锅炉给水泵用密封的失效分析及改造

王泽兵

（广州市昕恒泵业制造有限公司，广东 广州 510530）

近年来，由于国产机械密封生产制造技术水平的不断提升，越来越多国产泵中也应用了机械密封技术，无论是在经济性方面，还是在可靠性和使用寿命方面，均已经达到了进口水平，而且有效地降低了人们对进口机械密封的依赖性，但是，在锅炉给水泵中仍然存在一定的密封失效问题，为此本文就锅炉给水泵密封失效的原因进行分析并提出合理的改造策略。

1 给水泵的密封结构

本文所研究的锅炉给水泵，为中国石油吉林石化分公司炼油厂芳烃装置热水泵，设备编号：GA-207A/B，离心泵为意大利IDP公司所生产的单级悬臂式离心泵。在该锅炉给水泵中主要传送的物料为锅炉水，其温度高达240℃，流速为163m3/h，入口压力为3.8MPa，出口压力则为4.2MPa。

由杜拉公司生产的给水泵的密封，具体型号：2.25in，具体结构图如图1所示。

图1 给水泵的密封结构图

2 锅炉给水泵常见的密封失效现象

根据相关的资料结果显示，锅炉给水泵常见的密封失效现象见表1。

3 典型密封失效现象分析

（1）密封面破损后发生泄漏。在对大量已经破损的密封面进行分析后可以发现，大多数动态化密封面均会出现环形状的沟纹，同时，还有一部分密封面会出现局部变亮的情况，静态化密封面则大多数表现出环状沟纹式的里环，这些沟纹会表现出明显的不均匀状况，另外，有部分密封面会表现出凹坑的情况，并出现扫帚形状的痕迹。有相关的研究结果表明，导致密封面发生磨损的原因是内部进入异物造成，但是，通过后续对密封面的磨损痕迹进行分析，密封面尚未表现出比较大的沟痕，并且以冷凝水为介质，非常干净，这样也就表明，密封面内部进入异物这一原因可以排除，并推测导致泄漏发生的主要原因，是因为密封面内出现了气化而造成。

表1 锅炉给水泵常见的密封失效现象

在对密封腔介质高温水中的性质进行深入分析后，可以发现，其特性如下：在常压的状态下，其呈现为气态，只有当压力加大到临界的情况下，压力高于0.1MPa时，切温度处于临界的状态下，才能以液态的形式存在，同时，温度和压力也是两个不可缺少的条件，除此之外，即使处于临界压力以上，且温度高于临界温度时，也可能会导致介质出现气化的情况。

（2）动环断裂。在本次研究的锅炉给水泵中，主要使用动环作为密封的总WC结构，结构的构成材料以YG6为主，当密封表面出现环状沟纹时，密封面也有可能会发生气化的情况，在这种情况下，密封腔中的介质状态则为液太。当密封腔内的介质进一步细化或水泵保持在抽空状态下，密封也会保持在干摩擦的状态，同时，因为给水泵的转速比较高，也会受到摩擦的影响，而增加密封面表面的温度，从而造成摩擦过热情况的发生。在这种情况下，当重新出现液体时，也会使摩擦副快速被冷却，这样就会造成过强的温度应力，导致动环材料承受的强度达到最大，最终造成裂纹，形成断裂情况。

（3）静环承磨台被磨平。石墨环式密封中的软环，其成磨台的高度，设计为：2.8mm，预期使用寿命为：10000h。但是，在实际的应用过程中磨损速度非常快，而且经常出现被多次磨平的情况，最短的使用时间甚至可以最小化到3d，拆除被抹平后的静环可以发现，与大气相近的净环会表现出碳粉沉积的情况。而造成承磨台发生，破损的情况主要分为两种，第一种是石墨环的质量无法得到保证，从而降低了冷却效果，如果在比较高的温度下进行密封作业，也会降低石墨的性能，最终出现异常磨损的情况。第二种是在密封的使用过程中出现汽化的情况，动环与静环断面中含有的液膜受到了破坏，使两摩擦副之间处于半干摩擦或干摩擦的状态，这样一来，就会加剧磨损程度。

4 密封设计存在的不合理之处以及改造措施

4.1 密封设计存在的不合理之处

（1）密封端偏宽：因为所产生的摩擦热和密封端面的宽度成正比，密封端宽面比较宽，从而增加热量，使封面的温度升高，最终形成气浊。（2）平衡系数较小：平衡系数B比较小，导致密封工作时的可靠性和稳定性比较低，非常有可能会发生喷漏的情况。（3）静环材质的可靠性比较低。（4）弹簧座的结构尺寸设计以及弹簧参数存在问题。（5）换热器存在问题：假如换热器的面积比较小，冲洗液的温度时常高于100℃。（6）冷却水线的配置不合理：与锅炉给水泵的冷却水线来说，经常存在配置不合理的情况，这样一来，不仅会增加工作路的径长，而且在进入冷却器前，也会增加冷却水的温度，导致压力大量损失，最终降低了冷却效果。

4.2 改造方法

（1）重新加工净环：应该将密封面的外径从65.3mm缩小到64.3mm，内径从52.9mm增加到55.3mm，这样一来，宽度也会从最初的6.2mm缩减到4.5mm。（2）提高平衡系数：改造后，应将平衡系数从0.685增加到0.81。（3）改善静环材质：使用石墨金属锑，这样一来，就可以提高极限温度，并进一步提高石墨环的耐磨性和其他性能，避免出现石墨环磨平的情况。（4）改造弹簧参数和弹簧座结构：增加弹簧节距，改变弹簧做的部分结构尺寸，避免弹簧再次出现被压死的情况。（5）改进辅助系统，提高热换器的换热面积。（6）改进冷却水系统，将冷却水线并联，使冷却水可以先经过换热器，这样一来，就可以缩短，冷却路径减少压力的损失，从而有效提高冷却效果。

5 结语

采用上述方法对锅炉给水泵进行改造后，达到满意效果。