高温重油泵机械密封研究

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

在炼油行业 中，存在大量的高温热油类易燃介质，这类介质包括常、减压渣油、焦化原料油、催化油浆等，具有高温、高黏度 、低 自燃点 、高污染性等特性。在输送高温重油类介质的机泵中，离心泵应用最为广泛。这类泵的密封-般采用机械密封 ，端面之间因介质易结焦使机械密封有可能在颗粒摩擦不稳定状态下工作 ，导致密封经常失效，泄漏经常发生。高温热油泵迫切需要-种性能优 良的密封 ，满足环境保护和安全生产的要求。

二、高温重油泵机械密封失效原因分析1.机械密封的基本类型(1)接触式和非接触式密封；(2)内装式和外装式机械密封；2.高速泵机械密封泄漏的理论分析根据机械密封的平衡条件，施加于整个密封面上的全部载荷必须等于密封面上产生的总承载能力。密封面上 现的总承载能力就是流体模承载能力与微凸体机械接触承载能力之和。

根据高速泵轴套的磨损情况及计算可判断，该泵使用过程中密封面载荷大于密封面的总承载能力 ，而根据机械密封动环与静环接触面良好的使用情况判断，流体模承载能力处于正常范围内。承载能力过大，最终导致动环与轴套产生机械接触而损坏。

三、密封改造通过上述分析，结合装配和使用过程中的实际情况，降低高速泵泵体第二级机械密封面的载荷是消除高速泵机械密封泄漏的关键因素。要降低高速泵第二级机械密封面的载荷 ，就必须增加磨损轴套的装配间隙(图 2)，增加轴套的装配间隙可有三种方式。

1.叶轮螺栓调整法由高速轴机械密封的装配关系可知，泵体两套串联的机械密封最终装配尺寸是由叶轮螺栓确定的，因此理论上可通过调整该螺栓来实现降低机械密封面的载荷，但由于高速泵高速轴- 旦安装完成，其轴向装配间隙也就基本固定 ，因此为保证叶轮与泵体之间的装配间隙和叶轮的可靠固定，通过调整叶轮螺栓的方法来降低机械密封面的载荷是不可行的。

2.垫片调整法在机械密封装配过程中，可在泵体机械密封的第二级密封的下部安装适当厚度的垫片，以降低第二级机械密封的密封比压力，进而降低第二级动环与轴套的接触力，以实现降低机械密封面的载荷的目的，通过此方法调节简单可行 ，改造方便 ，但存在-定的弊端。若机械密封安装过程中螺栓预紧力不均匀，可能导致机械密封静环与动环的垂直度不够 ，引起新的泄漏点。

圃 设备皇理与维修2013№4图2 高速泵三套机械密封装配图3.轴套自身调整法通过核实实际尺寸后，发现直接减小轴套的尺寸最可靠，在全密度聚乙烯装置中高速泵有上下两个轴套，磨损的为下轴套，其原始轴套长度为 22ram，经过多次实践和尺寸核实 ，轴套尺寸改为21.5mln，能够满足要求，从而从根本上降低了机械密封面的载荷，同时将装配 0形圈的轴套倒角适当放大，在保证密封比压力允许的范围内，通过0形圈的弹性和机械密封弹簧的弹性，最终实现密封面的总承载能力等于密封面载荷。通过观察近期的使用情况，机械密封的使用寿命已得到明显提高。 W13.04-35作者通联：兰州石化公司乙烯厂机动科 兰州市西固区730060E-mail：sunhinglz###126.corn [编辑 利 文]涸 ：互 銎 封(3)内流式和外流式机械密封；(4)非平衡式和平衡式机械密封 ；(5)单端面、双端面及多端面机械密封。

高温重油泵机械密封的选用-直是-大难题，例如，催化裂化油浆泵、常压塔底泵、初馏塔底泵、减压塔底泵 、减压蜡油泵 、延迟焦化的辐射进料泵等。

高温重油泵的介质具有共同的特点 ，温度高，-般在 300～400C；介质黏度大，在 300～400oC，运动黏度为 12～180mm2/s；介质有颗粒，如催化剂、焦炭 、含有砂粒等杂质；机械密封形式，-般采用波纹管机械密封。

2.密封失效原因(1)波纹管失弹或断裂。波纹管在使用过程中，其刚度或弹性会慢慢减小，试验和实际应用表明，当波纹管的失弹量超过设计初始压缩量 18%～20%时，整个波纹管机械密封就会发生泄漏。使用中发现，金属波纹管机械密封在温度<200C时，失弹现象不明显，但在高温工况下(温度>300C)使用，泵很快就发生泄漏。因此，高温和载荷是造成波纹管失弹的主要原因。

(2)配对摩擦副中石墨环过度磨损。发生泄漏后，将失效的机封拆下检查 ，石墨密封环磨损严重，金属波纹管机械密封的端面比压受波纹管有效直径的影响，而有效直径又随压力的变化而改变 ，当波纹管受外压 ，其有效直径随压力的加大而逐渐缩校当波纹管受内压，其有效直径随压力的加大而逐渐加大。由于压力过大，导致摩擦副摩擦严重 ，石墨环过度磨损引起泄漏。

(3)配对摩擦副中硬质合金环表面热裂 ，使用中发现密封摩擦副的硬质合金环，有许多由硬面中心向外发散的粗细不-的径向裂纹 ，这是热裂导致的密封失效。热裂产生的主要原因是过高的局部热应力，其中硬质合金环与环座两种材料的线膨胀系数差别 ，采用堆焊结构还是整体结构 ，密封冷却冲洗系统中冲洗液的类型、冲洗方式和流量的大小是否合适，都可能引起密封端面的热裂。

三、双端面机械密封的研究单端面波纹管机械密封系统虽具有耐高温、耐腐蚀 、使用范围广等特点，但在实际使用中依然存在诸多突出问题 。例如，密封介质易产生泄漏 ，造成物质损失和环境污染 ；密封端面存在摩擦磨损 、使用寿命短；密封件产生热变形 、热裂 、热胀而失效。随着安全、环保及节能意识的增强，炼化企业对于高温重油泵密封装置使用性能的要求越来越高。为改善高温重油泵机械密封的泄漏状况，对-种新型非接触式油膜机械密封进行了研究。

1.双端面机械密封的结构和工作原理液膜润滑非接触式机械密封与接触式机械密封相组合的双端面密封结构见图 1，左侧为-非接触式波纹管机械密封 ，右侧为-接触式波纹管机械密封。

主压盖上的注入孑L通人洁净的冷却冲洗腊油，其压力可在- 定范围内(0.3-0.5MPa)变化；右侧的接触式机械密封在运行状态下，主要是阻止冲洗腊油向大气外的泄漏 ，而左侧非接触式机械密封能把少量的洁净腊油(不超过 5L/h)增压后，泵送入密封箱内。因此，该密封结构的关键是设计出的非接触式机械密封能使低压腊油增压至超过重油的压力，有效阻止重油进入机酒 进 量.塞 魁 .。

图 1 高温重油泵用新型机械密封结构械密封的附近区域∩见，合理设计非接触式机械密封至关重要。

正常运行状态下，应通过压盖上的注入孔通进洁净的冲洗蜡油，其注入压力控制在 0.3-0.5MPa之间。此时，尽管冲洗油的压力小于密封重油的压力(0.6MPa)，但由于非接触式机械密封具有增压泵送作用 ，使腊油经非接触式机械密封后，压力增加至大于密封重油的压力 ，从而使少量的洁净腊油输送进泵内，能够彻底消除重油泄漏及对环境的污染。

2.双端面机械密封的工作参数双端面机械密封的参数主要有转速、压力等，密封性能参数有泵入量 、端面温升、摩擦扭矩等。

(1)密封腔压力的测量。采用外加设备使密封流体循环和增压的实验台，-般均直接测量密封腔的平均压力。采用在密封腔上安装精密压力表测量密封腔介质和封液的压力，压力表便于直接读数。

(2)泵入量的测量。泵入量是液膜非接触式密封的-个重要指标∩以采用流量计测量。

(3)摩擦扭矩的测量。机械密封端面摩擦扭矩的测量目前主要采用支反力法和传递法。支反力法是根据动力机械在转矩的作用下所产生支座反力的变化来测量扭矩的；传递法是根据弹性元件在传递扭矩时所产生的物理参数的变化来测量扭矩的。

采用在电机与密封主轴之间安装扭矩传感器，传感器将测得的信号传递给扭矩转速仪，然后将扭矩仪的信号输入计算机，通过计算机内的数据采集卡，用已编写的机械密封测控软件进行信号采集和数据处理，便可以获得轴扭矩。

(4)温度的测量。机械密封端面温度的测量方法主要有热电阻法、热电偶法和红外测量法等。热电阻法是利用导体或半导体的电阻随温度变化的性质进行测量的；红外测量法是红外色谱进行测温的-种方法。但由于红外测量法具有便于多点测量、方便使用等优点，所以红外测量是适宜采用的-种方法。采用红外测量法测量密封端面温度和密封腔流体温度。

3.双端面机械密封的优点(1)密封效果好。利用螺旋槽可实现封油向介质泵送，避免热油向外泄漏。而密封外侧接触式密封防止了封油泄漏问题。

(2)端面温度低。虽然温度较高，但是最高温度大约 100C，比现场应用中摩擦副处于 350C的情况改良很多 ，如果再采用设苗管理与维修2013№4 团火电厂综合节水降耗技术改造实践张 振 张 林 郭 林 任华玉 刘兴民摘要 针对火电厂耗水量大、生产成本不断升高的问题，进行火电厂综合节水降耗技术研究，有针对性地采取-系列的技术改造措施，使发电水耗大幅降低，达到节能的目的。

关键词 火电厂 节水技术 改造中图分类号 TM621 文献标识码 B某电厂-期为 2x200MW 机组 (后改造扩容为 220MW)，二期为 2x300MW 机组 ，装机容量 1040MW，2006年全年水耗量曾达到2400万m，。为了减少水耗，降低发电成本，进行了生产区域水平衡测试 ，摸清全厂取水、用水和耗水情况及各类用水之间的关系。根据测试结果及用水现状，开展了节水技术研究和探索实践。通过-系列技术改造 ，发电水耗由 2007年的3.59kg/kW·h下降到2011年的2.62kg/(kW·h)，降本增效显著。

-、 电厂耗水状况1.循环冷却水系统耗水汽机凝结器循环冷却水系统采用闭式循环冷却系统，通过自然通风冷却塔来冷却水温，其耗水由排污、蒸发及风吹损失三个部分组成，其中蒸发损失最大，是第-大耗水点。

(1)蒸发损失。这部分水损失主要由大气环境温度决定，气温越高水发损失越大，据统计-期两台220MW机组仅夏季蒸发损失就达 700m3。

(2)排污损失。闭式循环冷却水系统的水损失主要是在排污损失上，而排污损失则主要与循环冷却水的浓缩倍率有关。

(3)风吹损失。自然通风冷却塔的风吹损失与是否安装除水器有关，安装后可降至0.1%以内，当冷却水量变大时，风吹损失水量相应加大，风损量约为 50m3/h。

2.工业用水系统耗水(1)电厂各类表面式冷却器的用水为循环水，回水返回冷却塔，该项用水虽然对水质要求不高，但用量较大。

(2)引风机、送风机、排粉机、磨煤机、-次风机和各种泵等转动机械轴承冷却用水和其他用水由循环水系统供水 ，回水至综合水池(用于锅炉冲渣)。这部分水量较小，要求水中碳酸盐硬度小于 5mol/1，pH6.5～9.6，悬浮物小于 50～100mg//。

(3)汽轮机主汽门、主给水泵机械密封等处的冷却用水量较小，用凝结水，回水至凝结器。

3.锅炉补充水(除盐水 )正常水汽循环损失为全厂锅炉蒸发量的 2%，其中排污为1%，加上澡堂洗园冬季热网用汽(水)等，全年全厂机组补水率在 3%左右。

4.锅炉除渣排灰用水冲渣、除灰系统用水与除尘方式及灰渣量等因素有关，该厂原设计采用电除尘器、低浓度水力冲渣除灰系统，其灰水比往往超过 1：18，年耗水量达 700万 m ，是该厂第二大耗水点。

5.锅炉脱硫系统用水脱硫系统为 2009年建成投运，脱硫系统用水主要是补充制浆用水和管道系统冲洗用水。按照设计要求，整个脱硫系统的耗水量主要是烟气带走的水量，其次为石膏含水，大约 230m3/h。投背冷方式 ，温度会更低。

(3)冷却水用量少。只有在背冷时才用冷却水，比原来现场冷却水用量大幅度降低。

(4)端面磨损小寿命长。通过对连续运转后的密封动、静环的研究，非接触式动、静环的端面几乎没有磨损 ，接触式端面磨损比原密封端面大大减轻，且热裂情况不会发生，使用寿命大大延长。

4.工业应用的要求(1)双端面机械密封之间需注入冲洗冷却蜡油，其压力控制0.3～0.5MPa，且最好进行过滤。

(2)根据高温重油泵现尺体条件，选择采用外冲洗冷却辅助系统，冷却蜡油的温度控制在150(2以下。

(3)密封运行过程中应定期对外侧密封温度进行监测，确保其温度控制在 200%以下。

圈 it/BNt.1-Jm 2013№4四、结论高温重油泵采用的接触式波纹管机械密封，易发生热油泄漏着火，不仅造成物质损失，还可能带来严重的安全隐患等问题，双端面机械密封解决了密封介质频繁泄漏问题，密封效果好，使用寿命长，端面温度低，有效控制了因温度高造成的端面热裂和环烷酸对密封件的腐蚀。除此之外，辅助系统结构简单，冷却水用量少，经济效益好，符合周期安全运行的要求以及越来越严格的环境保护要求 ，具有广泛的工业推广应用价值。

W 1 3.04-36作者通联：山东石大科技集团能源巷-号机修车间 山东东营市 257061E-mail：wayne748###163.corn[编辑 利 丈]。 定.熊 兰蓝.婆 篮 ：。