氨水泵機械密封失效原因及改造

楊 勝

(云南解化清潔能源開發有限公司解化化工分公司云南開遠661600)

氨水泵機械密封失效原因及改造

楊 勝

(云南解化清潔能源開發有限公司解化化工分公司云南開遠661600)

1 存在問題

云南解化清潔能源開發有限公司解化化工分公司煙氣脫硫系統采用氨法脫硫工藝。氨水經加壓送入吸收塔與鍋爐煙氣充分接觸，將污染物SO2回收再利用，2臺IHE80-50-250型氨水泵為單臂單級懸臂式離心泵，介質為污氨水(氨質量分數12%～22%、少量酚類及少量粉塵顆粒)。該氨水泵自2009年2月投入運行后，故障率比較高，運行周期基本在20～30d，檢修較頻繁，嚴重制約著煙氣脫硫系統的穩定運行。

2 原機械密封失效統計

原氨水泵機械封密封采用了平衡型雙端面密封(見圖1)，機械密封密封面動環和靜環材質均為碳化硅。根據日常檢修記錄，該氨水泵主要故障是機械密封失效，2009年至2012年機械密封失效部位頻次統計見表1。

圖1 氨水泵機原平衡型雙端面密封結構

表1 2009年至2012年機械密封失效部位頻次統計

從表1中可以看出，在機械密封失效的比例中，動環、靜環密封面磨損嚴重導致密封失效的比例較大，合計占總失效比例的48.28%。對該氨水泵同步更換軸套的頻次及失效軸套磨損情況進行檢查后發現，由于軸套磨損嚴重，軸套的平均壽命在2～3個月。

3 原機械密封失效的原因及分析

3.1 冷卻水水質的影響

用于離心泵機械密封的冷卻水一般采用流動且無雜質的軟水，冷卻水在動、靜環密封面上形成一層非常薄的液膜，同時帶走機械密封運行時產生的熱量，以延長機械密封壽命。該氨水泵機械密封所用的冷卻水為鈣鎂離子含量較高的硬水且含有微量顆粒(水處理系統中的吸附劑碎渣)。水垢會影響機械密封內彈簧性能的正常發揮，且彈簧越小影響越明顯;冷卻水中的顆粒一旦進入密封面，必定導致密封面磨損加劇，是密封面磨損嚴重的主要原因。

3.2 瞬間軸向竄動對機械密封的影響

氨水泵采用Y系列三相交流電動機和梅花彈性聯軸器。氨水泵在停運和啟動時，可能會產生的瞬間軸向竄動，而瞬間軸向竄動量的大小與電機電壓、氨水泵出入口瞬間壓力差等多種因素有關，瞬間軸向竄動量對機械密封的使用壽命有一定的影響。

3.3 機械密封裝配難度大，影響其使用壽命

檢修質量的優劣直接影響到機械密封的使用壽命，尤其是平衡型雙端面密封在裝配時對技術要求更高，機械密封與機械密封室的尺寸是配套的，并且在軸套上無定位點，導致機械密封的裝配難度大。若一只機械密封的彈簧收縮量過小時，另一只機械密封的彈簧收縮量則過大，彈簧收縮量過大的機械密封被損壞的概率更高。

3 改造措施

由于在煙氣脫硫系統區域內未鋪設無雜質的軟水系統管線以及冷卻設施，故無法改造冷卻水系統，只能對機械密封進行了改造，將原來的平衡型雙端面機械密封改為大彈簧式單端面機械密封(見圖2)，取消外供冷卻水，避免了水質對機械密封的影響。

圖2 大彈簧式單端面機械密封

大彈簧式單端面機械密封比原雙端面機械密封更具有優勢:①對于氨水泵啟停時產生的瞬間軸向竄動，大彈簧變化的空間較大，可以大幅度地削弱了其瞬間沖擊力;②直徑較大的彈簧環繞在軸套上，運轉時避免了介質中灰塵顆粒的積集，同時減少了氨的揮發量;③通過對軸套的改進，大幅度降低了機械密封的安裝難度，同時延長機械密封使用壽命;④采用自冷卻的方式進行改造，節省了外供冷卻水的費用。

改造前、后軸套示意見圖3和圖4，軸與機械密封密封面示意見圖5。經過有關計算校驗，該數據符合工藝要求。

圖3 改造前軸套示意

圖4 改造后軸套示意

圖5 軸與機械密封密封面示意

與原軸套相比，改造后的軸套具有以下優勢:①軸套上有機械密封座，機械密封安裝方便，避免了機械密封因自鎖螺栓松動后移而導致機械密封失效;②機械密封彈簧彈力減弱后，在機械密封上添加適當的墊子即可縮小其間距，增加彈簧彈力;③軸套尾部直徑適當縮小，增加了流通面積，有助于機械密封冷卻。

2013年11月，運用該改造方案對第1臺氨水泵進行改造。改造后，設備運行正常。2014年3月更換動環和靜環O形圈時檢查了動、靜環密封面機械密封，無明顯磨損。更換O形圈后回裝，運行至2014年4月，因動環和靜環密封面上有明顯的磨損，機械密封失效;軸套無明顯磨損，可繼續使用。

2014年1月，采用同樣方法對第2臺氨水泵進行改造。改造后，機械密封一直運行至2014年5月，因動環和靜環密封面上有明顯磨損，機械密封失效;軸套無明顯磨損，可繼續使用。2014年4月，對ZA50-2200A型濃縮泵的機械密封、軸套及機械密封壓蓋等采用以上改造思路進行了改造，機械密封使用壽命由原來的30～50d提高至100d以上。

氨水泵使用大彈簧式單端面機械密封后，運行效果較好。改造前、后2種機械密封實際使用情況對比見表2。

表2 改造前、后2種機械密封實際使用情況對比

根據表2可看出，大彈簧式單端面機械密封更適用于該氨水泵，不僅提高了氨水泵的運行率，穩定了系統運行，而且降低了檢修費用。

2014-09-03)