机械密封在电厂锅炉给水泵中的应用及故障分析

第32卷第4期2011年4月华电技术HuadianTechnologyV01．33No．4Apr．2011机械密封在电厂锅炉给水泵中的应用及故障分析鄢传武，王章生(华电电力科学研究院，浙江杭州310030)摘要：介绍了印度某热力发电厂锅炉给水泵机械密封的结构及其密封循环液管路的布置，论述了机械密封的工作原理以及机械密封液温度过高对机械密封性能的影响，结合工程实际，分析了密封液泄漏引起其温度过高的原因，提出了相应的解决措施。关键词：机械密封；液体膜；泄漏中图分类号：TH136文献标志码：B文章编号：1674—1951(2011)o4—0055—02O引言印度某热力发电厂1机组配备3台容量为50％的电动锅炉给水泵组，主泵的轴端均采用机械密封。机械密封具有泄漏小、可靠性高、摩擦功耗低和使用寿命长等特点，广泛应用于泵、压缩机等旋转设备。在机组运行过程中，因机械密封液温度过高频繁发生跳泵事故，影响机组安全运行。1给水泵机械密封装置及其辅助冷却系统机械密封是指由至少1对垂直于旋转轴线的端面，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并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置，其结构如图1所示。1．静环0形；2静环座；3．静环；4．动环；5．动环0形圈；6．动环座；7．推环；8．弹簧：9弹簧座图1锅炉给水泵机械密封结构图2为机械密封液的冷却系统简图，由图2可以看出，机械密封液循环回路上设置了磁性过滤器，以防止含有杂质的密封液返回机械密封装置，损坏机械密封装置。密封液回路中还设计了放空气点，收稿日期：2010—09—10以便排出回路中的空气，防止管路振动。图2中的温度元件的作用是监视密封液温度，在锅炉给水泵运行时，如果该温度过高，则分散控制系统DCS(DistributedControlSystem)会产生一个脉冲信号使锅炉给水泵跳闸。磁性滤网冷却水入口机械密封液温度机械密封液入口图2机械密封循环液及其辅助冷却管路布置图2机械密封原理及密封液温度对密封性能的影响如图1所示，机械密封工作时，主要是借助弹簧8来推动推环，而推环推动动环向静环靠近，动环旋转后对动、静环间的液体施加一个周向作用力；同时，由于弹簧的作用，动、静环之间的液体还承受一个轴向作用力。于是，动、静环之间的液体介质在上述2种作用力的作用下形成具有一定压力的液体膜，压力液体膜实现对轴端的密封。根据机械密封结构可知，给水泵运行时，机械密封将与泵同转速运转，旋转的动环与液体膜之间发生强烈的摩擦，从而产生大量的摩擦热，使液体膜温度不断升高。当工作介质温度较高时，局部液体膜温度可能超过其沸点，使液体膜发生汽化，液体膜被破坏后导致动、静环之间产生干摩擦，从而使机械密封失效。·56·华电技术第33卷锅炉给水泵正常工作时，由于给水温度高达170oC左右，所以，锅炉给水泵的机械密封必须配置相应的辅助冷却系统，以实现对密封液的冷却。基于机械密封液体膜压力差的特点，可实现机械密封液的循环流动，并且在循环流动过程中实现密封液的冷却。3机械密封液温度过高的原因分析根据锅炉给水泵机械密封循环回路及其辅助冷却系统的设置，密封冷却液的冷却效果和密封冷却液的流量决定了机械密封液温度是否超标。锅炉给水泵机械密封液冷却器采用表面式换热器，由表面式换热器的特性可知，影响换热器换热效果的主要因素是冷却介质和被冷却介质的流量、进口温度。锅炉给水泵正常工作时，泵端的机械密封循环液的冷却水参数是稳定的。所以，锅炉给水泵的机械密封液温度是否能够稳定在要求的范围内，取决于机械密封液的流量和温度。印度某热力发电厂1机组的3台锅炉给水泵运行时均出现机械密封液温度过高现象，就地检查发现，机械密封液的放空气阀出现泄漏，采取更换放气阀门的措施后，机械密封液温度可以稳定在要求的范围内。图3为该厂锅炉给水泵机械密封液流动示意图，图中：P为截面i处的压力；q为截面i处的质量流量。Pn，qmo密封液冷却器图3给水泵机械密封液流动示意图从图3可以得出q1qm2+g棚，式中：q，为机械密封液抽出质量流量；q为机械密封液输入质量流量；q神为机械密封泄漏量。由流量平衡公式可知，当密封液回路的放气阀处不发生泄漏时，q与q是相等的，当放气阀处发生泄漏时，根据机械密封液膜压力分布规律可知，P，与P恒定。所以，当放气阀发生泄漏时，将使q增大，而q减小。由此可知，当机械密封放空气点发生泄漏时，一方面增加了密封液抽出量，更多的高温给水不停地补充到机械密封腔中，使密封液升温；另一方面减少了冷却后的密封液输入量，经过冷却器的机械密封液流量相对减少，减弱对机械密封断面的冷却效果，最终导致机械密封液温度不断升高。4防止机械密封液温度过高的措施机械密封液温度升高，一方面是由于冷却器冷却效果没有满足要求，另一面是由于密封液循环回路发生泄漏，使有效的循环密封液流量减少，