電站鍋爐管道高溫沖蝕磨損和涂層防護(hù)技術(shù)

1、    電站鍋爐管道高溫沖蝕磨損和涂層防護(hù)技術(shù)    王永輝摘 要：鍋爐是現(xiàn)代電站的必備設(shè)備之一，一般的發(fā)電廠需要借助鍋爐設(shè)備完成發(fā)電工作，常規(guī)的電站鍋爐為中型或者大型的鍋爐，具有極大的容量，屬于熱力設(shè)備，其主要功能是將滿足質(zhì)量以及數(shù)量要求的蒸汽提供給汽輪機(jī)，除了發(fā)電的基本功能之外，還能給外部環(huán)境提供熱量，其具有的蒸發(fā)量也比一般的熱力設(shè)備更大，在電站鍋爐被應(yīng)用的過程中，高溫運(yùn)行環(huán)境造成的沖蝕磨損問題會(huì)降低鍋爐應(yīng)用的安全性，借助防護(hù)涂層技術(shù)可以解決這類鍋爐，應(yīng)用問題。關(guān)鍵詞：電站鍋爐；高溫沖蝕磨損；涂層防護(hù)技術(shù)中圖分類號(hào)：tm621.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a火力

2、發(fā)電是我國(guó)應(yīng)用的一種極為主要的發(fā)電形式，電站鍋爐在火力發(fā)電的過程中占據(jù)核心地位，借助提供蒸汽的方式來使火力發(fā)電站完成供給電能的任務(wù)，鍋爐很難獨(dú)立運(yùn)行，往往需要輔助設(shè)備的支持，同時(shí)現(xiàn)代電站鍋爐對(duì)于機(jī)械化技術(shù)、自動(dòng)管控技術(shù)以及安全管理的要求極高，應(yīng)用者要注重對(duì)鍋爐的保護(hù)，爆漏事故是出現(xiàn)頻率比較高的鍋爐應(yīng)用事件，熱腐蝕現(xiàn)象以及高溫條件下的磨損沖蝕問題是亟待解決的鍋爐應(yīng)用問題，為了強(qiáng)化鍋爐的管壁，工作人員可以通過防護(hù)涂層技術(shù)保護(hù)鍋爐管壁。1 電站鍋爐存在的高溫磨損沖蝕問題研究飛灰問題是一種對(duì)鍋爐影響極大的不良應(yīng)用情況，對(duì)其簡(jiǎn)要研究：飛灰沖蝕磨損是一項(xiàng)氣固兩相流與金屬摩擦理論相交叉的綜合性課題，金屬材料

3、的沖蝕磨損量是一個(gè)受工作環(huán)境影響的系統(tǒng)參數(shù)，它一般受以下參數(shù)的影響：一是環(huán)境參數(shù)，包括沖刷角、飛灰顆粒速度及濃度、沖蝕時(shí)間、環(huán)境溫度。二是顆粒特性，包括粒度、形狀、硬度、密度、飛灰的化學(xué)特性及顆粒組成。三是靶材性質(zhì)，包括機(jī)械性能及熱物理性能。這三方面因素是互相影響的。在溫度對(duì)鍋爐管道沖蝕磨損影響的試驗(yàn)研究中得出：在達(dá)到一個(gè)臨界溫度之前磨損量隨溫度上升而增加，隨后當(dāng)溫度進(jìn)一步上升時(shí)，磨損量遞減。而且磨損量的峰值隨著粒子沖擊能量的增加而偏向于更高，其磨損率也同時(shí)增大，合金抗氧化性能越強(qiáng)，其峰值越偏向于較高溫度。提到溫度，就不能不提到金屬氧化膜。一般來講，常溫下氧化膜非常薄，但在高溫時(shí)，氧化膜厚度會(huì)

4、大大增加，且溫度越高，厚度呈指數(shù)規(guī)律增大，起到保護(hù)基質(zhì)的作用，使金屬表面抗磨損能力增強(qiáng)。但是隨著溫度的繼續(xù)升高，由于氧化膜和金屬基質(zhì)的熱膨脹系數(shù)不同，在某臨界溫度下，氧化膜會(huì)產(chǎn)生裂紋而剝落，由此導(dǎo)致磨損量迅速增大。正因?yàn)轱w灰具有石英的近似硬度，所以它對(duì)管道的不斷撞擊，造成磨損的加?。伙w灰的密度越大則慣性沖擊率就越大，因此飛灰的密度對(duì)磨損狀況的影響也不能忽視。從以上對(duì)于電站鍋爐普遍存在的這種磨損沖蝕問題的研究中，可以找出以下幾種應(yīng)對(duì)方法：首先可以對(duì)燃煤材料進(jìn)行更改，用具有優(yōu)越品質(zhì)的燃煤來替代當(dāng)前的普通燃煤，借此來縮減二氧化硫這一類顆粒物質(zhì)的數(shù)量；如果從鍋爐改造的角度進(jìn)行考慮，可以對(duì)鍋爐系統(tǒng)的管道

5、結(jié)構(gòu)加以調(diào)整，借此來減輕飛灰?guī)淼臎_擊，削弱磨損強(qiáng)度；從鍋爐管理工作入手，可以縮短鍋爐檢查的周期，適時(shí)對(duì)破損、無法繼續(xù)應(yīng)用的鍋爐管道進(jìn)行更換；對(duì)于鍋爐中存在腐蝕問題相對(duì)嚴(yán)重的部位施加局部熱處理，同時(shí)可以給爐壁等部位添加防護(hù)性涂層，在以上方法之中，熱處理以及涂層噴涂工藝是最為經(jīng)濟(jì)合適的處理方法。2 涂層防護(hù)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用2.1 技術(shù)應(yīng)用性能分析從當(dāng)前的涂層應(yīng)用技術(shù)來看，有多種材質(zhì)的涂層可供鍋爐管理人員選擇，無論給鍋爐選擇哪一種涂層，都要保證滿足基本性能要求。針對(duì)電站鍋爐存有的這種高溫狀態(tài)下的磨損沖蝕現(xiàn)象，涂層不僅僅需要具有極高的抗氧化能力，還需具備耐腐蝕性以及抵抗磨損沖蝕的能力。從前文的分析之中

6、可以了解到，飛灰是導(dǎo)致鍋爐出現(xiàn)沖蝕磨損情況的根本原因之一，因此涂層首先需要具備可以抵抗飛灰的能力，尤其需要在氧化以及高溫的應(yīng)用條件下對(duì)飛灰加以抵抗；電站鍋爐的運(yùn)行環(huán)境的往往存在著持續(xù)性高溫的應(yīng)用條件，因此抗腐蝕耐熱性能也是極為重要的，不僅僅需要有防護(hù)氧化以及高溫外部條件的能力，同時(shí)還需要對(duì)硫化氣氛具有一定的抵抗能力；電站鍋爐對(duì)于土層的抗疲勞性能也存有較為嚴(yán)格的要求，主要是為了對(duì)系統(tǒng)的實(shí)際可靠性進(jìn)行保持，由于這種電站鍋爐在被應(yīng)用時(shí)會(huì)存在多次停機(jī)的情況，因此抗疲勞性能也是非常必要的。從涂層自身來看，其必須要具有極強(qiáng)的致密性以及結(jié)合機(jī)體的強(qiáng)度，這種性能要求主要是為了防止機(jī)械脫落的情況出現(xiàn)；另外涂層工

7、藝要盡量簡(jiǎn)便，應(yīng)用成本也不能過高。2.2 陶瓷涂層分析陶瓷材料本身就具有比較優(yōu)越的抵抗沖蝕以及高溫的能力，因此利用陶瓷材料制作涂層是一種比較好的應(yīng)用思路，與常見的金屬涂層相比，陶瓷材料的價(jià)格比較昂貴，如果陶瓷涂層受到強(qiáng)烈的外部沖擊，其表面會(huì)形成裂紋，不僅僅削弱美觀性，應(yīng)用性能也會(huì)因此變差，從抗疲勞能力來看，金屬涂層同樣由于陶瓷涂層。由此可知陶瓷涂層存在實(shí)用性比較差的問題，在安裝陶瓷涂層時(shí)，需要應(yīng)用hvof以及火焰噴涂的工藝，操作極為復(fù)雜。2.3 金屬涂層分析組成金屬涂層的材料一般為合金材料，其具備的抵抗沖蝕情況以及高溫情況的能力極高，接近不銹鋼材料，從與應(yīng)用基體的結(jié)合能力來展開研究，金屬涂層仍

8、舊是最佳選擇，金屬涂層的綜合應(yīng)用價(jià)值極高，能夠滿足電站鍋爐提出的多種防護(hù)需要，其具有的優(yōu)勢(shì)包括抗疲勞能力以及抗腐蝕能力，噴涂金屬涂層的方法也比較豐富，處理常用的火焰噴涂方法之外，還可以借助等離子噴涂技術(shù)完成噴涂金屬涂層的任務(wù)。2.4 其他涂層分析隨著涂層研究工藝進(jìn)步，新型的涂層噴涂技術(shù)也被研發(fā)出來，電站鍋爐的管理者可以選擇的防護(hù)涂層的種類更為豐富，基于陶瓷涂層具有的多種應(yīng)用問題，相關(guān)研究者將陶瓷以及金屬兩種材料進(jìn)行了結(jié)合，研制出了全新的復(fù)合型涂層，合金與金屬材料在大攻角的應(yīng)用條件下，能夠呈現(xiàn)較高的抵抗沖蝕能力，而陶瓷這類脆性材料不同，在小攻角的應(yīng)用環(huán)境中可以展現(xiàn)極好的沖蝕性能，而飛灰現(xiàn)象給管道

9、帶的沖蝕問題的攻角范圍比較大，因此可以將兩種涂層材料結(jié)合使用，將顆粒狀的陶瓷相涂抹在金屬材料表面，進(jìn)而起到防護(hù)的作用。金屬化合物材質(zhì)的土層同樣屬于新型涂層，該種工藝并不成熟，應(yīng)用金屬化合物主要是出于以下考慮，合金材料一般都具有極為可靠的硫化性能、抗氧化能力，同時(shí)密度數(shù)值相對(duì)較低，由于不考慮使用相對(duì)昂貴的金屬材料，因此成本也低于其他類型的涂層，然而受到研究條件的限制，涂層加工成型工藝還需被繼續(xù)改進(jìn)。結(jié)語電站鍋爐具有復(fù)雜的內(nèi)部構(gòu)造，因此其可能會(huì)出現(xiàn)的安全使用問題也比較多，本文主要對(duì)高溫磨損腐蝕情況進(jìn)行了分析，這種情況一般會(huì)出現(xiàn)在鍋爐系統(tǒng)的再熱器、過熱器以及水冷壁等位置，這些位置比較容易出現(xiàn)飛灰問題

10、，如果鍋爐長(zhǎng)期存在的這種情況沒有被重視，鍋爐的主要管道就無法被繼續(xù)使用，而通過各種涂層可以減小這種問題的實(shí)質(zhì)性影響，與其他鍋爐保護(hù)方法相比，應(yīng)用涂層技術(shù)時(shí)并不需要花費(fèi)過多的防護(hù)成本，精選出合適的涂層材料是最重要的。管理電站鍋爐時(shí)，需要積極找出各種鍋爐隱患問題并尋找防治路徑。參考文獻(xiàn)1梁國(guó)棟.火電廠鍋爐水冷壁管高溫腐蝕和磨損處理方法及分析j.化工設(shè)計(jì)通信，2017，43（10）：168.2劉保國(guó)，柯鵬，陳鵬飛，等.現(xiàn)代噴涂技術(shù)用于鍋爐管道的防護(hù)及其發(fā)展j.熱處理，2016，31（3）：55-57.3姚夢(mèng)佳.幾種等離子噴涂涂層的沖蝕磨損特性研究d.四川：西南石油大學(xué)，2016.4張強(qiáng).電站鍋爐高溫受熱面管道氧化皮分