阀冷系统主泵机封渗水分析及防范措施

作者：张国栋（1981年06月）男，副高级工程师，从事换流站运维检修工作，国网青海省电力公司检修公司，810000。  这个需要排上

一、机封结构分析

主泵机械密封用于内水冷主泵密封，由动环和静环、轴套等组成，它是依据动、静环的光洁而平直的端面相互贴合，并作相对转动而构成的密封装置。靠弹性和内冷水在旋转的动环和静环的接触面上产生适当的压紧力，使两个端面紧密贴合，端面间维持一层极薄的液体膜从而达到密封的目的，液体膜具有流动的动压力和静压力，起着润滑和密封作用。

如图1所示机封共5处密封，形成a、b、c，3个可能漏水的密封面。

密封面a渗水，为动环与轴间O型圈密封即密封圈1失效，内冷水沿主泵轴承渗出。密封面b渗水，为动环与静环间机械密封即密封面3失效或密封圈2、5失效，内冷水沿主泵轴套渗出，密封面b渗水多数状态是为动环与静环之间机械密封故障。密封面c渗水，为泵壳与静环间密封即密封垫4失效，内冷水沿静环与泵壳渗出。

二、机封渗水理论分析

主泵机封渗水主要有以下几个原因：

1）机封密封圈失效：

橡胶件老化、变形，从外观上看密封圈表面疏松、毛糙，失去弹性。机械密封圈失效一般不会出现迅速漏水恶化的现象。

2）固定螺母松动

机封共6个固定螺母，固定螺母用于固定机封动环座，固定螺母在安装时进行紧固，在启泵时由于水锤作用，导致泵内压力远大于外部压力，在运行过程中出现松动会导致机封动环座不平衡，内外压力不均匀，水膜平衡被破坏，出现渗水。

3）弹簧弹力不足

机封内部共有8个用于缓冲补偿的弹簧，在启动和运行时承受一定程度的压力，主泵启动时扭矩较大，弹簧弹力出现偏差，内外压力不均匀，水膜平衡被破坏，出现渗水。

4）动、静环平面磨损：;

引起机封动、静环平面磨损的主要因素有：1、安装异常：可区分为设备安装异常过紧、过松、不平，或安装时将零部件损坏等，拆除机封一般会有磨损迹象，例如烧焦、发黑或划痕痕迹;2、基座异常：基础固定螺栓松动，紧固力矩不平衡，支撑部件刚度变差，导致主泵振动异常，或因基座异常导致振动异常传递，导致机封渗水;3、主泵进出口膨胀节安装不规范：膨胀节补偿器安装对角偏差过大，在启动或运行时导致机封位置受力异常;4、水质差含颗粒：水质中含颗粒，颗粒做为磨料磨损机封平面或拉伤表面产生沟槽、环沟等现象;5、气蚀干磨：检修后进水管和泵腔内有空气，泵开机后，机封高速运转磨擦产生高温，机封干磨失效。两站主泵进口为正压，该原因可基本排除。两站主泵进出水口采用漏斗型管路加波纹管补偿器结构，当主泵工频启动时，高速电机启动使漏斗型进出口水流量不一致，主泵泵腔内产生气腔，进而产生水泵气蚀现象，引起主泵机封渗水，所以要采用软启的方式进行启动，在正常工况下尽量避免主泵工频启动，减小机封渗水的几率。

三、碳化钨与碳化硅材质分析

碳化硅属于工程陶瓷，它的化学稳定性较好，适用强腐蚀介质，而且导热系数高、膨胀系数小、在高温下性能波动不大，材质较脆。碳化钨是硬质合金的组成部分，硬质合金由难熔金属硬质化合物和钴、镍、铁、钼、铬粘结金属等及其合金组成。机封性能的表征因素主要有极限PV值、摩擦系数和韧性，具体分析如下：

1、极限PV值分析

PV值是设计和使用机械密封的重要参数。PV极限值（limiting pv value）是指密封失效时达到的最高值。PV值越大，表示机封工作能力越强。工况相近情况下，石墨对碳化硅更耐用一些。

表2机械密封常用材料的极限pV值：

2、摩擦系数分析

查閱《SH/T 3156-2009 石油化工离心泵和转子泵用轴封系统工程技术规范》：含颗粒工况，机械密封一般采用碳化硅对碳化硅。当工艺介质为水时，金华站碳化钨对碳化钨的摩擦系数大（0.08），绍兴站石墨对碳化硅的摩擦系数小（0.02）。工况相近情况下，绍兴站石墨对碳化硅更耐用一些。

3、韧性分析

查阅金属材料手册，韧性为材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。韧性越好，则发生脆性断裂的可能性越小。碳化硅作为工程陶瓷材料，相比于碳化钨材料韧性更小，更易碎裂。高速旋转与震动的电机主泵，应选择韧性更强的机械密封。金华站碳化钨对碳化钨更符合现场实际需求。

结合主泵电机运行工况与两站多次机封异常，韧性相对其他特性更为重要，韧性异常将导致故障迅速恶化。咨询阀冷与主泵厂家，新投运工程已将使用碳化钨机封列入招标规范书，综合考虑建议将碳化硅机封更换为碳化钨机封。

四、运行维护建议

在设备检修时，需开展以下工作：1、基座检查;2、膨胀节对角偏差测量;3、水质分析试验;4、主泵同心度测试调整。

现场主泵出现渗水时：

1、主泵启动渗水持续运行正常，切机启动正常：对应密封圈失效，此时一般不需要进行处理;

2、主泵启动正常，运行中渗水，切机启动正常：对应密封圈失效，此时一般不需要进行处理;

3、主泵启动渗水持续运行正常，切机启动仍渗水持续运行正常：对应固定螺母松动或弹簧弹力不足，此时一般不需进行处理。固定螺母松动时可进行调节，弹簧弹力异常时需更换主泵机封。