給水泵機械密封吐水溫度異常分析與處理

1 背景

給水泵機械密封是水泵密封關鍵部件， 它是由一對相對運動的密封環及其元件組成， 並依靠其端面之間的緊密接觸形成的微小的液環起到密封作用。 泵高速運轉時， 動、靜環兩端面之間工作液由於摩擦作用產生熱量， 將動環和靜環摩擦產生的熱量匯出， 如圖1所示， 通過螺旋式套管冷卻器冷卻後， 將工作液吸入到機械密封腔內部， 熱量由螺旋套管傳遞給閉式冷卻水。

2 問題描述

在機組運行過程中發現， 機械密封工作液吐出端溫度異常升高， 如圖2所示， 在泵轉速4250r/min， 現場測溫發現機械密封工作液吐出端溫度高達57℃，

吸入端溫度42℃， 隨著轉速升高， 工作液吐出端溫度頻繁接近報警值， 嚴重威脅機組安全運行。 針對此問題上一般考慮問題可能因為磁性篩檢程式髒汙造成工作液流量降低從而使溫度上升， 但是本次磁性篩檢程式解體檢查後未發現明顯雜質， 更換新磁性篩檢程式濾網後， 仍然沒有解決溫度異常的問題。

左圖1機械密封工作液冷卻示意圖（順流式）

右圖2 機械密封冷卻水調整前傳熱端差圖

其中：

A-機械密封工作液吸入端；

B-機械密封工作液吐出端；

C-閉式冷卻水進口；

D-閉式冷卻水出口。

3 原因分析與改進

經過現場分析發現， 如圖3安裝接點所示， 螺旋套管上面四個介面依次為機械密封工作液吸入端A、機械密封工作液吐出端B、閉式冷卻水進口C、閉式冷卻水出口D。 螺旋套管一直採用的是順流式換熱方式， 根據換熱器順逆流方式比較可知， 逆流換熱的對數平均溫差較大， 對於熱物性相同的兩種工質， 相同的換熱係數K和換熱面積A,對數平均溫差越大△tm越大， 換熱量Φ越大， 螺旋冷卻套管換熱效率也就越高。

根據上述理論分析， 利用停機檢修機會， 將冷卻套管換熱方式進行調整， 由原來的順流式換熱改進為逆流換熱方式。 改進後， 如下圖機械密封冷卻示意圖4所示。

圖3 機械密封冷卻套管現場安裝接點圖

左圖4 機械密封工作液冷卻示意圖（逆流式）

右圖5 機械密封冷卻水調整後傳熱端差圖

4 結論

將螺旋冷卻套管改為逆流換熱後， 在相同的轉速條件下，逆流式換熱其對數平均溫差△tm=13.4℃，相比順流式對數平均溫差△tm=11.4℃，溫差升高了2℃，換熱量增加了17.5%，因此，機械密封吸入端溫度由原來的42℃降低至37.8℃,吐出端溫度由57℃降低至52.4℃，降幅明顯。通過上述冷卻器的順、逆流換熱方式的定量分析表明，不同換熱方式對冷卻效果影響較大。

在相同的轉速條件下，逆流式換熱其對數平均溫差△tm=13.4℃，相比順流式對數平均溫差△tm=11.4℃，溫差升高了2℃，換熱量增加了17.5%，因此，機械密封吸入端溫度由原來的42℃降低至37.8℃,吐出端溫度由57℃降低至52.4℃，降幅明顯。通過上述冷卻器的順、逆流換熱方式的定量分析表明，不同換熱方式對冷卻效果影響較大。