劉久城

（中國石油大慶煉化公司檢維修中心動設(shè)備組，黑龍江 大慶 163411）

1 鍋爐燃料油泵的概況及作用

某鍋爐裝置共有6臺燃料油泵，型式為多級離心油泵，3臺流量 25m3/h，3臺流量 12.5m3/h，揚程均為 380m，溫度為95℃。主要作用是為鍋爐燃燒提供燃料，一般運行狀態(tài)是一大一小2臺泵，便可保證鍋爐的正常運行。燃料油泵原介質(zhì)為渣油，為節(jié)能降耗，2015年5月將介質(zhì)改為催化油漿。介質(zhì)改變后，燃料油泵密封的頻繁故障，均不能達到正常使用壽命，統(tǒng)計2015～2020年，燃料油泵密封泄漏故障共發(fā)生28次，僅2019～2020年上半年就發(fā)生了16次，給鍋爐的安全平穩(wěn)運行帶來了巨大的隱患。

2 燃料油泵密封頻繁泄漏原因分析

2.1 原燃料油泵密封結(jié)構(gòu)

原燃料油泵密封為單端面機械密封，動環(huán)為補償環(huán)，沖洗方案為Plan11，即沖洗管從第一級殼體引出（一級葉輪出口壓力），接入機封壓蓋，對機封摩擦副進行沖洗（密封腔壓力估算值：0.3MPa）。

圖1 原機械密封結(jié)構(gòu)圖

2.2 泄漏密封檢查情況

燃料油泵密封泄漏后，拆卸檢查發(fā)現(xiàn)，泄漏的密封主要有兩個共性問題：動環(huán)組件和靜環(huán)組件存在大量的油焦物質(zhì)；動靜摩擦副存在一定磨損痕跡。

圖2 故障密封

2.3 密封泄漏原因分析

2.3.1 動靜摩擦副磨損

機械密封基本原理：機械密封在正常使用時，由于磨損的存在，都存在一定量的泄漏。(API規(guī)定泄漏量應(yīng)小于5.6g/h)。機械密封動靜環(huán)端面之所以能夠?qū)崿F(xiàn)密封，主要來自與動靜環(huán)端面形成具有一定穩(wěn)定性的液膜，即端面液膜的穩(wěn)定性越高，密封性越好，密封泄漏越小，密封壽命越長。

該燃料油泵單端面密封的端面液膜由介質(zhì)本身形成，由于該泵的泵送介質(zhì)為催化油漿（組分重，且含有催化劑顆粒），難以形成穩(wěn)定的密封液膜。

盡管該單密封端面已經(jīng)選擇硬對硬的方案，但是，經(jīng)過一段時間運轉(zhuǎn)后，顆粒物質(zhì)還是會造成端面的不可逆磨損，尤其是密封端面經(jīng)過一定時間的磨損后，密度液膜穩(wěn)定性更差，更容易導(dǎo)致密封泄漏。

2.3.2 補償機構(gòu)結(jié)焦失彈

燃料油泵輸送介質(zhì)為催化油漿，介質(zhì)內(nèi)含有催化劑等灰分，是一種不能溶解的粉末，伴隨油漿進入機封密封面處，形成滯留沉積而凝固結(jié)焦，使動環(huán)與軸套黏接并卡死，進而造成補償機構(gòu)失彈，動靜摩擦副貼合不良，密封泄漏。

同時，在燃料油泵熱備狀態(tài)下，密封沖洗不能建立循環(huán)，固體雜質(zhì)和油焦淤積于密封腔中，動靜環(huán)處更易結(jié)焦失彈，因而發(fā)生過機泵在熱備狀態(tài)下突發(fā)泄漏。

3 密封系統(tǒng)優(yōu)化改進方案

3.1 改進思路

（1）根據(jù)2.3.1原因的分析，要想延長密封使用壽命，必須改善密封端面的工作環(huán)境，那么用另一種介質(zhì)代替油漿就勢在必行。使用另外一種介質(zhì)代替油漿，密封就必須設(shè)計成雙端面密封結(jié)構(gòu)。

而這種介質(zhì)選取必須符合機泵的工況要求：燃料油泵內(nèi)不允許進水，但是可以允許微量白油進入（每小時小于5.6g）；白油的端面液膜穩(wěn)定性比水及催化油漿更好。故這種介質(zhì)考慮使用白油。故選取一路比密封腔處介質(zhì)壓力稍高的白油對密封進行沖洗，讓白油代替介質(zhì)，在一級端面處形成穩(wěn)定的液膜，且徹底杜絕介質(zhì)外漏隱患。

（2）根據(jù)2.3.2原因的分析，要想杜絕密封結(jié)焦，就必須把補償機構(gòu)與油漿隔離開，從根本上解決補償機構(gòu)補償失效的問題。

3.2 改進方案

3.2.1 密封結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）選用串聯(lián)的雙端密封結(jié)構(gòu)，使沖洗白油在一級和二級密封之間形成一個白油密封腔，同時要求沖洗白油壓力高于一級密封腔工作壓力（0.3MPa），這樣一級密封摩擦副就會在壓差的作用下形成80%以上的白油液膜，二級密封為100%白油液膜，極大地改善了密封的工作環(huán)境，也為密封壽命的延長提供了良好的條件。同時由于密封油的壓力始終高于密封腔處燃料油壓力，故可以實現(xiàn)介質(zhì)零泄漏。

圖3 泄漏的密封

（2）一級密封端面和補償機構(gòu)采用密閉結(jié)構(gòu)，使其與油漿隔離，從根本上杜絕密封端面和補償機構(gòu)結(jié)焦失彈問題。

3.2.2 密封輔助系統(tǒng)設(shè)計

（1）密封沖洗白油需要加壓到高于一級密封腔工作壓力（0.3MPa）的合適壓力（0.5MPa左右），需要增加一路氮氣對白油加壓，故二級沖洗方案可以考慮使用53A或53B。

（2）53A方案需要在泵房內(nèi)增加氮氣管網(wǎng)，改造施工工作量大、難度大；而且一級密封要形成穩(wěn)定狀態(tài)的液膜，需要根據(jù)現(xiàn)場機泵實際運行情況，手動調(diào)節(jié)沖洗白油的壓力，系統(tǒng)上需安裝溢流調(diào)節(jié)閥，溢流出的氮氣在相對密閉的泵房內(nèi)存在安全隱患，故沖洗方案應(yīng)選取白油壓力調(diào)節(jié)便捷且安全可靠的53B方案。

（3）同時53B采用囊式蓄能器可以防止加壓氣體和隔離液相接觸，這就避免了加壓氣體被隔離液吸收，使密封可以用于高壓操作工況。

（4）最后根據(jù)現(xiàn)場機泵實際運行情況、封油壓力變化（泄漏）情況，適當(dāng)調(diào)節(jié)白油的工作壓力，使其達到一個相對穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。

4 使用效果及小結(jié)

燃料油泵本次密封優(yōu)化改進的內(nèi)容為將單端改為雙端結(jié)構(gòu)，沖洗方案由Plan11改為Plan53B，同時根據(jù)機泵的運行情況以及封油壓力變化（泄漏情況），通過后期現(xiàn)場調(diào)試，成功摸索到白油壓力為0.55MPa時，系統(tǒng)能達到相對穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。2020年初最早改造的兩臺機泵已運行1年未發(fā)生密封泄漏故障，截至目前，所有燃料油泵均已改造完成，目前運行效果良好。