新型核电汽轮机汽缸密封剂的研发与应用前景

2021-07-29 15:52 来源：公司编辑：肯克浏览人数：645次

汽轮机也称蒸汽透平发动机，是现代电厂的主要设备，也广泛用于冶金工业、化学工业、舰船动力装置中。汽轮机汽缸密封剂（又称：汽缸密封脂）是专门用于汽轮机汽缸结合面密封的密封产品。汽轮机的汽缸结合面密封面积很大，密封性能要求高，为减少热损失和安全作业，汽轮机外缸结合面要求零泄漏。目前额定出力为1000MW的超超临界机组（火电机组）的蒸汽压力可以达到28MPa，蒸汽温度可达600℃。汽缸密封剂的作用即在高温、高压工况下长期使用且要性能稳定，保证汽轮机汽缸结合面的密封效果。

一、汽缸密封剂的密封原理及关键技术指标

汽轮机汽缸结合面的密封是金属面之间的接触密封，只有在接触压力使接触面产生永久变形时，才能达到理想的密封效果。但对于汽轮机来讲，若采用这种方式密封容易产生永久变形，必然影响下一次检修、扣缸后的密封效果。因此，螺栓预紧力的极限必须保证缸面变形在弹性范围内，而这种使缸面产生弹性变形的预紧力不足以达到高温高压工况下的气密性密封，即使缸面加工精度很高，也容易出现泄漏。因为不论金属结合面精度多高，总会存在极细微的、足以通过空气流的表面缺陷，只有在缸面涂有密封剂时，才可以通过密封剂把缸面缺陷填平。在汽轮机升温过程中密封剂固化形成密封层从而起到密封效果。

火电机组常用的汽缸密封产品

（注：威伏、威力能均为上海威能注册商标）

汽缸密封剂主要由基础油、固体微粉和添加剂等组成。基础油及固体微粉、添加剂的质量、生产过程中各种工艺参数的变化等因素，直接影响汽缸密封剂的最终性能。汽缸密封剂的使用性能主要体现在耐温、耐压、固化速度、稳定性等几个方面。目前市场上销售的MFZ系列汽缸密封脂、威伏600/700/900等密封产品（注：威伏、威力能均为上海威能注册商标）在耐温、耐压方面均可满足汽轮机密封要求，但是第一、二代产品存在固化速度过慢、化学稳定性不强等缺陷。因为汽缸密封剂只有在升温过程中由液态变为固态才能起到密封效果，同时密封剂需要在长期高温高压的工况下发挥密封作用，所以固化速度、化学稳定性是影响汽轮机汽缸密封剂密封效果的关键性指标。

汽缸密封剂关键使用性能

二、汽轮机汽缸密封脂的发展阶段

第一阶段无标准产品阶段

90年代以前，汽轮机汽缸结合面密封一直没有定型的标准化产品，只能延用50年代初苏联提供的老配方（主要成份包括：二硫化钼粉、铝粉、红丹粉及亚麻仁油等），由用户根据配方熬制。这种方法存在熬制时间长（一般需要2-4天）、温度不易掌控、易发生火灾（熬制过程中，温度太高油脂易发生着火事故）、污染环境、选料粗糙（由于检修时间限制，配方中粉料、油料等选择粗糙）、质量差等缺陷。

第二阶段 MFZ汽缸密封脂（第一代标准化产品）

为了有效解决汽轮机汽缸密封问题，北京国电富通、上海威能等公司于90年代研发了国内第一代MFZ汽缸密封脂，并针对汽轮机参数的不断变化，逐步研发耐温、耐压更高的密封产品，目前市场上常见的包括四款产品，即：MFZ-1、MFZ-2、MFZ-3、MFZ-4。

第一代汽缸密封产品-威力能MFZ系列

随着汽轮机生产技术的进步，超临界、超超临界等大容量、高参数机组的应用越来越多，对汽缸密封提出了更高要求。MFZ系列汽缸密封脂虽然在耐温、耐压等方面能够达到密封要求，但是也存在工艺配方相对落后、固化时间太长、保质期短、化学稳定性差等问题，在一定程度在上增加了泄漏的风险。

第二阶段威力能600、700、900汽缸密封剂（第二代标准化产品）

针对MFZ系列汽缸密封脂存在的技术缺陷，结合现代火电汽轮机组的特点及要求，上海威能研发了第二代汽缸密封剂（包括：威力能600、700、900）。第二代产品在化学稳定性、保质期等方面均优于第一代产品，其在包装状态或汽缸机扣缸未运行状态下的保质期可达两年。

第二代汽缸密封产品-威力能600、700、900

第三阶段威力能90X（核电专用）、T90（第三代标准化产品）

压水堆核电汽轮机组主蒸汽参数虽然相对火电机组更低，但其蒸汽湿度却较高，而第二代产品在200℃-300℃工况下的固化时间为7-9小时，升温固化速度慢将增加核电汽轮机泄漏的风险，故上海威能研发了第三代核电专用汽轮机汽缸密封剂，其在在200℃-300℃工况下的固化时间仅为2.5小时左右，降低了核电汽轮机组泄漏的风险。

核电汽轮机组与火电汽轮机组的主蒸汽参数对比

第三代核电汽轮机专用汽缸密封剂

三、新型核电轮机汽缸密封剂的技术性能

新型核电汽轮机汽缸密封剂（威力能90X）与第一代汽缸密封脂（MFZ系列）相比，其主要优势主要包括以下三个方面：

1、升温固化速度更快

汽轮机的启动是一个不稳定的加热过程，在启动过程中机组各部分热应力、热变形、胀差等均需要维持在允许范围内，汽缸温度应均匀地提高到工作温度，进入正常运行状态。汽轮机启机时升温速度快容易导致汽缸受热不均产生变形。以田湾核电二期汽轮机为例，110分钟即可完成热态启动，150分钟完成冷态启动，需要汽缸密封脂在较短时间完成固化，同时要有较高的流动补偿能力，以防止出现蒸汽泄漏问题。

威力能90X与MFZ升温固化效率对比

新型核电汽轮机汽缸密封剂（威力能90X）的升温固化时间约为MFZ系列汽缸密封脂（第一代产品）固化时间的三分之一；即在200-300℃工况条件下，只需要2-3小时即可完成固化；而MFZ系列汽缸密封脂在同样的工况条件下固化时间则需要7-9小时。汽缸密封剂升温固化后才能有效起到密封效果，新型核电汽轮机汽缸密封剂快速固化的特点可以有效降低汽轮机泄漏的风险与概率。

2、工艺配方更先进，化学性能更稳定，不易氧化

新型核电汽轮机汽缸密封剂（威力能90X）与MFZ系列汽缸密封脂（第一代产品）相比化学稳定性更强，不易氧化。若汽轮机扣缸后不立即投入使用，则缸面的密封脂因没有升温条件就不会固化，在这种的状态下MFZ系列汽缸密封脂的有效期约为6个月，即若汽轮机扣缸6个月以后开始运行，则由于汽缸密封脂已因化学反应而变质，密封效果将受到影响，汽轮机泄漏的风险增加。而新型核电汽轮机汽缸密封剂的化学稳定性更强，汽轮机扣缸后其有效期可达24个月。即使汽轮机两年内不用，该密封剂的密封性能仍然稳定，可有效降低汽轮机正式运行时泄漏的风险。

目前核电机组汽轮机解体检修周期普遍在4至6个燃料循环，较长的汽缸检修周期同时叠加汽轮机多次启停、负荷大幅度变化，从而对汽缸的连接强度、密封性提出了更高的要求。针对此种情况，新型核电汽轮机汽缸密封剂（威力能90X）具有较强的稳定性，可以满足核电汽轮机的使用要求。

同时，威力能90X不含硫、氯、溴、碘等有害成份，以及该汽缸密封剂优异的化学稳定性可以有效避免对核反应常规岛的二回水造成污染，避免对汽轮机、蒸汽发生器等主要设备造成腐蚀。

3、不易氧化，保质期更长，降低用户成本

目前市场上在售的MFZ系列汽缸密封脂保质期一般为6-12个月，用户采购后若6个月后使用，其密封效果将受到影响，增加汽轮机泄漏的风险，同时也增加用户成本。而新型核电汽轮机汽缸密封剂（威力能90X）的保质期可达24个月。另外，在汽轮机汽缸结合面涂胶过程中，MFZ系列汽缸密封脂表面极易氧化结皮，影响使用，造成一定浪费，增加用户使用成本。而新型核电汽轮机汽缸密封剂不易氧化、结皮，使用更加方便且不易产生浪费。

威力能90X与MFZ系列汽缸密封脂使用性能对比

结语

经过多年的技术积累及不断迭代，国内自主研发生产的核电汽轮机专用汽缸密封剂（威力能90X），在耐温、耐压、固化速度、化学稳定性等方面已全面达到并超越进口品牌。相信随着中国核电的蓬勃发展，我们自主研发的新型核电汽轮机汽缸结合面密封剂必能为核电汽轮机汽缸密封提供更有力的保障。

新型核电汽轮机汽缸密封剂的研发与应用前景

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