且溫度高于臨界溫度時，也可能會導致介質出現氣化的情況。

（2）動環斷裂。在本次研究的鍋爐給水泵中，主要使用動環作為密封的總WC結構，結構的構成材料以YG6為主，當密封表面出現環狀溝紋時，密封面也有可能會發生氣化的情況，在這種情況下，密封腔中的介質狀態則為液太。當密封腔內的介質進一步細化或水泵保持在抽空狀態下，密封也會保持在干摩擦的狀態，同時，因為給水泵的轉速比較高，也會受到摩擦的影響，而增加密封面表面的溫度，從而造成摩擦過熱情況的發生。在這種情況下，當重新出現液體時，也會使摩擦副快速被冷卻，這樣就會造成過強的溫度應力，導致動環材料承受的強度達到最大，最終造成裂紋，形成斷裂情況。

（3）靜環承磨臺被磨平。石墨環式密封中的軟環，其成磨臺的高度，設計為：2.8mm，預期使用壽命為：10000h。但是，在實際的應用過程中磨損速度非常快，而且經常出現被多次磨平的情況，最短的使用時間甚至可以最小化到3d，拆除被抹平后的靜環可以發現，與大氣相近的凈環會表現出碳粉沉積的情況。而造成承磨臺發生，破損的情況主要分為兩種，第一種是石墨環的質量無法得到保證，從而降低了冷卻效果，如果在比較高的溫度下進行密封作業，也會降低石墨的性能，最終出現異常磨損的情況。第二種是在密封的使用過程中出現汽化的情況，動環與靜環斷面中含有的液膜受到了破壞，使兩摩擦副之間處于半干摩擦或干摩擦的狀態，這樣一來，就會加劇磨損程度。

4 密封設計存在的不合理之處以及改造措施

4.1 密封設計存在的不合理之處

（1）密封端偏寬：因為所產生的摩擦熱和密封端面的寬度成正比，密封端寬面比較寬，從而增加熱量，使封面的溫度升高，最終形成氣濁。（2）平衡系數較小：平衡系數B比較小，導致密封工作時的可靠性和穩定性比較低，非常有可能會發生噴漏的情況。（3）靜環材質的可靠性比較低。（4）彈簧座的結構尺寸設計以及彈簧參數存在問題。（5）換熱器存在問題：假如換熱器的面積比較小，沖洗液的溫度時常高于100℃。（6）冷卻水線的配置不合理：與鍋爐給水泵的冷卻水線來說，經常存在配置不合理的情況，這樣一來，不僅會增加工作路的徑長，而且在進入冷卻器前，也會增加冷卻水的溫度，導致壓力大量損失，最終降低了冷卻效果。

4.2 改造方法

（1）重新加工凈環：應該將密封面的外徑從65.3mm縮小到64.3mm，內徑從52.9mm增加到55.3mm，這樣一來，寬度也會從最初的6.2mm縮減到4.5mm。（2）提高平衡系數：改造后，應將平衡系數從0.685增加到0.81。（3）改善靜環材質：使用石墨金屬銻，這樣一來，就可以提高極限溫度，并進一步提高石墨環的耐磨性和其他性能，避免出現石墨環磨平的情況。（4）改造彈簧參數和彈簧座結構：增加彈簧節距，改變彈簧做的部分結構尺寸，避免彈簧再次出現被壓死的情況。（5）改進輔助系統，提高熱換器的換熱面積。（6）改進冷卻水系統，將冷卻水線并聯，使冷卻水可以先經過換熱器，這樣一來，就可以縮短，冷卻路徑減少壓力的損失，從而有效提高冷卻效果。

5 結語

采用上述方法對鍋爐給水泵進行改造后，達到滿意效果。