CN113028064B - 一种高压炉水循环泵机械密封及降压降温系统、方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高压炉水循环泵机械密封及降压降温系统、方法，对于10MPa以上压差的机械密封采用串联两级密封逐级减压，第一级密封采用自循环冷却降温方案，第二级密封采用工程系统配备的中压常温水作为稳压缓冲液冷却密封，同时辅助以双重冷却腔体给密封腔体预先降温。本发明提供的轴封型高压炉水循环泵相对于高温高压屏蔽电泵具有造价低、维修维护方便、成本低的优势，且能够实现在10MPa以上、300℃以上的泵介质工艺条件下长期稳定工作。

Description

一种高压炉水循环泵机械密封及降压降温系统、方法

技术领域

本发明属于能源、冶金、化工行业轴封技术领域，特别涉及一种高压炉水循环泵机械密封及降压降温系统、方法。

背景技术

在能源、冶金和化工行业中，中压、高压锅炉是常见设备，蒸汽出口压力小于10MPa的是中压锅炉、低压锅炉，蒸汽出口压力高于10MPa的是高压锅炉、超高压锅炉。对于中压锅炉的炉水强制循环泵送，工程界一般采用机械密封型悬臂或者两端支撑离心泵，此机械密封用一级密封即可以。而对于高压锅炉的炉水强制循环泵送，工程界一般采用高温高压屏蔽电泵，没有机械密封，可以做到无泄漏，屏蔽电机需要工作于常温介质中，需要采用从泵出口引出一股介质经换热器冷却后穿过屏蔽电机回到泵内，此换热循环为大循环，需要很大的换热面积(5倍于PLAN32换热器面积以上)，热量损失很大，经济性差，并且高温高压屏蔽电泵造价高、维修维护难度高、成本高。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种高压炉水循环泵机械密封及降压降温系统、方法，采用双级机械密封和逐级降压减温的系统方式实现高压炉水循环泵的动密封，实现机械密封可以在10MPa以上、300℃以上的泵介质工艺条件下长期稳定工作，从而完成本发明。

本发明提供的技术方案如下：

第一方面，一种高压炉水循环泵机械密封及降压降温系统，包括靠近泵腔端的第一级机械密封和靠近空气端的第二级机械密封，所述第一级机械密封包括第一级动环、第一级静环和第一级密封壳体，所述第二级机械密封包括第二级动环、第二级静环和第二级密封壳体，所述第一级动环和第二级动环分别固定在第一级轴套和第二级轴套上，随泵轴转动；第一级静环和第二级静环分别固定在第一级密封壳体和第二级密封壳体上，第一级密封壳体和第二级密封壳体密封连接后固定在泵盖上，不随泵轴转动；所述第二级轴套与第一级轴套紧定连接，第二级轴套末端采用抱轴器与泵轴抱紧实施密封旋转部件与泵轴的周向固定和轴向固定；

所述第一级密封壳体上加工有一级密封介质入口FI和一级密封介质出口FO，与第一级机械密封内的第一级密封腔体连通，第一级密封腔体与泵腔连通；所述第二级密封壳体上加工有二级密封介质入口BI和二级密封介质出口BO，与第二级机械密封内的第二级密封腔体连通；

所述第一级机械密封动环上带有泵送环，将介质由第一级密封腔体泵出、进入换热器冷却后回到第一级密封腔体；所述第二级密封腔体内由外部充入工艺缓冲液，工艺缓冲液压力小于第一级密封腔压力。

第二方面，一种高压炉水循环泵机械密封及降压降温系统，通过上述第一方面所述的高压炉水循环泵机械密封及降压降温系统实施，包括：

高压炉水循环泵启动时，第一级机械密封动环上的泵送环将介质由一级密封介质出口FO泵出、进入换热器冷却后经一级密封介质入口FI回到第一级密封腔体，实施第一级机械密封的冷却降温；

由工程系统或者自备中压水站自二级密封介质入口BI向第二级密封腔体内充入工艺缓冲液，控制工艺缓冲液压力小于第一级密封腔压力，由二级密封介质出口BO流出后优选经副冷却腔体入口CI进入副冷却腔体，并通过副冷却腔体出口CO排出，实施第二级机械密封和副冷却腔体的降温；

由外部向主冷却腔体中通入冷却水，实施两级密封腔体的降温隔热。

在高压炉水循环泵停泵状态下时，保持向第二级机械密封和副冷却腔体内充入工艺缓冲液，保持向主冷却腔体中通入冷却水，直至锅炉停止运作。

根据本发明提供的一种高压炉水循环泵机械密封及降压降温系统、方法，具有以下有益效果：

(1)本发明提供的一种高压炉水循环泵机械密封及降压降温系统、方法，采用双级机械密封和逐级降压减温的系统方式实现高压炉水循环泵的动密封，使得轴封型高压炉水循环泵设计方案得以实现，并且节能，所需要的密封缓冲液压力要求不高，便于实现，降低整体密封系统工作环境要求；

(2)本发明提供的一种高压炉水循环泵机械密封及降压降温系统、方法，设置了双重冷却腔体和石墨浮动环密封，由于石墨浮动环密封的阻隔及与双重冷却腔体的冷却作用，使得第一级机械密封所需要的换热器换热面积仅需要0.6m²即可，大幅度节省了热量损失，减少了换热器占地面积，且可保证无论运转状态和停泵状态都可以对第一级机械密封起到背冷的作用，维持一级机械密封的工作所需合理温度条件，保证密封的实现；

(3)本发明提供的一种高压炉水循环泵机械密封及降压降温系统、方法，主冷却腔体设置在泵盖中，副冷却腔体设置在第一级密封壳体中，结构设计紧凑，降低了机械密封及降压降温系统的体积；

(4)本发明提供的一种高压炉水循环泵机械密封及降压降温系统，循环泵为轴封型高压炉水循环泵，相对于高温高压屏蔽电泵具有造价低、维修维护方便、成本低的优势。

附图说明

图1示出本发明一种优选实施方式中高压炉水循环泵机械密封及降压降温系统的结构示意图。

附图标号说明

1-主冷却腔体；2-重副冷却腔体；3-第一级机械密封；31-第一级密封壳体；32-第一级轴套；4-泵盖；5-石墨浮动环密封；6-第二级机械密封；61-第二级密封壳体；62-第二级轴套；7-抱轴器；8-泵送环；9-单向阀；FI-一级密封介质入口；FO-一级密封介质出口；BI-二级密封介质入口；BO-二级密封介质出口；CI-副冷却腔体入口；CO-副冷却腔体出口。

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

为了解决高温高压锅炉炉水强制循环泵送采用高温高压屏蔽电泵带来的换热面积大、热量损失很大、经济性差、造价高、维修维护难度高以及成本高等难题，本发明确定采用机械密封型高温高压炉水循环泵。机械密封型高温高压炉水循环泵通过加厚中压锅炉循环水泵壳体壁厚，配置以高压机械密封来实现。这种泵的设计配置方案在工程领域鲜有相关资料，它的主要难度在于高压差机械密封的设计及降压减温系统的实现。对于10MPa以上压差的机械密封，本发明采用串联两级密封逐级减压，同时辅助以双重冷却腔体给密封腔体预先降温。该轴封型高压炉水循环泵相对于高温高压屏蔽电泵具有造价低、维修维护方便、成本低的优势。具体阐述如下。

根据本发明的第一方面，提供了一种高压炉水循环泵机械密封及降压降温系统，如图1所示，包括靠近泵腔端的第一级机械密封3和靠近空气端的第二级机械密封6，所述第一级机械密封3包括第一级动环、第一级静环和第一级密封壳体31，所述第二级机械密封6包括第二级动环、第二级静环和第二级密封壳体61，所述第一级动环和第二级动环分别通过动环座及紧定螺钉等机械结构固定在第一级轴套32和第二级轴套62上，随泵轴转动；第一级静环和第二级静环分别固定在第一级密封壳体31和第二级密封壳体61上，第一级密封壳体31和第二级密封壳体61密封连接后固定在泵盖4上，不随泵轴转动；所述第二级轴套62通过紧定螺钉与第一级轴套32连接，第二级轴套62末端用楔形抱轴器7与泵轴抱紧实现密封旋转部件与泵轴的周向固定和轴向固定；

所述第一级密封壳体31上加工有一级密封介质入口FI和一级密封介质出口FO，与第一级机械密封3内的第一级密封腔体连通，第一级密封腔体与泵腔连通；所述第二级密封壳体61上加工有二级密封介质入口BI和二级密封介质出口BO，与第二级机械密封6内的第二级密封腔体连通；

所述第一级机械密封动环上带有泵送环8，将介质由第一级密封腔体泵出、进入换热器冷却后回到第一级密封腔体，实现第一级机械密封的冷却降温，既能带走动、静环密封面摩擦热，也能带走高温介质传热导热；所述第二级密封腔体内由外部充入工艺缓冲液实施第一级机械密封的压力稳定以及冷却，缓冲液带走停泵状态下高温介质热传导的热量，维持两级密封腔体的常温状态，工艺缓冲液压力小于第一级密封腔压力，优选为第一级密封腔压力的一半。

本发明中，密封腔体内温度对机械密封效果的实施至关重要，当水的温度高于80℃时，粘度变低，机械密封结合面润滑、冷却及密封性能变差。第一级密封腔体的自循环冷却及第二级密封腔体的工艺缓冲液冷却，能够用于机械密封的实施降温。

在本发明中，所述第一级密封腔体的密封压力为泵腔内介质工作压力(10MPa以上)，第二级密封腔体的密封压力为充入的工艺缓冲液压力，由工程系统或者自备水站提供，压力小于第一级密封腔体压力如为第一级密封腔体压力的一半，这样就降低了第一级机械密封的压差，保证第一级机械密封具有良好的工作压力条件。

在本发明一种优选的实施方式中，所述第一级机械密封3前设置有双重冷却腔体，一重为主冷却腔体1，设置在泵盖4上，由外部通入冷却水，实现两级密封腔体的降温隔热；另一重副冷却腔体2设置在第一级密封壳体31靠近泵腔的一端，优选相较于第一级密封腔体更为靠近泵腔，作为泵盖4与第一级密封壳体31之间的前置夹套。

进一步的，所述第一级密封壳体31上加工有副冷却腔体入口CI和副冷却腔体出口CO，副冷却腔体入口CI与二级密封介质出口BO管路连通，使副冷却腔体2串联接入第二级密封腔体内的工艺缓冲液，这样副冷却腔体2可以实现一级机械密封前的降温冷却。

第二级密封腔体内充入工程系统或者自备中压水站的中压常温介质，工作条件明显改善且稳定，第二级密封腔体维持压力小于第一级密封腔体压力如为第一级密封腔体压力的一半，用以减少第一级机械密封的工作压差，充入的中压常温介质还流入副冷却腔体2内，前后同时给第一级密封腔体冷却降温，无论运转状态和停泵状态都可以起到背冷的作用，维持一级机械密封的工作所需合理温度条件。

在本发明一种优选的实施方式中，所述副冷却腔体2与第一级轴套32间留有径向狭长缝隙，缝隙靠泵腔体一侧设置有石墨浮动环密封5，实现了密封腔体介质与泵腔内高温高压介质的阻隔。由于石墨浮动环密封5的阻隔及与前述双重冷却腔体的冷却作用，高温高压介质向第一级机械密封3的传热导热量很少，又由于第一级机械密封3的封闭腔体连续自循环，故第一级机械密封3所需要的换热器换热面积仅需要0.6m²即可，大幅度节省了热量损失，减少了换热器占地面积。

在本发明一种优选的实施方式中，所述第一级密封腔体和第二级密封腔体之间设置有单向阀9，当锅炉系统运行初期等各种非正常工况原因，汽水压力尚未升高时，第一级密封腔体内压力低于第二级密封腔体内缓冲液压力，单向阀导通，以避免第一级机械密封逆压工作。

根据本发明的第二方面，提供了一种高压炉水循环泵机械密封及降压降温方法，通过上述第一方面所述的高压炉水循环泵机械密封及降压降温系统实施，包括：

高压炉水循环泵启动时，第一级机械密封动环上的泵送环8将介质由一级密封介质出口FO泵出、进入换热器冷却后经一级密封介质入口FI回到第一级密封腔体，实施第一级机械密封3的冷却降温；

由工程系统或者自备中压水站自二级密封介质入口BI向第二级密封腔体内充入工艺缓冲液，控制工艺缓冲液压力小于第一级密封腔压力，由二级密封介质出口BO流出后经副冷却腔体入口CI进入副冷却腔体2，并通过副冷却腔体出口CO排出，实施第二级机械密封6和副冷却腔体2的降温；

由外部向主冷却腔体1中通入冷却水，实施两级密封腔体的降温隔热。

在高压炉水循环泵停泵状态下时，保持向第二级机械密封6和副冷却腔体2内充入工艺缓冲液，保持向主冷却腔体1中通入冷却水，直至锅炉停止运作。

实施例

实施例1

采用图1所示的高压炉水循环泵机械密封及降压降温系统用于10MPa以上、300℃以上高温高压锅炉水的机械动密封，例如广西华谊能源化工有限公司气化岛装置锅炉循环水泵，泵密封腔工作压力最高11.98MPa，泵送介质温度317.4℃，采用了本发明方案所述的技术措施，产品已经通过泵制造厂的各项水压与水力运转试验。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种高压炉水循环泵机械密封及降压降温系统，其特征在于，包括靠近泵腔端的第一级机械密封（3）和靠近空气端的第二级机械密封（6），所述第一级机械密封（3）包括第一级动环、第一级静环和第一级密封壳体（31），所述第二级机械密封（6）包括第二级动环、第二级静环和第二级密封壳体（61），所述第一级动环和第二级动环分别固定在第一级轴套（32）和第二级轴套（62）上，随泵轴转动；第一级静环和第二级静环分别固定在第一级密封壳体（31）和第二级密封壳体（61）上，第一级密封壳体（31）和第二级密封壳体（61）密封连接后固定在泵盖（4）上，不随泵轴转动；所述第二级轴套（62）与第一级轴套（32）紧定连接，第二级轴套（62）末端采用抱轴器（7）与泵轴抱紧实施密封旋转部件与泵轴的周向固定和轴向固定；

所述第一级密封壳体（31）上加工有一级密封介质入口FI和一级密封介质出口FO，与第一级机械密封（3）内的第一级密封腔体连通，第一级密封腔体与泵腔连通；所述第二级密封壳体（61）上加工有二级密封介质入口BI和二级密封介质出口BO，与第二级机械密封（6）内的第二级密封腔体连通；

所述第一级机械密封动环上带有泵送环（8），将介质由第一级密封腔体泵出、进入换热器冷却后回到第一级密封腔体；所述第二级密封腔体内由外部充入工艺缓冲液，工艺缓冲液压力小于第一级密封腔压力。

2.根据权利要求1所述的高压炉水循环泵机械密封及降压降温系统，其特征在于，所述第一级密封腔体的密封压力为泵腔内介质工作压力，第二级密封腔体的密封压力为充入的工艺缓冲液压力，由工程系统或者自备水站提供。

3.根据权利要求1所述的高压炉水循环泵机械密封及降压降温系统，其特征在于，所述第一级机械密封（3）前设置有主冷却腔体（1），主冷却腔体（1）设置在泵盖（4）上。

4.根据权利要求1所述的高压炉水循环泵机械密封及降压降温系统，其特征在于，所述第一级机械密封（3）的第一级密封壳体（31）靠近泵腔的一端设置有副冷却腔体（2）。

5.根据权利要求4所述的高压炉水循环泵机械密封及降压降温系统，其特征在于，所述副冷却腔体（2）相较于第一级密封腔体更为靠近泵腔。

6.根据权利要求4所述的高压炉水循环泵机械密封及降压降温系统，其特征在于，所述第一级密封壳体（31）上加工有副冷却腔体入口CI和副冷却腔体出口CO，副冷却腔体入口CI与二级密封介质出口BO管路连通，使副冷却腔体（2）串联接入第二级密封腔体内的工艺缓冲液。

7.根据权利要求4所述的高压炉水循环泵机械密封及降压降温系统，其特征在于，所述副冷却腔体（2）与第一级轴套（32）间留有径向狭长缝隙，缝隙靠泵腔体一侧设置有石墨浮动环密封（5）。

8.根据权利要求1所述的高压炉水循环泵机械密封及降压降温系统，其特征在于，所述第一级密封腔体和第二级密封腔体之间设置有单向阀（9），第一级密封腔体内压力低于第二级密封腔体内缓冲液压力时，单向阀导通。

9.一种高压炉水循环泵机械密封及降压降温方法，通过权利要求1至8之一所述的高压炉水循环泵机械密封及降压降温系统实施，包括：

高压炉水循环泵启动时，第一级机械密封动环上的泵送环（8）将介质由一级密封介质出口FO泵出、进入换热器冷却后经一级密封介质入口FI回到第一级密封腔体，实施第一级机械密封（3）的冷却降温；

由工程系统或者自备中压水站自二级密封介质入口BI向第二级密封腔体内充入工艺缓冲液，控制工艺缓冲液压力小于第一级密封腔压力，由二级密封介质出口BO流出后经副冷却腔体入口CI进入副冷却腔体（2），并通过副冷却腔体出口CO排出，实施第二级机械密封（6）和副冷却腔体（2）的降温；

由外部向主冷却腔体（1）中通入冷却水，实施两级密封腔体的降温隔热。

10.根据权利要求9所述的高压炉水循环泵机械密封及降压降温方法，其特征在于，在高压炉水循环泵停泵状态下时，保持向第二级机械密封（6）和副冷却腔体（2）内充入工艺缓冲液，保持向主冷却腔体（1）中通入冷却水，直至锅炉停止运作。

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