CN1147565A - 防御电站锅炉过热器热腐蚀的金属碳化物涂层 - Google Patents

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Abstract

一种防御电站锅炉过热器热腐蚀的金属碳化物涂层，包括和金属基体相粘结的Ni-Cr-Al合金底层，底层上配置有由NiCr-Cr3C2和NiCrAl混合涂层构成的面层，面层上配置有机硅系高温树脂表面封孔层，能够保护过热器免遭热腐蚀，从而大大减少了过热器炉管的爆管事故。

Description

防御电站锅炉过热器热腐蚀的金属碳化物涂层
本发明涉及一种金属-碳化物涂层，特别涉及一种防御电站锅炉过热器耐热钢管“低温(600～650℃)热腐蚀”的等离子喷涂金属-碳化物复合涂层。
火电厂锅炉“四管”(水冷壁管，省煤气管，过热器管，再热器管)爆裂问题一直是影响电厂安全、稳定发电并造成巨大经济损失的主要原因之一。据统计，由于“四管”爆裂引起的非计划停运事故占发电厂全部非计划停运60％以上。锅炉四管中处于锅炉高温、高压段的过热器管由于工作条件最为恶劣，更是爆管的多发区、易发区，约占整个四管爆破的50％以上。
为了减少过热器爆管，以往大量的研究工作多认为爆管的主要原因是管材短期超温和长期过热运行所致，因而多从提高钢管的耐热等级，改进抗高温氧化能力和提高管材组织稳定性出发，建议更换更高等级的耐热钢管。但是，当使用温度达到620℃以上后，再进一步提高管材的热强度是十分有限的，而成本却会大大增加。
本发明人根据从秦岭发电厂国产DG670/140型煤粉燃烧锅炉过热器经常爆管的部位取样，对炉管表面腐蚀产物进行分析发现，该部位的过热器钢管(国产钢研102贝氏体耐热钢管)发生了严重的低温(600℃左右)热腐蚀现象。通过模拟现场工况的热腐蚀动力学试验，探明了102钢管的热腐蚀速率高达0.8～1.0mg/cm2·h，并进一步发现，由表面腐蚀引起的钢管热强度下降比由管材基体组织热衰退引起强度下降更为显著，因此热腐蚀是引发过热器管爆管的主要原因之一。
对此我们认为，既然热腐蚀是引起爆管的主要因素，而腐蚀都是从表面开始的，因此采用涂层保护的方法隔离腐蚀介质，一定能够有效减少锅炉爆管。
本发明的目的就是针对过热器管热腐蚀机制，研制出一种具有优异抗热腐蚀的涂层体系，保护过热器管免遭热腐蚀，从而大大减少过热器炉管的爆管事故。
本发明包括底层(粘结层)，面层(工作层)和表面高温封孔层。其中底层主要为Ni-Cr-Al合金，除了具有提高涂层结合力的作用还具有良好的抗热腐蚀性能。面层选用金属-碳化物涂层，除了可保证涂层有优异的耐热腐蚀性能之外，添加碳化物有助于进一步提高涂层的高温稳定性和高温硬度，以防携带少量灰粉微粒的高速烟气对涂层的热冲蚀磨损。为了进一步提高涂层的防护性，采用耐温为700℃的高温封孔剂对涂层进行封闭处理。
底层为Ni-Cr-Al合金，其中Cr含量30～40％，Al含量6～8％，其余为Ni，底层厚度选择在0.08～0.12mm。
面层为NiCr-Cr3C2和NiCrAl混合涂层，其中NiCr-Cr3C2金属碳化物的含量在60～70％，其余为NiCrAl，面层厚度为0.25～0.30mm。
表面封孔层主要为有机硅系高温树脂，加5～12％的超细铝粉，表面封孔层用刷涂的方法涂至0.02～0.04mm的厚度。
本发明的工艺过程如下：
首先选用20～40目金刚砂对炉管表面进行喷砂，清洁基体表面直至露出银灰色的金属本色，并形成15～25μm的粗糙度，紧接着喷涂Ni-Cr-Al粘结层，然后喷涂NiCr-Cr3C2金属-碳化物涂层(面层)，最后刷涂高温封孔层。
实施例：
喷涂设备选用美国METCO公司9M型高能等离子喷涂机，喷枪为9MB型等离子喷枪，送粉器选用4MP双斗自动送粉器，喷涂工艺参数如下(等离子气体为Ar-H2)：
    涂层      电流(A)     电压(V)
    粘结层     480～490     65～68
    工作层     495～500     68～70
本发明制备的金属-碳化物复合涂层经实验室模拟锅炉热腐蚀工况的对比试验测得，经涂层保护的钢研102过热器管抗热腐蚀性能比未经涂层保护的102钢管提高20～30倍，在秦岭电厂4台锅炉上现场试验表明，过热器管的爆管次数下降70％以上。
本发明除在锅炉过热器应用外，还可用于防御锅炉再热器管以及化工、造纸、建材、炼油厂等大型燃煤、燃油锅炉管的高温腐蚀和热腐蚀。

Claims (6)

1.防御电站锅炉过热器腐蚀的金属碳化物涂层，包括和金属基体相粘结的底层，底层上配置有面层，面层上配置有表面封孔层。本发明的特征是，所说的底层为Ni-Cr-Al合金，所说的面层为NiCr-Cr3C2和NiCrAl混合涂层，所说的表面封孔层为有机硅系高温树脂加5～12％的超细铝粉。
2.根据权利要求1所述的金属碳化物涂层，其特征在于，所说的Ni-Cr-Al合金中，Cr含量为30～40％，Al含量为6～8％，其余为Ni。
3.根据权利要求1所述的金属碳化物涂层，其特征在于，所说的面层中NiCr-Cr3C2金属碳化物的含量为60～70％，其余为NiCrAl。
4.根据权利要求1、2所述的金属碳化物涂层，其特征在于，所说的底层厚度为0.08～0.12mm。
5.根据权利要求1、3所述的金属碳化物涂层，其特征在于，所说的面层厚度为0.25～0.30mm。
6.根据权利要求1所述的金属碳化物涂层，其特征在于，所说的表面封孔层的厚度为0.02～0.04mm。
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