Безопасность эксплуатации электростанций напрямую зависит от применяемых в ее оборудовании узлов, деталей и сервисных материалов. По этой причине смазочные материалы для резьбовых соединений, которые могут нагреваться в газовых турбинах ТЭС до +950 °С, должны отвечать высоким требованиям.
Для обеспечения прочности при высоких температурах детали резьбовых соединений изготавливают из жаропрочных никеле- и хромосодержащих сплавов.
Особенность деталей из таких сплавов состоит в том, что несмотря на их высокую прочность, пленка окислов на поверхности очень тонкая и не способна надежно разделить трущиеся поверхности при затяжке или демонтаже резьбовых соединений. В результате происходит схватывание и заедание резьбы с полной потерей подвижности соединения.
Для создания дополнительного разделительного слоя между контактирующими поверхностями при сборке применяют специальные смазочные материалы. Этот слой должен обеспечить требуемое усилие затяжки и коэффициент трения в пределах 0,12…0,14. Особенно актуальны эти требования для фланцевых соединений, в которых во избежание деформации и потери герметичности необходима равномерная затяжка по окружности.
Резьбовые соединения электростанций подвергаются демонтажу во время периодических осмотров оборудования. Однако, если при их сборке применялся неподходящий смазочный материал, то неразрушающий демонтаж часто оказывается невозможным. В таких случаях болты или шпильки приходится срезать, а их остатки высверливать из отверстий. Эти операции чрезвычайно трудоемки и существенно увеличивают время простоя оборудования.
Еще большие проблемы возникают при изломах болтов и шпилек, которые могут быть спровоцированы применяемым смазочным материалом. Такие ситуации могут привести к потере герметичности, утечкам, и, как следствие, к авариям на электростанции. Универсальные резьбовые пасты обычно содержат в своем составе легкоплавкие металлы – свинец, олово и цинк. При высоких температурах эти металлы плавятся и диффундирует из пасты по границам зерен жаропрочного сплава. Это вызывает охрупчивание металла детали резьбового соединения, приводит к снижению ее прочности и к излому при воздействии нагрузки.
Как правило, в традиционных смазках в том или ином количестве содержатся сера, хлор или фтор, а также их соединения, которые также вызывают охрупчивание материала резьбовых элементов и могут привести к их разрушению (рис. 1, 2).
Кроме того, при экстремально высоких температурах в присутствии воды или водяного пара резко увеличивается скорость возникновения коррозии. Пасты на основе никеля эффективно защищают от коррозии в таких условиях эксплуатации, однако не применяются из-за высокой канцерогенности.
Отдельные узлы оборудования атомных электростанций в процессе эксплуатации подвергаются радиоактивному излучению. Некоторые компоненты традиционных смазочных материалов при этом превращаются в радиоактивные изотопы и начинают сами излучать. Специальные смазочные материалы, применяемые для резьбовых соединений таких узлов, не должны содержать элементов (например сурьмы), которые при работе реактора сами могут стать источником излучения.
Ранее для резьбовых соединений, эксплуатирующихся в условиях воздействия воды и пара, в основном применяли смазки на основе графита. Однако под воздействием экстремально высоких температур графит быстро теряет смазочные свойства, что затрудняет демонтаж, вызывает необходимость приложения чрезмерных усилий к элементам соединения и часто приводит к их разрушению.
В линейке специальных материалов компании DuPont имеется высокотемпературная резьбовая паста Molykote P-37, которая решает вышеперечисленные проблемы с крепежом.
После длительных теоретических исследований и испытаний, проведенных с участием ведущих производителей оборудования была разработана формула новой пасты – она изготовлена на основе полусинтетического масла и твердого смазочного материала – высокодисперсного порошка диоксида циркония. В ее составе отсутствуют металлы, а содержание серы и галогенов не превышает 0,025 % и 0,020 % соответственно.
Основные характеристики резьбовой пасты Molykote P-37 следующие:
- Цвет: серо-черный
- Класс консистенции по NLGI: 1
- Диапазон рабочих температур: -30…+1400 °С
- Несущая способность (нагрузка сваривания по ASTM D 2596): 4000 Н
- Коэффициент трения в болтовом соединении, для торцевой поверхности/для резьбы (тест Эрихсена): 0,09/0,15
Благодаря тщательно подобранной пропорции компонентов паста Molykote P-37 надежно работает в резьбовых соединениях с деталями из жаропрочных материалов. При монтаже она обеспечивает стабильное усилие затяжки, предотвращая заедание и схватывание резьбы. Даже после длительной эксплуатации при экстремально высоких температурах демонтаж таких соединений не вызывает сложностей.
Применение резьбовой пасты Molykote P‑37 играет важную роль для обеспечения безопасности эксплуатации электростанций. Она рекомендована ведущими производителями, среди которых General Electric, Siemens, Pratt&Whitney.
Molykote P-37 используется не только для высокотемпературных узлов машин электростанций. Эта паста является хорошим решением для резьбовых соединений и другой техники – насосов в химической промышленности, бурильных труб и геофизического оборудования в нефтегазовой отрасли, шиберных затворов в металлургии.