某水厂取水泵的机械密封改造方案
时间：2016-9-14 来源：浙江省永嘉县泉达泵阀制造有限公司
1.改造背景
某水司的柳东、柳南、城中水厂于2006年将取水泵全部更换为KSB的OMEGA型单级双吸离心卧式清水泵，共11台。该批水泵的轴封形式全部选用填料密封，外接清水用于填料冷却及润滑（原水浊度高，水泵循环水不宜用于填料冷却及润滑）。
经过几年的使用，我们发现在使用过程中存在如下几个问题：
1.1轴封漏水大，填料压盖调整困难；
1.2更换填料需要拆除泵盖，增加维修人工及维修强度；
1.3填料切制合适与否受人为因素影响太大，密封质量不易控制；
1.4不锈钢轴套磨损大，更换成本高。
鉴于以上问题，某水司认为有必要将KSB的OMEGA型取水泵的填料密封更换为机械密封，可在一定程度上降低水厂值班人员及水维部人员的工作强度及密度，也可在一定程度上达到节能降耗的目的。
2.理论分析
机械密封与填料密封相比存在以下优缺点：
2.1优点：
2.1.1密封可靠，在长期运转中密封状态很稳定，泄露量很小，其泄露约为填料密封的1%。
2.1.2使用寿命长，在油，水介质中一般可达1～2年或更长。
2.1.3摩擦功率消耗小，其摩擦功率仅为填料密封的10%～50%。
2.1.4轴或轴套基本上不摩损。
2.1.5维修周期长.端面磨损后可自动补偿，一般情况下不需要经常性维修。
2.1.6抗震性好，对旋转轴的振动以及轴对密封腔的偏斜不敏感。
2.1.7适用范围广，机械密封能用于高温，低温，高压，真空，不同旋转频率，以及各种腐蚀介质和含磨粒介质的密封。
2.2缺点：
2.2.1结构较复杂，对加工要求高，成本较高。
2.2.2安装与更换比较麻烦，要求工人有一定的技术水平。
2.2.3发生偶然性事故时，处理较困难。
3.改造过程
3.1机械密封的选型
根据OMEGA型水泵的结构及KSB厂家推荐，并考虑到我司维护人员的操作习惯，我司确定选用博格曼的BGM7型机械密封，该机械密封为单端面、非平衡型、任意旋向，密封端面采用碳化硅及石墨，具有应用广泛、互换性强、结构紧凑、性能可靠等优点，运行参数均符合我司水泵的运行工况。
3.2机械密封各配套零件的加工
3.2.1轴套加工
因原使用填料的轴套已有较大磨损，已不适用于机械密封，故需重新加工，材料选用304不锈钢。
3.2.2挡套加工
挡套用于定位位于轴套上的机械密封的不锈钢底座，材料选用304不锈钢。
3.2.3密封压盖加工
密封压盖用于放置并定位机械密封的静环，材料选用球墨铸铁。
3.3机械密封的安装
此次改造涉及水泵较多，而我司维护人员人手有限，故采取逐厂逐台的安装计划，整个改造耗时较长。但单台泵的改造则相对简单，其简略安装步骤如下：
3.3.1水泵本身结构不变。
3.3.2拆除原水泵填料函内的填料、分水环及填料压盖。
3.3.3拆除原水泵已磨损的轴套。
3.3.4依次安装轴套、挡套、机械密封及密封压盖。
3.3.5堵死原填料密封的冷却水入水口，机械密封冷却水改由密封压盖上的进水口接入。
从上可知，改造机械密封步骤简单，一台水泵的改造需时约1周（包括水泵解体、安装及调试）。其改造难点在于其密封端面安装时受力易崩裂，造成密封失效。
4.改造效果分析
4.1机械密封改造后使用情况
在机械密封改造完成并经历了约3个月的原水高浊过程后，我们发现：
4.1.1机械密封可靠性高(公众号:泵管家)，轴封处无泄漏，无需进行调整，降低了员工的工作强度。同时可靠的密封也有利于提高水泵的水力性能；
4..1.2运行平稳，水泵振动与填料密封相比相差不大；
4.1.3轴套无磨损。使用填料密封轴套易磨损，导致密封质量下降；
4.1.4机械密封在运行过程中要保持有冷却高压水，水压应在0.2MPa以上，除起冷却、润滑作用外，还可有效防止异物进入密封端面。
4.2节能效果分析
更换水泵的轴封形式，从原理上说仅避免（减少）了泵壳泄漏以及填料和泵轴套间磨擦所造成的能量损耗，节能效果并不明显。从水泵改造前后的取水单耗数据来看，其下降幅度在0.5%左右。
4.3改造的经济性分析
4.3.1机械密封改造的费用估算：
水泵改造机械密封需新增机械密封压盖、机械密封挡套、机械密封、不锈钢轴套，每台泵费用约需1.8万元。因配件为自制，故费用较低，如购买原厂配件，则费用更高。
4.3.2使用填料密封的成本及人工成本估算：
①每台水泵年更换外填料4次，材料费用约为240元；
②每次每台水泵每年更换填料的人工费用约为1120元；
③根据经验，每台水泵年更换轴套费用约为2667元；
④估算年费用4027元；则11台泵总费用44297元。
4.3.3使用机械密封的配件成本及人工成本估算：
根据机场加压站的机械密封使用经验来看，其机械密封更换周期约为3年，以3年为周期计算，每个机械密封的平均价格约为3000元/个，每次换2个机械密封；换算为年费用约为2000元；则11台取水泵估算年费用约为22000元。
4.3.4取水单耗下降0.5%所节约的电费估算：
据统计，柳东、柳南、城中三水厂的取水量约为6316万m3；
按三水厂年平均取水单耗78KWh/Km3，电费0.66元/KWh计算，得机械密封改造后的年节约电费16257.38元。计算可得年节约费用为 38554.38元，
改造投资回收期为：19.8万元÷38554.38元/年=5.14年。
5.结论
此次各水厂取水泵的机械密封改造的经济效益从以上的估算来看并不明显，但改造的意义甚大，主要表现为：
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降低了员工的工作强度。因KSB泵的填料压盖呈喇叭型，易与泵壳挤死，造成员工在进行拆卸工作时存在很大困难，且易于形成安全隐患；
某水司的柳东、柳南、城中水厂于2006年将取水泵全部更换为KSB的OMEGA型单级双吸离心卧式清水泵，共11台。该批水泵的轴封形式全部选用填料密封，外接清水用于填料冷却及润滑（原水浊度高，水泵循环水不宜用于填料冷却及润滑）。
经过几年的使用，我们发现在使用过程中存在如下几个问题：
1.1轴封漏水大，填料压盖调整困难；
1.2更换填料需要拆除泵盖，增加维修人工及维修强度；
1.3填料切制合适与否受人为因素影响太大，密封质量不易控制；
1.4不锈钢轴套磨损大，更换成本高。
鉴于以上问题，某水司认为有必要将KSB的OMEGA型取水泵的填料密封更换为机械密封，可在一定程度上降低水厂值班人员及水维部人员的工作强度及密度，也可在一定程度上达到节能降耗的目的。
2.理论分析
机械密封与填料密封相比存在以下优缺点：
2.1优点：
2.1.1密封可靠，在长期运转中密封状态很稳定，泄露量很小，其泄露约为填料密封的1%。
2.1.2使用寿命长，在油，水介质中一般可达1～2年或更长。
2.1.3摩擦功率消耗小，其摩擦功率仅为填料密封的10%～50%。
2.1.4轴或轴套基本上不摩损。
2.1.5维修周期长.端面磨损后可自动补偿，一般情况下不需要经常性维修。
2.1.6抗震性好，对旋转轴的振动以及轴对密封腔的偏斜不敏感。
2.1.7适用范围广，机械密封能用于高温，低温，高压，真空，不同旋转频率，以及各种腐蚀介质和含磨粒介质的密封。
2.2缺点：
2.2.1结构较复杂，对加工要求高，成本较高。
2.2.2安装与更换比较麻烦，要求工人有一定的技术水平。
2.2.3发生偶然性事故时，处理较困难。
3.改造过程
3.1机械密封的选型
根据OMEGA型水泵的结构及KSB厂家推荐，并考虑到我司维护人员的操作习惯，我司确定选用博格曼的BGM7型机械密封，该机械密封为单端面、非平衡型、任意旋向，密封端面采用碳化硅及石墨，具有应用广泛、互换性强、结构紧凑、性能可靠等优点，运行参数均符合我司水泵的运行工况。
3.2机械密封各配套零件的加工
3.2.1轴套加工
因原使用填料的轴套已有较大磨损，已不适用于机械密封，故需重新加工，材料选用304不锈钢。
3.2.2挡套加工
挡套用于定位位于轴套上的机械密封的不锈钢底座，材料选用304不锈钢。
3.2.3密封压盖加工
密封压盖用于放置并定位机械密封的静环，材料选用球墨铸铁。
3.3机械密封的安装
此次改造涉及水泵较多，而我司维护人员人手有限，故采取逐厂逐台的安装计划，整个改造耗时较长。但单台泵的改造则相对简单，其简略安装步骤如下：
3.3.1水泵本身结构不变。
3.3.2拆除原水泵填料函内的填料、分水环及填料压盖。
3.3.3拆除原水泵已磨损的轴套。
3.3.4依次安装轴套、挡套、机械密封及密封压盖。
3.3.5堵死原填料密封的冷却水入水口，机械密封冷却水改由密封压盖上的进水口接入。
从上可知，改造机械密封步骤简单，一台水泵的改造需时约1周（包括水泵解体、安装及调试）。其改造难点在于其密封端面安装时受力易崩裂，造成密封失效。
4.改造效果分析
4.1机械密封改造后使用情况
在机械密封改造完成并经历了约3个月的原水高浊过程后，我们发现：
4.1.1机械密封可靠性高(公众号:泵管家)，轴封处无泄漏，无需进行调整，降低了员工的工作强度。同时可靠的密封也有利于提高水泵的水力性能；
4..1.2运行平稳，水泵振动与填料密封相比相差不大；
4.1.3轴套无磨损。使用填料密封轴套易磨损，导致密封质量下降；
4.1.4机械密封在运行过程中要保持有冷却高压水，水压应在0.2MPa以上，除起冷却、润滑作用外，还可有效防止异物进入密封端面。
4.2节能效果分析
更换水泵的轴封形式，从原理上说仅避免（减少）了泵壳泄漏以及填料和泵轴套间磨擦所造成的能量损耗，节能效果并不明显。从水泵改造前后的取水单耗数据来看，其下降幅度在0.5%左右。
4.3改造的经济性分析
4.3.1机械密封改造的费用估算：
水泵改造机械密封需新增机械密封压盖、机械密封挡套、机械密封、不锈钢轴套，每台泵费用约需1.8万元。因配件为自制，故费用较低，如购买原厂配件，则费用更高。
4.3.2使用填料密封的成本及人工成本估算：
①每台水泵年更换外填料4次，材料费用约为240元；
②每次每台水泵每年更换填料的人工费用约为1120元；
③根据经验，每台水泵年更换轴套费用约为2667元；
④估算年费用4027元；则11台泵总费用44297元。
4.3.3使用机械密封的配件成本及人工成本估算：
根据机场加压站的机械密封使用经验来看，其机械密封更换周期约为3年，以3年为周期计算，每个机械密封的平均价格约为3000元/个，每次换2个机械密封；换算为年费用约为2000元；则11台取水泵估算年费用约为22000元。
4.3.4取水单耗下降0.5%所节约的电费估算：
据统计，柳东、柳南、城中三水厂的取水量约为6316万m3；
按三水厂年平均取水单耗78KWh/Km3，电费0.66元/KWh计算，得机械密封改造后的年节约电费16257.38元。计算可得年节约费用为 38554.38元，
改造投资回收期为：19.8万元÷38554.38元/年=5.14年。
5.结论
此次各水厂取水泵的机械密封改造的经济效益从以上的估算来看并不明显，但改造的意义甚大，主要表现为：
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降低了员工的工作强度。因KSB泵的填料压盖呈喇叭型，易与泵壳挤死，造成员工在进行拆卸工作时存在很大困难，且易于形成安全隐患；
5.3大大减少了水泵的停泵检修次数，有利于保障供水生产。
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