大型CCPP發(fā)電煤壓機(jī)密封技術(shù)國(guó)產(chǎn)化

供稿|彭飛，李巖，黃澤琳

作者單位：1. 邯鋼設(shè)備動(dòng)力部，河北 邯鄲 056000；2. 邯鋼設(shè)備運(yùn)行保障公司，河北 邯鄲 056000

內(nèi) 容 導(dǎo) 讀

本文以進(jìn)口機(jī)組密封部件為研究對(duì)象，通過(guò)分析目前技術(shù)較完善的幾種密封技術(shù)使用環(huán)境及技術(shù)工藝，結(jié)合國(guó)內(nèi)專業(yè)廠商進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，確定了等離子熱噴涂技術(shù)的修復(fù)方案，即在機(jī)組原有密封體上噴涂適用工作環(huán)境的專有的涂層材料，再精加工達(dá)到機(jī)組密封技術(shù)參數(shù)要求，完成對(duì)密封件的修復(fù)工作，實(shí)現(xiàn)了該部件的國(guó)產(chǎn)化改造，不僅檢修工期短，而且節(jié)省了采購(gòu)費(fèi)用，為邯鋼創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

大型CCPP發(fā)電機(jī)煤壓機(jī)密封件特性

邯鋼150MWCCPP發(fā)電煤氣壓縮機(jī)機(jī)組為燃?xì)廨啓C(jī)提供燃料，屬于CCPP裝置中非常重要的機(jī)組，機(jī)組型號(hào)為MCL1805+MCL1406。在世界范圍內(nèi)屬于非常大的離心機(jī)。通過(guò)對(duì)介質(zhì)組份(主燃料和值班燃料)、溫度范圍、顆粒物及GE Nuovo Pignone和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物進(jìn)行分析，GE機(jī)組原密封形式為：可磨耗封嚴(yán)涂層密封，密封基體為鋼，涂層為鋁硅-聚苯酯(AlSi-polyester)。小間隙是可磨耗封嚴(yán)涂層密封的最大特點(diǎn)，不僅能提升機(jī)組的運(yùn)行效率，降低整個(gè)裝置的能耗水平、氣體溫度，而且可以延長(zhǎng)設(shè)備工作壽命。據(jù)有關(guān)資料顯示，美國(guó)GE公司通過(guò)間隙控制來(lái)提高燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)性能，平均每個(gè)密封部位降低熱耗0.2%～0.6%，功率輸出提高0.3%～1%。這種密封技術(shù)首先從燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)葉頂和機(jī)匣配合處逐步發(fā)展到透平機(jī)械轉(zhuǎn)定子之間密封涂層。

可磨耗封嚴(yán)涂層一般是由一定比例的金屬相、具有潤(rùn)滑作用的非金屬相及較多的空隙組成，采用熱噴涂技術(shù)在密封表面噴涂鋁硅-聚苯酯涂層，與葉輪口圈、級(jí)間密封形成一組可磨耗的密封層。

進(jìn)口機(jī)組密封部件的國(guó)產(chǎn)化改造

通過(guò)對(duì)進(jìn)口機(jī)組密封技術(shù)研究，對(duì)目前較完善的幾種密封技術(shù)使用環(huán)境及技術(shù)工藝進(jìn)行分析，結(jié)合國(guó)內(nèi)專業(yè)廠商進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，最終確定采用等離子熱噴涂技術(shù)的修復(fù)方案，在機(jī)組原有密封體上噴涂適用工作環(huán)境的專有的涂層材料，然后精加工達(dá)到機(jī)組密封技術(shù)參數(shù)要求，完成對(duì)密封件的修復(fù)工作，實(shí)現(xiàn)了該部件的國(guó)產(chǎn)化改造(圖1)。

圖 1 機(jī)組密封實(shí)際結(jié)構(gòu)

圖 2 等離子噴涂工藝原理示意圖

熱噴涂技術(shù)比較成熟，該技術(shù)應(yīng)用在機(jī)組密封部件中關(guān)鍵是涂層材料的選擇及施工工藝參數(shù)的確定等。此方案的修復(fù)施工工期較短，工期為15 d，能夠滿足機(jī)組檢修總工期需求。

可磨耗封嚴(yán)涂層材料

目前國(guó)內(nèi)外已有幾十種可用于不同工況的可磨耗封嚴(yán)涂層粉末。根據(jù)機(jī)組運(yùn)行實(shí)際參數(shù)，確定使用鋁硅-聚苯脂涂層 (AlSi-ployester)，此工藝是雙層結(jié)構(gòu)，粘結(jié)層Metco 450NS鎳鋁粉(Ni5Al) 層厚0.1～0.15 mm；封嚴(yán)涂層Metco601NS鋁硅聚苯酯(AlSi-ployester) 層厚1～2 mm。

涂層抗拉結(jié)合強(qiáng)度是指涂層與基體之間單位面積從基體材料上剝落所需要的力，是檢測(cè)涂層性能重要的指標(biāo)。鋁硅-聚苯酯涂層具有良好的耐腐蝕性、抗沖刷性、自潤(rùn)滑性等特點(diǎn)，其硬度為40～60，使用溫度可達(dá)325 ℃，已被廣泛用于航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)。因此，一般采用航標(biāo)HB7236—95熱噴涂結(jié)合強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)方法(杯突試驗(yàn))測(cè)試鋁硅-聚苯酯涂層的結(jié)合強(qiáng)度。

熱噴涂技術(shù)

熱噴涂技術(shù)因操作簡(jiǎn)單、速度快、效率高，已成為可磨耗封嚴(yán)涂層重要的制備方法之一，其中常用的封嚴(yán)涂層的熱噴涂技術(shù)有：火焰噴涂(Combustion Flame Spraying)、爆炸噴涂(Detonation)、等離子噴涂(Plasma Spraying)和超音速火焰噴涂(High-Velocity Oxygen Fuel)等。根據(jù)各種熱噴涂技術(shù)的特點(diǎn)，結(jié)合此次密封結(jié)構(gòu)形式需求，選擇等離子噴涂工藝技術(shù)(Ar和H2混合氣)。等離子噴涂技術(shù)是利用等離子焰流作為熱源，將待噴涂的材料加熱至熔融狀態(tài)，并在高速等離子焰流的推動(dòng)下，高速撞擊到工件表面上，經(jīng)淬冷后形成涂層，具有工藝效率高、涂層質(zhì)量好的特點(diǎn)，原理示意圖見(jiàn)圖2。

等離子噴涂工藝對(duì)噴涂結(jié)合面的設(shè)計(jì)有嚴(yán)格要求，要根據(jù)密封件配合情況設(shè)計(jì)合理的結(jié)合面，結(jié)合面設(shè)計(jì)要求見(jiàn)圖3。同時(shí)要注意噴涂時(shí)應(yīng)選擇法相方向噴涂，避免噴涂方向與結(jié)合面平行。

可磨耗封嚴(yán)涂層密封實(shí)施

來(lái)件檢查

目視檢查零件表面應(yīng)無(wú)碰傷、劃痕，并做好相應(yīng)的記錄。檢查零件噴涂部位的尺寸應(yīng)與圖紙及工藝要求相符。

圖 3 等離子噴涂結(jié)合面設(shè)計(jì)要點(diǎn)

除油

用毛刷蘸石油醚對(duì)零件進(jìn)行刷洗，徹底除去零件表面上的油污及其他雜物。零件除油后自然晾干或用干凈的壓縮空氣吹干。

噴砂前保護(hù)

根據(jù)零件圖紙的要求，用壓敏膠帶保護(hù)好零件的非噴砂表面，或用專用噴砂夾具進(jìn)行保護(hù)，要確保非噴砂表面不受損傷。膠帶或夾具不得遮蔽噴砂面。

噴砂

使用相同的噴砂機(jī)和相同的參數(shù)對(duì)零件和試樣進(jìn)行噴砂，噴砂機(jī)噴砂參數(shù)見(jiàn)表1。

表 1 噴砂機(jī)噴砂參數(shù)

噴砂后零件保存注意事項(xiàng)：

(1)噴砂后的零件表面應(yīng)是均勻無(wú)金屬光澤的粗糙表面，不允許有漏吹或過(guò)吹現(xiàn)象，不允許有油污、水痕和其它附著物。用經(jīng)過(guò)油水分離器的、潔凈的壓縮空氣吹去噴砂后合格零件表面的浮塵。

(2)嚴(yán)禁赤手接觸噴砂后的表面，噴砂后的零件應(yīng)保持良好的清潔狀態(tài)，避免噴砂表面污染(如手印、各種沾染凝聚物等)。

(3)噴砂后的零件要求在2 h內(nèi)進(jìn)行噴涂。噴砂后的零件經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行下一道工序。如不合格，重新噴砂。

噴涂前保護(hù)

采用專用夾具、高溫壓敏膠帶或其它耐熱遮蔽物，對(duì)易受?chē)娡壳趾Φ姆菄娡勘砻孢M(jìn)行保護(hù)。保護(hù)物在噴涂過(guò)程中不允許對(duì)噴涂面有遮擋。

噴涂零件

將零件固定在工作臺(tái)方便操作的位置上。將零件固定牢固，防止在噴涂過(guò)程中零件從工作臺(tái)上掉落。采用Metco9M等離子噴涂設(shè)備對(duì)噴涂區(qū)域進(jìn)行噴涂NiAl底層和噴涂Metco601NS面層。

噴涂過(guò)程中應(yīng)注意：(1)噴涂應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，但在測(cè)量涂層厚度和降低零件溫度時(shí)，允許中斷噴涂，每次中斷時(shí)間不能超過(guò)2 h，中斷時(shí)可以采用強(qiáng)制風(fēng)冷冷卻零件，注意冷卻時(shí)不能污染涂層。(2)為了防止零件和涂層過(guò)熱，在噴涂過(guò)程中應(yīng)使用干凈的壓縮空氣冷卻零件，零件的溫度不應(yīng)超過(guò)200 ℃。(3)用清潔、干燥的壓縮空氣將零件表面的浮塵清除，檢查壓敏膠帶或夾具對(duì)零件非噴涂表面的保護(hù)，注意觀察保護(hù)物在噴涂過(guò)程中不允許對(duì)噴涂面有遮擋。(4)噴涂過(guò)程中檢查涂層厚度和外觀，保證涂層質(zhì)量。

清理

噴涂完畢，拆除噴涂保護(hù)夾具或保護(hù)膠帶，用銼刀、毛刷等工具清除零件非噴涂表面所有的附著物及涂層的“飛邊”。修整涂層“飛邊”時(shí)應(yīng)朝基體方向小心打磨，然后將零件放回箱中，等待檢驗(yàn)。

檢驗(yàn)

涂層檢查包括：(1)外觀檢查：表面平整、均勻、無(wú)裂紋或翹起、無(wú)剝落、鼓泡、碰劃傷等缺陷；涂層顏色一致，無(wú)過(guò)熱變色現(xiàn)象。(2)涂層厚度應(yīng)合格，非噴涂表面不得污染。檢驗(yàn)合格后，將零件裝入零件箱，填寫(xiě)流水作業(yè)卡片，做好工作記錄。

結(jié)束語(yǔ)

(1)通過(guò)技術(shù)攻關(guān)，進(jìn)口機(jī)組密封部件實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化替代，不僅檢修工期短，而且節(jié)省了采購(gòu)費(fèi)用，為邯鋼創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

(2)可磨耗封嚴(yán)涂層材料的選擇，根據(jù)工藝需求，確定封嚴(yán)涂層及粘結(jié)層的材料種類(lèi)及涂層厚度及后續(xù)熱處理工藝等。

(3)可磨耗封嚴(yán)涂層噴涂技術(shù)及噴涂工藝參數(shù)的確定。等離子噴涂技術(shù)工藝參數(shù)，如電流、噴涂距離、噴涂速度、噴涂程序和噴涂后的消應(yīng)力溫度曲線等，直接影響涂層的使用性能。