评估碳环替代品

运营商应调查每种选择的利弊,以确定最适合他们应用的产品。

作者:Peter Zanini

通用蒸汽轮机的操作员早就指出了传统碳环密封的缺点。 一个缺点是碳环内孔处的磨损,这会逐渐增加轴间隙和蒸汽泄漏,以及导致定期更换—每年四次。 尽管有这些缺点,但碳环仍是通用蒸汽轮机密封的标配。 由于碳环安装简单,并且整套更换成本不足 1,000 美元,因此用碳环保持密封的成本似乎不高。

但还要考虑与碳环的磨损和潜在断裂相关的其他成本,包括因蒸汽流失导致的水成本上升,以及因润滑油污染和较高工作温度导致的轴承性能下降。

对于着眼于减少蒸汽泄漏并提高设备可靠性的操作员,市场上提供了碳环的两种主要替代品:机械密封和浮动刷式密封。

机械密封

通用蒸汽轮机中使用的机械密封是干气密封的衍生品。 一个密封面上的独特轮廓(螺旋槽)吸入蒸汽,这会产生压力坝,从而将旋转和固定的密封面稍微分开,形成非接触式水膜密封界面。 产生的泄漏非常小,仅以百万分之一为单位进行测量。

机械密封的设计与传统碳环截然不同,这需要对轮机的现有填料盒配置进行重大修改。 在蒸汽室和填料盒为单独部件的蒸汽轮机上,可用螺栓将机械密封组件固定到蒸汽室的任一端,以替代碳环填料盒。 在蒸汽室和填料盒为一体的轮机上,需要进行大量机械加工才能安装机械密封。

除修改填料盒外,还可能需要修改轮机轴,以便固定该密封的旋转组件。 机械密封的最终设置需要仔细与转子和外壳对齐,以确保旋转与固定密封面之间实现正确密封。

用于更换进气和排气填料盒的一套机械密封的硬件成本在 20,000 美元到 30,000 美元之间。 在硬件、安装和停机成本方面,机械密封升级很容易花费新轮机价格一半以上的费用。

机械密封的使用寿命直接受蒸汽质量的影响。 为减轻冷凝水的形成,机械密封最好在干蒸汽条件和连续工作周期下工作。 即使在这样的环境中,蒸汽杂质也会随时间在压力坝处结晶,这将增加密封面分离和泄漏。

轮机静止时,间歇性工作周期会促进在蒸汽管线、蒸汽室和填料盒中形成冷凝水。

尽管操作员可在启动前将冷凝水从系统中吹出,但残留的冷凝水可对机械密封造成问题。 冷凝水闪蒸为气体(这完全可以描述为一次小的爆炸)会严重破坏密封面。

浮动刷式密封

替代碳环的第二种选择是浮动刷式密封 (FBS)。 FBS 将碳封与包裹在轻型不锈钢带中的刷式密封技术相结合。 该技术可承受住冷凝水闪蒸,同时提供更低、更稳定的泄漏率。

作为浮动密封,FBS 往往比其他选择更能容忍振动、轴承故障和径向移动。 刷式密封作为主轴密封,其面对着高压蒸汽。 该密封可立即降低压力,同时其刷丝可过滤掉蒸汽污染物,从而保护下游碳环。 FBS 的碳环可提供靠着下游压盖壁或隔板的密封面。

FBS 适合与碳环相同的空间,可直接替代碳环。 该密封采用分体式设计,其两段通过卡紧弹簧固定在一起。 在某些应用中,其自对中组件可使您无需执行相关的对准程序。

受过碳环替换培训的操作员可将碳环替换成 FBS,FBS 只有两段,而碳环有三段。

由于将蒸汽轮机完全升级到 FBS 技术所需的费用不超过机械密封硬件和安装费用的一半,甚至可能是其四分之一,因此对于许多操作员而言,FBS 可能是一种更具成本效益的选择。

工厂必须评估哪种碳环替换的备选方案符合所有必要条件:适用于工作条件,包括蒸汽质量和工作周期;可充分减少蒸汽流失;具有更高的可靠性;投资和维护成本低。

关于作者:

Peter Zanini 是负责 Inpro/Seal 及其母公司沃科夏轴承公司刷式密封的业务开发和产品线总监。 他拥有伍斯特理工学院机械工程理学士学位。 如欲联系 Zanini,可拨打 860-673-4096 或发送电子邮件至 pzanini@waukbearing.com。