延長700MW機組給水泵機械密封使用小時數

楊全 衛年杰 朱俞吉

【摘 要】田集發電廠二期自投產以來，給水泵機械密封多次出現漏水、漏汽現象，使用小時數較短同時給人身和設備帶來安全隱患。據統計，截止至2017年底，二期四臺給水泵平均使用壽命為5950小時，遠低于其使用標準8000小時，造成機組非計劃減負荷事件時有發生。田集電廠汽機專業利用精益管理工具，全面細致分析，查找原因，得出機械密封冷卻水系統在設計上存在缺陷以及動環旋轉環組件的動環與軸套聯接不良設計缺陷。通過對機械密封冷卻水濾網改造換型，改進機械密封動環旋轉環與軸套的聯接方式，延長了給水泵機械密封的使用小時數，保證了機組長期安全高效運行。

【關鍵詞】機械密封泄漏原因分析;對策制定;實施效果

中圖分類號： TH311 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）25-0046-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.25.021

1 給水泵機械密封使用現狀

1.1 設備簡述

田集發電廠二期3、4號超超臨界燃煤機組是“皖電東送”的主力電廠，分別于2013年12月22日、2014年4月28日投入商業運行。每臺機組配置了兩套50%BMCR容量汽動給水泵組（型號：HPT350-370M-6S;軸端采用機械密封的方式）。給水泵整體結構見圖1。

1.2 機械密封使用現狀

田集發電廠二期3、4號機組從2017年1月份開始，3A、3B、4A和4B給水泵機械密封相繼出現多次不同程度漏水、漏汽現象，給人身和設備帶來安全隱患，需解列給水泵檢查更換機械密封，影響機組負荷率。2017年1月～2017年12月二期4臺給水泵共更換機械密封19次，機械密封的平均使用小時數見表1。

在《JB/T6614—2011鍋爐給水泵用機械密封技術條件》中規定：在正確執行安裝與使用要求的情況下，使用期不低于8000小時。2017年3、4號機給水泵機械密封的平均使用小時數分別為5060、6840小時，遠低于8000小時，機械密封平均使用小時數短，更換頻繁。

2 機械密封泄漏原因分析

2.1 機械密封結構及分析

第一部分是由動環和靜環組成密封端面，有時也稱為摩擦副。

第二部分是由彈性原件為主要零件組成的緩沖補償機構，其作用是使密封端面緊密貼合。

第三部分是輔助密封圈，其中有動環和靜環密封圈。

第四部分是使動環隨軸旋轉的傳動機構。機械密封結構圖見圖2。

從結構上看影響機械密封壽命的因素主要有：靜環與靜環座間密封失效、動環與軸套間密封失效、軸套與軸間密封失效、摩擦副密封失效。

2.2 機械密封失效情況統計

對2017年出現的17次故障機械密封進行解體檢查，各次密封失效部位進行統計如表2。

由表2可以看出，摩擦副密封失效占到機械密封失效總份額的89.4%，是造成給水泵機械密封使用小時數偏短的主要問題。只要解決此問題，就能確保機械密封的使用小時數得以延長。

2.3 機械密封失效原因之機械密封冷卻水系統設計缺陷

原給水泵廠家設計的機械密封冷卻水系統只有一個濾網，且通流量較小，易導致機械密封冷卻水溫度過高，致使摩擦副密封面間冷卻介質汽化，密封面將干磨擦而損壞，從而使摩擦副密封失效。對2017年各負荷段給水泵機械密封冷卻水平均溫度統計見表3。

密封冷卻水溫過高冷卻介質汽化，使機械密封動、靜環密封面干摩擦，長時間運行使摩擦副密封損壞失效。

2.4 機械密封失效原因之旋轉環與軸套聯接不良

機械密封旋轉環與軸套聯接不良，脫開后將使彈簧壓緊增大造成動、靜環壓力增大，長期運行使其密封面磨損，密封失效。汽機專業對2017年失效機械密封解體檢查，發現動環旋轉環鎖定槽脫離軸套鎖定螺釘，動環旋轉環與軸套已脫開，長時間運行使動、靜環密封面磨損，導致摩擦副密封失效

3 對策制定

針對冷卻水系統缺陷和動環旋轉環組件缺陷這兩個要因，制定如下對策。

3.1 冷卻水系統缺陷對策

目前，我廠二期給水泵采用單一濾網結構，即整個機械密封冷卻水回路中只有一個濾網，流程為機械密封水經過機械密封、冷卻器、濾網再回到機械密封。從實際運行情況分析，冷卻水量不足。另外，在單一濾網堵塞情況下，冷卻水量減少，效果變差，且單濾網無法在線清洗，給設備安全運行帶來較大不穩定因素。

根據現場情況，將單濾網改為可在線切換雙濾網結構，同時增加濾網通流面積。兩個濾網并聯布置，前后均有隔離閥，無論其中哪一只濾網堵塞，都可以實現在線隔離清洗;冷卻水管道上增加了溫度測點，根據水溫的變化及時安排濾網。增大濾網通流面積，既增加冷卻水流量，也進一步降低濾網堵塞的可能性。

3.2 動環旋轉環組件缺陷對策

二期給水泵機械密封動環旋轉環與軸套之間采用防轉螺釘和防轉槽連接方式，且止動部位厚度僅為4mm，當軸向力變化時防轉螺釘極易從防轉槽中脫出錯開而難以回到原位，增加動靜環之間緊力，長時間運行使動靜環密封面磨損。

為防止旋轉環與軸套脫開，經過調研廠家和同行，決定將防轉螺釘和防轉槽的連接方式改為螺釘固定方式，使其成為一體，從根本上解決了脫開問題。

4 實施后效果

4.1 機械密封冷卻水系統改造后的效果

對二期給水泵機械密封冷卻水濾網改進后，效果顯著，冷卻水溫度下降明顯。2018年4月～5月實際測得4臺給水泵在各負荷段密封冷卻水平均溫度如表4。

可以看出，改造后密封冷卻水溫度遠低于70℃，符合標準要求。避免了摩擦副因冷卻介質溫度過高發生汽化，進而造成動、靜環密封面干磨損壞的問題，保證了摩擦副的密封效果。

4.2 機械密封動環旋轉環與軸套聯接方式改進后效果

2018年3月底完成二期給水泵機械密封動環旋轉環與軸套連接方式改造工作，5月份利用調停檢修機會對3號機2臺給水泵機械密封進行解體檢查，發現動環旋轉環與軸套連接牢固可靠，未發生脫開現象。聯接方式改造前、后示意圖如圖3。

4.3 機械密封改進后的使用小時數

經過對3號機給水泵機械密封及其冷卻水系統改造換型后，給水泵機械密封未發生因冷卻水溫度高導致的機械密封漏水及動環與軸套脫開現象，其使用小時數得以延長，自2018年6月至2019年5月統計數據如表5。

5 結束語

經過對700MW機組給水泵機械密封使用時間短，在線運行時機械密封失效，給水泵被迫退出運行，影響了機組的長期安全穩定運行這一問題，汽機專業團隊認真分析影響機械密封使用時間短的主要因素，并針對機械密封冷卻水設計缺陷和機械密封動環旋轉環與軸套聯接不良這兩個主要癥結，采取對應的措施進行改進，延長了機械的使用小時數，保障了機組的長期安全穩定運行，為其他類似給水泵機械密封使用小時數短的解決提供了參考方案。

【參考文獻】

[1]《鍋爐給水泵用機械密封技術條件》（JB/T6614—2011），中華人民共和國機械行業標準.

[2]《HPT350-370-6S臥式多級雙殼體離心泵說明書》，上海電力設備修造廠編制.

[3]《機械密封的安裝、使用說明書》，沈陽一新公司編制.