热水循环泵机械密封的失效分析及改造(2)

2、热水循环泵机械密封的改进措施

　　为了彻底解决热水循环泵密封泄漏问题, 也为了节约成本, 并考虑到热水循环泵输送的介质为高温高压饱和水, 操作条件苛刻等实际情况, 作者与丹东东升石化设备有限公司技术人员进行现场分析和研究,针对机械密封本身, 在不改变机械密封安装尺寸的前提下对机械密封的内部结构及尺寸进行改造, 对机械密封的动、静环材质进行改进, 采用性能更好的材料替代, 提高弹簧在高温下的稳定性, 改进密封的冷却冲洗系统。改进后的密封主要参数如表3所示。

表3　密封主要参数

2.1、密封压盖改造

　　针对热水循环泵的介质为高温高压饱和水, 容易汽化造成泵抽空, 对机械密封压盖冷却水腔加以改进, 在保证机械密封压盖强度和刚度的前提下, 将压盖内的冷却水腔加大, 让外接循环水充分冷却密封端面, 改善机械密封的工作环境, 使摩擦副在旋转时产生的热量被冷却水带走, 保证机械密封良好的冷却效果, 延长机械密封使用寿命。

2.2、动、静环的改造

　　由于动、静密封环在高温下发生热膨胀, 对动、静密封环有一定的挤压。为了使动、静环在高温下不致受到过多的不均匀挤压变形, 一方面在选材上要求厂家选用进口的碳化钨(动环) 硬质合金与侵锑金属石墨(静环) , 这种浸锑金属石墨的导热能力比常规的浸树脂石墨高出3～4倍,另一方面减小密封环的厚度,从而尽可能减小密封环的膨胀量, 保证静、动环密封面的平行状态, 同时动环采用整环设计, 一次成型, 减少二次加工量, 从设计、制造着手,减少静环变形和开裂的可能性。

2.3、改造自冲洗外冷却

　　冷却液在循环流动的过程中会有阻力损失, 压力过低、流速过慢, 不能起到冷却效果, 所以增设了密封泵送环对冷却液进行增压, 循环冷却液由密封泵送环送至冷却器进行冷却换热后返回密封腔, 这样能及时带走介质的热量和摩擦产生的热, 以达到较好的冷却效果。密封泵送环设计为离心式结构, 在泵送环周围开18个<8 mm的孔, 循环液通过随轴旋转产生离心效应达到增压效果。泵送环的结构见图1。在运行中严格控制自冲洗冷却后的温度, 保持摩擦副端面温度不致过高, 这样可通过控制循环液流量, 调节冷却器上的热负荷来控制。循环系统主要由蛇管式换热器和密封泵送环组成。由于增设了密封泵送环, 这样就不需要增设循环液增压泵, 因而结构简单, 操作方便, 不易发生故障。循环系统机构如图2所示。

2.4、增加循环液节流结构

　　在动环与密封腔体之间设计了节流衬套, 节流衬套采用梳齿结构, 一方面减少冷却循环液向泵内的流失, 另一方面可以控制泵内的介质向密封端面的流动, 降低了密封端面工况苛刻度, 使泵送环的泵送效果更佳。密封腔内部结构如图3所示。

图3　密封腔内部结构图

2.5、弹簧材料改进

　　由于循环热水泵输送的介质为高温高压饱和水,所以必须考虑弹簧材料在高温下的稳定性, 此次改造将弹簧材质改为沉淀硬化高镍不锈钢, 提高弹簧在高温下的工作稳定, 确保弹簧比压稳定。

2.6、其它的改进措施

　　合理选用密封零件的材料, 金属材料选用镍铬不锈钢, 并采用专利阻垢技术和工艺, 提高导热效率,辅助密封圈采用青铜填充烧结聚四氟乙烯, 具有导热系数高, 定型能力好, 耐腐蚀、抗油、耐温等特点。

3、热水循环泵机械密封的失效分析及改造经济分析

　　改造后, 经过近2年的跟踪统计, 3台泵中密封使用周期最长已达190天, 周期最短的也有105天,平均周期为170天。和过去使用进口密封相比, 按每年使用10套计算(进口密封每套115000元, 国产每套8900元) , 每年可节约配件费用107万元, 大幅降低了生产成本。另外, 机械密封的成功改造, 大大延长了循环热水泵的使用周期, 检维修费用降低,更换、拆卸和安装密封的人工费用也大幅降低。

4、结论

　　通过采取以上措施, 解决了热水循环泵机械密封失效的问题, 而且所用国产密封性能优异、价格低廉, 完全可以替代国外进口密封, 达到了国产化改造的预期目的。也提高了设备的可靠度, 带来了明显的经济效益。