浅谈锅炉燃料油泵密封优化改进

刘久城

（中国石油大庆炼化公司检维修中心动设备组，黑龙江 大庆 163411）

1 锅炉燃料油泵的概况及作用

某锅炉装置共有6台燃料油泵，型式为多级离心油泵，3台流量 25m³/h，3台流量 12.5m³/h，扬程均为 380m，温度为95℃。主要作用是为锅炉燃烧提供燃料，一般运行状态是一大一小2台泵，便可保证锅炉的正常运行。燃料油泵原介质为渣油，为节能降耗，2015年5月将介质改为催化油浆。介质改变后，燃料油泵密封的频繁故障，均不能达到正常使用寿命，统计2015～2020年，燃料油泵密封泄漏故障共发生28次，仅2019～2020年上半年就发生了16次，给锅炉的安全平稳运行带来了巨大的隐患。

2 燃料油泵密封频繁泄漏原因分析

2.1 原燃料油泵密封结构

原燃料油泵密封为单端面机械密封，动环为补偿环，冲洗方案为Plan11，即冲洗管从第一级壳体引出（一级叶轮出口压力），接入机封压盖，对机封摩擦副进行冲洗（密封腔压力估算值：0.3MPa）。

图1 原机械密封结构图

2.2 泄漏密封检查情况

燃料油泵密封泄漏后，拆卸检查发现，泄漏的密封主要有两个共性问题：动环组件和静环组件存在大量的油焦物质；动静摩擦副存在一定磨损痕迹。

图2 故障密封

2.3 密封泄漏原因分析

2.3.1 动静摩擦副磨损

机械密封基本原理：机械密封在正常使用时，由于磨损的存在，都存在一定量的泄漏。(API规定泄漏量应小于5.6g/h)。机械密封动静环端面之所以能够实现密封，主要来自与动静环端面形成具有一定稳定性的液膜，即端面液膜的稳定性越高，密封性越好，密封泄漏越小，密封寿命越长。

该燃料油泵单端面密封的端面液膜由介质本身形成，由于该泵的泵送介质为催化油浆（组分重，且含有催化剂颗粒），难以形成稳定的密封液膜。

尽管该单密封端面已经选择硬对硬的方案，但是，经过一段时间运转后，颗粒物质还是会造成端面的不可逆磨损，尤其是密封端面经过一定时间的磨损后，密度液膜稳定性更差，更容易导致密封泄漏。

2.3.2 补偿机构结焦失弹

燃料油泵输送介质为催化油浆，介质内含有催化剂等灰分，是一种不能溶解的粉末，伴随油浆进入机封密封面处，形成滞留沉积而凝固结焦，使动环与轴套黏接并卡死，进而造成补偿机构失弹，动静摩擦副贴合不良，密封泄漏。

同时，在燃料油泵热备状态下，密封冲洗不能建立循环，固体杂质和油焦淤积于密封腔中，动静环处更易结焦失弹，因而发生过机泵在热备状态下突发泄漏。

3 密封系统优化改进方案

3.1 改进思路

（1）根据2.3.1原因的分析，要想延长密封使用寿命，必须改善密封端面的工作环境，那么用另一种介质代替油浆就势在必行。使用另外一种介质代替油浆，密封就必须设计成双端面密封结构。

而这种介质选取必须符合机泵的工况要求：燃料油泵内不允许进水，但是可以允许微量白油进入（每小时小于5.6g）；白油的端面液膜稳定性比水及催化油浆更好。故这种介质考虑使用白油。故选取一路比密封腔处介质压力稍高的白油对密封进行冲洗，让白油代替介质，在一级端面处形成稳定的液膜，且彻底杜绝介质外漏隐患。

（2）根据2.3.2原因的分析，要想杜绝密封结焦，就必须把补偿机构与油浆隔离开，从根本上解决补偿机构补偿失效的问题。

3.2 改进方案

3.2.1 密封结构设计

（1）选用串联的双端密封结构，使冲洗白油在一级和二级密封之间形成一个白油密封腔，同时要求冲洗白油压力高于一级密封腔工作压力（0.3MPa），这样一级密封摩擦副就会在压差的作用下形成80%以上的白油液膜，二级密封为100%白油液膜，极大地改善了密封的工作环境，也为密封寿命的延长提供了良好的条件。同时由于密封油的压力始终高于密封腔处燃料油压力，故可以实现介质零泄漏。

图3 泄漏的密封

（2）一级密封端面和补偿机构采用密闭结构，使其与油浆隔离，从根本上杜绝密封端面和补偿机构结焦失弹问题。

3.2.2 密封辅助系统设计

（1）密封冲洗白油需要加压到高于一级密封腔工作压力（0.3MPa）的合适压力（0.5MPa左右），需要增加一路氮气对白油加压，故二级冲洗方案可以考虑使用53A或53B。

（2）53A方案需要在泵房内增加氮气管网，改造施工工作量大、难度大；而且一级密封要形成稳定状态的液膜，需要根据现场机泵实际运行情况，手动调节冲洗白油的压力，系统上需安装溢流调节阀，溢流出的氮气在相对密闭的泵房内存在安全隐患，故冲洗方案应选取白油压力调节便捷且安全可靠的53B方案。

（3）同时53B采用囊式蓄能器可以防止加压气体和隔离液相接触，这就避免了加压气体被隔离液吸收，使密封可以用于高压操作工况。

（4）最后根据现场机泵实际运行情况、封油压力变化（泄漏）情况，适当调节白油的工作压力，使其达到一个相对稳定的平衡状态。

4 使用效果及小结

燃料油泵本次密封优化改进的内容为将单端改为双端结构，冲洗方案由Plan11改为Plan53B，同时根据机泵的运行情况以及封油压力变化（泄漏情况），通过后期现场调试，成功摸索到白油压力为0.55MPa时，系统能达到相对稳定的平衡状态。2020年初最早改造的两台机泵已运行1年未发生密封泄漏故障，截至目前，所有燃料油泵均已改造完成，目前运行效果良好。