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脱硫泵用双端面机械密封结构及失效原因分析
编辑:上海创行实业有限公司   时间:2016-03-25
        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。

  一、双端面机械密封的结构与作用

  1. 脱硫泵用双端面机械密封的分类

  针对脱硫系统浆液介质腐蚀性、磨蚀性的特点,脱硫泵的轴封形式一般采用了双端面机械密封,其主要结构有两种形式:背对背式双端面机械密封和串联式双端面机械密封。

  2. 介质侧机械密封

  背对背式双端面机械密封如图1所示,主密封面介质侧静环不旋转,该密封环靠外圆的两道静态的O形密封圈来密封,O形密封圈通常与机械密封腔体采用过硬配合。介质侧动环是旋转的,该密封环靠动环座和O形圈来密封和引导方向。介质侧动环和介质侧静环的摩擦面受到密封腔内轴封水压力的作用,要求轴封水的压力比被密封介质的最大压力高0.15~0.2MPa,除了这种向内作用的压差外,摩擦端面间的液膜还受到离心力的作用,两种向内作用的力是累加的,因此与压差由内向外作用的密封相比,这种密封的泄漏率较小。由于对轴封水的压力有要求,在轴封水的出口接管处设计安装合适规格的压力表,控制机械密封腔体内部轴封水的压力。高压的轴封水向介质侧泄漏,防止了介质向密封侧面的穿透,因而起到了润滑、冷却的作用,这种布置方式的另一个好处是减少了摩擦面的磨损,防止介质大量外漏。

  机械密封腔体和介质侧静环之间的间隙,通常还配有一个钢结构的挡圈,以防止静环从密封腔体中脱出。

  串联式双端面机械密封如图2所示,其介质侧机械密封正好和背对背式机械密封相反,其靠近介质的密封面是动环,其静密封靠O形密封圈与轴套过硬配合密封轴向方向的泄漏。静环装配在静环座上,靠均匀的多个小弹簧对其轴向补偿。由于介质压力高于轴封水压力,因而静环不会从静环座中脱出,所以不需要配备挡圈。轴封水压力为低压即可,一般为0.1~0.2MPa,主要起冷却动静环摩擦副产生的热量和冲洗密封腔内杂质物的作用。

  3. 大气侧机械密封

  对于背对背式机械密封和串联机械密封而言,大气侧机械密封的结构基本相似,大气侧机械密封包括动环、静环以及辅助密封圈,也包括动环座和静环座,具体结构如图1、图2所示。

  二、机械密封零部件所用摩擦副材料

  (1)介质侧机械密封所用摩擦副材料由动环和静环所组成的摩擦副是机械密封最重要的零件,由于介质侧机械密封所密封介质具有腐蚀性和磨蚀性,因而介质侧机械密封采用耐腐蚀和耐磨的无压烧结碳化硅。

  (2)大气侧机械密封所用摩擦副材料大气侧机械密封最常用的摩擦副材料为硬质合金YG6和YG8,由于轴封水采用清洁自来水,表面粗糙度值又很低,一般来说,这种密封几乎没有发现问题。

  (3)密封胶件材料 由于石灰石浆液的强磨蚀性、强腐蚀性和汽蚀性的介质特点,O形密封圈选为氟橡胶。

  (4)金属结构材料由于密封介质的特殊性质,弹簧及触液金属件材料选为双相不锈钢,其余金属材料选为316L或其他不锈钢金属材料。

  三、轴封水系统

  双端面机械密封需从外部引进适量的轴封水,如图3所示,轴封水一般具有以下功能:

  1)润滑密封端面。

  2)带走摩擦热量。

  3)将端面因磨损产生的颗粒带走。

  4)封堵工作介质泄漏。

  5)改变密封泄漏方向。

  串联式双端面机械密封通常使用低水压轴封水,如果轴封水压力过高,则会将静环顶开,从而造成不必要的泄漏,使密封失效,因而串联密封一般适用于轴封水压力不太高的场合。

  背对背式双端面机械密封常使用高压力轴封水,较高的轴封水压力可以阻止介质泄漏到密封腔内。一般需要轴封水的出口不远的连接管上安装铜管、压力表和阀门,控制和显示密封腔内的轴封水压力,促使机械密封可以在良好的环境中运转。

  四、双端面机械密封失效原因分析

  1. 失效原因分析

  从理论上讲,为了减少机械密封的磨损量,机械密封应该在合理的动力流体润滑条件下工作运转,因此摩擦副侧面应该是具有高使用寿命的,但实际使用中并非如此,其原因通常是在不可能克服的偶然工况下造成机械密封失效,其中的主要情况包括:装配误差;人为因素的误操作;运行中存在干摩擦;轴封水冷却系统的失效;由于生产不正常,造成的频繁起动和停车等。

  2. 提高机械密封使用寿命的措施和看法

  (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。

  (2)加强运行操作的控制泵运行阶段,经常有停车、运行和起动的变化,使得泵送浆液介质含有的石灰石颗粒易进入到机械密封的摩擦副端面中,从而将摩擦副端面磨损、破坏,导致机械密封泄漏、失效。因此尽量减少开、停车次数及减小运行条件变化,促使机械密封使用寿命得到延长。

  (3)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。

  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8 000h无泄漏。


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