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发电厂油系统所用到的碟形弹簧垫片有哪些?

发布者:厦门力常弹簧有限公司  发布时间:2019-07-06 14:45
 摘要:油系统是发电厂中的重要系统,在发电厂的正常运行过程中起着非常重要的作用。由于油系统碟形弹簧选取不合适,造成的跑、冒、滴、漏、等密封失效问题,严重地影响发电厂的安全运行。本文介绍了垫片的基本类型,并对目前油系统所采用的垫片进行了分析对比,最后对油系统垫片的选择提出了建议。
  关键词:发电厂油系统;垫片;安全性;
  0.引言
  通常,发电车中的油系统主要包括:燃油系统、汽轮机润滑油系统、发电机密封油系统等。油系统在发电厂的正常运行过程中起着非常重要的作用,是保证发电厂安全、高效运行的重要部分。随着我国电力事业、尤其是核电事业的发展,对油系统安全性的要求越来越高。
  从介绍
碟簧垫片的基本类型入手,在对目前油系统采用的垫片进行分析对比的基础上,对油系统垫片的选择提出建议。
  1.发电厂油系统简介
  一个典型的火力发电厂中的油系统主要包括3个系统:(1)燃油系统。燃油系统是为燃煤电厂锅炉点火及助燃提供燃油。通常介质为0号轻柴油,设计压力通常为0~10MPa,设计温度50℃。(2)汽轮机润滑油系统。汽轮机润滑油系统是为汽轮发电机组的各轴承(包括支承轴承和推力轴承)、盘车装置提供合格的润滑、冷却油。通常,选取的介质为汽轮机用润滑油,温度不超过50℃,压力不超过2MPa。(3)发电机密封油系统。发电机密封油系统是向发电机密封瓦提供压力略高于氢压的密封油,以防止发电机的氢气从发电机轴承处向外泄漏。密封油系统的介质来自润滑油系统,介质参数基本与润滑油系统相同。
  2.垫片的选型步骤
  垫片的选型步骤通常分为以下三步:首先,根据行业的要求或已知的法兰标准,确定垫片标准,电力行业一般要求采用中国国家标准;其次,根据系统要求确定垫片的公称通径和公称压力;最后,根据介质的温度、压力、腐蚀性能等要求确定垫片的类型、材质和型号。
  3.垫片的类型简介
  随着科学技术的发展,密封技术也有了突飞猛进的发展,垫片的研发及应用速度也非常快。工业中使用的垫片按其材料科分为非金属垫片(主要包括石棉橡胶垫、柔性石墨垫、聚四氟乙烯垫片等)、组合垫片(由两种 非金属材料或一种金属和一种非金属材料组合而成的,主要包括缠绕式垫片、金属包垫等)和金属垫片(通常是由一种金属或合金通过机械加工而成的)。下面对垫片的主要类型分别进行介绍。
  3.1非金属垫片
  3.1.1 石棉橡胶垫片
  石棉橡胶垫片是过去常使用的垫片之一,价格较其他垫片便宜,使用方便,一般用于压力不超过1.6MPa、温度不超过200℃的场合。
  由于健康和环保的原因,石棉制品不符合国际环保公约和国际标准化组织的要求,石棉垫片在国际市场上已被禁用或淘汰。
  3.1.2 柔性石墨垫片
  柔性石墨是膨胀石墨的别称,主要成分为碳,是天然石墨经过强酸氧化处理膨胀而成的一种理想密封材料。柔性石墨垫片具有良好的回弹性、柔软性、耐蚀性和耐温性。在氧化性气氛中能使用到500℃,在非氧化性气氛中最高能使用到1650℃。
  目前石墨累垫片已发展成为一个庞大的系列,主要包括柔性石墨板材垫片、金属加强柔性石墨板材垫片、镍化石墨板材垫片、柔性石墨金属包覆垫片以及石墨带状垫片等。
  3.1.3 聚四氟乙烯垫片
  聚四氟乙烯具有优良的耐腐蚀性,由它制成的密封垫片可以在绝大部分腐蚀性介质中使用,尤其适用于不允许有污染的场合。聚四氟乙烯的缺陷是受压后易冷流,受热后易蠕变,这将影响到其密封性能。通常采用加入部分玻璃纤维、石墨及二硫化钼的方法,提高聚四氟乙烯的抗蠕变性和导热性能,但这一方法同时导致材料硬度变大,耐腐蚀性能下降。目前比较常用的膨化聚四氟,既保留了聚四氟乙烯本身的特性,又大大提高了材料的抗蠕变性能。聚四氟乙烯材料最高温度可用到250℃左右。
  3.2 组合垫片
  3.2.1 缠绕式垫片
  缠绕式垫片是由预压成型的薄金属波形带及非金属填料带紧密贴合,相互交替重叠,螺旋缠绕压制而成的,故也称螺旋垫片。由金属带、非金属带遗迹金属加强环三部分组成,分基本型、内加强型以及内、外加强型。
  由于缠绕式垫片具有多道密封、弹性好、强度高、耐高温、抗腐蚀,因而密封性能好,广泛用于石化、冶金及电力行业中的中低压介质的密封商。缠绕式垫片的使用温度受非金属填料材质的限制,填料为柔性石墨,可用到500℃左右;填料为聚四氟乙烯,可用到250℃左右。
  3.2.2 金属包覆垫片
  金属包覆垫片以耐温性能好的碳纤维或陶瓷纤维以及柔性石墨板材为中芯材料,外包厚度为0.25~0.5mm厚的金属薄板。按其包覆状态可分为全包、半包、波形包及双层包等。金属包覆垫片的密封性能与中芯材料和金属薄板的密封性能紧密相关,其最大优点是能制成各式异形垫片,可满足多管城换热器和非圆形压力容器的需要,在炼油行业中使用广泛。金属包覆垫片使用的最高温度可达600℃,最高压力可达25MPa。
  3.3 金属垫片
  金属垫片按其截面形状分为椭圆形和八角形,主要用于梯形槽面法兰,属于强制性密封。金属型垫片密封性能良好,制造复杂,成本高,一般用于高温、高压和非金属垫片及缠绕垫片难以胜任的苛刻条件下。它的不足之处在于需要较大的螺栓预紧力。在组装和使用中,金属垫片的材质会变硬,重复使用时需要加大螺栓预紧力,容易产生法兰的缺痕,因此,建议金属垫片一次性使用。金属垫片的使用温度一般超过400℃。
  4.油系统垫片的选择
  4.1 以往选用的油系统垫片
  对于油系统,过去曾经采用和目前正在采用的垫片形式有石棉橡胶垫片、青稞纸垫片、聚四氟乙烯垫片、聚四氟乙烯金属缠绕垫片、柔性石墨缠绕垫片、紫铜垫片等。通过调研国内近期建设的十几家发电厂,发现目前选择的垫片材质很不统一,各种类型的垫片所占的大致份额为:聚四氟乙烯金属缠绕垫片50%,聚四氟乙烯20%,青稞纸垫片10%,紫铜垫片10%,柔性石墨缠绕垫片10%。(1)石棉橡胶垫片。如上文所述,石棉垫片早已被淘汰。(2)青稞纸垫片。根据电厂的运行经验,青稞纸垫片较薄时容易泄漏,较厚时随着运行时间的延长容易老化。青稞纸垫片容易污染油质,且当它被油浸透以后密封效果大打折扣。(3)聚四氟乙烯垫片。聚四氟乙烯具有良好的耐腐蚀性、耐热性、耐寒性、耐油性,但是普通聚四氟乙烯垫片存在硬度较低,冷流性大,刚性尺寸稳定性差的缺点,比较容易变形。(4)金属缠绕垫片。金属缠绕垫片具有多道密封、弹性好、强度高、耐高温、抗腐蚀,因而密封性能好。现场运行反馈较好。(5)紫铜垫片。紫铜垫片属于金属垫片,只能一次性使用。根据现场使用经验,紫铜垫片的材质比较硬,变形不好。
  综上所述,针对目前油系统垫片的应用情况,在充分调研和分析的基础上,对油系统垫片的选择提出以下建议。
  4.2 油系统垫片的选择
  对于油系统垫片的选择,应当主要从以下几个方面考虑:(1)首先考虑所选择的垫片应该与油介质具有相容性。该相容性包括:所选择的垫片与油介质相适应,不会被油介质腐蚀;所选择的垫片不会污染油介质,尤其对清洁度要求较高的汽轮机润滑油系统。(2)考虑温度的影响,对于油系统,最高工作温度一般在100℃以下,在此温度下,大多数垫片材料没有大的蠕变,均能保持密封。(3)考虑压力的影响,燃油系统的设计压力为4~10MPa,润滑油和密封油系统的压力不超过2MPa。(4)对于垫片的厚度,《火力发电厂油气管道设计规程》中的规定与电厂中的实际应用情况不一致。鉴于金属缠绕垫片在电厂中的实际应用情况较好,鉴于在充分论证的基础上,对规范做适当修改。
  同时,在充分调研国内外垫片厂家并咨询相关研究机构的基础上,提出在油系统采用合成纤维橡胶垫片或膨化聚四氟乙烯垫片。
  合成纤维橡胶垫片是以无石棉的各种无机或有机合成纤维不同类型的弹性体(相机以及橡胶配合剂)轧制而成的板材,经加工可制成各种形态的密封垫片,适用于不允许使用含有石棉的管道法兰,高压容器法兰,燃油、石油基润滑油系统作密封垫片。是石棉橡胶板的理想替代品,目前常用的牌号有BGS-3000(有机纤维)和IFC-5500(无机纤维)等。合成纤维橡胶垫片的主要性能如表1所示。
表1 合成纤维橡胶垫片的主要特性 主要物理性能 产品牌号 IFC-5500 BGS-3000 密度/(g/cm) 1.7 1.6 垫片厚度/mm 0.8~3.2 0.8~3.2
拉伸强度/(N/mm) 10 17 使用温度/℃ -40~425 -40~370 使用压力/MPa 85 70 适用介质 水、脂族、烃油、汽油、中等酸碱、饱和蒸汽 水、脂族、烃油、中等酸碱、饱和蒸汽
  膨化聚四氟乙烯是超高分子量聚四氟乙烯树脂经双向拉伸膨化,再经过特殊工艺处理形成的密封板材。它不仅具有聚四氟乙烯密封材料自身所有的优点,而且克服了其冷流性的缺点,其使用温度范围在-240℃~260℃,具有不规则表面,密封性能优异,且有很好的耐老化性。膨化聚四氟乙烯垫片的主要性能如表2所示。
表2 膨化聚四氟乙烯垫片的主要特性 主要物理性能 数值 密度/(g/cm) 1.7 厚度范围/mm 0.4~6.4 拉伸强度/(N/mm) 10.3 使用温度/℃ -200~260 使用压力/MPa 210 适用介质 可以用于大多数介质,氟和熔融态的碱金属除外   从上述合成纤维橡胶垫片和膨化聚四氟乙烯垫片的主要特性表中可以看出,两种垫片均可以适应油类介质,垫片的规格系列里均有厚度小于1mm的系列,使用温度均能满足油系统的要求。膨化聚四氟乙烯垫片的使用压力较高,而合成纤维橡胶垫片的使用压力较低。
  上述垫片已经被汽轮机厂所采用,并应用于多个工程,取得了不错的密封效果。
  5.结论
  油系统是发电厂中的重要系统,是保证发电厂安全稳定运行的重要组成部分。在已经投运的电厂中,经常有油系统密封不严的情况发生,油系统密封失效早晨的跑、冒、滴、漏等故障严重影响着发电厂的安全运行。因而,在发电厂设计过程中正确选择油系统的垫片是非常重要的。在综合比较和分析各种垫片特点的基础上,对于油系统的密封垫片,检验采用合成纤维橡胶垫片或膨化聚四氟乙烯垫片。
  但要得到很好的密封效果,仅靠选用合适的垫片所能达到的效果是有限的。在法兰连接处所出现的变数很多,所有不确定因素都影响垫片的密封效果。法兰的加工质量、法兰的倾斜、法兰的错位、法兰密封面的缺陷、螺栓预紧力的松弛、垫片的正确安装、垫片的正确选型、介质对垫片的腐蚀状况、压力的波动以及温度的变化等都会对密封效果产生很大的影响。由此可见,垫片密封是一个庞大的系统,做好系统中的每一个细小环节,并使每个环节相互间和谐的工作,才能达到较为理想的密封效果。

以上就是
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