脫硫泵用雙端面機械密封結構簡介及泄漏原因分析

【摘 要】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。

【關鍵詞】脫硫泵機械密封 壽命 失效

　　一、前言

　　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。

　　二、雙端面機械密封的結構與作用

　　1. 脫硫泵用雙端面機械密封的分類

　　針對脫硫系統漿液介質腐蝕性、磨蝕性的特點，脫硫泵的軸封形式一般采用了雙端面機械密封，其主要結構有兩種形式：背對背式雙端面機械密封和串聯式雙端面機械密封。

　　2. 介質端機械密封

　　背對背式雙端面機械密封如圖1所示，主密封面介質側靜環不旋轉，該密封環靠外圓的兩道靜態的O形密封圈來密封，O形密封圈通常與機械密封腔體采用過硬配合。介質側動環是旋轉的，該密封環靠動環座和O形圈來密封和引導方向。介質側動環和介質側靜環的摩擦面受到密封腔內軸封水壓力的作用，要求軸封水的壓力比被密封介質的最大壓力高0.15～0.2MPa，除了這種向內作用的壓差外，摩擦端面間的液膜還受到離心力的作用，兩種向內作用的力是累加的，因此與壓差由內向外作用的密封相比，這種密封的泄漏率較小。由于對軸封水的壓力有要求，在軸封水的出口接管處設計安裝合適規格的壓力表，控制機械密封腔體內部軸封水的壓力。高壓的軸封水向介質側泄漏，防止了介質向密封側面的穿透，因而起到了潤滑、冷卻的作用，這種布置方式的另一個好處是減少了摩擦面的磨損，防止介質大量外漏。

　　機械密封腔體和介質側靜環之間的間隙，通常還配有一個鋼結構的擋圈，以防止靜環從密封腔體中脫出。

　　串聯式雙端面機械密封如圖2所示，其介質側機械密封正好和背對背式機械密封相反，其靠近介質的密封面是動環，其靜密封靠O形密封圈與軸套過硬配合密封軸向方向的泄漏。靜環裝配在靜環座上，靠均勻的多個小彈簧對其軸向補償。由于介質壓力高于軸封水壓力，因而靜環不會從靜環座中脫出，所以不需要配備擋圈。軸封水壓力為低壓即可，一般為0.1～0.2MPa，主要起冷卻動靜環摩擦副產生的熱量和沖洗密封腔內雜質物的作用。

　　3. 大氣端機械密封

　　對于背對背式機械密封和串聯機械密封而言，大氣側機械密封的結構基本相似，大氣側機械密封包括動環、靜環以及輔助密封圈，也包括動環座和靜環座，具體結構如圖1、圖2所示。

 三、機械密封零部件所用摩擦副材料

　　(1)介質側機械密封所用摩擦副材料由動環和靜環所組成的摩擦副是機械密封最重要的零件，由于介質側機械密封所密封介質具有腐蝕性和磨蝕性，因而介質側機械密封采用耐腐蝕和耐磨的無壓燒結碳化硅。

　　(2)大氣側機械密封所用摩擦副材料大氣側機械密封最常用的摩擦副材料為硬質合金YG6和YG8，由于軸封水采用清潔自來水，表面粗糙度值又很低，一般來說，這種密封幾乎沒有發現問題。

　　(3)密封膠件材料 由于石灰石漿液的強磨蝕性、強腐蝕性和汽蝕性的介質特點，O形密封圈選為氟橡膠。

　　(4)金屬結構材料由于密封介質的特殊性質，彈簧及觸液金屬件材料選為雙相不銹鋼，其余金屬材料選為316L或其他不銹鋼金屬材料。

　　四、軸封水系統

　　雙端面機械密封需從外部引進適量的軸封水，如圖3所示，軸封水一般具有以下功能：

　　1)潤滑密封端面。

　　2)帶走摩擦熱量。

　　3)將端面因磨損產生的顆粒帶走。

　　4)封堵工作介質泄漏。

　　5)改變密封泄漏方向。

串聯式雙端面機械密封通常使用低水壓軸封水，如果軸封水壓力過高，則會將靜環頂開，從而造成不必要的泄漏，使密封失效，因而串聯密封一般適用于軸封水壓力不太高的場合。

　　背對背式雙端面機械密封常使用高壓力軸封水，較高的軸封水壓力可以阻止介質泄漏到密封腔內。一般需要軸封水的出口不遠的連接管上安裝銅管、壓力表和閥門，控制和顯示密封腔內的軸封水壓力，促使機械密封可以在良好的環境中運轉。

　　五、雙端面機械密封泄漏原因分析

　　1. 失效原因分析

　　從理論上講，為了減少機械密封的磨損量，機械密封應該在合理的動力流體潤滑條件下工作運轉，因此摩擦副側面應該是具有高使用壽命的，但實際使用中并非如此，其原因通常是在不可能克服的偶然工況下造成機械密封失效，其中的主要情況包括：裝配誤差;人為因素的誤操作;運行中存在干摩擦;軸封水冷卻系統的失效;由于生產不正常，造成的頻繁起動和停車等。

　　2. 提高機械密封使用壽命的措施和看法

　　(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。

　　(2)加強運行操作的控制泵運行階段，經常有停車、運行和起動的變化，使得泵送漿液介質含有的石灰石顆粒易進入到機械密封的摩擦副端面中，從而將摩擦副端面磨損、破壞，導致機械密封泄漏、失效。因此盡量減少開、停車次數及減小運行條件變化，促使機械密封使用壽命得到延長。

　　(3)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。

　　六、結語

　　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8 000h無泄漏。