某水廠取水泵的機械密封改造方案
時間：2016-9-14 來源：浙江省永嘉縣泉達泵閥制造有限公司
1.改造背景
某水司的柳東、柳南、城中水廠于2006年將取水泵全部更換為KSB的OMEGA型單級雙吸離心臥式清水泵，共11臺。該批水泵的軸封形式全部選用填料密封，外接清水用于填料冷卻及潤滑（原水濁度高，水泵循環(huán)水不宜用于填料冷卻及潤滑）。
經(jīng)過幾年的使用，我們發(fā)現(xiàn)在使用過程中存在如下幾個問題：
1.1軸封漏水大，填料壓蓋調(diào)整困難；
1.2更換填料需要拆除泵蓋，增加維修人工及維修強度；
1.3填料切制合適與否受人為因素影響太大，密封質(zhì)量不易控制；
1.4不銹鋼軸套磨損大，更換成本高。
鑒于以上問題，某水司認為有必要將KSB的OMEGA型取水泵的填料密封更換為機械密封，可在一定程度上降低水廠值班人員及水維部人員的工作強度及密度，也可在一定程度上達到節(jié)能降耗的目的。
2.理論分析
機械密封與填料密封相比存在以下優(yōu)缺點：
2.1優(yōu)點：
2.1.1密封可靠，在長期運轉(zhuǎn)中密封狀態(tài)很穩(wěn)定，泄露量很小，其泄露約為填料密封的1%。
2.1.2使用壽命長，在油，水介質(zhì)中一般可達1～2年或更長。
2.1.3摩擦功率消耗小，其摩擦功率僅為填料密封的10%～50%。
2.1.4軸或軸套基本上不摩損。
2.1.5維修周期長.端面磨損后可自動補償，一般情況下不需要經(jīng)常性維修。
2.1.6抗震性好，對旋轉(zhuǎn)軸的振動以及軸對密封腔的偏斜不敏感。
2.1.7適用范圍廣，機械密封能用于高溫，低溫，高壓，真空，不同旋轉(zhuǎn)頻率，以及各種腐蝕介質(zhì)和含磨粒介質(zhì)的密封。
2.2缺點：
2.2.1結(jié)構(gòu)較復雜，對加工要求高，成本較高。
2.2.2安裝與更換比較麻煩，要求工人有一定的技術(shù)水平。
2.2.3發(fā)生偶然性事故時，處理較困難。
3.改造過程
3.1機械密封的選型
根據(jù)OMEGA型水泵的結(jié)構(gòu)及KSB廠家推薦，并考慮到我司維護人員的操作習慣，我司確定選用博格曼的BGM7型機械密封，該機械密封為單端面、非平衡型、任意旋向，密封端面采用碳化硅及石墨，具有應用廣泛、互換性強、結(jié)構(gòu)緊湊、性能可靠等優(yōu)點，運行參數(shù)均符合我司水泵的運行工況。
3.2機械密封各配套零件的加工
3.2.1軸套加工
因原使用填料的軸套已有較大磨損，已不適用于機械密封，故需重新加工，材料選用304不銹鋼。
3.2.2擋套加工
擋套用于定位位于軸套上的機械密封的不銹鋼底座，材料選用304不銹鋼。
3.2.3密封壓蓋加工
密封壓蓋用于放置并定位機械密封的靜環(huán)，材料選用球墨鑄鐵。
3.3機械密封的安裝
此次改造涉及水泵較多，而我司維護人員人手有限，故采取逐廠逐臺的安裝計劃，整個改造耗時較長。但單臺泵的改造則相對簡單，其簡略安裝步驟如下：
3.3.1水泵本身結(jié)構(gòu)不變。
3.3.2拆除原水泵填料函內(nèi)的填料、分水環(huán)及填料壓蓋。
3.3.3拆除原水泵已磨損的軸套。
3.3.4依次安裝軸套、擋套、機械密封及密封壓蓋。
3.3.5堵死原填料密封的冷卻水入水口，機械密封冷卻水改由密封壓蓋上的進水口接入。
從上可知，改造機械密封步驟簡單，一臺水泵的改造需時約1周（包括水泵解體、安裝及調(diào)試）。其改造難點在于其密封端面安裝時受力易崩裂，造成密封失效。
4.改造效果分析
4.1機械密封改造后使用情況
在機械密封改造完成并經(jīng)歷了約3個月的原水高濁過程后，我們發(fā)現(xiàn)：
4.1.1機械密封可靠性高(公眾號:泵管家)，軸封處無泄漏，無需進行調(diào)整，降低了員工的工作強度。同時可靠的密封也有利于提高水泵的水力性能；
4..1.2運行平穩(wěn)，水泵振動與填料密封相比相差不大；
4.1.3軸套無磨損。使用填料密封軸套易磨損，導致密封質(zhì)量下降；
4.1.4機械密封在運行過程中要保持有冷卻高壓水，水壓應在0.2MPa以上，除起冷卻、潤滑作用外，還可有效防止異物進入密封端面。
4.2節(jié)能效果分析
更換水泵的軸封形式，從原理上說僅避免（減少）了泵殼泄漏以及填料和泵軸套間磨擦所造成的能量損耗，節(jié)能效果并不明顯。從水泵改造前后的取水單耗數(shù)據(jù)來看，其下降幅度在0.5%左右。
4.3改造的經(jīng)濟性分析
4.3.1機械密封改造的費用估算：
水泵改造機械密封需新增機械密封壓蓋、機械密封擋套、機械密封、不銹鋼軸套，每臺泵費用約需1.8萬元。因配件為自制，故費用較低，如購買原廠配件，則費用更高。
4.3.2使用填料密封的成本及人工成本估算：
①每臺水泵年更換外填料4次，材料費用約為240元；
②每次每臺水泵每年更換填料的人工費用約為1120元；
③根據(jù)經(jīng)驗，每臺水泵年更換軸套費用約為2667元；
④估算年費用4027元；則11臺泵總費用44297元。
4.3.3使用機械密封的配件成本及人工成本估算：
根據(jù)機場加壓站的機械密封使用經(jīng)驗來看，其機械密封更換周期約為3年，以3年為周期計算，每個機械密封的平均價格約為3000元/個，每次換2個機械密封；換算為年費用約為2000元；則11臺取水泵估算年費用約為22000元。
4.3.4取水單耗下降0.5%所節(jié)約的電費估算：
據(jù)統(tǒng)計，柳東、柳南、城中三水廠的取水量約為6316萬m3；
按三水廠年平均取水單耗78KWh/Km3，電費0.66元/KWh計算，得機械密封改造后的年節(jié)約電費16257.38元。計算可得年節(jié)約費用為 38554.38元，
改造投資回收期為：19.8萬元÷38554.38元/年=5.14年。
5.結(jié)論
此次各水廠取水泵的機械密封改造的經(jīng)濟效益從以上的估算來看并不明顯，但改造的意義甚大，主要表現(xiàn)為：
5.1封的密封可靠性有效提高，有利于水泵水力性能提升；
5.2降低了員工的工作強度。因KSB泵的填料壓蓋呈喇叭型，易與泵殼擠死，造成員工在進行拆卸工作時存在很大困難，且易于形成安全隱患；
某水司的柳東、柳南、城中水廠于2006年將取水泵全部更換為KSB的OMEGA型單級雙吸離心臥式清水泵，共11臺。該批水泵的軸封形式全部選用填料密封，外接清水用于填料冷卻及潤滑（原水濁度高，水泵循環(huán)水不宜用于填料冷卻及潤滑）。
經(jīng)過幾年的使用，我們發(fā)現(xiàn)在使用過程中存在如下幾個問題：
1.1軸封漏水大，填料壓蓋調(diào)整困難；
1.2更換填料需要拆除泵蓋，增加維修人工及維修強度；
1.3填料切制合適與否受人為因素影響太大，密封質(zhì)量不易控制；
1.4不銹鋼軸套磨損大，更換成本高。
鑒于以上問題，某水司認為有必要將KSB的OMEGA型取水泵的填料密封更換為機械密封，可在一定程度上降低水廠值班人員及水維部人員的工作強度及密度，也可在一定程度上達到節(jié)能降耗的目的。
2.理論分析
機械密封與填料密封相比存在以下優(yōu)缺點：
2.1優(yōu)點：
2.1.1密封可靠，在長期運轉(zhuǎn)中密封狀態(tài)很穩(wěn)定，泄露量很小，其泄露約為填料密封的1%。
2.1.2使用壽命長，在油，水介質(zhì)中一般可達1～2年或更長。
2.1.3摩擦功率消耗小，其摩擦功率僅為填料密封的10%～50%。
2.1.4軸或軸套基本上不摩損。
2.1.5維修周期長.端面磨損后可自動補償，一般情況下不需要經(jīng)常性維修。
2.1.6抗震性好，對旋轉(zhuǎn)軸的振動以及軸對密封腔的偏斜不敏感。
2.1.7適用范圍廣，機械密封能用于高溫，低溫，高壓，真空，不同旋轉(zhuǎn)頻率，以及各種腐蝕介質(zhì)和含磨粒介質(zhì)的密封。
2.2缺點：
2.2.1結(jié)構(gòu)較復雜，對加工要求高，成本較高。
2.2.2安裝與更換比較麻煩，要求工人有一定的技術(shù)水平。
2.2.3發(fā)生偶然性事故時，處理較困難。
3.改造過程
3.1機械密封的選型
根據(jù)OMEGA型水泵的結(jié)構(gòu)及KSB廠家推薦，并考慮到我司維護人員的操作習慣，我司確定選用博格曼的BGM7型機械密封，該機械密封為單端面、非平衡型、任意旋向，密封端面采用碳化硅及石墨，具有應用廣泛、互換性強、結(jié)構(gòu)緊湊、性能可靠等優(yōu)點，運行參數(shù)均符合我司水泵的運行工況。
3.2機械密封各配套零件的加工
3.2.1軸套加工
因原使用填料的軸套已有較大磨損，已不適用于機械密封，故需重新加工，材料選用304不銹鋼。
3.2.2擋套加工
擋套用于定位位于軸套上的機械密封的不銹鋼底座，材料選用304不銹鋼。
3.2.3密封壓蓋加工
密封壓蓋用于放置并定位機械密封的靜環(huán)，材料選用球墨鑄鐵。
3.3機械密封的安裝
此次改造涉及水泵較多，而我司維護人員人手有限，故采取逐廠逐臺的安裝計劃，整個改造耗時較長。但單臺泵的改造則相對簡單，其簡略安裝步驟如下：
3.3.1水泵本身結(jié)構(gòu)不變。
3.3.2拆除原水泵填料函內(nèi)的填料、分水環(huán)及填料壓蓋。
3.3.3拆除原水泵已磨損的軸套。
3.3.4依次安裝軸套、擋套、機械密封及密封壓蓋。
3.3.5堵死原填料密封的冷卻水入水口，機械密封冷卻水改由密封壓蓋上的進水口接入。
從上可知，改造機械密封步驟簡單，一臺水泵的改造需時約1周（包括水泵解體、安裝及調(diào)試）。其改造難點在于其密封端面安裝時受力易崩裂，造成密封失效。
4.改造效果分析
4.1機械密封改造后使用情況
在機械密封改造完成并經(jīng)歷了約3個月的原水高濁過程后，我們發(fā)現(xiàn)：
4.1.1機械密封可靠性高(公眾號:泵管家)，軸封處無泄漏，無需進行調(diào)整，降低了員工的工作強度。同時可靠的密封也有利于提高水泵的水力性能；
4..1.2運行平穩(wěn)，水泵振動與填料密封相比相差不大；
4.1.3軸套無磨損。使用填料密封軸套易磨損，導致密封質(zhì)量下降；
4.1.4機械密封在運行過程中要保持有冷卻高壓水，水壓應在0.2MPa以上，除起冷卻、潤滑作用外，還可有效防止異物進入密封端面。
4.2節(jié)能效果分析
更換水泵的軸封形式，從原理上說僅避免（減少）了泵殼泄漏以及填料和泵軸套間磨擦所造成的能量損耗，節(jié)能效果并不明顯。從水泵改造前后的取水單耗數(shù)據(jù)來看，其下降幅度在0.5%左右。
4.3改造的經(jīng)濟性分析
4.3.1機械密封改造的費用估算：
水泵改造機械密封需新增機械密封壓蓋、機械密封擋套、機械密封、不銹鋼軸套，每臺泵費用約需1.8萬元。因配件為自制，故費用較低，如購買原廠配件，則費用更高。
4.3.2使用填料密封的成本及人工成本估算：
①每臺水泵年更換外填料4次，材料費用約為240元；
②每次每臺水泵每年更換填料的人工費用約為1120元；
③根據(jù)經(jīng)驗，每臺水泵年更換軸套費用約為2667元；
④估算年費用4027元；則11臺泵總費用44297元。
4.3.3使用機械密封的配件成本及人工成本估算：
根據(jù)機場加壓站的機械密封使用經(jīng)驗來看，其機械密封更換周期約為3年，以3年為周期計算，每個機械密封的平均價格約為3000元/個，每次換2個機械密封；換算為年費用約為2000元；則11臺取水泵估算年費用約為22000元。
4.3.4取水單耗下降0.5%所節(jié)約的電費估算：
據(jù)統(tǒng)計，柳東、柳南、城中三水廠的取水量約為6316萬m3；
按三水廠年平均取水單耗78KWh/Km3，電費0.66元/KWh計算，得機械密封改造后的年節(jié)約電費16257.38元。計算可得年節(jié)約費用為 38554.38元，
改造投資回收期為：19.8萬元÷38554.38元/年=5.14年。
5.結(jié)論
此次各水廠取水泵的機械密封改造的經(jīng)濟效益從以上的估算來看并不明顯，但改造的意義甚大，主要表現(xiàn)為：
5.1封的密封可靠性有效提高，有利于水泵水力性能提升；
5.2降低了員工的工作強度。因KSB泵的填料壓蓋呈喇叭型，易與泵殼擠死，造成員工在進行拆卸工作時存在很大困難，且易于形成安全隱患；
5.3大大減少了水泵的停泵檢修次數(shù)，有利于保障供水生產(chǎn)。
產(chǎn)品引薦：潛水排污泵
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