临清市邦纳轴承有限公司   

锅炉给水泵机械密封泄漏风险分析及应对

2021-01-18

张广柱

前言

锅炉给水泵是发电厂的重要动力设备,担负着向锅炉供应高温、高压给水的任务,是锅炉热力循环系统的心脏。当锅炉给水泵发生故障,会造成发电机组降负荷甚至停运,由此带来较大经济损失。近年来随着锅炉给水泵制造工艺和自动控制水平提高,给水泵重大设备损坏事故较少发生,但给水泵密封作为精密易损件,运行中发生泄漏比较常见,泄漏的危害和经济损失较大。大型给水泵密封形式主要有迷宫式密封和机械密封,本文针对给水泵机械密封泄漏风险进行分析,仅供参考。

图1 电动给水泵组(图片来源网络)

01 机械密封的工作原理

机械密封是靠一对垂直于轴做相对滑动的端面,在泵内流体产生压力和补偿机构的弹力作用下保持两个端面紧密贴合、并配以辅助密封水而达到阻漏的轴封装置。常规机械密封由动环、静环、压紧元件和密封元件组成。其中动环和静环的端面组成一对摩擦环, 动环靠密封室中液体传递压力使其端面压紧在静环端面上, 在两环端面之间保持一层极薄的水膜从而达到密封的目的。

机械密封在实际运行中不是一个孤立的部件,它是与泵组紧密连接在一起。从其基本原理可以看出, 保证机械密封的正常运行是有条件的, 第一泵轴的窜量一般不能超过5丝, 否则摩擦副端面不能形成一定的密封比压;第二泵轴的挠度及抬轴量应符合厂家标准,以确保断面密封压比均匀, 减少泄露几率。

图2 机械密封工作原理图(图片来源网络)

02 机械密封泄漏的危害

给水泵机械密封外端部为给水泵的轴承室,轴承室的回油管道与给水泵组油系统相通,一般给水泵油系统运行期间为了排除油箱内油烟,油箱设置两台排油烟风机,使得给水泵组油箱及轴承室处于微负压状态,当机械密封泄漏时,泄漏的机械密封水在高温作用下蒸发变为水蒸气,水蒸气在轴承室微负压的作用下,被吸入轴承室,与油混合,随着运行时间增加,油中水分越来越大,最终导致给水泵组润滑油乳化,失去润滑效果。一般给水泵机械密封泄漏标准为5ml/h。

03 机械密封泄漏原因及现象

引起机械密封漏水的原因较多,本文针对生产现场安装及运行过程中发生的问题开展分析。

1.安装原因

现代大型给水泵机械密封均为集装式密封,安装相对简单,但安装不当可能造成密封胶圈碾压、扭曲、甚至破损,引起泄漏。该种原因引起泄漏时,一般在设备启动阶段即开始泄漏,甚至,启动之前开始泄漏。设备启动完毕转正常运行期间,泄漏水流较为稳定,泄漏量不会因机组负荷变化而变化。

2.给水泵轴变形

轴变形分为静态变形和动态变形,静态变形是指在泵静止状态下,转子上全部负荷在轴承的支撑下,轴与密封处的间隙超标;动态变形是指泵运转状态下,受叶轮工作产生的径向力引起的轴与密封处的间隙超标。简单的说就是机械密封与泵轴的中心不对中。该种原因引起的泄漏一般会发生在设备运行一段时间后,随着时间的增长泄漏量变大,最终无法维持运行,一旦开始发生泄漏到机械密封失效发展很快。

3.转子机械不平衡

泵转子平衡性不好,会造成泵运转过程中发生串轴现象,影响密封效果,缩短机械密封使用寿命。该种原因泄漏表现为滴漏,一般会发生在某个负荷段,也可能在负荷稳定阶段发生间歇性滴漏,不会造成突然泄漏增大的现象,只要给水泵组中润滑油中含水量不超标,即可安全运行。

4.泵组机械振动

泵组在运行中不可避免的产生振动,振动在合格范围内对机械密封影响不大,当振动较大且急剧变化时,机械密封动静环之间水膜会被破坏,造成动静环干磨,缩短使用寿命。机械振动对机械密封面之间的水膜稳定性影响较大,当水膜被破坏瞬间,机械密封腔室内的密封水会成股向外流出,一般呈线型水流,容易发生机械密封环炸裂。

5.机械密封水质差

水质差会造成杂质附在密封面,引起密封面损伤。机械密封面材料一般采用碳化硅与石墨,使机械密封具有一定的自我修复能力,该种原因引起机械密封泄漏相对比较稳定,一般呈滴漏状,不会造成泄漏的扩大。

04 机械密封漏水的预防及处理

机械密封一般为给水泵制造厂家配套产品,根据给水泵压力经过周密计算选型,可靠性相对较高,本文不考虑设计选型、制造等原因引起泄漏。

1.安装

(1)?装前检查:对机械密封进行全面检查,打开集装机封锁扣,取出静环,检查动环与静环工作面表面光滑(镜面)、无毛刺、无划痕,检查各弹簧无损伤,并在弹簧槽内固定良好;检查各“O”型圈完整、平滑、无破损、有弹性,各“O”型圈槽口平滑、无磨损。

(2)机械密封装配:将动环放置干净工作台,扣上静环,反复按压几次,确定弹簧位置正确后将机械密封锁紧;清洁所有“O”型圈,并涂抹硅油(凡士林)覆盖,使之固定在槽内,防止安装过程中“O”型圈滑动脱落。注意不能用其他油质,尤其是三元乙丙材料胶圈,遇到油质会发胀失效。

(3)机械密封安装:打开机械密封冷却水对管路及机械密封腔室进行冲洗,冲洗后先用棉布将腔室擦拭干净,再用绸布对腔室进行清洁;将机械密封处泵轴涂抹硅油,以利于安装时机械密封顺利推进工作位,推进过程中防止机封与泵轴之间胶圈脱落;固定机封静环端盖螺栓时尽量使用力矩扳手,使各螺栓装配受力均匀。

图3 集装式机械密封(图片来源网络)

2.运行

(1)投运前检查:给水泵投运前检查机械密封水畅通,运行中注意控制机械密封水温度,防止水温过高气化,影响机械密封效果;

(2)给水泵振动监测:升负荷过程中注意给水泵振动情况,振动变化较大时,适当控制升负荷速率;

(3)机械密封泄漏监测:运行中注意观察机械密封泄漏情况,一般滴漏情况下机械密封尚能正常运行,应加强小机润滑油系统取样化验,防止油中进水或者乳化。当机封处呈线性滴漏时,机封失效,应进行更换。

3.检修

(1)更换要求:集装式机械密封一般连续工作寿命为1年或根据使用说明书要求,在给水泵检修中应给与更换。

(2)严密性试验:机械密封出厂前要进行严密性试验,实验合格后方可出厂,一般电厂不具备机械密封检修试验条件,建议拆除的旧机封返厂维修。

(3)存放要求:仓库储存机械密封应放在干燥处存放,长时间存放时,建议将机封锁扣松开,使机封内部弹簧处于自由状态,防止弹簧长期处于压紧状态而失效。

(4)镜面检查:如给水泵在检修时,机械密封运行时间较短,应对机械密封动静环进行镜面检查,镜面无磨花和划痕可继续使用,并对所有密封胶圈进行更换,方可进行复装。

结束语

机械密封泄漏原因较多,各厂需要在使用过程中不断总结经验,使用上按照厂家要求标准执行,就能有效降低机械密封泄漏率,延长使用寿命。