火電廠煙氣脫硫泵機(jī)械密封常見故障分析

  火電廠濕法煙氣脫硫工藝是采用石灰石或石灰作為吸收劑，與鍋爐尾部煙氣在噴淋塔內(nèi)接觸反應(yīng)，使石灰漿液中的鈣同煙氣中的SO2反應(yīng)生成石膏，同時(shí)去除煙氣中的其它污染物。煙氣脫硫泵系統(tǒng)中使用的泵軸封全部為機(jī)械密封，且大部分是無(wú)沖洗水機(jī)械密封。脫硫泵廠家介紹火電廠煙氣脫硫泵此類機(jī)械密封能否可靠運(yùn)行直接關(guān)系到泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，是泵至關(guān)重要的零部件。

  一. 煙氣脫硫裝置介質(zhì)特點(diǎn)

  鍋爐排放的煙氣溫度較高(180℃)，相對(duì)濕度3%，含煤和各種腐蝕性成分，如SO2、NO2、HCl及鹽霧，漿液中含有20000~60000ppm的Cl-，漿液的pH值大約在4~9之間，漿液中含有石灰石、石膏的濃度為20~35%，含固體量有時(shí)高達(dá)60%。固體大粒徑為1mm，溫度高可達(dá)70℃。

  二. 煙氣脫硫裝置用泵及機(jī)械密封現(xiàn)狀

  脫硫系統(tǒng)用泵按其性能特點(diǎn)大致分為三類：一類是大型循環(huán)漿液泵，流量4000~9800m3/h，揚(yáng)程18~27m；一類是石灰制漿系統(tǒng)及石膏排出用小型泵，流量15~100m3/h，揚(yáng)程25~70m；其它為輔助系統(tǒng)用工藝水泵，流量100~300m3/h，揚(yáng)程30~65m。前兩類為脫硫系統(tǒng)的重要設(shè)備，尤其是大型循環(huán)漿液泵每臺(tái)機(jī)組裝置配備3~4臺(tái)，價(jià)格昂貴，無(wú)備用泵，可靠性要求較高。這些泵的機(jī)械密封原來(lái)一直采用進(jìn)口的機(jī)械密封，價(jià)格昂貴，備件供貨時(shí)間較長(zhǎng)，而國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家提供的機(jī)械密封普遍會(huì)發(fā)生不同程度的泄漏。

  三. 脫硫泵機(jī)械密封失效分析

  脫硫系統(tǒng)泵采用的機(jī)械密封通常為為彈簧推進(jìn)式，依靠動(dòng)環(huán)與軸、靜環(huán)與泵殼（壓蓋）之間的靜密封以及動(dòng)、靜環(huán)之間相對(duì)旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)摩擦的端面之間的接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)密封。兩端面之間的泄漏是密封失效的主因。

  機(jī)械密封的失效主要不是由于設(shè)計(jì)原理上的失誤，而是由于動(dòng)靜環(huán)兩個(gè)端面間的摩擦損壞，端面的損壞包括黏附磨損、磨料磨損、磨蝕、表面磨損、沖刷磨損。這些現(xiàn)象在脫硫系統(tǒng)的機(jī)械密封中均有體現(xiàn)。

  石灰石漿液工況。由于脫硫工藝的需要，石灰石漿液的密度為1230kg/m3（固含量30%），由于石灰石粉密度小，具有黏附性和荷電性，導(dǎo)致石灰石粉粒流通不暢（比如結(jié)塊、搭橋等）。在該工況下需要硫化風(fēng)機(jī)向石灰石倉(cāng)內(nèi)鼓入一定壓力的氣體（氣體壓力一般為0.2~0.5MPa）攪拌石灰石粉，使石灰石粉呈流態(tài)化。

  石膏漿液工況。吸收塔持液槽內(nèi)是反應(yīng)后的石膏漿液，為了便于石膏的形成（從亞硫酸鈣進(jìn)一步氧化成硫酸鈣），通過(guò)氧化空氣風(fēng)機(jī)向槽內(nèi)鼓入足夠的氧氣（因?yàn)闊煔庵兴难鯕獠蛔阋詽M足氧化需要），這樣導(dǎo)致漿液中含有大量的氣泡。

  石膏、石灰石這兩種漿液中含有大量空氣，密封腔內(nèi)機(jī)械密封的工作面附近漿液壓力低，從而使汽泡體積膨脹，使密封端面得不到很好的冷卻、潤(rùn)滑，甚至造成密封端面間潤(rùn)滑膜汽化形成干摩擦，損壞了密封面的光潔度、平直度，從而造成泄漏。一旦含顆粒的漿料從密封端面間通過(guò)就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的磨料磨損，反過(guò)來(lái)又更加損害端面狀況從而形成惡性循環(huán)以至完全失效。有時(shí)干摩擦產(chǎn)生的高溫使O型圈碳化，使SiC環(huán)熱裂損壞出現(xiàn)龜裂紋。

  由于種種原因，例如為了節(jié)約投資和運(yùn)行成本而省去沖洗水系統(tǒng)、監(jiān)控設(shè)備、節(jié)約水資源等原因而要求的“無(wú)水密封”，決不是指密封端面間可以干摩擦，而是指依靠介質(zhì)本身來(lái)冷卻、潤(rùn)滑端面，使介質(zhì)中的液體成分在端面間形成一層既不同于軸承的完全液體潤(rùn)滑，也不是干摩擦的所謂“邊界潤(rùn)滑”狀態(tài)。因此充分地讓端面間摩擦面接觸液體介質(zhì)很重要。
  四. 采取的措施

  針對(duì)以上惡劣的工況，分別針對(duì)機(jī)械密封設(shè)計(jì)、泵設(shè)計(jì)和泵現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行采取措施。

  4.1 機(jī)械密封設(shè)計(jì)上采取的措施

  4.1.1 機(jī)械密封摩擦副選材

  根據(jù)統(tǒng)計(jì)，機(jī)械密封的泄漏大約有80~95%是由于密封端面摩擦副造成的，除了要保持密封面平行之外，關(guān)鍵在于摩擦副的材料選取。

  摩擦副材料用于脫硫工況必須要具備足夠的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、耐蝕性、耐溫性、耐沖擊性和疲勞強(qiáng)度等，且具有良好的耐干磨性、自潤(rùn)滑性。其中，耐磨性、耐蝕性和抗熱裂性能是主要的要求，綜合衡量摩擦副各種材料后，選擇了碳化硅(SiC)材料。

  4.1.2 機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)

  機(jī)械密封結(jié)構(gòu)采用單端面、平衡型、外裝式，考慮運(yùn)行過(guò)程中漿液不穩(wěn)定，為防止沖擊摩擦副，動(dòng)靜環(huán)采用整體式碳化硅，不采用鑲嵌式碳化硅。

  根據(jù)工況的性質(zhì)，對(duì)于易結(jié)晶、易凝固和高粘度的介質(zhì)，我們選擇大彈簧靜止式結(jié)構(gòu)，不選擇小彈簧結(jié)構(gòu)。因?yàn)樾椈扇菀妆还腆w物堵塞，高粘度介質(zhì)會(huì)使小彈簧彈力受損。大彈簧結(jié)構(gòu)由原來(lái)外露在外改為用夾套包住，防止外面的污物進(jìn)入從而影響彈簧的補(bǔ)償能力，并正確選擇彈簧的剛度和數(shù)目，保持靜環(huán)的追隨性。

  計(jì)算合理的彈簧比壓，保證機(jī)械密封在投入運(yùn)行后即能順利打開動(dòng)靜環(huán)接觸面，能夠在動(dòng)靜環(huán)之間有微小的間隙，形成一層水膜，不致于使摩擦副直接接觸而產(chǎn)生干摩。

  4.2 脫硫泵設(shè)計(jì)上采取的措施

  4.2.1 葉輪設(shè)計(jì)

  針對(duì)石灰石漿液和石膏漿液中存在的氣泡，采取在泵的葉輪上鉆排氣孔的方法，使得泵在運(yùn)行過(guò)程中漿液從高壓區(qū)向低壓區(qū)循環(huán)，避免漿液中的氣泡在動(dòng)靜環(huán)周圍聚集，形成干摩擦。

  4.2.2 間隙設(shè)計(jì)

  為了使?jié){液快速地大量進(jìn)入機(jī)械密封腔體，使冷卻密封副達(dá)到的效果，在葉輪和后護(hù)板之間加大間隙，一般掌握在3~8mm。

  4.2.3 密封腔體設(shè)計(jì)

  摩擦副運(yùn)轉(zhuǎn)后會(huì)產(chǎn)生大量的熱，為保證有足夠的漿液進(jìn)行冷卻循環(huán)以帶走摩擦副摩擦產(chǎn)生的熱量，可以將機(jī)械密封的腔體加大。

  4. 3 泵啟停前后采取的措施

  現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為在啟動(dòng)泵前首先將進(jìn)口閥門打開5min，使?jié){液充分進(jìn)入泵和機(jī)械密封的腔體之后才可開啟泵，以防止?jié){液未能到達(dá)摩擦副周圍就開啟泵而造成干摩擦。

  停泵后現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)開啟反沖洗水，一般不小于0.8MPa，反沖時(shí)間不少于5min，以將黏附在摩擦副周圍的漿液顆粒沖洗干凈，確保下次啟動(dòng)泵前無(wú)固體顆粒干巴在摩擦副上，并防止?jié){料在O型橡膠圈的間隙內(nèi)滯留、板結(jié)。

  五. 選擇自平衡機(jī)械密封

  自平衡機(jī)械密封是宙斯泵業(yè)的特有技術(shù)，密封結(jié)構(gòu)見右圖。

  該密封使用橡膠鼓形圈取代了以往的金屬?gòu)椈桑麄€(gè)密封結(jié)構(gòu)都不存在金屬件，無(wú)被液體腐蝕之憂。