汽輪機復水泵機封泄漏原因分析及處理

王長青，王彥江，張艷全，馬進，劉偉

（獨山子石化設備檢修公司，新疆 克拉瑪依 833699）

汽輪機復水泵是某單位的公司級關鍵汽輪機機組附屬設備，其主要作用是將汽輪機組經過冷凝器冷凝后的冷凝水輸送給除氧器后送往鍋爐給水泵。如果此設備出現故障，則會導致整個裝置的停工，嚴重影響正常生產，造成重大的經濟損失。本文通過對該泵機封泄漏原因的分析，采取了有效的改造措施，確保設備能夠長周期穩定運行。

1 機械密封泄漏原因分析

于2018年7月發現該泵機封有泄漏，泄漏量達到25～30滴/min，超過《離心泵維護檢修規程》中10～15滴/min的規定。經查詢該泵于2015年6月進行過一次大修，到目前為止僅運行18000余小時，遠低于25000小時的標準，因此需對該泵機封泄漏的原因進行分析。

1.1 機械密封結構分析

該泵機械密封的結構型式為單端面多彈簧式機械密封，補償機構由12根小彈簧組成。一般情況下，多彈簧式機封的彈簧設計比壓為0.15～0.25MPa,較高的彈簧比壓會產生較高的摩擦熱量，增加摩擦副端面的溫度，進而增加摩擦副的磨損。而且長期運行后，彈簧會發生疲勞損傷，每根彈簧的補償性能發生偏差。另外，彈簧在裝配的過程中，也容易從底孔脫開，造成機封補償性能變差，從而引起機封摩擦副受力不均勻發生偏磨，進而造成機封的泄漏。在本次設備拆檢過程中發現，有一根彈簧受損且摩擦副位置磨損較為嚴重，是引起機封泄漏的原因之一。因此，需要對該機械密封的結構進行改造。

1.2 輔助系統分析

該機械密封輔助系統采用Plan11，即從設備出口管線引入工作介質經節流孔板進行沖洗。該泵的工作介質汽輪機冷凝液，介質溫度為45°且潔凈度較高，工況滿足Plan11結構形式的要求，但需核算沖洗孔徑是否滿足沖洗要求。根據長期的實踐和經驗，沖洗量的大小可根據機械密封的規格（直徑）和介質的種類進行選取。總結見表1。

表1 密封軸徑與沖洗量選取

我們一般通過核算密封沖洗液通過節流孔板的沿程損失和局部損失來確定節流孔板前后的壓差，進而判斷機封密封腔內壓力是否滿足要求。該泵密封處直徑為Ф50mm,沖洗管線內徑Ф15.75mm，節流孔板孔徑d=Ф4mm。選取時可以不考慮介質溫度的因素，因此選取沖洗流量為4L/min。具體計算如下：

局部阻力系數：ζ=0.5（1-A2/A1）=0.47,因此得出：

根據能量守恒定律，對節流孔板兩端列能量平衡方程：

根據該設備的現場條件，節流孔板兩側高度相同，因此其出入口的位置勢能相同，即。節流孔板的厚度為3mm,故可忽略其沿程損失，即那么就得到：

因此得出，節流孔板前后壓差：

將相關參數代入公式：

機封密封腔內壓力為：P密封腔=P出-ΔP=0.39MPa

該密封腔內的壓力為0.39MPa。其遠大于密封腔所要求的壓力0.05～0.15MPa，因此需對該節流孔板的孔徑進行改造。

1.3 機械密封沖洗方式分析

該泵機械密封外沖洗方式為單點沖洗，沖洗液直接沖向動靜環密封面。單點沖洗結構簡單但沖洗液存在分布不均勻的弊端，且由于沖洗液壓力高于泵內介質壓力，長時間作用會導致動靜環密封面沖刷失效。從該泵機封的拆檢結果來看，機封靜環表面的沖刷缺陷很明顯，是造成機封泄漏的主要原因，因此需要對該泵的機封沖洗進行改造。

2 解決方案

2.1 機械密封結構改造

將多彈簧式機械密封改造為波紋管式機械密封。這樣便將多彈簧式機封中動環與軸套的動密封點，改造成了波紋管底座與軸套間的靜密封點，大大降低了機封發生泄漏的概率。在普通機械密封使用過程中彈簧比壓一般設計在0.15～0.25MPa而波紋管密封的彈簧比壓一般設計為0.05～0.15MPa之間，波紋管密封為靜止式結構時，彈簧比壓明顯偏小。因此，由彈簧比壓產生的磨擦熱量減小，降低了端面溫度，從而減少了磨擦時端面的磨損量，即減少了機械功耗，提高了密封性能及延長了密封使用壽命。

2.2 輔助系統改造

通過前文計算得出該泵密封腔壓力為0.39MPa，不滿足機封運行標準。需對節流孔板的孔徑進行改造。將節流孔板孔徑設計為Ф3.5mm時，相關參數計算如下：局部阻力系數ζ=0.48；介質經過節流孔板的局部損失：

節流孔板前后壓差：

機 封 密 封 腔 內 壓 力 為：P密封腔=P出-ΔP=0.75-0.62=0.13MPa。滿足機封運行標準，因此將該節流孔板的孔徑改造為Ф3.5mm。

2.3 機械密封沖洗方式的改造

針對該泵機械密封原來沖洗方式，提出以下改造方案：將單點沖洗改造為多點沖洗。多點沖洗可以使沖洗液沿周圍均勻分布，可以避免溫度變形，而且位置對著密封端面，動環轉動也可以避免形成沖蝕。此時需增加一個沖洗環，內設6個小孔，孔徑Ф3.5。沖洗孔位置盡量開設在摩擦副處，以便更好的把熱量帶走。

3 結語

本文通過分析，找到了引起機封泄漏的具體原因并有針對性的提出了解決方案。該泵機封自改造后達到了零泄漏，且已平穩運行5000小時，說明本次檢修對機封泄漏原因分析準確，改造措施切實可行，對石化公司創建無污染企業具有積極的作用。同時對于同類型機泵在故障分析及處理方面提供了一定參考，具有一定的推廣作用。