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    超音速电弧喷涂技术在锅炉水冷壁防护中的应用.pdf

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    超音速电弧喷涂技术在锅炉水冷壁防护中的应用.pdf

    第43卷第1期 2014年1月 石油化工设备 PETR_CHEMICAL EQUIPMENT Vo1.43 No.1 Jan.2014 文章编号10007466201401008004 超音速电弧喷涂技术在锅炉水冷壁防护中的应用 摘要 喷涂技 关键词 中图分 赵晓强,牟效民,陈永红 中国石油克拉玛依石化公司热电厂,新疆克拉玛依834003 对某热电厂锅炉水冷壁管壁减薄的原因进行了分析,并在水冷壁管束表面实施超音速电弧 术进行防护,投用后效果良好。 锅炉;水冷壁;减薄;超音速电弧喷涂;防护层 类号TQo5o.7;TE963 文献标志码B doi10.3969/j.issn.10007466.2014.01.019 Application of Hypersonic Arcspraying Technology in Protection Of Boiler Water Cooled Wall ZHAO Xiao-qiang,MU Xiao-min,CHEN Yong-hong H eating and Power Plant of Karamay Petrochemical Company,CNPC, Karamay 834003,China AbstractThe causes of tubes thickness of boiler water cooled wall were analyzed in one heating and power plant.To protect water cooled wall,a measure of using hypersonic arcspraying tech nology to spray one protective layer on the exterior of water cooled wall was put forward.The problem of tubes thickness had been effectively solved since the measure were carried out. Key wordsboiler;water cooled wall;thickness;hypersonic arcspraying technology;protec tive layer 某热电厂3台中压自然循环煤一气混燃锅炉分 别于1994年、1995年、20 c、年投运。投运后水冷壁 管多次出现了磨损、腐蚀及减薄等问题,由此造成锅 炉多次临时停运进行水冷壁管束的更换,不仅打乱 了企业的正常供电秩序及供热稳定性,而且导致检 修费用的不断增加以及设备使用寿命的缩短,严重 影响了锅炉安全、经济、平稳运行。文中介绍对其产 生原因的分析和采取的保护措施,以供同行借鉴。 1水冷壁管损坏原因分析 卜 ] 1高速烟气的磨损、冲刷 锅炉水冷壁受热面 管束长期受到高速、高温、高含尘烟气的不均匀冲刷 磨损。研究表明,管壁的磨损量与气流的速度、烟气 的含尘浓度、烟气中颗粒的特性和流道几何形状等 密切相关,管壁的磨损量与气流速度的3.6次方成 正比。 SHS 010122OO4.Code of Maintenance and Over haul of Atmospheric Vertical Cylindrical Steel Welded Tank rS]. [6-1徐至钧,燕一鸣.大型立式圆柱形储液罐[M].北京 中国石化出版社,2003. XU Zhid un,YAN Yiming.Tank of Large Vertical Cylindrical[M].BeijingChina Petrochemical Press Co.Ltd.,2003. I-7]JB/T 1O742OO7,无损检测常压金属储罐声发射检 测及评价方法[s]. JB/T 1O74~2OO7。Non-destructive Testingacoustic Emission Testing and uation of Atmospheric Pres sure Metal Storage Tanks[S]. 许编 收稿日期20130903 作者简介赵晓强1983一,男满族,河北承德人,助理工程师,硕士,从事锅炉设备技术管理工作。 第1期 赵晓强,等超音速电弧喷涂技术在锅炉水冷壁防护中的应用 实际运行中,该厂锅炉内烟气流速较高,局部烟 气速度可超过13 m/s,且含尘量达到25 g/m。,加之 颗粒较硬,增强了水冷壁表面的不均匀冲刷、磨损。 2吹灰蒸汽的吹损 锅炉水冷壁受热面都装 有伸缩式蒸汽吹灰器。吹灰蒸汽喷出的高速蒸汽在 吹掉积灰的同时也吹伤管束,使得管束逐渐减薄、破 损、泄漏,进而发生非计划性停炉事件,这也是水冷 壁破坏最重要的原因。自2003年至今,该厂曾发生 过8次因水冷壁管束被吹灰蒸汽吹损导致的泄漏停 炉事故。在2009年对3 锅炉吹灰器旁水冷壁检测 中发现有上百根管束壁厚不到2.5 mm,小于设计 允许最小壁厚2.7 mm。 3高温腐蚀 水冷壁管腐蚀主要来自两个方 面①管内水或蒸汽在紊流或湍流状态下因高速流 体、温度、化学环境的相互影响,促进了管束内表面 氧化保护层的溶解,出现腐蚀破坏。②管外高温烟 气的辐射和对流作用使管壁升温,烟气中硫化物、焦 硫酸盐、氯化物等腐蚀性气体与沉积在管壁上的盐 类等物质沉积于高温受热面,形成热腐蚀。该厂采 用布克赛尔劣质烟煤,N、S等有害元素的含量较 高,燃烧产生的含盐化合物加剧了管束腐蚀。 鉴于上述原因,该厂于2009年对各台锅炉的运 行条件、参数、吹灰器安装标准及煤质等方面都做了 改进,但2010年检测结果显示,吹灰器周围的水冷 壁管壁厚减薄量仍在0.4 mlTl左右,改进效果不佳。 为此,2011年,提出并采用超音速电弧喷涂技术在 吹灰器周围水冷壁管束表面喷涂复合防护层来保护 水冷壁管束。 2超音速电弧喷涂技术r 。 ] 2.1 原理 超音速电弧喷涂技术是利用2根连续送进的金 属丝作为自耗电极,在其端部产生电弧作为热源,用 压缩空气将熔化的丝材雾化,并以超音速喷向工作件 形成一种结合强度高、孔隙率低、表面粗糙度低的涂 层的热喷涂方法,这是一个不断连续进行的熔化一雾 化一沉积的超音速雾化过程,其原理示意图见图1。 图1 超音速电弧喷涂技术原理示图 件 2.2 特点 1热效率高超音速电弧喷涂是直接用电能转 化为热能来熔化丝材,热能利用率高达7O ~80 9/6。 2生产效率高 生产效率表现在单位时间内 喷涂的金属丝材数量,其效率是火焰喷涂技术的8 倍以上。 3操作简单且安全可靠 超音速电弧喷涂设 备没有复杂的操纵机构,只需将工作电流、电压选定 在喷涂材料选则的规定范围内,可保证喷涂质量。 现场仅使用电能和压缩空气,不用氧气和乙炔等易 燃、易爆气体,安全可靠。 4涂层结合强度高 在不提高工作温度情况 下,其结合强度可达6O MPa,与等离子喷涂技术水 平接近。 5涂层孔隙率低 该喷涂技术采用高速气流 雾化,产生高温、高速、均匀细小的喷涂粒子沉积到 基体表面上,形成致密、均匀、孔隙率不超过1%的 涂层,提高了使用效果。 6投资少投资费用约为1 900元/m。。 3超音速电弧喷涂技术应用 超音速电弧喷涂以各种实心丝材和特殊粉芯丝 材为原料,通过电弧喷涂系统使粉芯丝材经过特殊 熔化、高能密度和特殊加工后成为喷涂粒子,并采用 拉伐尔喷嘴技术使喷涂粒子的速度达到超音速以上 涂覆于工件表面,大幅度地提高涂层的质量。 3.1 喷涂材料选择 选用硬度高、耐吹损和冲刷及耐磨性能优异,抗 高温氧化和热腐蚀性能良好的HDS一930金属合金 丝材制作涂层,涂层表面采用KM型高温耐磨专用 封-TLN进行封孔,最终制得结合强度非常高的复合 涂层附于水冷壁表面。 涂层材料性能参数见表1,防护涂层工艺技术 指标见表2。 表1超音速涂层材料性能参数 主要成分 cr3NCi2、M,T。i、BA2 l,、FRe3eB、 厚度/mm 0.5~0.8 速度/ms一1 380左右 强度/MPa 55 硬度/HRC 65 抗氧化性/mgcm 6.35 750℃氧化250 h 孔隙率/ 1 000 _ 。 二一 石油化工设备 2014年第43卷 表2 防护涂层工艺技术指标 项目名称 技术指标 外观 比重/gcrfl 平面抗拉强度/MPa 导热系数/wm K 热膨胀系数/X 10 ℃ 布氏硬度/HB 冲蚀性能/cm。h 使用温度/℃ 厚度/ram 甲、乙双组分干、湿料 3.0~3.5 ≥6O ≥18 ≤10 444 6.12l03 300~1 100 0.8~1.2 3.2表面预处理 1净化表面去除被喷涂物表面的各种污染物, 特别是油脂、污垢、氧化皮及铁锈等,表面显示均匀的 金属光泽,以利于熔融粉末与基体表面的粘合吸附。 基体表面清洁度达到GB 8923--1988{涂装前钢材表面 锈蚀等级和除锈等级中规定的Sa3.0级[1 。 2粗化表面涂层与基体的结合以机械结合为 主,这需将基体表面粗化处理。表面粗糙度达到GB 11373--19894热喷涂金属表面预处理通则规定的 RZ30--50 ml ]。其目的在于增大喷涂层与基体的 接触面积,提高结合面的粘合吸附力,增加涂层材料 与基体表面的填塞嵌合,锚合咬合作用,加强附着力。 3活化表面 喷砂使被喷涂表面形成活化能 力,如晶格缺陷、塑性变形,产生一定的应力状态,增 加喷涂粒子与基体表面吸附力,提高喷涂颗粒与基 体的结合能力。 3.3 应用效果 2011年,对3台锅炉水冷壁受热面管束实施超 音速喷涂技术防护,1 a后的测试结果如下。 3.3.1 管壁减薄量减少 3 炉吹灰器周围水冷壁管束在超音速电弧喷 涂防护处理前后及喷涂防护处理并运行1 a后的壁 厚数据见表3。测量时选择紧挨吹灰器左、右各8 根水冷壁管束,每根管束测6个点取平均值。 表3水冷壁厚度测量比较 mm 从表中可知,水冷壁受热面管束采用超音速喷 涂防护处理后,吹灰器周围区域水冷壁管束未发现 管壁明显减薄现象,水冷壁管束壁厚的平均减薄量 约为0.05 mm/a。 3.3.2经济效益对比 1喷涂防护处理前采用喷涂防护处理前,水 冷壁管壁的平均减薄量为0.4 mm/a,设计壁厚 4 mm,运行允许最小水冷壁壁厚2.7 mm,则锅炉吹 灰器周围水冷壁管束最长需4 a更换一次。 每台锅炉水冷壁安装有16台吹灰器,每次更换 吹灰器左、右共10根管束,则每次更换水冷壁数量 为160根,以更换管束为1 460元/根含材料和施 工费用计算,单台锅炉更换水冷壁管束费用为 1 46016023.36万元,3台锅炉更换水冷壁施 工费用7O.O8万元。 2喷涂防护处理 每台锅炉每台吹灰器周围 水冷壁管束喷涂防护处理面积约为2.25 m ,单台 锅炉喷涂防护面积约为162.2540m 。以单 价为0.19万元/m 含施工和材料费用,质保期限 为4 a不脱落计算,单台锅炉施工费用为0.1940 7.6万元,3台锅炉超音速喷涂防护处理总造价为 22.8万元。 3效益 采用超音速喷涂防护处理后,4 a节 约费用47.28万元,投资回报期为23个月。 4 结语 锅炉水冷壁实施喷涂防护处理2 a以来未发生 因水冷壁泄漏、爆管导致的非计划性点、停炉事件, 避免了生产波动事故的发生,减少了点、停炉过程中 可能出现的隐患及炉膛内水冷壁管束更换工作产生 的施工安全隐患,在保障锅炉安全、平稳、经济运行 的同时取得了良好的效益。 参考文献 [1] 黄祖娟,谢建峰.CFB锅炉汽水系统和排烟系统的腐蚀 防护rJ].石油化工设备技术,2006,2724547. 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