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          韶關日昇生物質發電廠水冷管壁防腐蝕解決方案


            鍋爐由于爐型結構和設計參數等特點,投產運行后水冷管等受熱面部位運行工況條件極為惡劣,長期遭受高速高溫高含塵煙氣的不均勻沖刷、磨損和腐蝕,極易被嚴重磨蝕減薄,極易造成泄漏和爆管事故。為確保鍋爐安全、穩定、經濟運行,采取防護措施是十分必要的。根據全國各地電廠的防護情況,針對鍋爐運行的具體情況、工藝參數及失效機理,結合我公司長期從事該行業的實際施工經驗,經我公司工程技術人員認真分析,對該部位的防護方案進行了技術設計,采用本技術進行防護能獲得很好的效果,設備的使用壽命可大大延長。

          一、失效分析

            生物質鍋爐水冷管的高溫腐蝕因為是生物燃料中含有大量的堿金屬的氯化物和少量的硫化物,這些堿金屬的氯化物和硫化物在高溫(約550~900℃)缺氧條件下變為黏稠和熔化狀態附著在水冷壁外表面,破壞氧化膜,當與氧氣接觸時,氯被部分置換出來,強氧化性的氯再次腐蝕管材。被置換后氧化物形成了最終的氧化皮。氧化皮層層剝離,蒸汽管子不能承受內在壓力時,就產生了爆管現象。其次還易受到燃燒過程中的高溫高速含塵煙氣的沖刷磨損,在上述多種因素作用下,導致受熱面管逐漸被磨蝕減薄,當局部承受不了管內水汽壓力時即造成爆漏而失效。

          二、涂層設計

            針對上述受熱面部位失效機理及大多數廠家實際使用和磨損情況,我們建議:

          (1)先采取二次噴砂工藝對防磨部位進行表面糙化,即先用石英砂對表面進行清潔,再用金剛砂對管子表面進行糙化處理。

          (2)本項目涂層設計主要由三部分功能涂層組成:底層是與基體材料直接結合的過渡層(粉芯絲材,MCrAlY,厚度100-150μm),該涂層主要起到機械隔離和緩解應力釋放的作用;中間是采用超音速電弧噴涂制備的鎳基合金涂層(鉻含量高),具有超硬耐磨和防腐等綜合性能,面層是與鎳基合金涂層相結合的高溫封孔層(硅溶膠系),該部分涂層主要起到對內部金屬耐蝕層可能存在的微小空隙進行填封,阻礙腐蝕介質(HCl,Cl2)進入涂層內部。交界面設置過渡區域,寬度為100-150mm,做到平滑過渡。

            由此制得的復合涂層進行防護,能滿足防護要求。

          (3)主要技術指標:

          ①、噴砂材料:粗糙度Rz40-80μm,采用2次噴砂工藝

          噴砂除銹:先用石英砂把工件表面的氧化層,硬灰,特別是小凹坑中的粘附物清楚干凈,清潔度需達到Sa3級,露出金屬光澤。

          ②、防磨層:硬度HRC≥65;導熱系數:60W/M*K; 使用溫度:800-1200℃

          含鉻量:≥30% 噴涂粒子速度:≥380m/s 結合強度;≥60MPa

          孔隙率:≤0.9%,

          噴涂基體溫度:≤120℃ 熱膨脹系數:12.09*10-6 涂層厚度 0.7-0.9mm

          ③、表面封孔層:對防磨層進行封閉處理,厚度約為0.1mm;表面粗糙度Rz≤50μm;結合強度≥6MPa

          ④、涂層總厚度為0.8-1mm

          三、施工工藝流程:

          四、施工技術規范:

          1、施工準備:

          ① 根據實際需要搭好腳手架。

          ② 清除受熱面上的大塊焦、雜物等。

          ③ 對管壁需實施噴涂的部位進行全面的質量檢查,如發現需要修整補強的部位應及時向甲方提出。

          ④ 利用現場已有條件進行設備就位、電氣接線、氣源管線連接及磨料回收帆布鋪設工作。

          2、表面預處理:表面預處理按照GB11373-89《熱噴涂金屬件表面預處理通則》進行,其處理的好壞直接影響噴涂層的結合強度。

          ① 噴砂前,對非有效表面采用遮蔽帶、硬木板或橡膠等物進行遮蔽保護。并預留過渡區域,以保證涂層邊緣光滑過渡。

          ② 磨料選擇及使用:噴砂材料應選用質堅有棱角的特級石英砂和金剛砂必須凈化,使用前應經篩選,砂內粘土及細粉塵含量不應大于5%,不得含有油污。噴砂前要晾曬干燥,含水量應不大于1%,并存放干燥,防止受潮、雨淋、砂內混入雜質。所用砂粒必須清潔、干燥,噴砂區域設圍護及其它回收措施,確保不污染周圍環境,經質量工程師確認后方可進行噴砂。

          ③ 噴砂裝置:采用BT-4720P壓力式噴砂設備

          ④ 壓縮空氣:利用現場氣源或自備空壓機,空氣壓力范圍為0.5—0.6Mpa,氣體流量控制在6m3/min左右。

          ⑤ 操作方法:噴砂距離500—1000mm;噴砂角度:與基體60—80℃;每次噴砂5-6m2。

          除銹應從下至上進行,將凹凸不平的受熱面打磨光滑平整后立即噴砂。表面清理度達到Sa3.0級,即完全去除鋼材表面的銹、氧化皮、油污等附著物,并露出灰白色金屬光澤,其粗糙度達到RZ50-90μm。

          ⑥ 在噴砂后應檢查預處理的表面,噴砂完工后設備表面不得受潮、氧化及污染,在2-4小時內必須進行電弧噴涂,以保持被噴表面較高的活化度。

          除銹后經有關人員驗收合格后方可進行噴涂施工。

          3、噴涂:

          ① 超音速電弧噴涂按照GB11375-1999《熱噴涂操作安全》執行。

          ②噴涂前,在表面預處理和噴涂工序之間需中間停留時,應對經預處理的有效表面采用干凈牛皮紙或塑料膜等進行覆蓋保護。

          ③ 絲材選用:鎳鉻合金金屬粉芯絲材

          ④ 潔凈氣路:經冷凍式干燥機及三級過濾即可獲得干燥潔凈的壓縮空氣。

          ⑤ 噴涂設備選用:選用SX-600型超音速電弧噴涂設備。

          ⑥ 噴槍選用:選用超音速電弧噴涂,其霧化氣流速度大于500m/s,粒子速度達到386m/s以上,涂層孔隙率可控制在0.9%以內,同時涂層與基體的結合強度也得到了明顯的改善。

          ⑦ 噴涂工藝參數:

          a、粒子噴涂速度:>386m/s

          b、霧化空氣壓力:0.5-0.6Mpa

          c、噴涂距離:100—300mm;噴涂角度:<60°

          d、噴砂與噴涂每5-6m2間隔循環進行,噴涂過渡區域寬度為100-150mm,邊緣平滑過渡,無凹凸臺階。

          ⑧ 噴涂方式:采用井字型噴涂方式,分層、分區作業,每區5-6m2,涂層噴涂3~5遍完成,每遍的噴涂厚度控制在0.2㎜左右。局部區域噴涂達到工藝設計厚度后再移換到其他區域,確保噴涂層的厚度均勻及結合力,防止出現漏噴現象。

          噴涂完畢后,應進行涂層質量檢驗,并測量厚度δ2,若δ2-δ1≥0.6-0.8mm,判定合格,可進入下一道工序,否則對不合格部位應進行補噴涂。

          ⑨ 操作注意事項:

          a、分塊作業,局部區域噴涂達到設計厚度后再移換到其他區域,搭接部位設置辯認標志。操作時,層間溫度不得高于80℃。

          b、送絲盤及送絲情況設專人監護,以保證順利送絲,防止絲材“打結”,同時必須保證兩絲間絕對絕緣,以免造成短路。

          c、噴涂前應在試板上試噴,以便調節電壓、電流、送絲速度、壓縮空氣流量,檢查氣路的活接頭及軟管接頭,不得有漏氣現象。如發現送絲不穩、電弧不穩定燃燒、嚴重漏氣等特殊現場應及時檢查、調整。調節電壓時應斷開主回路,

          以免損傷主變壓器。

          五、質量狀況說明

          1、選用16-20目優質石英砂去除管壁表面氧化皮,直至管子表面露出金屬光澤,使表面清潔度達到GB8923-88《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》規定的Sa3.0級。

          2、 選用14-16目金剛砂進行表面粗糙化處理,以增大表面積,提高結合強度,其表面粗糙度應達到GB11373-89《熱噴涂金屬表面預處理通則》規定的RZ50—90μm。

          3、 涂層外觀:涂層表面必須是均勻的,不允許有起皮、鼓包、顆粒粗大、裂紋、掉塊、漏噴及其它影響涂層使用的缺陷。

          4、 涂層厚度:在涂層厚度的把握上有如下措施:一是要求監督施工人員在操作過程嚴格按操作規范施工;二是通過噴涂材料的消耗來控制涂層厚度;三是依照施工前預設參數操作,噴涂代樣或現場抽取實樣用卡尺測量檢驗;四是在對金屬表面進行了噴砂處理后,先用便攜式涂層測厚儀進行較大量的取點測厚δ1,而后再在熱噴涂完畢,封孔前對管壁取點測厚δ2,并對數字進行微量修正,兩平均數值之差即為涂層厚度。

          5、性能指標檢驗:現場噴涂時在同樣工況條件下噴涂足夠的各類試樣,以便對涂層各項性能指標進行測試。

          六、適用標準

          《熱噴涂涂層厚度的無損測量方法》 GB11374-89

          《熱噴涂涂層結合強度的測定》 GB8642-88

          《熱噴涂涂層抗拉強度的測定》 GB8641-88

          《金屬熱噴涂涂層表面洛氏硬度試驗方法》GB8640-88

          《熱噴涂涂層空隙率試驗方法》 JB/T 7509-94

          《熱噴涂金屬預處理通則》 GB11373-89

          《涂裝前表面銹蝕等級和除銹等級》 GB8923-88

          七、甲方、乙方各自承擔的責任:

          甲方的責任:

          1.提供乙方施工所需的氣源,水源,電源的接口等;

          2.負責聯系搭設施工用的腳手架,并為施工提供便利;

          3.配備一個項目負責人負責該項目的協調工作;

          4.負責施工過程中工作票的簽發和質量監督;

          5.負責指定具體噴涂部位及核算噴涂面積;

          6.確保在涂層沒有烘烤燒結之前不能水沖洗;

          乙方的責任:

          1.負責噴涂材料、勞動安保用品、交通車輛等與施工有關用品自理;

          2.乙方必須遵守有關電力行業的安全規定和甲方的廠規廠紀;

          3.負責噴涂材料、噴涂設備及施工人員,并接受甲方安全、技術的監督及考核;  

          4.確保檢修資料(包括施工記錄等)準確、完整,并在施工合格后3天內移交給甲方。  

          5.負責施工現場的環境衛生,做到“工完、料盡、場地清”。

          八、 驗收及質量保證

          1、為確保涂層總厚度及便于質保期間的檢查,在噴涂前對指定噴涂位置的某幾個點進行厚度測量,對測量地點和測量數據記錄保存。噴涂后再對該點位進行測量,以確保噴涂厚度是否合格。  

          2、耐磨防腐蝕涂層的磨損量每年應低于0.2mm位合格。在質保期內年磨損量大于0.2mm或運行中發現的質量情況由乙方及時派人免費解決。  

          3、本工程質量保證期為1年半,合同簽訂預付30%合同款額,驗收合格,支付余下的65%工程款項;工程質量保證期滿合格,支付余下的5%工程款項。 

            水冷壁管的可靠性,直接關系到電廠機組是否能安全有效運行,但鍋爐運行中對不可避免地對過水冷壁管造成腐蝕、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水冷壁管表面實施有效保護,使其外表面基本不受損傷,可大量節省材料更換費用及維修費,減少或避免非計劃停爐,降低運行成本,直接經濟效益和間接經濟效益都很高,有極大的開發利用價值。  

            我們認為已經時間證明熱噴涂技術能夠對鍋爐的水冷壁的保護提供一個非??煽康慕鉀Q辦法。  

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