某电厂尿素溶液混合泵机械密封频繁泄露原因分析及解决思路

某电厂尿素溶液混合泵机械密封频繁泄露原因分析及解决思路

蒋梦莹

大唐巩义发电有限责任公司  河南郑州  451200

摘要：本文分析并解决了某电厂尿素溶液混合泵在运行中机械密封泄露的问题。通过反复检查分析，找到机械密封泄露原因为机械密封冷却不足，导致机械密封在运行期间高温，进而烧损O型密封圈，造成泄漏，对泵的机封室进行改造，提高进入机封室溶液流量，彻底解决了尿素溶液混合泵机械密封运行期间因冷却不足导致泄露的问题。

    关键词：机械密封；泄露；措施

引言：机械密封是一对或几对垂直于旋转轴线端面在流体压力和补偿机构弹力的作用下以及辅助密封的配合下保持贴合且相对滑动所构成的防止流体泄漏的装置。机械密封性能可靠，泄露量小，使用寿命长，功耗低。无须经常维修，且能适应于生产过程自动化和高温，低温，高压，真空，高速以及各种腐蚀性介质。水泵是电厂重要的设备，起到强力控制的作用，因此一旦发生故障，轻则需要关闭系统进行检修影响正常工作，重则可能会引起机组停机，造成严重的人身和经济损失。因此，电厂很多重要水泵密封采用机械密封。

一、现场设备存在问题

某电厂脱硝尿素溶液混合泵机械密封长期存在泄露问题，每次更换机械密封后，机械密封在运行较短时间后即出现泄漏现象，机械密封装机运行寿命短，导致高浓度尿素溶液大量外漏，产生较大经济损失。

二、检修方案确定

1.首先根据机械密封工作原因进行分析：

机械密封工作时，密封作用依靠动静环之间的动密封以及O型圈之间的静密封实现。动环与静环之间的密封是靠弹性元件(弹簧、波纹管等)和密封液体压力在相对运动的动环和静环的接触面(端面)上产生一适当的压紧力(比压)使两个光洁、平直的端面紧密贴合；端面间维持一层极薄的液体膜而达到密封的作用。两端面之所以必须高度光洁平直是为了给端面创造完美贴合和使比压均匀的条件，这是相对旋转密封。O形密封圈的橡胶材料具有较好的弹性，当外部施加压力时，橡胶会产生弹性形变。橡胶经过弹性变形后，在没有外力作用时，会恢复其原始形状和尺寸。而当橡胶密封圈与被密封的零件之间产生间隙时，橡胶密封圈会受到外界压力的作用，因而被挤压，形成底部与密封面的紧密接触，从而实现了密封功能。

2.确定其可能泄露原因：

2.1动静环动密封失效原因分析：

a) 在安装过程中碰撞到密封副，密封材质为碳化硅材质，极易破碎，导致摩擦副破损而密封失效;

b）安装机械密封时压缩量过大，导致动静环摩擦副端面严重磨损、擦伤；

c）因端面密封载荷的存在，在密封腔缺乏液体时启动泵而发生干摩擦；

d）工作介质中有颗粒状物质，运转中进人摩擦副，探伤动、静环密封端面；

2.2 O型圈组成静密封密封失效原因分析：

动静环O型圈尺寸过小或损坏，无法正常填充密封区域，导致运行期间高压溶液从O型圈与密封腔室的空隙泄露出来。

三、机械密封泄露处理过程

1.由于该电厂尿素溶液混合泵为单级离心泵，机械密封采用单端面密封形式，在对损坏的机械密封进行检查时，发现机械密封动静环在拆解后已经破裂，O型密封圈已经过热变形，失去弹性。针对这一现象，应先考虑机械密封安装质量问题。经测量，机械密封从自然状态至弹簧压缩至最大极限状态，动环位移量为6mm，经与机械密封生产商沟通，机械密封安装状态可压缩量为总压缩量的1/2-2/3之间，因此，此机械密封装机状态压缩量应为3-4mm为宜。更换新的机械密封，机械密封总压缩量按照3-4mm进行调整后，经开机试运，尿素溶液混合泵仅在第一天运行平稳，第二天又出现机械密封泄露问题。

2.对损坏的机械密封进行拆解，发现机械密封动静环未损坏，O型密封圈因过热已发生碳化变形，无法对机械密封与机封室之间的空隙进行密封。该尿素溶液混合泵机械密封设计无外置冷却水，运行期间机械密封由泵壳内尿素溶液进行冷却，尿素溶液温度在50℃左右。初步判定机械密封损坏原因为泵启动时，尿素溶液未流淌至机封室内，而泵已正常启动，导致运行期间机械密封冷却不足，进而出现动静环在运行期间产生高温后将O型密封圈烧损的现象。对该尿素溶液混合泵启动逻辑进行修改，修改为入口电动门打开60秒后，泵方可具备启动允许条件，保证泵壳及机封室内充满尿素溶液。再次更换新的机械密封，按要求安装调试完成后，开机试运，机械密封在运行一天后再次出现泄漏现象。

3.对损坏的机械密封再次拆解，发现泄漏原因仍为O型密封圈过热碳化变形失效导致机械密封泄露。经分析，判断为运行期间泵壳内尿素溶液进入机封室内流量过低，无法保证机械密封正常的冷却，进而烧坏O型密封圈。由于现场无冷却水管道，无法对机封室增加外置冷却水，因此如何提高机封室内尿素溶液流量成了解决泄露问题的关键。

在对机封室及泵体护板进行观察后，发现可从护板侧向机封室内打一通孔，将泵壳内尿素溶液引流至机封室内，进而提高机封室内尿素溶液流量。于是，从护板侧向机封室内打一个6mm通孔，如图所示，将泵壳与机封室增加连通通道，更换新的机械密封后，开机试运，一切正常，无泄漏，目前已连续运行一年，机械密封无任何泄露，机械密封长期频繁泄露问题至此得到解决。

通孔在护板侧（左）          通孔在机封室侧（右）

四、改造过程分析

机械密封在运行期间需要冷却水或输送溶液的持续性冷却，泵机封室腔体设计空间较小，机械密封安装到位后，原设计溶液通过机械密封与机封室之间腔体空隙流至机械密封处对机械密封完成冷却，但因腔体之间空隙过小，导致流至机械密封处尿素溶液量无法正常完成冷却工作。在充分分析机械密封失效原因后，在泵护板与机封室之间打通孔，将泵壳内高压溶液引流至机封室内，提高机封室内溶液流量，从而提高了机械密封运行期间冷却效果，大大提高了机械密封使用寿命。

五、结语

通过对泵机封室进行改造，增加泵壳与机封室之间输送溶液连通通道，提高进入机封室内冷却溶液流量，解决机械密封的冷却问题，进而提高机械密封使用寿命，彻底解决机械密封频繁泄露问题。为解决机械密封频繁泄露问题提供一种新的解决思路。

参考文献

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[2]高武民.机械密封的失效原因分析及实际实际应用[J].石油化工设备技术.2010.

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