CN214581002U - 具有双重防护的防爆型锅炉用管 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有双重防护的防爆型锅炉用管，其包括锅炉用管、包覆在锅炉用管外壁的外壁防腐涂层，以及包覆在锅炉用管内壁的内壁防腐涂层，所述防腐涂层为合金防腐涂层。所述外壁防腐涂层的厚度为0.5±0.1mm，内壁防腐涂层的厚度为0.2±0.1mm，且所述锅炉用管基体经过了正火处理。由此，本实用新型中具有双重防护的防爆型锅炉用管成为“双护中强”的具有双重防护的防爆型锅炉用管，内壁和外壁防腐涂层的寿命均可达6年以上。

Description

具有双重防护的防爆型锅炉用管

技术领域

本实用新型属于热力管道防护技术领域，涉及一种具有双重防护的防爆型锅炉用管。

背景技术

近年来随着高参数垃圾电站的不断增加，锅炉四管特别是水冷壁、过热器、再热器管等在恶劣的工作环境下，管道服役平均寿命仅1-3年，严重的甚至仅使用半年多就开始出现爆管现象。虽然近年来陆续发展出多种涂层防护技术，管道寿命可大于3年，但效果仍不尽如人意，壁厚减薄直至爆管现象时有发生。因此，阻止锅炉四管壁厚减薄直至爆管，有效延长管道寿命成为本领域一直以来想要解决而又一直无法解决的技术难题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有双重防护的防爆型锅炉用管。该锅炉用管的外壁和内壁均覆有合金防腐涂层，且二者寿命相同，不会出现短板。

为此，本实用新型提供了一种具有双重防护的防爆型锅炉用管，其包括锅炉用管、包覆在锅炉用管外壁的外壁防腐涂层，以及包覆在锅炉用管内壁的内壁防腐涂层，所述防腐涂层为自熔合金防腐涂层。

在本实用新型的一些实施例中，所述外壁防腐涂层的厚度为0.5±0.1mm，所述内壁防腐涂层的厚度为0.2±0.1mm。

在本实用新型的一些实施例中，所述锅炉用管的基体经过了正火处理。

本实用新型中，所述防腐涂层为镍基合金耐腐蚀涂层。

在本实用新型的一些实施例中，所述镍基合金耐腐蚀涂层中含有镍、铬、钼、铁、铜、硅和硼。

在本实用新型的一些优选的实施例中，所述镍基合金耐腐蚀涂层中含有Ni60wt％-70wt％、Cr 17wt％-18wt％、Mo 11wt％-13wt％、Cu 1.7wt％-2wt％、B 1.7wt％-2wt％、Si 2.5wt％-3wt％、Fe 3wt％-5wt％。

本实用新型中，所述锅炉用管外壁和内壁与自熔合金防腐涂层之间分别独立地为冶金结合。优选地，所述锅炉用管外壁和内壁的合金防腐涂层内部没有孔隙。

根据本实用新型，所述具有双重防护的防爆型锅炉用管的内壁和外壁防腐涂层的抗腐蚀时间相同。

本实用新型中，所述锅炉用管包括水冷壁管、过热器管、再热器管或省煤器管。

在本实用新型的一些具体的实施方式中，可以采用以下方法制备上述具有双重防护的防爆型锅炉用管，其包括：

步骤A，对内壁表面进行喷砂处理，除去锅炉用管的内壁表面的灰尘、碎渣和砂粒，获得内壁表面粗糙化的锅炉用管；

步骤B，采用冷喷涂的方式将自熔合金涂层材料均匀地喷涂在内壁表面粗糙化的锅炉用管的内壁表面，干燥后，获得内壁带自熔合金预涂层的锅炉用管；

步骤C，内壁带自熔合金预涂层的锅炉用管的外壁进行喷砂处理，除去锅炉用管外壁表面的灰尘、碎渣和砂粒，获得内壁带自熔合金预涂层且外壁表面粗糙化的锅炉用管；

步骤D，对内壁带自熔合金预涂层且外壁表面粗糙化的锅炉用管的外表面火焰喷涂自熔合金涂层材料，获得内壁和外壁均带自熔合金预涂层的锅炉用管；

步骤E，通过对内壁和外壁均带自熔合金预涂层的锅炉用管进行进给移动高频感应处理来对锅炉用管的内壁和外壁所带的自熔合金预涂层同时进行重熔处理，并同时实现对锅炉用管的基体进行正火处理，获得内壁和外壁均带自熔合金防腐涂层的锅炉用管。

本实用新型中，所述锅炉用管的外壁所带自熔合金预涂层的厚度为0.5± 0.1mm，所述锅炉用管的内壁所带自熔合金预涂层的厚度为0.2±0.1mm。

在本实用新型的一些实施例中，在步骤E中，所述高频感应的重熔温度为 960-1100℃。

在本实用新型的另一些实施例中，在步骤E中，所述进给移动的速度为 2-3min/mm。

在本实用新型的有一些实施例中，在步骤B中，以自然干燥的方式进行干燥；优选所述干燥的时间为4-6小时。

本实用新型中，所述锅炉用管包括水冷壁管、过热器管、再热器管或省煤器管。

在本实用新型的一些优选的实施例中，在步骤E之后还包括步骤F，对获得内壁和外壁均带自熔合金防腐涂层的锅炉用管在对重熔过程中的热变形进行矫正，获得具有双重防护的防爆型锅炉用管。

在本实用新型的一些进一步优选的实施例中，在步骤F之后还包括步骤G，对具有双重防护的防爆型锅炉用管的自熔合金防腐涂层质量进行检测。

本实用新型中，锅炉用管外壁的自熔合金预涂层由镍基自熔合金基料形成。

本实用新型中，锅炉用管内壁的自熔合金预涂层由镍基自熔合金复合材料形成。

优选地，所述镍基自熔合金复合材料包括镍基自熔合金基料、固化剂和稀释剂。

进一步优选地，所述镍基自熔合金复合材料包括镍基自熔合金基料 40wt％-65wt％、固化剂15wt％-40wt％、稀释剂10wt％-20wt％。

在本实用新型的一些实施例中，所述镍基自熔合金基料包括：Ni 60wt％-70wt％、Cr 17wt％-18wt％、Mo 11wt％-13wt％、Cu 1.7wt％-2wt％、B 1.7wt％-2wt％、Si2.5wt％-3wt％、Fe 3wt％-5wt％。

上述制备方法通过在锅炉用管外壁涂层使用高频感应重熔热源，充分挖掘该热源的潜能，仅用一道工序就可同步实现在管内、外壁涂层重熔和管材基体实现正火处理的三重效果。无需花费专门制备时间和额外增加成本，就可实现管道综合防腐性能和服役寿命的大幅度提高。

本实用新型的有益效果如下：

(1)本实用新型巧妙利用管外壁涂层使用的一套高频感应重熔热源，充分挖掘该热源的潜能，仅用一道工序就可同步实现在管内、外壁涂层重熔和管材基体实现正火处理的三重效果。无需花费专门制备时间和额外增加成本，就可实现管道综合防腐性能和服役寿命的大幅度提高。

(2)本实用新型提出的管内壁与外壁“等寿命”原则是对高温防腐问题认识上的新概念。即外壁涂层和内壁涂层二者寿命尽量相同，不要出现短板。这是因为只要任何一边涂层先“失守”，很快就会从这一边开始出现减薄直至爆管，形象描述就是当堡垒从一边攻破后，另一边再坚固也没用反而是浪费，只有双边同样坚固才能最大限度地提高管道的防护寿命。

(3)管道经过重熔-正火一体化协同处理后，能有效地稳定管基体的组织和尺寸，消除内应力，对于提高材料的高温疲劳强度和抗蠕变强度等高温防腐性能极为有利。

(4)目前大多过热器、再热器使用的优质不锈钢材料，采用本实用新型后可以改用普通20G材料，在防护寿命比单纯外壁制备涂层提高的同时还可适当降低成本。

附图说明

下面将结合附图来说明本实用新型。

图1为锅炉用管(过热器管)爆管后管内壁的孔洞和裂纹金相相片。

图2为水冷壁管排结构示意图。

图3为对水冷壁管排高频感应内、外壁重熔-基体正火处理过程中水冷壁管排和铜管感应线圈横截面结构示意图。

图4为对水冷壁管排高频感应内、外壁重熔-基体正火处理过程中水冷壁管排和铜管感应线圈纵向剖面图。

上述图2、图3和图4中附图标记的含义为：1水冷壁(管排)；12基体； 13鳍片；14外壁；141外壁的自熔合金预涂层(熔覆层)；142外壁的自熔合金防腐涂层(重熔层)；15内壁；151内壁的自熔合金预涂层(熔敷层)； 152内壁的自熔合金防腐涂层(熔覆层)；2矩形铜管感应线圈。

具体实施方式

为使本实用新型容易理解，下面将结合附图来详细说明本实用新型。但在详细描述本实用新型前，应当理解本实用新型不限于描述的具体实施方式。还应当理解，本文中使用的术语仅为了描述具体实施方式，而并不表示限制性的。

除非另有定义，本文中使用的所有术语与本实用新型所属领域的普通技术人员的通常理解具有相同的意义。虽然与本文中描述的方法和材料类似或等同的任何方法和材料也可以在本实用新型的实施或测试中使用，但是现在描述了优选的方法和材料。

I.术语

本实用新型所用术语“水冷壁”亦称为“水冷墙”或“水冷壁管”。通常由钢管垂直铺设在锅炉炉墙内壁面上，主要用来吸收炉内火焰和高温烟气所放出热量。

本实用新型所述用语“内表面”是指锅炉用管朝向轴心的那一面，本实用新型中也称为“内壁”。

本实用新型所述用语“外表面”是指锅炉用管朝向轴心的那一面背离轴心的那一面，本实用新型中也称为“外壁”。

本实用新型所述用语“双重防护”是指在锅炉用管的内壁和外壁均具有自熔合金防腐蚀涂层，由此在锅炉用管的内壁和外壁形成双面防护，即“双重防护”。

本实用新型中所述用语“预涂层”是指在重熔处理之前锅炉用管内壁或外壁的表面所带的自熔合金涂层。对于内壁而言，由于冷喷涂不具有熔覆作用，所以在重熔处理之前采用冷喷涂的方式将自熔合金涂层材料均匀地喷涂在内壁表面所形成的预涂层实际为熔敷层；该预涂层(熔敷层)经重熔处理(感应加热)后在锅炉用管内壁表面形成自熔合金防腐涂层实际为熔覆层。对于外壁而言，由于火焰喷涂具有熔覆的作用，在重熔处理之前采用火焰喷涂的方式将自熔合金涂层材料喷涂在外壁表面所形成的预涂层实际为熔覆层；该预涂层(熔覆层)经重熔处理后在锅炉用管外壁表面形成自熔合金防腐涂层实际为重熔层，该重熔层内部孔隙率变小，与外壁的结合力增强，防腐蚀力度加强。

本实用新型中所述用语“重熔处理”是指对于锅炉用管的内壁或外壁表面的预涂层进行熔覆。对于内壁而言，由于其预涂层尚未经过熔覆，只是涂敷于内壁表面，所以“重熔处理”对于内壁表面的预涂层主要起到熔覆作用，内壁表面的预涂层经过“重熔处理”后在内壁表面形成的自熔合金防腐涂层实际为熔覆层。对于外壁而言，由于火焰喷涂具有熔覆作用，所以采用火焰喷涂的方式喷涂于外壁表面形成的预涂层实际为熔覆层，而“重熔处理”对于外壁表面的预涂层(熔覆层)而言主要起到重熔作用，所以外壁表面的预涂层(熔覆层)经过“重熔处理”后在外壁表面形成的自熔合金防腐涂层实际为重熔层。

本实用新型中所述用语“接合”与“结合”可以互换使用。

本实用新型所述用语“汽轮机通流部分”(flow passage of steam turbine)是指汽轮机本体中做功汽流的通道，主要由进汽机构、各级通流部分叶栅及排汽缸三大部分组成；具体地，汽轮机本体中的做功汽流的通道成为汽轮机的通流部分，他包括主汽门、调节汽门、导管、进汽室、各级喷嘴及动叶及汽轮机的进汽管。

II.实施方案

如前所述，虽然近年来陆续发展出多种涂层防护技术，管道寿命可大于3年，但效果仍不尽如人意，壁厚减薄直至爆管现象时有发生。因此，阻止锅炉四管壁厚减薄直至爆管，有效延长管道寿命成为本领域一直以来想要解决而又一直无法解决的技术难题。鉴于此，本发明人对于锅炉用管防护技术进行了大量的研究。

本发明人研究发现，为破解上述问题，多年来业界普遍都聚焦在受热面外壁防护上下功夫。原因除了外壁防护涂层制备相对容易之外，本发明人认为业界主要存在一个认识误区：人们普遍认为造成锅炉管爆管的主要原因是在垃圾焚烧过程中，以氯化物和硫化物为主的高温(＞1000℃)腐蚀引起管道外壁局部减薄，最后造成爆管。而本发明人通过长期研究认为并非如此，爆管本质上应该由内壁外壁“里应外合”引起的，更准确地说应以内壁失效为主，外壁失效为辅。这是因为内壁在长期高温(450-550℃)、高压(4.5-6MPa)以及水蒸气高湿度的恶劣服役环境下导致管壁材料产生疲劳裂纹、高温蠕变产生孔洞裂纹，以及氧化皮的产生和脱落等多重损伤，继续使用在管内高压蒸汽压力作用下极易出现局部胀粗，内壁材料受到比外壁更大的拉应力的作用，使内壁的微裂纹不断扩展、联网以致呈斑块状脱落形成点蚀，所以内壁的损伤程度包括宏观(氧化皮)的和微观的暗藏的(微裂纹和微孔以及拉应力)隐患均高于外壁。例如，从爆管后余留残部的内壁情况可以看出，爆管内表面有许多肉眼可见的均匀分布的纵向裂纹，爆裂部位的壁厚明显不均匀，内壁有明显减薄现象。说明在钢管内的减薄部分由于承受不住蒸汽压力发生爆裂。实际上，从管道外壁腐蚀情况可看出，外壁由腐蚀引起的氧化皮包括积灰等粘在壁上其实多数并不易从表面脱落，减薄不明显。由此也可证明减薄量大多数是由内壁引起的。

本发明人对管内壁失效过程与原理进行进一步研究，结果表明：

(1)管道内壁的疲劳和蠕变，这是最棘手的问题，也是引起爆管的重要原因。

首先，管道在长期高温高压以及水蒸汽高湿服役环境中，内壁材料逐渐产生疲劳损伤，从金相组织为铁素体+珠光体，转变为铁素体+球形珠光体，疲劳强度显著下降，极易出现疲劳裂纹；其次，由于管壁内表面在长期高温高压环境下服役，管材发生蠕变损伤，形成蠕变孔洞及沿晶裂纹。使管道发生蠕变胀粗，管径增大管壁变薄。图1为爆管后管内壁的金相照片，从图1可知使用仅1年多的管内壁已遍布孔洞和裂纹。研究结果表明，管内壁在高温蒸汽的不断冲刷下，逐渐出现纵向均匀分布的微裂纹，某些深度甚至超过1mm，这些纵向裂纹集聚增多联成网状，再加上外壁高温腐蚀造成的减薄，“里应外合”最终局部承受不了管内蒸汽压力而爆裂。

(2)管道内壁氧化皮的产生与脱落。服役过程中内壁由于高温蒸汽腐蚀产生的氧化皮，无论是与水冷壁20G锅炉管，还是与过热器和再热器常用的合金钢、奥氏体不锈钢相比，都因为在还原性气氛环境下产生的氧化皮和基体的晶格结构存在较大差异，而导致氧化皮与基体的热膨胀系数差别较大，造成氧化皮和基体界面结合很疏松。

此外，制备管道外壁涂层过程中在温度较高时内壁易产生氧化皮。如目前管道外壁高温防护涂层制备的主要方法是高温合金堆焊、镍基自熔合金重熔等。无论是堆焊还是喷涂重熔均带来同样的问题，就是对外壁的加热温度均超过上千度，由于高温传导造成管内表面材料产生一层氧化皮。也就是说管道还未开始使用就产生了氧化皮，将来再与服役过程中产生的氧化皮叠加，且这两种氧化皮性能不同互不相容，热循环过程又加剧了层间的滑动，逐渐脱落减薄，其结果无疑加大了爆管的风险。

管内壁产生的氧化皮在锅炉的频繁启停或者热应力的诱导下，氧化皮易脱落，导致管内蒸汽流通面积减小，管子局部过热、变形直至爆管；其次剥落的氧化皮碎屑会被蒸汽带入汽轮机，损伤喷嘴、叶栅等汽轮机通流部分，甚至剥落的氧化皮有可能会造成蒸汽阀门卡涩，影响阀门的正常关闭。上述问题不仅影响管道寿命，也会给垃圾电站机组的安全运行造成重大影响。

综上所述，内壁损伤和氧化腐蚀是引起管壁爆管的主要原因，外壁高温腐蚀加快了爆管的速度。对此本发明人经过研究设计，在国内外首次提出了锅炉四管高频感应重熔协同制备等寿命双边防护防爆管涂层的概念，简言之就是“双边防护、中心强化”。所谓双边防护，就是内外壁都要防护，形象描述就是给管道穿上了“双面盔甲”；中心强化就是在穿上盔甲的同时还要对管道基体进行正火强化处理，这就相当于让人体增强自身免疫力，这样自然对外来病菌侵袭做到“五毒不侵”了。而所谓“双护中强”都是借助原来高频感应线圈仅对外壁涂层重熔的过程，现在一次完成，可谓“一举三得”。

因此，本实用新型第一方面所涉及的具有双重防护的防爆型锅炉用管，其包括锅炉用管、包覆在锅炉用管外壁的外壁防腐涂层，以及包覆在锅炉用管内壁的内壁防腐涂层，所述防腐涂层为合金防腐涂层。优选地，所述锅炉用管的基体经过了正火处理。由此，本实用新型中具有双重防护的防爆型锅炉用管成为“双护中强”的具有双重防护的防爆型锅炉用管。

在本实用新型的一些实施例中，所述外壁防腐涂层的厚度为0.5±0.1mm，所述内壁防腐涂层的厚度为0.2±0.1mm。由此，本实用新型中的防爆型锅炉用管可以获得较为理想的双重防护，并且，所述具有双重防护的防爆型锅炉用管的内壁和外壁抗腐蚀时间相同。

本实用新型中，所述防腐涂层可以为镍基合金耐腐蚀涂层。

本实用新型中，所述镍基合金耐腐蚀涂层可以含有常规的镍基合金耐腐蚀涂层的组成成分，例如，所述镍基合金耐腐蚀涂层可以含有镍、铬、钼、铁、铜、硅和硼。

在本实用新型的一些优选的实施例中，所述镍基合金耐腐蚀涂层中含有Ni60wt％-70wt％、Cr 17wt％-18wt％、Mo 11wt％-13wt％、Cu 1.7wt％-2wt％、B 1.7wt％-2wt％、Si 2.5wt％-3wt％、Fe 3wt％-5wt％。

本实用新型中，所述锅炉用管外壁和内壁与自熔合金防腐涂层之间分别独立地为冶金结合。优选地，所述锅炉用管外壁和内壁的合金防腐涂层内部没有孔隙。这样既可以保证对于锅炉用管外壁和内壁的防护，又可以保证较好的传热性能。

本本领域技术人员应该了解的是，本实用新型中所述锅炉用管包括水冷壁管、过热器管、再热器管或省煤器管。

为获得本实用新型第一方面所涉及的具有双重防护的防爆型锅炉用管，本实用新型第二方面提供了一种具有双重防护的防爆型锅炉用管的制备方法，其包括：

步骤A，对内壁表面进行喷砂处理，除去锅炉用管的内壁表面的灰尘、碎渣和砂粒，获得内壁表面粗糙化的锅炉用管；

步骤B，采用冷喷涂的方式将自熔合金涂层材料均匀地喷涂在内壁表面粗糙化的锅炉用管的内壁表面，干燥后，获得内壁带自熔合金预涂层的锅炉用管；

步骤C，内壁带自熔合金预涂层的锅炉用管的外壁进行喷砂处理，除去锅炉用管外壁表面的灰尘、碎渣和砂粒，获得内壁带自熔合金预涂层且外壁表面粗糙化的锅炉用管；

步骤D，对内壁带自熔合金预涂层且外壁表面粗糙化的锅炉用管的外表面火焰喷涂自熔合金涂层材料，获得内壁和外壁均带自熔合金预涂层的锅炉用管；

步骤E，通过对内壁和外壁均带自熔合金预涂层的锅炉用管进行进给移动高频感应处理来对锅炉用管的内壁和外壁所带的自熔合金预涂层同时进行重熔处理，并同时实现对锅炉用管的基体进行正火处理，获得内壁和外壁均带自熔合金防腐涂层的锅炉用管。

在本实用新型的一些优选的实施例中，在步骤E之后还包括步骤F，对获得内壁和外壁均带自熔合金防腐涂层的锅炉用管在对重熔过程中的热变形进行矫正，获得具有双重防护的防爆型锅炉用管。

在本实用新型的一些进一步优选的实施例中，在步骤F之后还包括步骤G，对具有双重防护的防爆型锅炉用管的自熔合金防腐涂层质量进行检测，例如，对锅炉用管外表面和内表面合金防腐涂层孔隙率进行检测。

在本实用新型的一些优选的实施例中，所述进给移动的速度为2-3min/mm。

本实用新型中，所述锅炉用管包括水冷壁管、过热器管、再热器管或省煤器管。

本领域技术人员应该了解的是，在步骤D中，对锅炉用管外壁表面火焰喷涂自熔合金涂层材料，在锅炉用管外壁表面形成自熔合金预涂层(熔覆层)的同时，也对基体和内壁涂层进行了预热，由此在后续步骤E中，通过对内壁和外壁均带自熔合金预涂层的锅炉用管进行进给移动高频感应处理来对锅炉用管的内壁和外壁所带的自熔合金预涂层同时进行重熔处理，并同时实现对锅炉用管的基体进行正火处理时，对于锅炉内壁的预涂层的熔覆和对于基于的正火就会产生更好的效果。

本实用新型将火焰喷涂自熔合金与高频感应重熔相结合的复合方法制备锅炉用管内壁和外壁的自熔合金防腐蚀涂层。不仅涂层性能、服役寿命不低于甚至优于堆焊，而且制备成本远低于堆焊，应该说代表水冷壁管排高温防腐涂层的发展方向。

具体说来，本实用新型力求在尽量少增加工艺难度和制备成本的前提下，在采用火焰喷涂自熔合金+高频感应重熔制备外壁涂层的基础上，加上内壁涂层制备对管壁进行正火处理“合三为一”，大幅度提高管道的高温防护性能，最大限度地降低锅炉四管减薄-爆管的风险。

本实用新型中对于高频感应重熔(加热)装置及其所配置的感应线圈没有特别的限制，只要能够满足本实用新型中自熔合金涂层熔覆或重熔要求即可，例如可以采用本领域常规的高频感应重熔装置及其所配置的铜管感应线圈，所述线圈的形状和尺寸依照需要进行高频感应重熔的锅炉用管的形状和尺寸而定，所述高频感应重熔装置可以从诸如郑州高氏电磁感应加热设备有限公司等该类装置的制造商处直接购置或根据具体需求(锅炉用管的形状和尺寸)定制。本实用新型中对水冷壁管排高频感应内壁、外壁重熔-基体正火处理过程中水冷壁管排和铜管感应线圈横截面结构示意图如图3所示，对水冷壁管排高频感应内壁、外壁重熔-基体正火处理过程中水冷壁管排和铜管感应线圈纵向剖面图如图4所示；可以看出，所述铜管感应线圈为矩形铜管感应线圈，其由矩形中空铜管弯折盘绕成的螺旋式矩形体，铜管表面经过绝缘处理，其两端分别通过导线与电源的两个接口相连，并且，为防止铜管高温毁损，铜管中还通有冷却水，用于降低铜管内的温度。

但是要实现上述目标，必须要解决以下几个关键技术：

(1)管道内壁涂层的先期制备方法

如上所述，之所以业界一般不考虑在内壁做涂层，除了认识上的误区外，另一个原因是内壁涂层不好做。这确实是个难题，因为管道属于细长管，内径 50-60mm，长度9-10mm。但近年来涂料行业装备技术发展很快，对细长管内壁的喷砂和喷漆都已有成熟设备在市场上出售，只是还没有应用在垃圾电站锅炉管道中对内孔喷涂高温合金。本发明人在实验室试验在镍基自熔合金中加入一定比例的固化剂和稀释剂后进行喷涂，经反复试验得到较好的效果。

例如，本实用新型中，锅炉用管外壁的自熔合金涂层由镍基自熔合金基料形成，锅炉用管内壁的自熔合金涂层由镍基自熔合金复合材料形成；优选地，所述镍基自熔合金复合材料包括镍基自熔合金基料、固化剂和稀释剂；进一步优选地，所述镍基自熔合金复合材料包括镍基自熔合金基料50wt％-75wt％、固化剂 15wt％-30wt％、稀释剂10wt％-20wt％。

本实用新型中对于固化剂没有特别的限制，只要能够起到对于自熔合金基料起到粘结固化的作用即可；例如，所述固化剂包括但不限于环氧树脂。

本实用新型中对于稀释剂没有特别的限制，只要能够对于自熔合金基料和固化剂起到较好的分散作用即可；例如，所述稀释剂包括二甲苯、正丁醇、丙二醇甲醚醋酸酯的一种或几种。

(2)管道内壁涂层设计

1)材料设计

如前所述，锅炉用管外壁的自熔合金涂层由镍基自熔合金基料形成，而形成锅炉用管内壁的自熔合金涂层的镍基自熔合金复合材料则包括镍基自熔合金基料、固化剂和稀释剂。本实用新型中首先考虑的是“等寿命”原则，即外壁涂层和内壁涂层二者的寿命尽量相同，不要有短板出现。这是因为只要任何一边先失效很快就会出现减薄-爆管，也即假设堡垒从一边攻破后，另一边再坚固也没用，反而是浪费，只有双边同样坚固才能最大限度地提高管道的防护寿命。其次要考虑的是外壁涂层重熔温度能否保证内壁重熔的需求。经检测可知外壁涂层高频重熔时传导到内壁的温度达到900-950℃，实际上从外壁重熔时在内壁产生一定厚度 (＞1mm)的氧化皮也证明温度＞900℃。考虑到该温度与外壁重熔温度(约1050℃) 还有100℃左右的温差，采取适当调整镍基自熔合金基料中B和Si的量，就可少量降低熔点从而实现内外壁共重熔。

在本实用新型的一些实施例中，所述镍基自熔合金基料包括Ni 60wt％-70wt％、Cr 17wt％-18wt％、Mo 11wt％-13wt％、Cu 1.7wt％-2wt％、B 1.7wt％-2wt％、Si2.5wt％-3wt％、Fe 3wt％-5wt％。

2)厚度设计

设计内壁涂层厚度(约0.2±0.1mm)比外壁涂层(约0.5mm±0.1)薄，一是考虑实际内壁氧化腐蚀速度，要比外壁以氯化物为主的高温腐蚀速度也即氧化皮的产生速度稍低一些；二是考虑重熔容易熔透；三是考虑尽量不改变管内的蒸汽流通面积。

在本实用新型的一些实施例中，锅炉用管内壁和外壁涂层制备过程中，锅炉用管的内壁所带自熔合金预涂层的厚度为0.2±0.1mm，所述锅炉用管的外壁所带自熔合金预涂层的厚度为0.5±0.1mm。

由于本实用新型内壁和外壁涂层厚度设计合理，上述锅炉用管内壁和外壁所带自熔合金预涂层经重熔后，所形成的锅炉用管内壁和外壁所带自熔合金防腐蚀涂层的厚度基本不变，即锅炉用管的内壁所带自熔合金防腐蚀涂层的厚度为 0.2±0.1mm，所述锅炉用管的外壁所带自熔合金防腐蚀涂层的厚度为0.5±0.1mm。

(3)在锅炉用管内壁和外壁的预涂层重熔处理的同时对管道基体进行正火

1)垃圾焚烧锅炉管道出厂前并未经过强化处理如正火或退火等，致使锅炉管的高温疲劳性能较差，这也正是造成前述的在服役期间容易出现高温疲劳、蠕变等失效行为的主要原因。而经过正火处理后能有效地稳定组织和尺寸，消除内应力，对于提高材料的高温疲劳强度和抗蠕变强度等性能极为有利。

2)外壁预涂层重熔温度和时间能够满足管道基体正火的需求

锅炉外壁预涂层的高频感应重熔温度960-1100℃，而由外涂层传导到管基体的温度950-1000℃。所有高频感应重熔的温度与正火温度基本相同。而重熔时间则由管道进给速度也就是重熔效果而定。理论上正火和去应力退火保温时间约为 2-3min/mm，与实际重熔时间接近，即使实际所用时间比理论正火时间稍长，也会使管材基体偏析的组织逐渐溶化组织越来越均匀。此外在空气中的自然冷却，也与正火的冷却方式相同。由此可知，完全可以实现涂层重熔与管道基体正火的同步作业。

本领域技术人员应该了解的是，在制作管排的自熔合金防腐涂层时，由于在内壁制作涂层的操作具有一定的难度，因此，本实用新型选择在管排内壁全部表面制作防腐涂层，而为了节约成本，仅在管排外壁受热面的表面制作防腐涂层；而对于其他锅炉用管，例如，过热器管、再热器管或省煤器管，则是在外壁、内壁所有表面制作防腐涂层。

III、检测方法

本实用新型中锅炉用管外表面和内表面合金防腐涂层孔隙率根据GB/T 17721-1999(金属覆盖层孔隙率试验)进行监测。

实施例

实施例1：制备具有双重防护的防爆型水冷壁管(管排)

水冷壁管排示意图如图2所示。

(1)对管排内壁喷砂处理；

(2)制备镍基自熔合金预涂层(厚约0.2mm)；

1)镍基自熔合金复合材料配方：

镍基自熔合金复合材料由以下重量份的原料配比而成，其中镍基自熔合金基料40wt％-65wt％、固化剂15wt％-40wt％、稀释剂10％-20％；其中，所述固化剂为环氧树脂，所述稀释剂包括二甲苯、正丁醇、丙二醇甲醚醋酸酯中的一种或几种。

2)施工工艺：

①管排内壁镍基自熔合金复合材料准备：将基料和固化剂分别放入加热炉或水浴装置中进行预热，预热后搅拌均匀，分别添加至配有加热保温装置的供料桶内，加入稀释剂继续搅拌并保温，待用；

②管排内壁表面预处理；采用内管喷砂机对管排内壁表面进行喷砂；使用吸尘器除去所有管排内壁表面的灰尘、碎渣及砂粒；

③管排内壁表面冷喷涂；采用内管喷涂机将镍基自熔合金复合材料均匀喷涂至管排内壁表面，自然干燥4-6小时。

(3)对管排外壁喷砂处理；采用喷砂机对管排外壁表面(受热面)进行喷砂；使用吸尘器除去所有管排外壁表面的灰尘、碎渣及砂粒；

(4)管排外壁表面(受热面)火焰喷涂镍基自熔合金基料形成自熔合金预涂层(厚约0.5mm)，相当于同时对基体和内壁涂层进行预热；

(5)高频感应重熔处理内壁、外壁表面的预涂层及对基体正火处理(见参见图3-4)；

(6)管排预涂层经重熔处理后，继续向前移动(移动速度根据内壁熔覆、外壁预涂层重熔和管道基体正火所需的时间综合确定)，同时也是自然冷却到室温，后续管排不断投入到重熔处理过程中，直至管排全部重熔处理完毕停止，获得内壁和外壁均带自熔合金防腐涂层的锅炉用管(具有双重防护的防爆型管排)；

(7)对重熔处理过程中的热变形进行矫正；

(8)对涂层质量进行测试。

根据GB/T 17721-1999(金属覆盖层孔隙率试验)对本实施例中涂层的孔隙率进行监测，检测表明所述水冷壁管外壁和内壁的自熔合金防腐涂层内部孔隙很小，基本可以忽略。

直接利用生产中的实际消耗率来检测本实施例中具有双重防护的防爆型水冷壁管的防腐蚀性，结果表明本实施例中具有双重防护的防爆型水冷壁管具有良好的双重防腐蚀性，真正实现了等寿命，内壁和外壁防腐涂层的寿命均可达6年以上。

本实施例中所制得的具有双重防护的防爆型管排包括管排、包覆在管排的外壁防腐涂层，以及包覆在管排内壁的内壁防腐涂层，所述防腐涂层为自熔合金防腐涂层。

所述外壁防腐涂层的厚度为0.5±0.1mm，所述内壁防腐涂层的厚度为0.2±0.1mm，且所述锅炉用管的基体经过了正火处理。

所述锅炉用管外壁和内壁与自熔合金防腐涂层之间分别独立地为冶金结合，且所述锅炉用管外壁和内壁的合金防腐涂层内部基本没有孔隙。

所述防腐涂层为镍基合金耐腐蚀涂层，所述镍基合金耐腐蚀涂层中含有镍、铬、钼、铁、铜、硅和硼。

所述镍基合金耐腐蚀涂层中含有Ni 60wt％-70wt％、Cr 17wt％-18wt％、Mo11wt％-13wt％、Cu 1.7wt％-2wt％、B 1.7wt％-2wt％、Si 2.5wt％-3wt％、Fe 3wt％-5wt％。

所述具有双重防护的防爆型锅炉用管的内壁和外壁防腐涂层的抗腐蚀时间相同，内壁和外壁防腐涂层的寿命均可达6年以上。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的任何限制。通过参照典型实施例对本实用新型进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本实用新型权利要求的范围内对本实用新型做出修改，以及在不背离本实用新型的范围和精神内对本实用新型进行修订。尽管其中描述的本实用新型涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本实用新型限于其中公开的特定例，相反，本实用新型可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (12)

1.一种具有双重防护的防爆型锅炉用管，其特征在于，所述具有双重防护的防爆型锅炉用管包括锅炉用管、包覆在锅炉用管外壁的外壁防腐涂层，以及包覆在锅炉用管内壁的内壁防腐涂层，所述防腐涂层为镍基合金耐腐蚀涂层；所述锅炉用管的基体经过了正火处理。

2.根据权利要求1所述的具有双重防护的防爆型锅炉用管，其特征在于，所述外壁防腐涂层的厚度为0.5±0.1mm，所述内壁防腐涂层的厚度为0.2±0.1mm。

3.根据权利要求1或2所述的具有双重防护的防爆型锅炉用管，其特征在于，所述锅炉用管外壁和内壁与自熔合金防腐涂层之间分别独立地为冶金结合。

4.根据权利要求3所述的具有双重防护的防爆型锅炉用管，其特征在于，所述锅炉用管外壁和内壁的合金防腐涂层的内部没有孔隙。

5.根据权利要求1或2所述的具有双重防护的防爆型锅炉用管，其特征在于，所述具有双重防护的防爆型锅炉用管的内壁和外壁防腐涂层的抗腐蚀时间相同。

6.根据权利要求3所述的具有双重防护的防爆型锅炉用管，其特征在于，所述具有双重防护的防爆型锅炉用管的内壁和外壁防腐涂层的抗腐蚀时间相同。

7.根据权利要求4所述的具有双重防护的防爆型锅炉用管，其特征在于，所述具有双重防护的防爆型锅炉用管的内壁和外壁防腐涂层的抗腐蚀时间相同。

8.根据权利要求1或2所述的具有双重防护的防爆型锅炉用管，其特征在于，所述锅炉用管包括水冷壁管、过热器管、再热器管或省煤器管。

9.根据权利要求3所述的具有双重防护的防爆型锅炉用管，其特征在于，所述锅炉用管包括水冷壁管、过热器管、再热器管或省煤器管。

10.根据权利要求4所述的具有双重防护的防爆型锅炉用管，其特征在于，所述锅炉用管包括水冷壁管、过热器管、再热器管或省煤器管。

11.根据权利要求5所述的具有双重防护的防爆型锅炉用管，其特征在于，所述锅炉用管包括水冷壁管、过热器管、再热器管或省煤器管。

12.根据权利要求6或7所述的具有双重防护的防爆型锅炉用管，其特征在于，所述锅炉用管包括水冷壁管、过热器管、再热器管或省煤器管。

Images