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新型核電汽輪機(jī)汽缸密封劑的研發(fā)與應(yīng)用前景

2021-07-29 15:52 來源：公司編輯：肯克瀏覽人數(shù)：440次

汽輪機(jī)也稱蒸汽透平發(fā)動(dòng)機(jī)，是現(xiàn)代電廠的主要設(shè)備，也廣泛用于冶金工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、艦船動(dòng)力裝置中。汽輪機(jī)汽缸密封劑（又稱：汽缸密封脂）是專門用于汽輪機(jī)汽缸結(jié)合面密封的密封產(chǎn)品。汽輪機(jī)的汽缸結(jié)合面密封面積很大，密封性能要求高，為減少熱損失和安全作業(yè)，汽輪機(jī)外缸結(jié)合面要求零泄漏。目前額定出力為1000MW的超超臨界機(jī)組（火電機(jī)組）的蒸汽壓力可以達(dá)到28MPa，蒸汽溫度可達(dá)600℃。汽缸密封劑的作用即在高溫、高壓工況下長(zhǎng)期使用且要性能穩(wěn)定，保證汽輪機(jī)汽缸結(jié)合面的密封效果。

一、汽缸密封劑的密封原理及關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)

汽輪機(jī)汽缸結(jié)合面的密封是金屬面之間的接觸密封，只有在接觸壓力使接觸面產(chǎn)生永久變形時(shí)，才能達(dá)到理想的密封效果。但對(duì)于汽輪機(jī)來講，若采用這種方式密封容易產(chǎn)生永久變形，必然影響下一次檢修、扣缸后的密封效果。因此，螺栓預(yù)緊力的極限必須保證缸面變形在彈性范圍內(nèi)，而這種使缸面產(chǎn)生彈性變形的預(yù)緊力不足以達(dá)到高溫高壓工況下的氣密性密封，即使缸面加工精度很高，也容易出現(xiàn)泄漏。因?yàn)椴徽摻饘俳Y(jié)合面精度多高，總會(huì)存在極細(xì)微的、足以通過空氣流的表面缺陷，只有在缸面涂有密封劑時(shí)，才可以通過密封劑把缸面缺陷填平。在汽輪機(jī)升溫過程中密封劑固化形成密封層從而起到密封效果。

火電機(jī)組常用的汽缸密封產(chǎn)品

（注：威伏、威力能均為上海威能注冊(cè)商標(biāo)）

汽缸密封劑主要由基礎(chǔ)油、固體微粉和添加劑等組成?；A(chǔ)油及固體微粉、添加劑的質(zhì)量、生產(chǎn)過程中各種工藝參數(shù)的變化等因素，直接影響汽缸密封劑的最終性能。汽缸密封劑的使用性能主要體現(xiàn)在耐溫、耐壓、固化速度、穩(wěn)定性等幾個(gè)方面。目前市場(chǎng)上銷售的MFZ系列汽缸密封脂、威伏600/700/900等密封產(chǎn)品（注：威伏、威力能均為上海威能注冊(cè)商標(biāo)）在耐溫、耐壓方面均可滿足汽輪機(jī)密封要求，但是第一、二代產(chǎn)品存在固化速度過慢、化學(xué)穩(wěn)定性不強(qiáng)等缺陷。因?yàn)槠酌芊鈩┲挥性谏郎剡^程中由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)才能起到密封效果，同時(shí)密封劑需要在長(zhǎng)期高溫高壓的工況下發(fā)揮密封作用，所以固化速度、化學(xué)穩(wěn)定性是影響汽輪機(jī)汽缸密封劑密封效果的關(guān)鍵性指標(biāo)。

汽缸密封劑關(guān)鍵使用性能

二、汽輪機(jī)汽缸密封脂的發(fā)展階段

第一階段無標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品階段

90年代以前，汽輪機(jī)汽缸結(jié)合面密封一直沒有定型的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，只能延用50年代初蘇聯(lián)提供的老配方（主要成份包括：二硫化鉬粉、鋁粉、紅丹粉及亞麻仁油等），由用戶根據(jù)配方熬制。這種方法存在熬制時(shí)間長(zhǎng)（一般需要2-4天）、溫度不易掌控、易發(fā)生火災(zāi)（熬制過程中，溫度太高油脂易發(fā)生著火事故）、污染環(huán)境、選料粗糙（由于檢修時(shí)間限制，配方中粉料、油料等選擇粗糙）、質(zhì)量差等缺陷。

第二階段 MFZ汽缸密封脂（第一代標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品）

為了有效解決汽輪機(jī)汽缸密封問題，北京國(guó)電富通、上海威能等公司于90年代研發(fā)了國(guó)內(nèi)第一代MFZ汽缸密封脂，并針對(duì)汽輪機(jī)參數(shù)的不斷變化，逐步研發(fā)耐溫、耐壓更高的密封產(chǎn)品，目前市場(chǎng)上常見的包括四款產(chǎn)品，即：MFZ-1、MFZ-2、MFZ-3、MFZ-4。

第一代汽缸密封產(chǎn)品-威力能MFZ系列

隨著汽輪機(jī)生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，超臨界、超超臨界等大容量、高參數(shù)機(jī)組的應(yīng)用越來越多，對(duì)汽缸密封提出了更高要求。MFZ系列汽缸密封脂雖然在耐溫、耐壓等方面能夠達(dá)到密封要求，但是也存在工藝配方相對(duì)落后、固化時(shí)間太長(zhǎng)、保質(zhì)期短、化學(xué)穩(wěn)定性差等問題，在一定程度在上增加了泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。

第二階段威力能600、700、900汽缸密封劑（第二代標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品）

針對(duì)MFZ系列汽缸密封脂存在的技術(shù)缺陷，結(jié)合現(xiàn)代火電汽輪機(jī)組的特點(diǎn)及要求，上海威能研發(fā)了第二代汽缸密封劑（包括：威力能600、700、900）。第二代產(chǎn)品在化學(xué)穩(wěn)定性、保質(zhì)期等方面均優(yōu)于第一代產(chǎn)品，其在包裝狀態(tài)或汽缸機(jī)扣缸未運(yùn)行狀態(tài)下的保質(zhì)期可達(dá)兩年。

第二代汽缸密封產(chǎn)品-威力能600、700、900

第三階段威力能90X（核電專用）、T90（第三代標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品）

壓水堆核電汽輪機(jī)組主蒸汽參數(shù)雖然相對(duì)火電機(jī)組更低，但其蒸汽濕度卻較高，而第二代產(chǎn)品在200℃-300℃工況下的固化時(shí)間為7-9小時(shí)，升溫固化速度慢將增加核電汽輪機(jī)泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，故上海威能研發(fā)了第三代核電專用汽輪機(jī)汽缸密封劑，其在在200℃-300℃工況下的固化時(shí)間僅為2.5小時(shí)左右，降低了核電汽輪機(jī)組泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。

核電汽輪機(jī)組與火電汽輪機(jī)組的主蒸汽參數(shù)對(duì)比

第三代核電汽輪機(jī)專用汽缸密封劑

三、新型核電輪機(jī)汽缸密封劑的技術(shù)性能

新型核電汽輪機(jī)汽缸密封劑（威力能90X）與第一代汽缸密封脂（MFZ系列）相比，其主要優(yōu)勢(shì)主要包括以下三個(gè)方面：

1、升溫固化速度更快

汽輪機(jī)的啟動(dòng)是一個(gè)不穩(wěn)定的加熱過程，在啟動(dòng)過程中機(jī)組各部分熱應(yīng)力、熱變形、脹差等均需要維持在允許范圍內(nèi)，汽缸溫度應(yīng)均勻地提高到工作溫度，進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。汽輪機(jī)啟機(jī)時(shí)升溫速度快容易導(dǎo)致汽缸受熱不均產(chǎn)生變形。以田灣核電二期汽輪機(jī)為例，110分鐘即可完成熱態(tài)啟動(dòng)，150分鐘完成冷態(tài)啟動(dòng)，需要汽缸密封脂在較短時(shí)間完成固化，同時(shí)要有較高的流動(dòng)補(bǔ)償能力，以防止出現(xiàn)蒸汽泄漏問題。

威力能90X與MFZ升溫固化效率對(duì)比

新型核電汽輪機(jī)汽缸密封劑（威力能90X）的升溫固化時(shí)間約為MFZ系列汽缸密封脂（第一代產(chǎn)品）固化時(shí)間的三分之一；即在200-300℃工況條件下，只需要2-3小時(shí)即可完成固化；而MFZ系列汽缸密封脂在同樣的工況條件下固化時(shí)間則需要7-9小時(shí)。汽缸密封劑升溫固化后才能有效起到密封效果，新型核電汽輪機(jī)汽缸密封劑快速固化的特點(diǎn)可以有效降低汽輪機(jī)泄漏的風(fēng)險(xiǎn)與概率。

2、工藝配方更先進(jìn)，化學(xué)性能更穩(wěn)定，不易氧化

新型核電汽輪機(jī)汽缸密封劑（威力能90X）與MFZ系列汽缸密封脂（第一代產(chǎn)品）相比化學(xué)穩(wěn)定性更強(qiáng)，不易氧化。若汽輪機(jī)扣缸后不立即投入使用，則缸面的密封脂因沒有升溫條件就不會(huì)固化，在這種的狀態(tài)下MFZ系列汽缸密封脂的有效期約為6個(gè)月，即若汽輪機(jī)扣缸6個(gè)月以后開始運(yùn)行，則由于汽缸密封脂已因化學(xué)反應(yīng)而變質(zhì)，密封效果將受到影響，汽輪機(jī)泄漏的風(fēng)險(xiǎn)增加。而新型核電汽輪機(jī)汽缸密封劑的化學(xué)穩(wěn)定性更強(qiáng)，汽輪機(jī)扣缸后其有效期可達(dá)24個(gè)月。即使汽輪機(jī)兩年內(nèi)不用，該密封劑的密封性能仍然穩(wěn)定，可有效降低汽輪機(jī)正式運(yùn)行時(shí)泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。

目前核電機(jī)組汽輪機(jī)解體檢修周期普遍在4至6個(gè)燃料循環(huán)，較長(zhǎng)的汽缸檢修周期同時(shí)疊加汽輪機(jī)多次啟停、負(fù)荷大幅度變化，從而對(duì)汽缸的連接強(qiáng)度、密封性提出了更高的要求。針對(duì)此種情況，新型核電汽輪機(jī)汽缸密封劑（威力能90X）具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，可以滿足核電汽輪機(jī)的使用要求。

同時(shí)，威力能90X不含硫、氯、溴、碘等有害成份，以及該汽缸密封劑優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性可以有效避免對(duì)核反應(yīng)常規(guī)島的二回水造成污染，避免對(duì)汽輪機(jī)、蒸汽發(fā)生器等主要設(shè)備造成腐蝕。

3、不易氧化，保質(zhì)期更長(zhǎng)，降低用戶成本

目前市場(chǎng)上在售的MFZ系列汽缸密封脂保質(zhì)期一般為6-12個(gè)月，用戶采購(gòu)后若6個(gè)月后使用，其密封效果將受到影響，增加汽輪機(jī)泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也增加用戶成本。而新型核電汽輪機(jī)汽缸密封劑（威力能90X）的保質(zhì)期可達(dá)24個(gè)月。另外，在汽輪機(jī)汽缸結(jié)合面涂膠過程中，MFZ系列汽缸密封脂表面極易氧化結(jié)皮，影響使用，造成一定浪費(fèi)，增加用戶使用成本。而新型核電汽輪機(jī)汽缸密封劑不易氧化、結(jié)皮，使用更加方便且不易產(chǎn)生浪費(fèi)。

威力能90X與MFZ系列汽缸密封脂使用性能對(duì)比

結(jié)語

經(jīng)過多年的技術(shù)積累及不斷迭代，國(guó)內(nèi)自主研發(fā)生產(chǎn)的核電汽輪機(jī)專用汽缸密封劑（威力能90X），在耐溫、耐壓、固化速度、化學(xué)穩(wěn)定性等方面已全面達(dá)到并超越進(jìn)口品牌。相信隨著中國(guó)核電的蓬勃發(fā)展，我們自主研發(fā)的新型核電汽輪機(jī)汽缸結(jié)合面密封劑必能為核電汽輪機(jī)汽缸密封提供更有力的保障。

新型核電汽輪機(jī)汽缸密封劑的研發(fā)與應(yīng)用前景

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