金刚石表面提供永久性密封解决方案

作者：Hans Peter Brauer

欢迎访问e展厅 展厅 5 密封件展厅 油封, 骨架油封, 石墨填料环, 汽封, 轴封, ... 锅炉给水泵利用金刚石表面机械密封所具有优异的耐电化学腐蚀性，保持了超长的使用寿命。几十年来，由于电化学腐蚀问题，关键部件意想不到地过早损坏，给电站运营商造成了很多问题。然而，自从一家德国电站开始使用一种高科技密封技术，一切都发生了变化，现在，创新的“金刚石表面解决方案”在全球范围内需求量很大。Hans Peter Brauer在文中做了详细的报道。 多年来，关键部件由于电化学腐蚀而过早磨损，一直给电站运营商带来巨大的困扰。然而，过去三年多来，EagleBurgmann金刚石表面高性能密封在化石燃料发电站和核电站的使用成功解决了这些问题。 自2010年11月以来，一家德国知名电站运营商一直在其位于北莱茵威斯特伐利亚州鲁尔区西北部的最大型黑煤发电站使用这种高科技密封技术。该运营商安装的四个机械密封一直无故障运行，并且没有造成任何困扰。与此同时，该电站的运行期间现已达到13000多小时。 后退到上世纪70年代末，当水化学从“碱性”转换为“组合”或“中性运行”，并且采用规模越来越大、旋转速度越来越快的给水泵后，大大缩短了许多电站机械密封的使用寿命。 这种损坏现象造成了表面材料的破坏，在圆周速度超高的大型锅炉给水泵中尤为明显。如果运行时间需要达到至少24,000小时，由于腐蚀而损坏的机械密封经常在仅仅数千小时后就需要更换。密封件过早更换不断造成生产损失、不必要的开支和维护成本。 通过对话取得成功 因此，机械密封和电偶腐蚀一直是这家黑煤发电站运营商所面临的问题。自其发电厂于1971年建立以来，该发电站一直与EagleBurgman合作。位于北莱茵威斯特伐利亚州的四个发电机组生产超过2200兆瓦的输出。那里每年生产约75亿千瓦时的电力，可满足1900万独户住宅的用电需求。 除了已知的电偶腐蚀问题，这些机器及其部件还面临更多其他的技术挑战，比如季节原因引起的电力市场变化或可再生能源的增加，这经常导致燃煤电站被用于提供中等负荷供电，专家称之为“低于最大负荷运行”，意思是低于满负荷运行。对于前面所述的电站来说，这意味着，由于交变负荷运行，将产生超过250次启动和停止，造成所使用的机械密封处于非常高的机械和液压载荷和应力之下。 在两个运行超过30年的695兆瓦发电机组中，两台大型高速涡轮动力100%满负荷Weller泵机中的一台安装了两个DF-SAFI类型的机械密封。另一台泵机的驱动端则已经配备了DF-SAFI类型的机械密封。 这些特殊密封件的材料组合包括固定排列的碳复合材料密封表面和旋转排列的碳化硅金刚石表面固定底座。由于EagleBurgmann拥有全面的实地经验，自2010年以来，该电站运营商一直采用这种类型的密封。2012年，在一次检查Weller锅炉给水泵的过程中，同时也检查了所安装的一个密封件，然后重新安装，电站无任何异议。 “与EagleBurgmann的合作对我们来说一直很顺利，”黑煤发电站机械工程部经理Christoph Bolte说道，“问题是已知的，我们从一开始就紧密合作。在进一步开发机械密封的过程中，如水化学从碱性转变为目前的组合运行，我们能够利用EagleBurgmann丰富的开发和材料知识。我们的确找到了非常不错的解决方案。” 预防性处理延长了运行时间 两位专家Bol te 先生和Andre s Kretschmer先生（EagleBurgmann电力、纸浆和造纸应用工程主管）在他们的长期业务关系中始终了解彼此有关技术开发的想法。20世纪90年代，更新了机械密封的小型冷却回路，以防止给水的低导电性问题，而这一直是滑动表面上电化学腐蚀的触发因素。循环给水或冷却水经过特殊的“预防性处理”，使其变得更软，因而更具导电性。“在这个过程中，我们添加了‘顺势’数量的氨气，”Kretschmer先生说道，“因此，我们实际上为碱性给水对应的环境提供了机械密封。” Bolte先生补充说：“首先，这使我们能够消除具有破坏性的‘电化学腐蚀’因素，并且我们获得了更长的运行期间。但是，当然，这对我们而言并不是令人满意或永久性的解决方案。” 对冷却回路进行“预防性处理”不仅需要不断监控和维护，而且需要采取特定的HSE（健康、安全与安全）措施。 创新的金刚石表面解决方案 最后，采用金刚石表面薄层技术实现了突破。该技术最初由EagleBurgmann于2007年与弗劳恩霍夫（Fraunhofer）表面工程和薄膜研究所（IST）合作开发，多年来，这家巴伐利亚密封件生产商又进一步进行了优化。 它是EagleBurgmann以DiamondFace为品牌名称销售的产品。通常至多只有10微米的金刚石表面薄层在真空和2000℃（3632°F）的温度条件下，通过化学气相沉积（CVD）方式张贴到密封表面，具有硬度极高、高耐磨损性、热传导性优异、最大的耐化学性和最小的摩擦等特点。对基体材料最大的粘附力充分证明了上述优点。 另一个优点是大大减少了摩擦过程中产生的热量，相比未涂层的碳化硅滑动表面，摩擦减慢了15倍。 “由于DiamondFace涂层在石油与天然气、化学及制药领域的泵机、搅拌器和压缩机密封中已经过多年的广泛验证，我们也‘发现’这种涂层可用于电站技术中，并解决了运行过程中的‘电化学腐蚀’难题，”Kretschmer先生说道。 这利用了EagleBurgmann特种金刚石表面涂层良好的导电性，其对电化学腐蚀引起的损坏具有良好的抵抗性，也无需为具有高速旋转接触的滑动表面进行给水调节。此外，在一个与奥地利格拉茨大学（Technical University of Graz）合作的项目中，也正在一个测试设施中，使用原有介质在科学条件下对DiamondFace涂层进行研究。这里目前所实现的运行期间已分别超过26000小时（DF/DF）和18000小时（碳复合材料/DF）。经过这么长的运行期间，没有出现任何电化学腐蚀现象，所采用的两种材料组合的滑动表面的状况也可以用“优良”和“完好如新”来描述。

文章内容仅供参考 (投稿) (4/16/2014)