侧进式搅拌器密封损坏分析 1.docx

侧进式搅拌器密封损坏分析 1.docx

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侧进式搅拌器密封损坏分析1

三期脱硫侧进式搅拌器故障分析

一、设备概述

我厂2×600MW机组烟气脱硫工程由北京国电龙源环保工程有限公司总承包，其中#6机组脱硫于2007年01月23日上午通过168小时试运行，#7机组脱硫于2007年06月06日通过168小时试运行。

在脱硫系统中设计安装有20台侧进式搅拌器，#6、#7炉脱硫吸收塔分别安装有8台3.5＂侧进式搅拌器、事故浆液箱安装有4台3.0＂侧进式搅拌器。

其作用是将罐体内部具有一定浓度的石膏浆液均匀搅拌，防止沉淀堆积。

二、设备介绍

1、布置方式：

吸收塔侧进式搅拌器布置方式分上、下两层，各4台，上层安装标高7.7m，下层安装标高2.1m，均为下倾斜10°±0.5°，沿吸收塔壁圆周顺时针旋转4.3°安装。

事故浆液箱侧进式搅拌器布置方式为一层4台，安装标高1.6m，下倾斜10°±0.5°，沿事故浆液箱外壁圆周顺时针旋转4.3°安装，以下为分布图：

2、相关参数：

搅拌器转速：

150~160r/min（就地秒表实测）

搅拌器叶片类型：

片式水翼型

叶片材质：

2507不锈钢

机械密封类型：

5870无溢出筒形密封型（即原厂家所给型号）

搅拌器旋转方向：

电机侧看转向为顺时针

厂家：

美国sharpe（深圳蓝本代理）

配用电机功率：

37kw

电机额定转速：

975r/min

电机额定电流：

70.3A

3.5＂与3.0＂侧进式搅拌器区别为大轴直径不同，相应带座轴承、机械密封、叶轮内径也不相同，其它参数均相同。

3、设备结构图

电机与搅拌器通过轴头部位不同直径的槽轮皮带连接，减速带动搅拌器低速运行，由机械密封将罐体（吸收塔或事故浆液箱）内部石膏浆液与外界相隔。

搅拌器运行要求：

严禁搅拌器在叶轮浸入浆液前或空载启动，严禁搅拌器逆时针旋转。

三、设备现状：

2007年投运至今更换机械密封55套，更换进口机械密封38套，更换国产机械密封17套，更换带座轴承115套。

一般情况下更换一套机械密封，相对应带座轴承更换为两套。

机械密封先后使用厂家为：

美国sharpe（原厂家）、瑞典roplan、河南宝晟（国产）、江苏武进（国产），其中美国sharpe（原厂家）使用了两代产品，区别为第一代机械密封无轴承，第二代机械密封设计内含轴承。

响应厂部国产化号召，于2009年12月#7脱硫吸收塔E侧进式搅拌器试用江苏武进国产机械密封后，现逐渐将其它侧进式搅拌器损坏部件（包含带座轴承）国产化。

下列为#6、#7炉脱硫吸收塔及事故浆液箱侧进式搅拌器机械密封更换记录统计，统计数据来源检修记录，统计时间为2007年168试运至今

#6炉脱硫吸收塔侧进式搅拌器机械密封更换统计图：

#7炉脱硫吸收塔侧进式搅拌器机械密封更换统计图：

事故浆液箱侧进式搅拌器机械密封更换统计图：

下列为我厂脱硫侧进式搅拌器使用的机械密封图片

注：

河南宝晟还提供了国产机械密封，与江苏武进外观形式相同，江苏武进机械密封是仿造美国sharpe第一代机械密封设计制作。

江苏武进国产机械密封价格现为19000元/套，瑞典roplan价格约为江苏武进国产机械密封的3倍左右，美国sharpe价格约为江苏武进国产机械密封的4倍以上。

该机械密封为国内生产（无轴承），由江苏武进提供

通过以上机械密封照片，可发现我厂脱硫系统中侧进式搅拌器使用了五种机械密封，但设计结构原理基本一致，以下为江苏武进机械密封示意图：

电机通过槽轮上的三角带使搅拌器运行，从而带动机械密封轴套及动环同步旋转，由于静环在弹簧组的作用下，使其与动环之间始终保持密封闭合状态。

搅拌器内外轴承（带座轴承）、机械密封与轴配合方式为间隙配合，通过锁紧环上螺栓紧固，将搅拌器大轴抱死。

现我厂脱硫侧进式搅拌器在使用中出现的故障：

1、搅拌器近期浆液泄漏频繁，#6炉脱硫吸收塔浆液箱搅拌器机械密封泄漏尤为严重；

2、搅拌器大轴轴承位磨损次数频繁；

3、搅拌器内外轴承、机械密封拆卸困难；

4、搅拌器机械密封在线带负荷更换困难，部分机械密封不可实现；

5、搅拌器机械密封定位夹等螺栓备件采购困难；

四、原因分析

1、搅拌器轴承、大轴及机封损坏原因分析

我厂脱硫侧进式搅拌器带座轴承原设计为英制规格双列圆锥滚子轴承，原生产厂家为Timken，分DTI和DTO两种型号：

TDI型轴承包含一个整体式（双）外圈和两个独立内圈，轴承既可作为固定端，也可作为浮动端在轴承座孔内浮动，以补偿轴的热膨胀；TDO型轴承包含一个整体式（双）内圈和两个独立外圈，其功能与TDI基本一致。

对照Timken轴承手册查找得出：

3.0＂搅拌器（事故浆液箱）轴承型号为：

E-PF-TRB-3

3.5＂搅拌器（吸收塔）轴承型号为：

E-PF-TRB-3

轴承样式如下图：

在我厂脱硫系统中，侧进式搅拌器使用的带座轴承原为TDI型轴承，后续国产化后，我们对其使用过的旧轴承进行解体，发现轴承为TDO型，且少量为球面滚子轴承，轴承座外观安装尺寸与原厂家相同，以下为实物图片：

前两张为TDO轴承，外圈可分离，第三张为球面滚子轴承。

按照原厂家提供的侧进式搅拌器安装操作手册中，轴承安装前需在轴承轴套与轴接合面处应涂抹乐泰LOCTITEC5-A铜基抗咬合润滑剂，但实际中，由于后续设备易损件国产化，对应配件厂家人员现场指导安装均使用的是#2锂基脂，搅拌器通过连续长周期运行，再次对其进行检修中发现轴承、机械密封均无法正常拆卸，拆卸后的轴承位表面及轴套内表面存有锈迹，且因接合面锈死，在顶出轴承座时，轴承座安装背板承受轴向推力加大，超过其允许应力范围，使之变形弯曲。

经资料查证，乐泰LOCTITEC5-A铜基抗咬合润滑剂，其作用是使铜及石墨悬浮在高性能的润滑脂中，保护金属部件，防止生锈、腐蚀、磨损、擦伤及咬合，便于拆卸及安装。

实际上就是将两个金属面进行隔绝，并长期保持一定湿度润滑，而锂基脂主要作用在于润滑，也可起到隔绝作用，但在现场环境中运行，易沾染灰尘及腐蚀性气体，使用一段时间后会在表明形成明显的硬质物体。

在此环境下使用寿命较抗咬合剂短，也就是耐后性能差。

当润滑脂性能作用失效后，给拆卸带来很大困难，出现以上所述背板变形弯曲情况。

在变形弯曲的机架背板上安装轴承，运行一段时间后，使得搅拌器轴承轴套定位环与轴发生松动，磨损其大轴轴承位。

在搅拌器轴承轴套定位环与轴非锁紧状态时会出现以下情况：

当搅拌器启动时，由于水翼式叶片克服浆液阻力旋转，浆液同时给叶轮一个反作用力，即向外的轴向推力，机械密封动环部件上的轴套因与轴为锁紧状态，也随之产生与轴相同的向外轴向力，此时动环将推动静环轴向位移，压缩静环弹簧组，使动静环接合面始终保持密封状态。

由于搅拌器安装方式为叶轮侧下倾斜10°±0.5°，当搅拌器停运后由于轴承内套锁紧环未将搅拌器轴抱死（即轴为非锁紧状态），因其自身的重力会向罐体内部轻微移动，这时的机械密封会出现两种情况：

一是恢复到初始状态，搅拌器机械密封无浆液泄漏；二是搅拌器机械密封有浆液泄漏。

搅拌器机械密封、内轴承、外轴承三点之间正常使用下为相对的同一中心状态，当搅拌器支架背板由于某些原因变形弯曲，会直接影响其同心度，搅拌器在同心度偏差过大状态下运行，扰动加大，轴承轴套上锁紧环紧固螺栓会随着时间推移而松动，使轴承轴套与轴之间不仅产生相对周向位移，磨损搅拌器大轴轴承位，使径向配合间隙值增加，让机械密封承载额外径向载荷，且在搅拌器启、停状态下或运行中轴向位移量也会增加，特别是在运行过程中机械密封静环弹簧组承受收缩压力增大，甚至超过其允许工作范围，在此种状态下搅拌器停运，静环弹簧组因不能恢复至初始状态，机械密封将发生浆液泄漏。

当机械密封发生以上示意图泄漏情况时，因搅拌器安装方式为叶轮侧下倾斜10°±0.5°，且机械密封动环轴套与轴为间隙配合，在其接合面存在间隙，并未完全密封，如向外泄漏，部分石膏浆液会回流至机封轴套与轴接合面中，致使拆卸过程中机械密封轴套无法退出。

2、搅拌器机械密封在线带负荷更换困难原因分析

首先看一下我厂脱硫使用的各种机械密封的区别。

区别一：

在我厂脱硫系统中侧进式搅拌器使用的机械密封按密封方式可分为两种，一种为轴向密封方式；另一种为径向密封方式。

如图所示，图一为轴向密封形式，图二为径向密封形式。

我厂脱硫搅拌器使用的机械密封中瑞典roplan、美国sharpe第一代及第二代使用图二形式机械密封，也就是该搅拌器原设计密封形式；河南宝晟和江苏武进国产机械密封使用图一形式机械密封。

即对应图二实物图

对应图一实物图

此为江苏武进国产机械密封轴向O型密封圈安装部位

区别二：

在我厂脱硫系统中侧进式搅拌器使用的机械密封按尺寸也可分为两种，如下图所示

图三：

图四：

我厂脱硫搅拌器使用的机械密封中瑞典roplan、美国sharpe第一代及第二代使用图四尺寸的机械密封，也是该搅拌器原设计密封形式；河南宝晟和江苏武进国产机械密封使用图三尺寸的机械密封。

按原厂家搅拌器安装运行手册中要求，进行轴回缩程序时的尺寸为35mm左右（轴回缩程序中机械密封位置不变），图四所示可满足要求，图三不能满足要求。

现我厂脱硫搅拌器库存及后续更换的机械密封均为图一所示的密封尺寸，当轴回缩时因机械密封头部尺寸大于罩杯内径，会出现无法进入到罩杯内部，从而导致罩杯无法与机架孔板内壁进行密封，在线更换此类机械密封无法实现。

按搅拌器安装运行手册中要求更换机械密封时，如搅拌器机架孔板内侧（即吸收塔内部）浆液堆积在其表面产生一定厚度，当使用图一密封形式机械密封时，

区别三：

我厂脱硫系统中侧进式搅拌器使用的机械密封，按结构分可分为带轴承和不带轴承两种，其作用可参照区别四中所述。

区别四：

我厂脱硫系统中侧进式搅拌器使用的机械密封，按还可分为带密封定位夹和不带密封定位夹，如下列实物照片所示：

从以上图片可看出带轴承的机械密封没有定位夹，带定位夹的机械密封没有轴承，在原厂家美国sharpe设计中有定位夹的为第一代机械密封，有轴承的为第二代机械密封，另美国sharpe第一代机械密封与国产相比较机封定位夹在外形上有所区别，总之无论定位夹或轴承，均为在机械密封拆卸及安装过程中起到中心定位作用。

区别五：

国产机械密封与进口机械密封材质性能问题

2010年5月13日#7炉脱硫吸收塔E侧进式搅拌器机械密封，为江苏武进在我厂试用的第一套产品，因国产带座轴承损坏后，搅拌器中心偏差过大而泄漏，机械密封泄漏后检修班组对其进行解体，发现静环弹簧组有石膏浆液堆积弹簧不能恢复至初始状态，致使机械密封动静环之间不能闭合密封而漏浆，动静环完好无损坏，清洗静环弹簧组，回装搅拌器，试运两天后发现搅拌器再次泄漏，解体后发现静环弹簧组弹簧部分不能回位，6月23日更换机械密封。

2009年12月5日#7炉脱硫吸收塔G侧进式搅拌器更换sharpe第二代机械密封，同上原因带座轴承损坏使后搅拌器中心偏差过大，于2012年6月12日泄漏，解体发现静环弹簧组有石膏浆液堆积，动静密封环完好无损坏，清洗后回装，使用至今无泄漏。

上述情况国产和进口机械密封各发生两次，都是因带座轴承损坏而引起的机械密封泄漏，国产机械密封检修后均无法继续使用，而进口机械密封经检修后均可继续使用，且进口机械密封经检修后可持续长周期运行无泄漏。

从以上四点区别可以判定国产机械密封不满足在线更换条件。

我厂使用的侧进式搅拌器机械密封需要非常干净的环境进行安装，才能保证机械密封良好的密封性及中心位置。

如强行带浆在线更换国产机械密封，不仅会造成机械密封各密封部件（O型密封圈）擦伤，而且还会造成带座轴承与机械密封中心偏差过大，降低机械密封使用寿命。

另在线更换国产机械密封因其结构尺寸原因，使得检修人员需要带浆作业，而吸收塔内部浆液温度在70~80℃左右，并伴有腐蚀性气体，不仅对检修人员有非常大的伤害，且带浆更换机械密封存在较大设备系统安全风险，现今检修班组个别人员对脱硫区域腐蚀性气体有过敏等不良反应。

3、搅拌器部分备件采购困难

下图为机械密封固定夹螺栓，其作用是与固定夹一起将机械密封固定在机孔板上。

该螺栓为1/2＂美标英制螺纹，材质316L不锈钢，与英制牙距存在差别，现我厂脱硫搅拌器机械密封固定夹螺栓及螺孔因使用年限已久，在装配过程中螺纹均有不同程度损伤，需更换螺栓及购买对应丝锥，我部门分别于2010年及2013年两次向深圳蓝本寻求提供相应螺栓备件，但厂家给予回复为该螺栓及固定夹为机械密封配套件。

综上所述，

1、我厂脱硫侧进式搅拌器建议使用原厂家配件进行安装，保证设备长周期安全运行；

2、除去特殊原因以外（轴承损坏），国产机械密封使用寿命约为6~18个月不等，进口机械密封使用周期为5~6年以上，其中#6炉脱硫吸收塔C、G、H分别于2009年2月、2010年7月、2008年1月更换，#7吸收塔侧进式搅拌器B、C、分别于2009年4月、2008年8月更换，至今运行正常。

如国产机械密封按平均使用寿命一年计算，进口机械密封使用寿命按5年计算，如运行5年，不难计算出一台每年可节约3800元，吸收塔侧进式搅拌器共16台，不仅每年可节约60800元，且进口机械密封更能保证设备长周期稳定运行。

3、现#6脱硫侧进式搅拌器A、B、E，#7吸收塔侧进式搅拌器E机架背板弯曲变形，经现场校正后仍有偏差，建议采购整套机架进行更换。

4、检修人员培训力度不够，对设备了解不透彻，未完全按照原厂家安装操作手册中的工艺要求及程序进行检修维护。