水冷壁管防腐蝕、耐磨的研究與解決辦法

時(shí)間：2017-12-26作者：山東利信達(dá)鋼鐵有限公司瀏覽：150

關(guān)鍵詞：鍋爐水冷壁鋼管  高溫腐蝕和磨損  超音速電弧噴涂'>超音速電弧噴涂  

一、引言  鍋爐水冷壁管高溫腐蝕和磨損一直是電力系統(tǒng)普遍存在的嚴(yán)重題目，它的直接危害主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：  
(1)使管壁減薄，據(jù)統(tǒng)計(jì)一般每年減薄量約為  1mm  左右，嚴(yán)重的可達(dá)  5~6mm  年，形成安全運(yùn)行的嚴(yán)重隱患，增加了電廠的臨時(shí)性檢驗(yàn)和大修工作量，給電廠造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。  
(2)發(fā)生水冷壁突發(fā)性爆管事故，造成緊急停爐搶修，不僅打亂了電廠的正常發(fā)電秩序，減少發(fā)電產(chǎn)值，而且增加了工人勞動(dòng)強(qiáng)度和額外的檢驗(yàn)用度，直接影響企業(yè)效益，同時(shí)也干擾了地區(qū)電網(wǎng)的正常調(diào)度，影響當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)，由此也造成了很大的社會(huì)影響。  
鍋爐運(yùn)行過程中，由于燃燒煤中硫及其它有害雜質(zhì)的存在，在高溫下對(duì)水冷壁構(gòu)成腐蝕。這種現(xiàn)象在各個(gè)燃煤鍋爐中普遍存在，我們?cè)诟骰痣姀S的鍋爐定期檢驗(yàn)中經(jīng)常碰到，只是程度不同而已。廣東沙角  B  電廠由于其燃煤含硫量大，水冷壁遭受的高溫腐蝕特別嚴(yán)重，由此帶來的爆管、換管損失慘重。同時(shí)，煤燃燒時(shí)產(chǎn)生的大量灰粉，在鍋爐內(nèi)部燃燒的復(fù)雜動(dòng)態(tài)過程中，猛烈撞擊水冷壁，對(duì)水冷壁工作面產(chǎn)生嚴(yán)重切削，使水冷壁管工作面被磨損成不同程度的小平臺(tái)，造成水冷壁壁厚的實(shí)際減薄，輕易導(dǎo)致水冷壁管在高溫下強(qiáng)度不夠而爆管，其危害作用同高溫腐蝕一樣嚴(yán)重。因此，需要我們尋求一種解決的技術(shù)方法，增加水冷壁的抗磨損能力，以延長(zhǎng)水冷壁的使用壽命。  
二、水冷壁管高溫腐蝕和磨損的機(jī)理。  
水冷壁管高溫腐蝕和磨損的機(jī)理是很復(fù)雜的，簡(jiǎn)言之，與下列因素有關(guān)：(1)爐膛火焰溫度；  (2)燃煤的含硫量；(3)煙氣與灰分顆的沖蝕。鍋爐運(yùn)行過程中，爐溫可高達(dá)1600℃以上，由于燃燒煤中硫及其它有害雜質(zhì)的存在，水冷壁普遍遭受高溫腐蝕。參與高溫腐蝕的危害物有燃燒過程中產(chǎn)生的SO2  、SO3  、H2S  、HC  1  、堿金屬鹽及釩鹽類，是多種化學(xué)物在各種溫度下共同對(duì)管壁進(jìn)行的復(fù)雜的動(dòng)態(tài)腐蝕過程。其中，硫化物是鍋爐高溫腐蝕的主要因素，一是煙氣中的硫化氫與管壁金屬作用產(chǎn)生的腐蝕，含硫物在金屬高溫下產(chǎn)生單原子硫，硫與管道中的鐵反應(yīng)天生硫化鐵(Fe+S  →  FeS)；二是由不可燃硫在高溫作用下天生硫酸鹽混進(jìn)灰分熔敷于管壁表面，但不再具有水冷壁管所要求的各種良好的高溫機(jī)械性能，實(shí)際上導(dǎo)致水冷壁管有用壁厚的減薄，從而其有效承載能力不斷下降，由此形成腐蝕。另外，高溫?zé)煔夤梢源笥?米/秒的速度沖擊管壁，煙氣的腐蝕和灰分顆粒的沖洗在金屬表面交替進(jìn)行，造成管壁減薄。  
三、防止水冷壁高溫腐蝕和磨損的途徑。  
意外的爆管則會(huì)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，電廠為減少爆管，投進(jìn)了大量人力、物力加強(qiáng)對(duì)水冷壁的監(jiān)測(cè)和更換，但是監(jiān)測(cè)未取得任何實(shí)質(zhì)性的效果，換管則將大大增加生產(chǎn)本錢和維修用度。只有防患于未然才是最好的辦法。  分析清楚了水冷壁高溫腐蝕的產(chǎn)生原因，就可采用有效的方法來進(jìn)行防止，常用方法可以分為兩類，即非表面防護(hù)方法和表面防護(hù)方法。非表面防護(hù)方法有：  
A.  采用低氧燃燒技術(shù)。  
B.  盡可能使各燃燒間的煤粉濃度均勻。  
C.  公道的配風(fēng)及強(qiáng)化爐內(nèi)的湍流混合。  
D.  控制適當(dāng)?shù)拿悍奂?xì)度。  
E.  避免出現(xiàn)受熱面壁溫局部過熱。  
F.  在壁面四周噴空氣保護(hù)膜。  
G.  加添加劑。  
H.  控制公道的爐膛出口煙溫。  
I.  對(duì)易產(chǎn)生高溫腐蝕的煤種采用抗腐蝕高溫合金。  
J.  采用煙氣再循環(huán)。  
K.  對(duì)受熱面的設(shè)計(jì)布置公道，以避開高煙溫區(qū)和高壁溫區(qū)出現(xiàn)。  
L.  對(duì)易腐蝕區(qū)加爐襯防護(hù)。  
非表面防護(hù)法的共同之處在于，一定程度上可以減輕水冷壁的腐蝕，但并不能真正做到防止其腐蝕。而且有些方法在實(shí)際運(yùn)行中會(huì)由于各種原因而不能有效地實(shí)施，甚至個(gè)別方法還存在爭(zhēng)議，如爐襯防護(hù)，不但影響燃燒室吸熱能力，還會(huì)使腐蝕復(fù)雜化。故有必要尋求其它效果更好的表面防護(hù)方法。  
對(duì)受腐蝕構(gòu)件表面覆蓋耐腐蝕的隔離層，是最直接有效的防腐措施，屬于高溫腐蝕的表面防護(hù)方法，主要  
(1)涂刷法：涂刷的涂層塑性、熱膨脹性等不能適應(yīng)鍋爐內(nèi)環(huán)境及脫硫裝置，使用中易產(chǎn)生脫層，難于實(shí)際應(yīng)用。  
(2)電鍍、熱滲鍍：鍍層的覆蓋性及結(jié)合度較好，但受工件尺寸限制，鍍件在現(xiàn)場(chǎng)拼焊中鍍層也會(huì)出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，降低使用性能。無法對(duì)已有設(shè)施進(jìn)行再次防腐。  
(3)熱噴涂：適合現(xiàn)場(chǎng)操縱，涂層材料選擇范圍寬，組合方式多，能提供多種性能涂層，對(duì)已有設(shè)施的未防護(hù)部分進(jìn)行追加防護(hù)，已防護(hù)部分進(jìn)行再次防護(hù)。  
超  音速電弧噴涂技術(shù)利用了流體力學(xué)中的“拉瓦爾原理”，使噴涂時(shí)的粒子速度真正超過了音速。我們通過對(duì)該技術(shù)的引進(jìn)，特別是針對(duì)噴涂設(shè)備粗笨、龐大、不利于現(xiàn)場(chǎng)施工的缺點(diǎn)，進(jìn)行大膽的設(shè)備結(jié)構(gòu)改造和功能完善，達(dá)到的突出特點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用性強(qiáng)、噴涂性能好、涂層質(zhì)量明顯進(jìn)步。  
由于超音速電弧噴涂技術(shù)的先進(jìn)性——離子噴射速度快(比普通電弧噴涂快4倍)，其技術(shù)性能比普通電弧噴涂有本質(zhì)的進(jìn)步，改善了涂層的孔隙率、顆粒度、結(jié)合強(qiáng)度等性能，增加了涂層厚度調(diào)節(jié)范圍及可利用的涂層材料選擇范圍，可以大大拓展電弧噴涂的應(yīng)用范圍。  
但原有超音速電弧噴涂的應(yīng)用還幾乎停留在普通電弧噴涂技術(shù)的基礎(chǔ)上，只是簡(jiǎn)單地利用其性能的進(jìn)步，基本上處于一種被動(dòng)應(yīng)用的狀況。比如噴涂材料，仍然沿用原有電弧噴涂用絲材，沒有針對(duì)超音速電弧噴涂技術(shù)的先進(jìn)性專門開發(fā)新型涂層材料，我們投進(jìn)了大量人力、物力、財(cái)力對(duì)其進(jìn)行了進(jìn)一步研究，開發(fā)出了MC鍋爐四管專用涂層、  NiCr/Cr  3  C  2  、  NiCrAiFe/Cr  3  C  2  、  45CT  系列噴涂材料，增加其在電力系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用性，最大限度地利用該技術(shù)的先進(jìn)性，實(shí)現(xiàn)良好的表面涂層。  
四、超音速電弧噴涂45CT合金的應(yīng)用  
對(duì)水冷壁的防高溫腐蝕和磨損各種方法綜合考慮，我們以為，比較理想的方法是采用熱噴涂技術(shù)。
經(jīng)過一系列的預(yù)備工作，于1999年5月廣東沙角B電廠3#  爐大修期間，我們對(duì)其水冷壁進(jìn)行了防腐耐磨超音速電弧噴涂。  鋼鐵材料的表面防護(hù)涂層分兩大類。一類是隔離涂層，如電鍍鉻、油漆及有機(jī)涂料；另一類是陽極涂層，如電鍍鋅、熱浸或噴涂45CT合金作為犧牲陽板仍對(duì)該處表面鋼鐵具有防腐蝕保護(hù)作用，避免孔隙腐蝕、保護(hù)層下腐蝕及由此引起涂層的脫落，陽極涂層還兼有隔離涂層作用。  
選擇防腐蝕涂層材料除考慮其陽極性外(即選擇陽極電位低于鋼鐵的金屬成份)，還應(yīng)要求其熱膨脹系數(shù)接近鋼鐵材料，具有良好的塑性，以避免脫層，材料還應(yīng)具有一定的抗沖蝕能力。對(duì)選擇的一種或幾種材料應(yīng)進(jìn)行噴涂試驗(yàn)、性能試驗(yàn)和對(duì)比試驗(yàn)等。  
對(duì)于水冷壁防高溫腐蝕和磨損噴涂，我們開發(fā)的噴涂材料是自發(fā)放熱型材料45CT，噴涂后涂層與基體金屬表面產(chǎn)生原子擴(kuò)散，形成冶金結(jié)合，涂層又形成粗糙表面，便于與工作層連接，進(jìn)步涂層的結(jié)合強(qiáng)度。噴涂層材料的膨脹系數(shù)與水冷壁管材料接近，使涂層在交變熱應(yīng)力作用下不會(huì)脫落，它具有抗腐蝕、抗氧化、耐高溫、延展性好、抗沖蝕能力強(qiáng)且價(jià)格便宜等特點(diǎn)，涂層厚度  0.8~1.0mm。噴涂工藝如下：  
A.  噴砂打磨：  
噴涂前的基體表面必須清潔、無油污、且須達(dá)到清潔和毛化要求。噴砂打磨的目的是使水冷壁管表面呈灰白色的金屬外觀和均勻粗化。噴砂后，基體表面粗糙度應(yīng)達(dá)到  Rz40~80um。且干燥、無灰塵、無油污、無氧化皮、無銹跡。選擇磨料時(shí)，根據(jù)基體金屬的種類和涂層的厚度而定，磨料必須清潔、有棱角，才能保證涂層與基體結(jié)合良好。我們選擇棕剛玉和冷硬鑄鐵砂等符合有關(guān)規(guī)定的磨料進(jìn)行打磨，磨料有棱角，清潔、干燥、沒有油污、可溶性鹽的游離物和長(zhǎng)石，以對(duì)表面進(jìn)行仔細(xì)的清理及有效的表面毛化，達(dá)到進(jìn)步噴涂結(jié)合強(qiáng)度的目的。  
B.  防腐蝕噴涂：  
使用超音速電弧噴涂技術(shù)對(duì)水冷壁進(jìn)行噴涂，噴涂材料為專用  45CT，設(shè)計(jì)噴涂厚度  0.8~1.0mm。噴涂表面達(dá)到均勻、致密。噴砂后的水冷壁管，應(yīng)盡快進(jìn)行噴涂，其間隔時(shí)間越短越好，在晴天或不濕潤(rùn)的天氣，間隔時(shí)間不可超過12小時(shí)，在雨天、濕潤(rùn)或含鹽霧氣氛下，間隔時(shí)間不超過  2  小時(shí)。噴涂必須在如下條件下實(shí)施：環(huán)境大氣高于5℃或基體金屬的溫度至少比大氣露點(diǎn)高  3  ℃，在雨天、濕潤(rùn)或含霧的氣氛中，噴涂操縱必須在室內(nèi)或工棚棚中進(jìn)行。  
C.  后處理：  
對(duì)于防腐噴涂，必須加封孔劑，以避免腐蝕物質(zhì)通過涂層的孔隙往里面滲透，直接腐蝕母材，或間接減少防腐涂層的有效厚度。封孔劑選擇有機(jī)硅加鋁粉，噴涂后采用噴涂方法覆蓋在涂層上面。  
D.  現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)：  
噴涂完成后，應(yīng)進(jìn)行外觀檢查，涂層表面致密、均勻、顆粒細(xì)小，不答應(yīng)有起皮、鼓泡、大溶滴、裂紋、掉塊及其他影響涂層使用的缺陷。使用日本原裝進(jìn)口的磁性涂層測(cè)厚儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，厚度達(dá)到要求，可以保證工程質(zhì)量。  
五、噴涂效果分析  
1、與滲鋁管防腐效果對(duì)比分析  
為了防止高溫硫腐蝕，火電廠在水冷壁中設(shè)置衛(wèi)燃帶，以前常采用滲鋁管，實(shí)際上，用噴涂  SCZ16  管代替滲鋁管可以取得相同的或更好的效果。  
試驗(yàn)證實(shí)，我們使用的  45CT  耐腐蝕效果比滲鋁管好得多，使水冷壁管的使用壽命更長(zhǎng)；在水冷壁衛(wèi)燃帶采用滲鋁管，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)焊縫出現(xiàn)嚴(yán)重的硫腐蝕，這是滲鋁管無法克服的弊端，而使用超音速電弧噴涂技術(shù)，則可在水冷壁管安裝完畢后，對(duì)焊口及其四周補(bǔ)噴一層  45CT  防腐，防止焊縫腐蝕；另外，噴涂  45CT  可以對(duì)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后的水冷壁管進(jìn)行再防護(hù)，這也是滲鋁管無法做到的。  
2、運(yùn)行后的涂層檢測(cè)  
廣東沙角  B  電廠  3#  爐超音速電弧噴涂  45CT  涂層水冷壁管，經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)行外觀檢查，涂層完好，未見裂紋、起皮、脫落等任何宏觀缺陷，也未因腐蝕原因造成爆管等。  
我們將最早實(shí)施噴涂的廣東沙角  B  電廠  3#  爐水冷壁管中隔墻在停爐時(shí)割管取樣分析，該樣自爐內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施噴涂后已連續(xù)運(yùn)行  6800  余小時(shí)，根據(jù)廣州有色金屬研究總院出具的檢測(cè)報(bào)告，“試樣涂層完整，未發(fā)現(xiàn)有剝落現(xiàn)象，涂層約  0.9mm。與基體結(jié)合良好，結(jié)合部位未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷”。  
為了防止高溫腐蝕和磨損，超音速電弧噴涂  45CT  可以取得很好的效果。通過各種性能試驗(yàn)和實(shí)踐證實(shí)，利用超音速電弧噴涂的  45CT  涂層，可以大大延長(zhǎng)水冷壁管的使用壽命，同時(shí)也可以對(duì)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后的水冷壁管進(jìn)行再防護(hù)，以進(jìn)一步延長(zhǎng)水冷壁管的使用壽命。  
六、結(jié)束語  
水冷壁管的可靠性，直接關(guān)系到電廠機(jī)組是否能安全有效運(yùn)行，但鍋爐運(yùn)行中對(duì)不可避免地對(duì)水冷壁管造成腐蝕、沖蝕（磨損），使其有效承載能力下降、安全性降低。超音速電弧噴涂涂層能對(duì)水冷壁管表面實(shí)施有效保護(hù)，使其外表面基本不受損傷，可大量節(jié)省材料更換用度及維修費(fèi)，減少或避免非計(jì)劃停爐，降低運(yùn)行本錢，直接經(jīng)濟(jì)效益和間接經(jīng)濟(jì)效益都很高，有極大的開發(fā)利用價(jià)值。  
另外，涂層的存在，要求對(duì)涂層的厚度和覆蓋的完整性進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控。而只要保證熱噴涂層的完好，就在很大程度上保證了水冷壁管的完好性。在原有對(duì)水冷壁管進(jìn)行監(jiān)視檢查的基礎(chǔ)上，對(duì)涂層的檢查增加了對(duì)水冷壁管的監(jiān)視力度，進(jìn)步了水冷壁管的安全性。我們以為已經(jīng)時(shí)間證實(shí)熱噴涂技術(shù)能夠?qū)﹀仩t的水冷壁的保護(hù)提供一個(gè)非常可靠的解決辦法


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