脱硫泵用双端面机械密封结构及失效原因分析

任 朋

沈阳蓝天公用节能环保设备有限公司

脱硫泵用双端面机械密封结构及失效原因分析

任 朋

沈阳蓝天公用节能环保设备有限公司

与单端面机械密封相比，双端面机械密封的密封性能较好，适用于强腐蚀、高温、带悬浮颗粒及纤维介质、气体介质、易燃易爆、易挥发低黏度介质，高真空度工况的密封，具有高性能保险作用。在密封高压介质时，可以合理的分配每个密封的两端压差，提高密封的工作压力范围。针对燃煤发电厂脱硫系统的浆液介质的工况特点，介绍和分析了脱硫泵用双端面机械密封的分类、结构及材料的选用，并根据现场的实际情况分析了机械密封失效的主要原因，提出了提高机械密封使用寿命的一些改进措施和看法。

脱硫泵；机械密封；寿命；失效

随着社会经济的发展和物质、文化生活水平的提高，对大气污染控制越来越来严格。国家以及一些地方政府都制定了一些法规标准用以控制各种污染物的排放，燃煤发电厂也陆续设计和增加了FGD脱硫系统。机械密封作为脱硫泵轴封形式的一种，具有功率损失小、不泄漏或很少泄漏的优点，因此在脱硫系统中的脱硫泵上得到了广泛的应用。

1 密封原理

双端面机械密封原理与单端面机械密封基本相同，都是靠垂直于旋转轴线的端面(摩擦副)在流体压力和补偿机构弹力的作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。工作时，在由流体压力(介质压力)和弹性元件的弹力等引起的合力作用下，在密封环的端面上产生一个适当的比压(压紧力)，使两个接触端面(动环、静环端面)相互紧密贴合，并在两端面间极小的间隙中维持一层极薄的液膜，从而达到密封的目的。双端面机械密封有两道端面密封，若一级密封失效，二级密封仍然可密封，防止泄漏。一般双端面密封都需要外供密封液系统，向密封腔内引入封液进行堵封、润滑和冷却，且多为循环冷却使用。

2 失效原因分析

2.1 机械密封O形圈材质选用不合理

该机械密封上静环、下动环与轴套上的O形圈材质采用了聚四氟乙烯包覆硅橡胶。聚四氟乙烯耐腐蚀性能较好，但包覆聚四氟乙烯在受压后，回弹堵塞能力较差，容易永久变形，使O形圈在与动静环座、轴套等密封沟槽装配上产生间隙，从而使密封失效。因此在实际使用中，在釜内压力偏低的情况下，机械密封泄漏量较大，而当釜内压力不断升高时，机械密封泄漏量逐渐减小，便很可能是这个原因。该机械密封O形圈大部分采用了丁腈橡胶(如动环组件O形圈)，丁腈橡胶的缺点是不耐臭氧、芳香族、卤代烃、酮及酯类溶剂，反应釜内的卤代烃物质氯乙烯会使丁腈橡胶产生溶胀，导致O形圈失效。

2.2 密封面变形

更换了泄漏机械密封的动、静环组件后，泄漏问题依然存在。再次拆卸后发现，密封面上有光点而没有磨痕，故判断该密封面发生了变形。该机械密封工作转速低，且一直伴有循环水冷却，可以排除因密封面摩擦生热、温度升高而导致的变形。经分析认为，动、静环在长时间储存下，密封面会发生轻微应力变形，在检修装配使用之后，动、静环密封面无法紧密贴合，密封面之间不易形成液膜，不能起到润滑密封面和阻止介质泄漏的作用。

2.3 正常运转中突然泄漏

(1)抽空、气浊或较长时间憋压，导致密封破坏；(2)泵实际输出量偏小，大量介质泵内循环，热量积聚，引起介质气化，导致密封失效；(3)回流量偏大，导致吸入管侧容器(罐、池)底部沉渣泛起，损坏密封；(4)较长时间停运，重新启动时没有手动盘车，摩萨副因粘连而扯坏密封面；(5)介质中腐蚀性、聚合性、结胶性物质增多；(6)环境温度急剧变化；(7)工况频繁变化或调整；(8)突然停电或故障停机等。

3 提高机械密封使用寿命的措施和看法

3.1 加强机械密封装配质量的控制

短期的密封失效(即实际使用寿命小于24h)在使用现场经常出现，主要原因大多是由于装配人员对引进设备技术要求掌握不精而造成的。对于高精密部件要求的机械密封来说，装配像密封组件这样的精密部件是非常困难的，这种困难是造成机械密封“瞬时失效”的主要原因。提高检修钳工的技术水平，加强对机械密封的装配质量的控制，机械密封使用寿命明显加长。

3.2 日常维护

首先，启动前检查辅助装置是否正常，保证密封液系统液位、压力在操作范围之内，各处密封良好。按转动方向盘车通过双端面机封泵效环将机封内充满液体。其次，不要使泵抽空避免密封端面发生干摩擦。第三，经常检查辅助装置是否正常工作：一是注意密封液液面的位置，油位降低要经常补充，压力降低要补气保压。二是定期排放泄漏液。三是经常检查冷却水管、冲洗管等，杜绝发生堵塞，防止突然停水而使冷却、冲洗效果不好，造成密封失效。第四，防止机器本身振动、发热等对密封的影响。一是注意异常声响，振动可造成防转销等松开、脱出。二是注意异常发热并作合理调整。

3.3 维修复位的质量控制

“瞬时密封失效”( 即实际工作寿命小于一天) 过去常常出现。原因大多是由于技术人员对引进设备技术要求掌握不透，这对装配像密封组件这样的精密部件是非常困难的，这种困难是造成机械密封“瞬时失效”的主要原因。提高检修人员的技术水平，加强对机械密封的安装质量控制，机械密封使用寿命明显提高。

3.4 轴封水系统的改造

轴封水是影响机械密封寿命的重要因素之一。用户现场经常出现未打开轴封水便起动泵，导致机械密封摩擦副端面干磨烧毁。因此，必须保证泵起动前先打开轴封水，且等停泵至少3min后方可关闭轴封水，保证密封腔内充满冷却、润滑机械密封的介质。

结束语：

由于机械密封的特殊结构和功能，已在FGD脱硫系统得到了广泛应用。通过对机械密封失效的原因分析，并且相应采取了一些对策，机械密封使用寿命已明显得到了提高。密封寿命提高的主要原因是一方面改善了密封的工作条件，另一方面是规范了泵的技术维修规程。通过这两方面的改进，目前脱硫泵用机械密封基本到了8000h无泄漏。

[1] 郭海峰，张玉梅. 离心泵机械密封失效原因分析及消除措施[J]. 化学工业，2010，28(1)：34-36.

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