兖矿荣信化工有限公司气化渣水系统使用的高温热水泵为ZDF自平衡多级离心泵，其主要作用是将蒸发热水塔换热后的高温灰水送至水洗塔，以对水煤气进行降温、洗涤。每套气化系统配置2台高温热水泵，一开一备，其结构及性能参数如下。
高温热水泵：ZDF360-73-6P型6级转子对置式耐腐蚀自平衡离心泵，泵体密封环、节流套、节流衬套等均为反螺旋槽密封结构，轴端设置无接触迷宫螺旋密封；设计流量360 m3/h，扬程730 m，入口压力0.8 MPa，出口压力7.19 MPa；泵送介质为气化高温（171 ℃左右）灰水，含固量（上限）0.5%（质量分数）。
机械密封：采用API682离心泵和转子泵密封系统标准A型机械密封，即单级、内置、旋转、平衡、集装式推环机械密封；挠性元件为旋转式，密封副为反应烧结碳化硅对碳化硅（SiC-SiC），辅助密封为氟弹性体O形圈密封；弹性元件为12个圆柱形哈氏C合金小弹簧；轴套、压盖、环座和其他金属零件用316型镍铬不锈钢制成，压盖内配有碳石墨浮环作为抑制密封。
1.故障现象
2014年8月—2014年12月，高温热水泵机械密封失效频繁，平均使用寿命不足10 d。失效现象为：泵在正常运转时，机械密封突然发生泄漏，在高温热水罐压力增至0.88 MPa以及泵入口压力增加时尤为明显，泄漏量极大。拆检发现，动、静环均为非正常磨损，多数是静环碎裂或动环碎裂或静环被磨出深沟。
2.原因分析与排查
高温热水泵机械密封以外供清洁脱盐水作为机械密封冲洗水，设计脱盐水压力为1.0 MPa，温度为20～40 ℃。为查找机械密封频繁失效的原因，从以下两方面进行了分析排查。
（1）固体颗粒磨损
如果高温热水泵机械密封冲洗水量不足，固体颗粒进入机械密封面，会造成密封面擦伤损坏。但分析发现，泵体与出入口机械密封腔之间均设置有反螺旋槽密封结构，轴端设置无接触迷宫螺旋密封，固体颗粒进入密封腔的量极少，假设颗粒进入机械密封面，密封面材料烧结碳化硅硬度HRA92，约为HRC80，密封副材料的硬度远大于灰水中固体颗粒硬度，可以瞬间碾碎颗粒，即便有所擦伤，机械密封面应是磨损痕迹，不会导致静环或动环碎裂，且短期内不会失效。故此因素可排除。
（2）密封副热裂失效
①泵入口压力及冲洗水压力波动，高温介质倒流。机械密封冲洗水使用的是脱盐水，脱盐水泵出口压力1.0 MPa，入渣水界区压力为0.8 MPa左右，其他用户用水量增加时，脱盐水压力会下降；当泵入口压力上涨或冲洗水压力降低时，机械密封冲洗水压力低于机械密封腔压力，泵内171 ℃高温灰水会倒流进入机械密封腔。
②密封副摩擦热量积累。机械密封处泵轴直径85 mm，机械密封面最大直径95 mm，转速2950 r/min，密封面最大线速度为14.67 m/s，机械密封面局部高速摩擦产生的热量无法被带走，导致密封面温度迅速升高。
③液相润滑破坏，密封副干摩擦，温度急剧升高。泵体介质温度为171 ℃，机械密封水压力不足时，灰水会进入机械密封腔，机械密封温度迅速升高至171 ℃。水在20 ℃时其黏度为1.0 cP，100 ℃时为0.3 cP，171 ℃时为0.15 cP，而其黏度低于0.3 cP时液体润滑就已失效，此时机械密封面之间的液体润滑膜因发生汽化而失效，密封面出现“干摩擦”并伴随“机械密封尖叫”现象，密封副工况严重恶化，材料剧烈磨损，温度急剧上升。
④SiC-SiC密封副抗热冲击性能差。SiC-SiC密封副抗热冲击性差，（PcV）max值是产生热裂失效时的（PcV）值，密封副SiC-碳石墨在49 ℃清水时的（PcV）max值为17.515 MPa·m/s，耐腐蚀性较好，抗热冲击性能差。烧结SiC热冲击系数为46.8 kW/m，碳化钨耐热冲击系数为71.7 kW/m，石墨耐热冲击系数为80～170 kW/m，成型碳石墨耐热冲击系数为3～17 kW/m。表明不论是SiC-SiC还是SiC-碳石墨，这两类密封副的抗热冲击性能都很一般。
经分析和排查，确定高温热水泵机械密封面损坏形式主要是干摩擦导致的热裂失效，原因是泵入口压力升高或机械密封冲洗水压力降低时，泵体171 ℃高温灰水进入机械密封腔，密封面液体润滑膜被破坏，密封副干摩擦，密封材料剧烈磨损，达到材料(PcV)max值时即产生了热裂。
3.解决方案
（1）优化工艺操作，控制泵入口压力稳定。增加相应的工艺控制指标，控制高温热水泵入口压力波动≤0.1 MPa。
（2）提高机械密封冲洗水压力，保证其大于泵入口介质压力0.4 MPa。2015年1月份，气化渣水界区增加了脱盐水提压泵，将入气化工段脱盐水压力由0.8 MPa提升至1.4 MPa，使高温热水泵机械密封冲洗管入口压力由1.0 MPa升至1.2 MPa。
改造后的2015年2月—11月，高温热水泵机械密封平均使用寿命提高至5～6个月，保障了气化系统的稳定运行，减少了检修工作量及劳动强度，单台泵机械密封平均日维护成本由1700元降至95元。
（兖矿荣信化工 左志强 段小蒙）