在中型到大型(200到1000 +兆瓦[MW])化石燃料发电厂中发BETVICTOR体育官网现的高压锅炉循环泵对机械密封的应用条件具有挑战性，密封腔室压力范围为每平方英寸压力表(psig) 3000磅，或207巴(表压)，工艺水温度高达700华氏度(371摄氏度)。
这些泵通常是BETVICTOR体育官网单级立式泵，设计用于提供高流量和低压差，在单个锅炉机组上安装2到5个这样的泵。这些泵通BETVICTOR体育官网常安装在并联配置中，对于维持锅炉中均匀的温度分布至关重要，通常没有安装备用泵。因此，一台或多台泵的故障需要相应比例地降低受影响锅炉机组的输出功率，这BETVICTOR体育官网可能会在短时间内造成较大的运行损失。此外，这些泵的泵轴密封在电厂内代表着一个安全隐患，因为灾难性的密封失效可能导致大量快速BETVICTOR体育官网膨胀的过热蒸汽逸出。
图1:控制泄漏系统的填料箱布置(图片由Flowserve提供)之前的密封解决方案采用了一种控制泄漏的系统，使用压缩填料或单一机械密封，结合一系列浮动击穿衬套和Plan 32外部冲洗，在衬套的工艺侧提供高压冷水，将泵轴密封与热工艺隔离。BETVICTOR体育官网安装这些系统的泵被发现热效率低，能源成本高，用水量高，维护成本高。
由于应用的挑战、操作成本和风险，采用Plan 23/52辅助密封支撑系统的双级机械密封在很大程度上取代了成本更高、安全性更差的控制泄漏系统。
图2:典型的双级高压密封双级机械密封系统采用双密封设计。这些密封在过程密封和内部(IB)密封之间有一个Plan 23，以保持密封室的凉爽。在IB密封和舷外(OB)密封之间还有一个部分加压的Plan 52，用于在IB密封和OB密封上施加压力。
这是通过使用压力控制阀(PCV)来实现的，该阀可以将Plan 52中的压力降低到工艺压力的一半左右，降低并平衡作用于每组机械密封面上的压差，以提高密封的可靠性。
在其核心部分，双级机械密封的辅助支撑系统(面板)由Plan 23密封冷却器、Plan 52密封冷却器和调节系统内压力的PCV组成。
为了增加密封系统的可靠性，辅助支撑系统通常包括磁选机、压力传感器、温度传感器、液位开关、过滤器、蓄能器和其他用于监控和自动化辅助系统的项目。
除了上面描述和设计的稳态条件外，还必须考虑扰动条件。锅炉循环泵系统内的扰动条件可能包括垂直泵中蒸汽积聚引起的干运行条件、系统温度变化引起的压力波动、高压启动和比正常温度漂移更大的扰动。BETVICTOR体育官网为了在上述任何条件下获得最大的可靠性，密封面材料对是金属化碳对反应结合碳化硅。选择金属化碳是因为它是最耐用的自润滑表面材料，是最宽容的在打乱条件下，特别是干运行。密封面采用有限元分析(FEA)设计，以确保密封面在稳态运行期间(当两个密封之间的工艺压力分阶段时)和仅在一个密封上施加全部工艺压力时保持稳定。
图3:带有PCV阀的简化密封系统面板为了进一步提高安全性，每个机械密封都被设计成如果两个密封中的一个完全失效，可以处理整个过程的压力。在单个密封失效的情况下，剩余的密封只能工作很短的时间(最多一个月)，以便计划和实施维护，从而减少锅炉机组负荷的需求。
每个密封都需要内部循环功能，以确保密封面板中的辅助密封冷却器(计划23和52)有适当的流动。确保密封冷却器正确排气是防止气锁(由于管道中的气泡造成的流动损失)发生的关键。通常，带有液位指示器的高点气体蓄能器用于提醒操作人员系统可能需要排气以防止气锁发生。
在稳定运行状态下，Plan 23和52通常工作在100华氏度到140华氏度(38摄氏度到60摄氏度)之间。作为最佳实践，热电偶(和本地温度计)应该放置在Plan 23和52密封冷却器的进口和出口，以监测系统温度，并提醒系统操作人员可能出现的流经面板的问题，这些问题可能导致温度升高和密封寿命缩短。由于锅炉循环水可能会收集污染物，Plan 23通常配备一个磁选机来收集任何可能导致Plan 23机械堵塞或IB密封过早磨损的氧化铁材料。
图4和图5:优化后密封面温度的典型有限元分析(左)。典型磨损机头载荷的有限元分析(右)。通过具有本地读数的压力传感器进行压力监测也是监测机械密封和支撑系统健康状况的关键。
在每个方案23和52密封冷却器系统上至少应该有一个压力传感器，合理地选择位置以确认PCV的正确运行。压力监测将使系统操作人员能够跟踪任何PCV问题，并监测机械密封的健康状况。
图6:平面图23/52的典型辅助支撑系统(面板)案例研究
南加州的一个化石燃料发电厂的三个锅炉循环泵的密封系统表现不佳，经常出现维护问题和热效率问题。BETVICTOR体育官网他们最初使用填料密封泵轴，并已改为单一机械密封。
两者都使用了浮动击穿衬套和Plan 32外部冲洗注水系统。
为了升级系统，他们安装了一个双级机械密封和Plan 23/52辅助密封支撑系统，提高了设备的可用性和工厂的效率。它通过允许操作人员将锅炉“装瓶”(即有效地将锅炉水保持在较高的备用温度)而提高了操作的灵活性和峰值发电量，而不需要密封冷却水注入或辅助锅炉给水泵。BETVICTOR体育官网
升级到双级机械密封和辅助系统的好处是提高了效率和设备可用性，包括:
- 通过每台泵每分钟节省15至25加仑(gpm)或57至95升(lpm)给水泄漏的热效率提高，以及热备用操作期间加热水/蒸汽的保留，降低了成本。
- 取消了Plan 32密封冷却注水系统管路和增压泵，从而降低了运行和维护成本。BETVICTOR体育官网
- 通过取消冷水注入，提高了操作灵活性和机组启动时间。
- 减少了严重的服务任务的影响，并提供了安装备份密封与分段双密封。
- 通过单独的Plan 23和52管道回路，优化密封冷却和压力控制，实现低维护和可靠运行。
- 几乎消除了水和蒸汽泄漏相关的安全问题。
三个锅炉循环泵升级的财务效益和预计成本节约约为1.1亿美元，预计投资回报不到半年。
虽然锅炉循环泵的密封是一个挑战，但升级到双级机械密封和Plan BETVICTOR体育官网23/52辅助支撑系统可以提高安全性，降低维护和运行成本，并增加计划维护之间的时间间隔。
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