摘 要：火電廠粉煤灰氣力輸送系統的特殊工況條件(高速度、高粉塵濃度、物料磨損性強、溫度高等)，對采用軟密封形式的閥門，極易造成密封件及密封材料的損壞。因此，對現有的密封材料進行改良，提高使用壽命。
關鍵詞：材料;改良;設計
氣力輸送系統在現代燃煤電力行業被積極采用，而燃煤電廠粉煤灰輸送屬于氣固兩相流動范疇。氣體與固粒在輸送管內的運動，涉及到氣流速度的分布以及固粒與管壁摩擦等各種條件，情況復雜，對輸送系統部件磨損大。而閥門是氣力輸送系統的關鍵設備，因此閥的性能對氣力輸送系統的輸送效率及其能否正常運行具有重大影響和決定性作用，閥門問題是引起現有氣力輸送系統存在問題的主要原因之一。 大型燃煤電廠粉煤灰氣力輸送速度高、粉塵濃度高、物料對系統的磨損性強，特別容易引起閥門的磨損，造成閥門開關性能降低，甚至失效。
采用軟密封形式的閥門，在早期損壞的閥門中，由于缺乏針對性、有效性，橡膠密封件的損壞，占有較大的比重。為此，必須根據粉煤灰氣力輸送系統的工況，對現有的密封件材料進行改良。因此，針對閥門密封副采用“硬對軟”的形式，在對結構進行優化設計的同時，對橡膠材料的選擇、配方、制作方法進行研究，以提高橡膠件的耐高溫、耐疲勞、耐磨等性能，減少或推遲橡膠件失效或損壞的發生，從而延長閥門的使用壽命。
1 技術改良
① 面向閥門橡膠密封件制造的材料、工藝改良設計通過現場調查研究發現，由于閥門采用軟密封型式，在早期損壞的閥門中，橡膠密封件的損壞，占有較大的比重，其早期損壞主要表現在以下幾個方面：密封件在閥門放氣后，不能完全復位，閥門在關閉過程中將密封件扯壞;密封件在溫度高于 120℃的環境下，易出現老化的現象，造成閥門早期損壞; 密封件耐磨性不夠，在介質的沖刷下，易磨損，造成早期損壞。為此，本項目根據粉煤灰氣力輸送系統的特殊工況條件，對現有的密封件材料和制造工藝進行改良。
② 面向閥門金屬密封副材料的優選燃煤電廠所用的煤，由于采購區域煤質成份不同，其含雜質不同，煤矸石含量高的煤，燃燒不完全，顆粒大(沖刷性強)、硬度高(造成閥門密封面極易磨損。一般材質及經熱處理的材料其硬度達不到要求，有些甚至低于煤矸石的硬度，極易受沖蝕，造成閥門使用壽命短。選用針對火電特殊工況的材料，改善閥門的使用壽命。
2 技術解決方案
① 優選橡膠材料并采用二次硫化工藝改良優化密封材料性能
密封圈是閥的關鍵部件。閥門無論在靜態的工作條件下，還是動態的開關過程中，密封圈都會在一定程度上出現老化或磨損現象。因此，由于抗撕裂性、彈性、耐磨性、耐高溫性等性能的不足，在早期損壞的閥門中，密封件的損壞，占有較大的比重。密封圈性能的提升，需要通過對密封圈材料和制造工藝的改進來實現。
由于閥門工作過程需要承受最高 200 度的高溫，一般橡膠材料難以滿足要求，綜合考慮工作條件使用要求，產品采用氟橡膠(VITON)作為主要材料，并輔以其他特殊材料及工藝進行生產。氟橡膠具有很好的運動性能，同時具有很高的耐磨性和耐高溫特性，是密封圈的理想材料。
密封圈的制造過程，首先是通過密煉機合成橡膠，合成橡膠通過開煉機進行開煉成型后，將此放入硫化設備中的模具內，進行一次硫化。硫化過程中發生了硫的交聯，把一個或更多的硫原子接在聚合物鏈上形成橋狀結構。反應的結果是生成了彈性體，它的性能在很多方面都有了改變。但第一次硫化溫度低，硫化不完全，橡膠的力學性能和壓縮永久變形性能相對較差，不能滿足使用要求。因此，需要第二次在烤箱設定規定溫度時間進行二次硫化。氟橡膠一次硫化時放出的 HF 等低分子物質，將妨礙橡膠交聯，二次硫化高溫下會放出，以便進一步交聯。另外氟橡膠還可能發生環化反應生產含氟基環，從而使它的耐熱性進一步提高。二次硫化也增加了橡膠制品的扯斷強度和撕裂強度。
由于配方體系不同，二次硫化工藝也不盡相同，沒有固定的模式。本項目實施過程中，通過大量的科學試驗和精確測定，針對密封圈的特定材料配方，改良并確定了最優的二次硫化工藝，制定了合適的加熱溫度序列以及相應的加熱時間。
② 針對“硬對軟”的形式，選用金屬密封副材料燃煤電廠粉煤灰氣力輸送的進出料用閥門，處于高粉塵濃度、物料磨損性強，高強度的惡劣工況，閥門密封面極易受沖蝕而報廢，造成系統失效、停機，而提高電廠的維護成本和停機損失。本技術開發的閥門密封圈采用“硬對軟”的形式， 其密封面所用材質在本公司氣力輸送試驗室實驗的基礎上， 應用于火電現場，確定選用一種雙相不銹鋼鑄造材料，其特點：
A、綜合力學性能好。有較高的強度和疲勞強度，屈服強度是 18-8 型奧氏體不銹鋼的 2 倍。固溶態的延伸率達到25%，韌性值 AK(V 形槽口)在 100J 以上;
B、可焊性好，熱裂傾向小，一般焊前不需預熱，焊后不需熱處理，可與 18-8 型奧氏體不銹鋼或碳鋼等異種焊接。適合維修，降低使用成本;
C、具有良好的耐腐蝕疲勞和磨損腐蝕性能。在某些腐蝕介質的條件下，適用于制作泵、閥等動力設備，提高使用壽命。
3 結論
實驗表明，經工藝改良，提高了閥門密封面材料的抗拉強度、延伸性、抗撕裂、抗壓縮變形以及耐熱性能(可耐溫200℃)等，延長了閥門的使用壽命，適應燃煤電廠粉煤灰輸送的特殊工況條件。
參考文獻
[1] 日本橡膠協會模具研究分會. 橡膠的硫化與成型技術.日本工業調查會, 2004.
[2] 橡膠機械優化設計[M]. 化學工業出版社, 2009.
[3] 繆桂韶. 橡膠配方設計[M]. 華南理工大學出版社,2009.
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