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常性維修。
2.1.6抗震性好，對旋轉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，不同旋轉頻率，以及各種腐蝕介質和含磨粒介質的密封。
2.2缺點：
2.2.1結構較復雜，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OMEGA型水泵的結構及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、結構緊湊、性能可靠等優(yōu)點，運行參數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水泵本身結構不變。
3.3.2拆除原水泵填料函內的填料、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據來看，其下降幅度在0.5%左右。
4.3改造的經濟性分析
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根據經驗，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：
根據機場加壓站的機械密封使用經驗來看，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.結論
此次各水廠取水泵的機械密封改造的經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常性維修。
2.1.6抗震性好，對旋轉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，不同旋轉頻率，以及各種腐蝕介質和含磨粒介質的密封。
2.2缺點：
2.2.1結構較復雜，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OMEGA型水泵的結構及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、結構緊湊、性能可靠等優(yōu)點，運行參數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水泵本身結構不變。
3.3.2拆除原水泵填料函內的填料、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據來看，其下降幅度在0.5%左右。
4.3改造的經濟性分析
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根據經驗，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：
根據機場加壓站的機械密封使用經驗來看，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.結論
此次各水廠取水泵的機械密封改造的經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，有利于保障供水生產。
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