CN109518116A - 一种锅炉水冷壁管表面防护的方法 - Google Patents

一种锅炉水冷壁管表面防护的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锅炉水冷壁管表面防护的方法，包括喷丸处理和超音速电弧喷涂在内的工艺步骤，具体包括以下步骤：a、表面预处理：对水冷壁管表面的杂物进行清理；b、喷丸：用超声喷丸机喷射弹丸对水冷壁管的表面进行超声喷丸处理；c、喷涂：喷丸后，采用超音速电弧喷涂设备，对喷丸处理后的水冷壁管喷涂HDS‑88A涂层，厚度为0.6‑0.8mm；d、封孔：用封孔剂将HDS‑88A涂层进行封孔。本发明将超声喷丸与超音速喷涂技术相结合，有效提高水冷壁管的耐磨性、抗疲劳断裂性、耐腐蚀性能等，延长了水冷壁管的使用寿命。

Description

一种锅炉水冷壁管表面防护的方法
技术领域
本发明涉及锅炉水冷壁管防磨防腐蚀工艺的技术领域，具体涉及一种采用超声喷丸和喷涂对锅炉水冷壁管表面防护的方法。
背景技术
水冷壁是锅炉的主要受热部分，它由数排钢管组成，分布于锅炉炉膛的四周。它的内部为流动的水或蒸汽，外表面接受锅炉炉膛内的火焰热量。水冷壁的作用为：(1)吸收炉内辐射热，将水加热成饱和蒸汽；(2)保护炉墙，简化炉墙结构，减轻炉墙重量，这主要是由于水冷壁吸收炉内辐射热，使炉墙温度降低的缘故；(3)吸收炉内热量，把烟气冷却到炉膛出口所应达到的温度，这对减轻炉内结渣、防止炉膛出口结渣都是有利的；(4)水冷壁在炉内高温下吸收辐射热，传热效果好，故能降低锅炉钢材消耗量及锅炉造价。可见水冷壁的重要性。
但是，传统和现有使用的水冷壁管是生产厂家热处理完以后，在应用过程中表面是不处理的。因此，在锅炉水冷壁的使用过程中，经常发生爆管事故，给锅炉的使用单位，如电厂，造成巨大的损失。引起水冷壁爆管事故主要常见原因有：(1)燃烧调整不当，火焰偏斜，煤粉的冲刷，使管壁减薄爆管；(2)吹灰器内漏或未正常退出，蒸汽吹破炉管或与酸性气体反应形成酸，对水冷壁管腐蚀减薄而导致爆管；(3)燃烧的煤质不好，使水冷壁管表面结焦，形成硫腐蚀等。综上所述，不管是哪些方面的原因，归根结底是由于水冷壁管的管壁外表面耐磨、耐腐蚀以及抗疲劳断裂的性能较差造成的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锅炉水冷壁管表面防护的方法，其对水冷壁管首先采用超声喷丸处理，然后用超音速电弧喷涂技术，以解决现有水冷壁管耐磨、耐腐蚀以及抗疲劳断裂的性能较差的问题，从而提高了水冷壁管的使用寿命。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种锅炉水冷壁管表面防护的方法，包括喷丸处理和超音速电弧喷涂在内的工艺步骤，具体包括以下步骤：
a、表面预处理：对水冷壁管表面的杂物进行清理；
b、喷丸：用超声喷丸机喷射弹丸对水冷壁管的表面进行超声喷丸处理；
c、喷涂：喷丸后2-4小时内，采用超音速电弧喷涂设备，对喷丸处理后的水冷壁管喷涂HDS-88A涂层，涂层厚度为0.6-0.8mm；
d、封孔：用封孔剂将所述HDS-88A涂层进行封孔。
优选的，步骤b中所述弹丸采用铸钢丸，其直径小于或等于2.5mm，总重量大于或等于0.5g，处理时间为5-200s。所述弹丸的直径更优选0.8-2.0mm。
步骤c中所述超音速电弧喷涂的粒子速度不小于386m/s，涂层的孔隙率≤0.4％，硬度≥HRC60，结合强度≥55MPa，抗高温氧化性为+12.16mg/cm2。
步骤d中所述封孔剂为用KM型高温耐磨抗蚀封孔剂。
封孔剂的厚度为0.05-0.1mm，耐磨性≤10mg/1000r，结合强度≥6MPa，工作温度不小于1000℃。
上述技术方案中，步骤b超声喷丸技术的原理是利用超声波使变幅杆产生高频振动，驱使弹丸对工件表面进行撞击来获得更深的残余压应力层，用于消除部件表面的有害残余拉应力，引进有益压应力来改善材料力学性能、疲劳性能和抗应力腐蚀性能。之后再对水冷壁管表面采用超音速电弧喷涂的技术处理，对水冷壁管起到了防护作用，提高水冷壁管的耐磨性、抗疲劳断裂性、耐腐蚀性能等，最终延长水冷壁管的使用寿命，减少由于水冷壁管因磨损、侵蚀、减薄而爆管。
本发明方法具有如下优点：(1)水冷壁管表面喷涂可以使水冷壁管表面增加一层保护膜，防止水冷壁管与高速旋转的煤灰之间的接触磨损，减薄爆管；而且防止水冷壁管与硫化物、强氧化物之间的接触侵蚀，减薄爆管，从而提高水冷壁管的使用寿命；(2)水冷壁管表面超声喷丸，直接改变了水冷壁管的表面性能，提高了水冷壁管表面的强度、耐磨性、抗侵蚀性、抗氧化性等，从而更加提高了水冷壁管的使用寿命；(3)超声喷丸处理后，再进行超声喷涂处理，提高了涂层的结合度，两者结合，将水冷壁管的预计的使用寿命提高了7-8倍的时间。
具体实施方式
现有或传统的水冷壁管表面是不处理的，这就使得水冷壁管直接暴露在炉膛内恶劣的环境中，经常会由于煤灰的磨损，强硫化物、氧化物的侵蚀减薄发生爆管事故。本发明针对水冷壁管的防护方法，既可适用于新锅炉的水冷壁管，还可以适用于旧锅炉的水冷壁管，其主要的处理流程为：表面预处理、喷丸作业、喷涂作业、封孔。
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例针对新锅炉的水冷壁管。
a、表面预处理：对水冷壁管表面的杂物进行清理。
b、喷丸：用超声喷丸机喷射弹丸对水冷壁管的表面进行超声喷丸处理。
水冷壁管分为向火面和背火面，其中向火面工作环境比较恶劣，所以对向火面施加超声喷丸和超音速电弧喷涂处理。
在超声喷丸工序中，对超声振荡的频率以及弹丸的直径、材料和重量进行优选，以便均匀地对水冷壁管进行喷丸处理。本实施例中所述弹丸为直径2mm的铸钢丸，其总重量为0.6g，本实施例中，弹丸的重量与所处理的水冷壁管的表面积的关系比例约为1g:1.44m2，处理时间为120s。所述弹丸是通过振动头所给的振幅运动的，本实施例中振动头的振幅为60-100微米，弹丸置于振动头正上方。
在超声发生器的作用下使超声喷丸腔室中振动头处的弹丸向各个方向不断冲击，从而对汽轮机叶片的表面进行超声喷丸处理。
超声喷丸处理后，消除了水冷壁管表面的有害残余拉应力，引进有益压应力来改善材料力学性能、疲劳性能和抗应力腐蚀性能，提高了水冷壁管表面的强度、耐磨性、抗侵蚀性、抗氧化性等，能从根本上提高水冷壁管的使用寿命，另外超声喷丸还可以增加水冷壁管表面的粗糙度，使水冷壁管表面与涂层的结合力更强。
c、喷涂：超声喷丸处理后3小时内，采用超音速电弧喷涂设备，对喷丸处理后的水冷壁管喷涂HDS-88A涂层。
所述HDS-88A涂层含有N i元素,具有良好的延展性,可有效避免由于热应力引起的涂层开裂和剥落；该材料中还含有Mo、B、Ti、Al和微量稀土等元素,帮助进一步改进涂层性能,提高耐高温氧化、抗热腐蚀的能力；所含自融性介质,较一般合金更易雾化,使涂层细腻,孔隙率低,是所有金属陶瓷中应用于制作高温涂层的最佳选择。喷涂完后由于涂层中还含有残留的部分自融性材料,涂层运行一段时间后,由于受热而与基材间形成了一种亚冶金结合结构,从而结合强度更高,特别耐磨。
本实施例中超音速电弧喷涂的粒子速度：386m/s，喷涂温度<100℃。涂层表面要求平整、光洁、致密、均匀，且和基体结合完好，无起皮、开裂、麻面、脱落等缺陷。用测厚仪对喷涂的HDS-88A涂层进行测量，保证涂层厚度均匀，并达到0.6-0.8mm的厚度要求。本实施例中的HDS-88A涂层的结合强度≥55MPa，硬度≥HRC60，抗高温氧化性：+12.16mg/cm2(750℃氧化250h)，孔隙率：≤0.4％。
d、封孔：在HDS-88A涂层表面用KM型高温耐磨抗蚀封孔剂进行封孔。
KM型高温耐磨抗蚀封孔剂在常温下可快速固化，高温下形成坚硬的陶瓷体。其高温耐磨性好，导热系数大，抗蚀性强，与金属表面粘结具有极强的吸附性和热震稳定性，不脱落、不出现裂纹等特点。用其对金属热喷涂涂层表面进行封孔，能有效渗透、浸润涂层孔隙，并在高温下逐渐陶瓷化，使整个涂层更致密，阻止介质中的有害成份通过微小的涂层隙进入涂层内部，能获得有效封闭毛细孔的效果。本实施例中，封孔的涂层厚度为0.05-0.1mm，耐磨性≤10mg/1000r，结合强度≥6MPa，工作温度不小于1000℃。
本实施例处理后的水冷壁管，其使用寿命比未处理的水冷壁管预期使用寿命提高了7倍。
实施例2
某火力发电厂停炉检修时发现水冷壁管产生了高温硫腐蚀麻坑。本实施例针对该有轻微腐蚀的水冷壁管进行防护。首先对水冷壁管表面的杂物进行清理。
然后用超声喷丸机喷射弹丸对水冷壁管的表面进行超声喷丸处理。本实施例中，采用直径为1.30mm的铸钢丸，重量为0.65g，本实施例中，弹丸的重量与所处理的水冷壁管的表面积的关系比例约为1g:1.44m2，处理时间为75s。超声喷丸处理后，消除水冷壁管表面的有害残余拉应力，引进有益压应力来改善材料力学性能、疲劳性能和抗应力腐蚀性能，提高了水冷壁管表面的强度、耐磨性、抗侵蚀性、抗氧化性等，从而提高了水冷壁管的使用寿命。
超声喷丸处理后4小时内，采用超音速电弧喷涂设备，对喷丸处理后的水冷壁管喷涂HDS-88A涂层。涂层表面要求平整、光洁、致密、均匀，且和基体结合完好，无起皮、开裂、麻面、脱落等缺陷。用测厚仪对喷涂的HDS-88A涂层进行测量，保证涂层厚度均匀，并达到0.6-0.8mm的厚度要求。HDS-88A涂层不能太薄，否则无法有效覆盖管子基材的粗糙度，也不能太厚，因为涂层热膨胀性与水冷壁管基材有差异，容易出现涂层表面开裂，并且增加喷涂用料成本，本实施例优选0.72mm。
本实施例中的HDS-88A涂层的结合强度≥55MPa，硬度≥HRC60，抗高温氧化性：+12.16mg/cm2(750℃氧化250h)，孔隙率：≤0.4％。最后，在HDS-88A涂层表面用KM型高温耐磨抗蚀封孔剂进行封孔。
经过本实施例防护后的水冷壁管继续用于电厂发电，其使用的年限为已使用年限的6倍。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种锅炉水冷壁管表面防护的方法，包括喷丸处理和超音速电弧喷涂在内的工艺步骤，其特征在于，具体包括以下步骤：
a、表面预处理：对水冷壁管表面的杂物进行清理；
b、喷丸：用超声喷丸机喷射弹丸对水冷壁管的表面进行超声喷丸处理；
c、喷涂：喷丸后2-4小时内，采用超音速电弧喷涂设备对喷丸处理后的水冷壁管喷涂HDS-88A涂层，涂层厚度为0.6-0.8mm；
d、封孔：用封孔剂将所述HDS-88A涂层进行封孔。
2.根据权利要求1所述的锅炉水冷壁管表面防护的方法，其特征在于，步骤b中所述弹丸采用铸钢丸，其直径小于或等于2.5mm，总重量大于或等于0.5g，处理时间为5-200s。
3.根据权利要求2所述的锅炉水冷壁管表面防护的方法，其特征在于，所述弹丸的总重量与待处理的水冷壁管的表面面积比值为1g:1.2-1.8m2。
4.根据权利要求1所述的锅炉水冷壁管表面防护的方法，其特征在于，步骤c中所述超音速电弧喷涂的粒子速度不小于386m/s，涂层的孔隙率≤0.4％，硬度≥HRC60，结合强度≥55MPa，抗高温氧化性为+12.16mg/cm2。
5.根据权利要求1所述的锅炉水冷壁管表面防护的方法，其特征在于，步骤d中所述封孔剂为KM型高温耐磨抗蚀封孔剂。
6.根据权利要求4所述的锅炉水冷壁管表面防护的方法，其特征在于，所述KM型高温耐磨抗蚀封孔剂的主要成分为纳米氧化锆、纳米氧化铝、氧化铝微粉和氮化硼微粉。
7.根据权利要求4所述的锅炉水冷壁管表面防护的方法，其特征在于，步骤d中封孔剂的厚度为0.05-0.1mm，耐磨性≤10mg/1000r，结合强度≥6MPa，工作温度不小于1000℃。
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