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摘要：详细介绍了目前火电机组回转式空预器密封所用到的几种材料，针对目前国内火电机组空预器的运行环境，通过各项试验进行性能对比，研究最合适的密封材料，为电站空预器密封改造提供相关试验数据和技术支持。
关键词：回转式空预器；密封片；材料；性能试验
1、密封片的高温性能
（1）理论分析。从材料力学的观点出发，密封片受载时，可以等效为如下模型（见图1）。
对于在400℃环境下使用的空预器刷封密封片，对于材料的高温强度，尤其是400℃下的屈服强度，有较为严格的要求。
综合考虑到腐蚀情况，本文选择了几种不同类型的不锈钢。不锈钢主要分为奥氏体型、马氏体型、铁素体型和双相钢。由于马氏体钢的耐酸腐蚀性很差，所以不予考虑。本文重点考查耐蚀性最好的奥氏体钢，但由于涉及到高温，沉淀硬化型不锈钢在高温中力学表现良好，因此也选择了17-7ph（631）进行试验，进行分析。
（2）试验描述。为测试不锈钢密封片的弹性，笔者设计了一套弹力测试装置。整套装置由底座及夹持部分、导轨、测力计以及加载部分组成。工作时，加载部分与测力计连接，向待测密封片施加压力。同时读出加载压力以及密封片的变形量。再通过对密封片加热，测出高温下的相关数据。最后进行对比分析，得出结论。
待测密封弹尺寸为0.4mm×30mm×50mm。
三种不同材质密封片常温下测试结果。
（3）数据分析。常温下316 3/4H的屈服强度值最高，其次为631时效钢，316固溶态最差。我们可以推出，316 3/4H弹片抵抗塑性变形的能力最强，即弹性最好。我们能够直观的看到，316 3/4H弹片在试验条件下变形了16mm，还可以发生回弹，而普通316固溶态钢片在变形量为6mm时就已经没有弹性了。400℃环境下，316 3/4H的屈服仍然高于631时效钢。弹性仍然最好。
通过比较两种温度下相同材料的数据，我们发现；316 3/4H密封弹片的弹性已经发生变化，而631时效钢几乎维持不变。这说明随着温度的升高，冷作硬化态不锈钢对温度的敏感性高于时效硬化型不锈钢，推测，如果温度继续升高，631型不锈钢的表现应好于316 3/4H。究其原因，可能是温度升高，材料内部晶粒的由冷作硬化带来的畸变被减小或者消除，从而降低了材料的强度；而时效钢的强化机理是一些细小的弥散相分布在晶粒内部，阻碍了位错的运动，带来很高的强度，随着温度的升高，只要温度达不到溶解这些弥散相所需的值，它们仍然能存在于晶粒内部，继续起到弥散强化的左右，这种强化机制，不仅对材料的强度有利，还能提高材料的韧性。
（4）结论。在常温下，优先选择316 3/4H密封片，其次考虑631密封片；在400℃下，优先选择316 3/4H密封片，其次考虑631密封片，在温度再高时，631密封片会逐渐优于316 3/4密封片。
2、密封片的耐蚀性能
（1）概述。由于空预器运行时，内部烟气中还有大量氮氧化物、硫氧化物及硫化物等腐蚀性气体，这些气体在空预器冷端会冷凝成硫酸、硝酸、亚硫酸等腐蚀性介质，对空预器内部结构及空预器刷封产生腐蚀。
对空预器密封冷端密封而言，其密封材质一般为Corton-A钢，由于Corton-A钢的厚度较厚，这些腐蚀介质对其产生的腐蚀不是特别严重，而且大多以点蚀为主。空预器实际运行后考登钢的腐蚀状况结合试验测试结果，我们姑且认为，空预器内部腐蚀介质的腐蚀性等同于质量分数为1%硫酸的腐蚀性。
钢板浸泡于硫酸溶液中，其腐蚀量与时间并不成正比，而是以表4所示曲线发展。究其原因可能是，硫酸腐蚀钢板，其腐蚀产物会包覆于钢板表面，减缓酸的进一步腐蚀。在试验时，我们对试样进行清洗时发现，一层黑色的粉状物粘着在钢板表面，这种现象就能够证实以上观点。
以上试验数据告诉我们，空预器内部的腐蚀性介质的腐蚀性强弱。密封片的耐蚀性直接影响空预器刷封的寿命。
（2）试验描述及数据分析。不锈钢中，18-8型奥氏体不锈钢耐蚀性能相对较好，因此其中选择304和316两种牌号。由于还要兼顾到高温力学性能，因此，我们还选择了一种时效钢631（0Cr17Ni7Al），其铬、镍含量与18-8型的304很接近，同时添加0.75-1.5%的Al作为沉淀硬化添加元素，兼顾耐蚀性和强度。马氏体不锈钢（如1Cr13），其本身就不耐酸腐蚀，因此不作考虑。我们通过对以上3种材料进行浸泡试验，来研究这几种材料的耐硫酸腐蚀能力，最后选定密封片材料。
将以上三种材料浸泡于质量分数为5%的硫酸溶液之中。
304、316和631几种不锈钢抵抗硫酸腐蚀的能力依次为：316>304>631。在631的表面可以看出明显的腐蚀痕迹，且失去光泽；304表面也变得暗淡；而316表面基本无腐蚀迹象，48小时的浸泡后，316的质量损失量用电子天平都无法测出。
316不锈钢国产牌号为0Cr17Ni14Mo2，其较高的Ni-Cr含量保证了其好的抗氧化性，而其中添加了Mo，使得其对硫酸以及一些氯化物的腐蚀抗力大大提高；304为普通的18-8型不锈钢，固溶处理后，常温下为奥氏体，也有优良的耐腐蚀性；而631时效后为奥氏体-马氏体双相组织，因此耐蚀性较差。
通过前面分析可知，空预器内部腐蚀介质的腐蚀性等同于质量分数为1%硫酸的腐蚀性。因此我们再将几种试样浸泡于质量分数为1%的硫酸之中。
（3）结论。耐硫酸腐蚀方面，316的耐蚀性最好，其次是304而631不锈钢最差。而在空预器环境中使用316和304均可，价格上304较低。
结束语
通过以上两部分试验及分析，我们认为：空预器刷封密封片可采用316 3/4H材料，及3/4硬态316，这种材料在空预器冷热端均可以保持良好的机械性能和使用寿命。
根据目前国内的空预器密封使用状况，在一些经过脱硫脱硝改造后的机组，其冷端腐蚀较为严重，同时，在煤种条件较差的电厂，空预器堵灰较为严重，因此需要频繁开启蒸汽吹灰，高压蒸汽带着粉尘会加速密封片的冲刷磨损，此类情况建议选择硬度更高的密封材料。
在密封片的结构设计上，建议设计成蛇形结构，可以具有优良的弹性，既能长期保持密封效果，又能减小摩擦力，降低运行电流。
参考文献
[1]王科峰.300MW机组锅炉回转式空气预热器密封改造[J].技术交流与应用.第35卷第6期.2007.
[2]蔡明坤.几种回转式空气预热器密封结构的比较[J].锅炉技术.2011(02).
论文作者:申先念
论文发表刊物:《电力设备》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/30
标签：腐蚀性论文; 硫酸论文; 不锈钢论文; 材料论文; 奥氏体论文; 时效论文; 几种论文; 《电力设备》2018年第2期论文;