JP2014155918A - Anticorrosion and antiwear coating method and power generation equipment - Google Patents

Anticorrosion and antiwear coating method and power generation equipment Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an anticorrosion and antiwear coating method capable of curbing corrosion and wear of a steam turbine, a heat exchanger and piping which make up a power generation equipment and the power generation equipment.SOLUTION: A surface of power generation equipment subject to corrosion and wear due to steam is coated with an inorganic base layer coating 2 having a sacrificial anode function with respect to a material which makes up the surface. A resin coating having a self-repairing function with respect to heat conductivity, corrosion resistance and cracking is applied to the base layer coating 2 as an intermediary layer coating 3. An organic coating having anticorrosion and antiwear property is applied to the intermediary layer coating 3 as a top layer coating 4.

Description

本発明は、耐腐食・耐磨耗コーティング方法及びこの耐腐食・耐磨耗コーティング方法を使用した発電機器に関する。 The present invention relates to a corrosion-resistant / abrasion-resistant coating method and a power generator using the corrosion-resistant / abrasion-resistant coating method.

発電プラントの発電機器、特に蒸気タービン、熱交換器、配管などの発電機器において、蒸気温度が300℃以下室温以上の場合、蒸気は乾き蒸気から湿り蒸気に変わり、かつ高速流れのため、上述対象機器は腐食、磨耗が発生し、損傷が生ずる可能性が高くなる。この蒸気タービン、熱交換器、配管などの発電機器を構成する材料は主に炭素鋼、低合金鋼、9〜17wt%クロム(Cr)鋼からなる。 In the power generation equipment of power plants, especially steam turbines, heat exchangers, pipes, etc., when the steam temperature is 300 ° C or less room temperature or higher, the steam changes from dry steam to wet steam, and because of high-speed flow, Equipment is subject to corrosion and wear, increasing the likelihood of damage. The materials constituting the power generation equipment such as the steam turbine, heat exchanger, and piping are mainly composed of carbon steel, low alloy steel, and 9 to 17 wt% chromium (Cr) steel.

発電機器の耐腐食性及び耐磨耗性を向上させるためには、対象機器を構成する材料をより良い材料、いわゆるコストが高い材料を選定する必要がある。 In order to improve the corrosion resistance and wear resistance of the power generation equipment, it is necessary to select a better material, that is, a so-called high-cost material that constitutes the target equipment.

上述のような対象機器として例えば地熱発電用の熱交換器を挙げることができる。熱交換器は主にチューブ、チューブ管板、胴体によって構成され、一般的に炭素鋼や低合金鋼(1〜2wt%クロム(Cr)含有)を使用して製造される場合が多い。しかし、地熱のような硫化水素(H2S)や塩素(Cl)を含む厳しい腐食環境中に使用される場合においては、上述した熱交換器のチューブ、チューブ管板、胴体を構成する材料はステンレスやチタン(Ti)またはチタン合金を使用する場合が多い。 Examples of the target device as described above include a heat exchanger for geothermal power generation. A heat exchanger is mainly composed of a tube, a tube tube plate, and a body and is generally manufactured using carbon steel or low alloy steel (containing 1-2 wt% chromium (Cr)). However, when used in a severe corrosive environment containing hydrogen sulfide (H 2 S) or chlorine (Cl) such as geothermal heat, the materials constituting the tubes, tube tube plates, and body of the heat exchanger described above are Stainless steel, titanium (Ti), or a titanium alloy is often used.

しかし、ステンレスやチタン(Ti)またはチタン合金は炭素鋼や低合金と比べて耐腐食性、耐磨耗性が優れる一方、熱伝導率は炭素鋼や鉄と比べて低く、炭素鋼製の熱交換器と比べて熱効率が悪い。例えば、熱伝導率が低いSUS304の場合、その値は0.16w×10-2/m℃であり、チタンの場合は0.17w×10-2/m℃であり、炭素鋼(0.58w×10-2/m℃や鉄(0.58w×10-2/m℃)と比べていかに低いかがわかる。 However, while stainless steel, titanium (Ti) or titanium alloys have better corrosion resistance and wear resistance than carbon steel and low alloys, their thermal conductivity is lower than that of carbon steel and iron. Thermal efficiency is poor compared to exchangers. For example, in the case of SUS304 having a low thermal conductivity, the value is 0.16 w × 10 −2 / m ° C., and in the case of titanium, the value is 0.17 w × 10 −2 / m ° C., and carbon steel (0.58 w It can be seen whether it is much lower than × 10 -2 / m ° C or iron (0.58 w × 10 -2 / m ° C).

また、線膨張係数において、SUS304の場合は17.3×10-6であり、炭素鋼の11×10-6と比べて大きく、熱の繰り返し変動で伸縮しやすくなり、機器の内部応力を生じさせやすいため、腐食環境中で応力集中による応力腐食割れが発生しやすくなる。また、炭素鋼や低合金と比べて、ステンレスやチタン素材の値段も高い。 In addition, the coefficient of linear expansion is 17.3 × 10 −6 in the case of SUS304, which is larger than 11 × 10 −6 of carbon steel, and easily expands and contracts due to repeated fluctuations in heat, resulting in internal stress of the device. Therefore, stress corrosion cracking due to stress concentration is likely to occur in a corrosive environment. In addition, the price of stainless steel and titanium materials is higher than that of carbon steel and low alloys.

したがって、発電プラントの熱交換器に対して熱伝導率、線膨張係数、経済性のバランスが比較的良い素材の適用と、素材の腐食、磨耗を抑制する方法が求められている。 Therefore, there is a need for a material that has a relatively good balance of thermal conductivity, linear expansion coefficient, and economy, and a method that suppresses corrosion and wear of the material for the heat exchanger of the power plant.

上記素材の腐食、磨耗を抑制する方法として、例えば、金属の表面に少なくとも一層の樹脂被膜層を設け、この樹脂被膜層の外周に、樹脂被膜層への接触部に金属性のフィン部材を装着する。金属管に、防食メッキ層と樹脂被膜層を設け、さらに樹脂被膜層に、耐食性、耐磨耗性、熱伝導性の高い粒子または繊維を含有させる方法が開示されている(特許文献1)。また、ガス使用設備を対象に、基体上にフッ素樹脂を多層に設け、各層に無機充填剤の含有量を変化させて、耐腐食性、耐熱性などを図る方法も開示されている(特許文献2)。 As a method for suppressing the corrosion and wear of the material, for example, at least one resin film layer is provided on the surface of the metal, and a metallic fin member is attached to the outer periphery of the resin film layer at a contact portion with the resin film layer. To do. A method is disclosed in which a metal pipe is provided with a corrosion-resistant plating layer and a resin coating layer, and the resin coating layer further contains particles or fibers having high corrosion resistance, wear resistance, and thermal conductivity (Patent Document 1). In addition, for gas use facilities, a method is also disclosed in which fluororesin is provided in multiple layers on a base and the content of inorganic filler is changed in each layer to improve corrosion resistance, heat resistance, etc. (Patent Document) 2).

特許第4393854号公報Japanese Patent No. 4393854 特開2004−283699号公報JP 2004-283699 A

しかしながら、上記のいずれの方法においても、樹脂被膜層が劣化し、き裂が発生した場合の対策やき裂が発生しないような方法を明確にしていない。腐食環境中で樹脂にき裂が発生した場合、仮に対象機器の表面に設けた基層の防食メッキ層があっても、短期間で消失する可能性が考えられる。このため、樹脂被膜層の局部損傷は対象機器の使用寿命に大きく影響するおそれがあった。 However, none of the above methods clarifies a countermeasure when a resin film layer deteriorates and a crack occurs or a method that does not cause a crack. When a crack occurs in the resin in a corrosive environment, even if there is a base anticorrosion plating layer provided on the surface of the target device, there is a possibility that it will disappear in a short period of time. For this reason, the local damage of the resin coating layer may greatly affect the service life of the target device.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、発電プラントの発電機器を構成する蒸気タービン、熱交換器、配管などの腐食、磨耗を抑制することのできる耐腐食・耐磨耗コーティング方法及び発電機器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and is a corrosion-resistant and wear-resistant coating capable of suppressing corrosion and wear of steam turbines, heat exchangers, piping, and the like that constitute power generation equipment of a power plant. It is an object to provide a method and power generation equipment.

本発明に係る耐腐食・耐磨耗コーティング方法は、蒸気による腐食および磨耗が発生する発電機器の表面に、この表面を構成する材料に対して犠牲陽極機能を有する無機系の基層コーティングを形成し、この基層コーティングの上に伝熱性、耐食性、き裂に対する自己修復機能を有する樹脂系コーティングを中間層コーティングとして形成し、さらにこの中間層コーティングの上に耐腐食性、耐磨耗性を有する有機系コーティングをトップ層コーティングとして形成することを特徴とする。 In the corrosion-resistant and wear-resistant coating method according to the present invention, an inorganic base layer coating having a sacrificial anode function with respect to the material constituting the surface is formed on the surface of a power generation device where corrosion and wear due to steam occur. A resin-based coating with heat transfer, corrosion resistance and crack self-healing function is formed as an intermediate layer coating on the base layer coating, and an organic layer having corrosion resistance and abrasion resistance is formed on the intermediate layer coating. It is characterized in that the system coating is formed as a top layer coating.

また、本発明に係る発電機器は、この耐腐食・耐磨耗コーティング方法を使用した耐腐食・耐磨耗コーティングを機器の表面に形成することを特徴とする。 In addition, the power generation device according to the present invention is characterized in that a corrosion / abrasion resistant coating using this corrosion / abrasion resistant coating method is formed on the surface of the device.

本発明によれば、耐腐食性及び耐磨耗性が高く使用寿命の長いコーティング層を作業性良く低コストで形成することができ、また、このコーティング層を発電機器に使用することによって、耐久性の向上を図ることができる。 According to the present invention, a coating layer having high corrosion resistance and wear resistance and a long service life can be formed at a low cost with good workability. It is possible to improve the performance.

(a)から(d)は、各々実施形態における耐腐食・耐磨耗コーティングの製造形態を示す断面図。(A) to (d) is a cross-sectional view showing a production form of a corrosion-resistant and wear-resistant coating in each embodiment. 図1(b)に示す基層コーティングを拡大して示す断面図。Sectional drawing which expands and shows the base layer coating shown in FIG.1 (b). (a)は図1(c)に示す基層コーティングを含む中間層コーティングを拡大して示す断面図、(b)は(a)に示した中間層コーティングのA部を拡大して示す模式図。(A) is sectional drawing which expands and shows intermediate | middle layer coating containing the base layer coating shown in FIG.1 (c), (b) is a schematic diagram which expands and shows the A section of the intermediate | middle layer coating shown to (a). (a)から(c)は、各々中間層コーティングにおけるき裂に対する自己修復メカニズムを示す模式図。(A) to (c) is a schematic diagram showing a self-repair mechanism for a crack in each intermediate layer coating. (a)は図1(d)に示す基層コーティング、中間層コーティングを含むトップ層コーティングを拡大して示す断面図、(b)は(a)に示したトップ層コーティングのB部を拡大して示す模式図。(A) is a cross-sectional view showing an enlarged top layer coating including the base layer coating and intermediate layer coating shown in FIG. 1 (d), and (b) is an enlarged view of part B of the top layer coating shown in (a). FIG. 本発明に係る発電機器の一実施形態である蒸気タービンの概略構成を示す図であり、(a)は全体構成を示す断面図、(b)は(a)のC部を拡大して示す断面図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows schematic structure of the steam turbine which is one Embodiment of the electric power generating apparatus which concerns on this invention, (a) is sectional drawing which shows the whole structure, (b) is a cross section which expands and shows the C section of (a). Figure. 本発明に係る発電機器の一実施形態である熱交換器の概略構成を示す断面図であり、(a)は熱交換器を示す断面図、(b)は(a)に示す熱交換器のD部を拡大して示す断面図、(c)は(b)に示す管板に耐食性コーティング層を形成した状態を示す断面図。It is sectional drawing which shows schematic structure of the heat exchanger which is one Embodiment of the electric power generating apparatus which concerns on this invention, (a) is sectional drawing which shows a heat exchanger, (b) is the heat exchanger shown to (a). Sectional drawing which expands and shows D section, (c) is sectional drawing which shows the state which formed the corrosion-resistant coating layer in the tube sheet shown to (b).

図1は、実施形態における耐腐食・耐磨耗コーティングの製造形態を示す断面図である。図1(a)は対象発電機器1の断面図であり、図1(b)に示すように対象の発電機器1の表面には犠牲陽極機能を有する無機系コーティングである基層コーティング2が施される。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a production form of a corrosion / abrasion resistant coating in the embodiment. FIG. 1A is a cross-sectional view of the target power generation device 1, and as shown in FIG. 1B, the surface of the target power generation device 1 is provided with a base layer coating 2 that is an inorganic coating having a sacrificial anode function. The

その後に、図1(c)に示すように基層コーティング2の表面にさらに中間層コーティング3が施される。 Thereafter, an intermediate layer coating 3 is further applied to the surface of the base layer coating 2 as shown in FIG.

そして、図1(d)に示すように中間層コーティング3の表面にさらにトップ層コーティング4が施される。 Then, a top layer coating 4 is further applied to the surface of the intermediate layer coating 3 as shown in FIG.

図1に示すように、実施形態における耐腐食・耐磨耗コーティングは発電機器1の表面に基層コーティング2、中間層コーティング3およびトップ層コーティング4を順次積層して構成される。 As shown in FIG. 1, the anti-corrosion / abrasion-resistant coating in the embodiment is configured by sequentially laminating a base layer coating 2, an intermediate layer coating 3, and a top layer coating 4 on the surface of the power generation device 1.

また、図1に示す発電機器1の運転環境は300℃以下1℃以上、水蒸気または腐食成分(例えば塩素、硫化水素)を含んだ水蒸気または水環境であり、一定の流速がある環境である。また、発電機器1の構成材料としては炭素鋼、低合金鋼、9〜17wt%クロム(Cr)鋼が一般的に使用されている。 Further, the operating environment of the power generation apparatus 1 shown in FIG. 1 is an environment having a constant flow rate, which is a steam or water environment containing 300 ° C. or less and 1 ° C. or more, steam or a corrosive component (for example, chlorine or hydrogen sulfide). Moreover, carbon steel, low alloy steel, and 9 to 17 wt% chromium (Cr) steel are generally used as the constituent material of the power generation device 1.

図2は、図1(b)に示す基層コーティング2を拡大して示す断面図である。 FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the base layer coating 2 shown in FIG.

基層コーティング2は、電解メッキ、無電解メッキまたは溶射方法を用いて対象の発電機器1の表面に亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)から成る金属または当該亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)の合金をコーティングし、厚みを1μm〜1mmに制御して形成される。 The base coating 2 is made of a metal made of zinc (Zn), magnesium (Mg), aluminum (Al) or zinc (Zn), magnesium on the surface of the target power generation device 1 by electrolytic plating, electroless plating or thermal spraying. It is formed by coating an alloy of (Mg) and aluminum (Al) and controlling the thickness to 1 μm to 1 mm.

また、好ましくは基層コーティング2の組成において、質量%で、Mg:1〜5%、Zn:3〜15%、Al:80〜96%のAl系合金によって構成される。このAl系合金も、上述した発電機器1の表面を構成する炭素鋼、低合金鋼、9〜17wt%クロム(Cr)鋼に対して自然電位が卑であるため、当該Al系合金から構成した基層コーティング2は、上記炭素鋼、低合金鋼、9〜17wt%クロム(Cr)鋼からなる対象発電機器1に対して十分に高い犠牲陽極作用を示すことができる。 Preferably, the composition of the base layer coating 2 is composed of an Al-based alloy of Mg: 1 to 5%, Zn: 3 to 15%, and Al: 80 to 96% by mass. This Al-based alloy is also composed of the Al-based alloy because the natural potential is lower than the carbon steel, low-alloy steel, and 9 to 17 wt% chromium (Cr) steel constituting the surface of the power generating device 1 described above. The base layer coating 2 can exhibit a sufficiently high sacrificial anodic action for the target power generation device 1 made of the above carbon steel, low alloy steel, and 9 to 17 wt% chromium (Cr) steel.

この基層コーティング2の組成において、Mgの添加量が5%を超え、かつZnの添加量が15%を超えると、必要以上の防食電流が流れるため、基層コーティング2の腐食速度が早くなり、寿命が短くなる。一方、Mgの添加量が1%未満かつZnの添加量が3%未満であると、十分な防食電流が流れず、上記炭素鋼、低合金鋼、9〜17wt%クロム(Cr)鋼からなる対象発電機器1に対して十分な犠牲陽極作用を示すことができない。このため、Mgの添加量を1〜5%とし、Znの添加量を3〜15%とする。 In the composition of the base layer coating 2, if the amount of Mg exceeds 5% and the amount of Zn exceeds 15%, an anticorrosive current more than necessary flows, so that the corrosion rate of the base layer coating 2 is increased and the lifetime is increased. Becomes shorter. On the other hand, when the addition amount of Mg is less than 1% and the addition amount of Zn is less than 3%, a sufficient anti-corrosion current does not flow, and the carbon steel, the low alloy steel, and the 9-17 wt% chromium (Cr) steel are used. A sufficient sacrificial anodic action cannot be exhibited for the target power generation device 1. For this reason, the addition amount of Mg is set to 1 to 5%, and the addition amount of Zn is set to 3 to 15%.

なお、発電機器1に対する基層コーティング2の電気防食による減肉速度は0.05〜0.2mm/年であることが実験データから判明しているので、5年間の実機運転環境中では基層コーティング2の最大減肉量は0.2mm×5年=1mmという結果となる。したがって、厚み1mmの基層コーティング2を発電機器1に施工すれば、仮に中間層コーティング3とトップ層コーティング4が剥離してその機能が失われても、基層コーティング2は最大5年間において発電機器1に対する当該表面において電気防食機能を発揮することができる。 In addition, since it has been found from experimental data that the thickness of the base coating 2 with respect to the power generation equipment 1 due to the anticorrosion is 0.05 to 0.2 mm / year, the base coating 2 in the actual machine operating environment for 5 years. As a result, the maximum amount of thinning is 0.2 mm × 5 years = 1 mm. Therefore, if the base layer coating 2 having a thickness of 1 mm is applied to the power generation device 1, even if the intermediate layer coating 3 and the top layer coating 4 are peeled off and their functions are lost, the base layer coating 2 can be used for the power generation device 1 in a maximum of five years. An anticorrosive function can be exhibited on the surface of

図3(a)は図1(c)に示す基層コーティング2を含む中間層コーティング3を拡大して示す断面図、(b)は(a)に示した中間層コーティングのA部を拡大して示す模式図である。 3A is an enlarged cross-sectional view showing the intermediate layer coating 3 including the base layer coating 2 shown in FIG. 1C, and FIG. 3B is an enlarged view of part A of the intermediate layer coating shown in FIG. It is a schematic diagram shown.

図3に示すように中間層コーティング3は、基本組成としてフッ素樹脂5をベースに、無機系繊維6、高吸水性樹脂粒子7によって構成される。 As shown in FIG. 3, the intermediate layer coating 3 is composed of inorganic fibers 6 and superabsorbent resin particles 7 based on a fluororesin 5 as a basic composition.

フッ素樹脂5は、代表としてポリテトライフルオロエチレン(PTFE)、パーフルオロアルコキシアルカン(PFA)、エチレン-テトラフルオロエチレンコポリマー(ETFE)、パーフルオロエチレン-プロペンコポリマー(FEP)、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)、エチレン-クロロトリフルオロエチレンコポリマー(ECTFE)などからの一種またはそれらの複合物から選択される。 Fluororesin 5 typically includes polytetrafluoroethylene (PTFE), perfluoroalkoxyalkane (PFA), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), perfluoroethylene-propene copolymer (FEP), polyvinylidene fluoride (PVDF) ), Ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE) or the like or a composite thereof.

中間層コーティング3の施工においては、一般的には対象物表面に対して脱脂、表面処理、塗装、乾燥、焼成の順に行われ、中間層コーティング3の厚みを50μm〜2mmに制御するが、薄くなると使用寿命が短くなり、厚くなりすぎると伝熱性が悪くなる。 In the construction of the intermediate layer coating 3, the surface of the object is generally degreased, surface-treated, painted, dried and fired in this order, and the thickness of the intermediate layer coating 3 is controlled to 50 μm to 2 mm. In such a case, the service life is shortened, and if it is too thick, the heat conductivity is deteriorated.

本発明において、無機系繊維6および高吸水性樹脂粒子7の形状や含有量とベース材となるフッ素樹脂5とのバランスを考慮しながら、伝熱性を最大限に保つための中間層コーティング3の厚みは1.5mmが望ましい。 In the present invention, the intermediate layer coating 3 for keeping the heat conductivity to the maximum while considering the balance between the shape and content of the inorganic fibers 6 and the superabsorbent resin particles 7 and the fluororesin 5 as the base material. The thickness is desirably 1.5 mm.

無機系繊維6は、カーボン繊維やガラス繊維を使用することと、それらの直径は1〜100nm、長さは1nm〜2mmの形状のものを使用し、含有量として1〜5wt%で中間層コーティング3に含有させることである。中間層コーティング3の引張強さを最大限にするためには、カーボン繊維やガラス繊維の直径を50nm、長さは1.5mmのものを使用し、含有量として3.5wt%を含有させることが望ましい。 The inorganic fiber 6 uses carbon fiber or glass fiber, and those having a diameter of 1 to 100 nm and a length of 1 nm to 2 mm, and an intermediate layer coating with a content of 1 to 5 wt% 3 is contained. In order to maximize the tensile strength of the intermediate layer coating 3, use carbon fiber or glass fiber having a diameter of 50 nm and a length of 1.5 mm, and a content of 3.5 wt%. Is desirable.

高吸水性樹脂粒子7は、水溶性樹脂を架橋した親水性架橋高分子類の樹脂のことであり、図4(b)に示すように、中間層コーティング3にき裂が発生した場合、き裂面に露出した高吸水性樹脂粒子7は環境中の水と接触し、吸収することにより図4(c)に示すように樹脂粒子の体積が100倍以上に膨張し、生じた圧縮応力で上述き裂を充填しながら押し潰す。よって、き裂に対して自己修復効果を得ることができる。 The superabsorbent resin particles 7 are hydrophilic cross-linked polymer resins obtained by cross-linking a water-soluble resin. As shown in FIG. 4B, when a crack occurs in the intermediate layer coating 3, The superabsorbent resin particles 7 exposed on the fracture surface come into contact with water in the environment and absorb to expand the volume of the resin particles 100 times or more as shown in FIG. Crush while filling the above-mentioned crack. Therefore, a self-repairing effect can be obtained for the crack.

高吸水性樹脂7は合成ポリマー系樹脂(例えば、ポリアクリル酸塩系、ポリスルホン酸塩系、無水マレイン酸塩系、ポリアクリルアミド系、ポリビニルアルコール系、ポリエチレンオキシド系)、または天然物由来系樹脂(例えば、ポリアスパラギン酸塩系、ポリグルタミン酸塩系、ポリアルギン酸塩系、デンプン系、セルロース系)のものを使用する。 The superabsorbent resin 7 is a synthetic polymer resin (for example, polyacrylate, polysulfonate, anhydride maleate, polyacrylamide, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide), or a natural product-derived resin ( For example, polyaspartate type, polyglutamate type, polyalginate type, starch type, cellulose type) are used.

また、中間層コーティング3に含有させる高吸水性樹脂7の粒径は1〜30μm、含有量として0.5vol%〜3vol%で中間層コーティング3に含有させる。そこで、中間層コーティング3のき裂に対する自己修復効果を最大限にするためには、粒径は10μm、含有量として2.5vol%で中間層コーティング3に含有させることが望ましい。 The particle size of the superabsorbent resin 7 contained in the intermediate layer coating 3 is 1 to 30 μm, and the content is 0.5 vol% to 3 vol%. Therefore, in order to maximize the self-repairing effect on the crack of the intermediate layer coating 3, it is desirable that the particle size is 10 μm and the content is 2.5 vol%.

図5(a)は図1(d)に示す基層コーティング2、中間層コーティング3を含むトップ層コーティング4を拡大して示す断面図、(b)は(a)に示したトップ層コーティング4のB部を拡大して示す模式図である。 5A is an enlarged cross-sectional view showing the top layer coating 4 including the base layer coating 2 and the intermediate layer coating 3 shown in FIG. 1D, and FIG. 5B is a cross-sectional view of the top layer coating 4 shown in FIG. It is a schematic diagram which expands and shows the B section.

トップ層コーティング4は、基本組成として、中間層コーティング3と同様のフッ素樹脂5をベースに、コーティングの伝熱性、耐磨耗性を向上させるために、硬度が1000Hv以上の無機系粒子8を含有させる。 Top layer coating 4 contains inorganic particles 8 having a hardness of 1000 Hv or more in order to improve the heat transfer and wear resistance of the coating, based on the same fluororesin 5 as in intermediate layer coating 3 as a basic composition. Let

無機系粒子8は主にTiN、TiC、TiCN、TiAlN、TiCrAlN、CrN、CrC、WC、WN、NiN、NiC、Co、Zr23、Y23、Al23、SiC、SiN、SiO2などの粉末を使用する。また、無機系粒子の直径は0.1〜30μmを有し、含有量として1wt%〜30wt%でトップ層コーティング4に含有させる。そこで、トップ層コーティング4の耐磨耗効果を最大限にするためには、粒径は15μm、含有量として20wt%でトップ層コーティング4に含有させることが望ましい。 The inorganic particles 8 are mainly TiN, TiC, TiCN, TiAlN, TiCrAlN, CrN, CrC, WC, WN, NiN, NiC, Co, Zr 2 O 3 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiC, SiN, A powder such as SiO 2 is used. The inorganic particles have a diameter of 0.1 to 30 μm and are contained in the top layer coating 4 at a content of 1 wt% to 30 wt%. Therefore, in order to maximize the wear resistance effect of the top layer coating 4, it is desirable that the particle size is 15 μm and the content is 20 wt% in the top layer coating 4.

また、トップ層コーティング4の厚みを50μm〜2mmに制御するが、伝熱性および耐磨耗寿命を最大限にするために、トップ層コーティング4の厚みを1.5mmに制御することが望ましい。 Moreover, although the thickness of the top layer coating 4 is controlled to 50 μm to 2 mm, it is desirable to control the thickness of the top layer coating 4 to 1.5 mm in order to maximize heat transfer and wear resistance life.

前記の対象の発電機器1に施す基層コーティング2、中間層コーティング3およびトップ層コーティング4のそれぞれの厚みを合わせて耐腐食・耐磨耗コーティングの厚みを101μm〜5mmの範囲に制御するが、基層コーティング2の適切の厚みは1mm、中間層コーティング3の適切の厚みは1.5mm、トップ層コーティング4の適切の厚みは1.5mmのため、実際に発電機器1に施す耐腐食・耐磨耗コーティングの厚みは4mmが望ましい。 The thicknesses of the anti-corrosion and anti-abrasion coating are controlled in the range of 101 μm to 5 mm by combining the thicknesses of the base layer coating 2, the intermediate layer coating 3 and the top layer coating 4 applied to the target power generation device 1. The appropriate thickness of the coating 2 is 1 mm, the appropriate thickness of the intermediate layer coating 3 is 1.5 mm, and the appropriate thickness of the top layer coating 4 is 1.5 mm. The thickness of the coating is desirably 4 mm.

図6は、本発明に係る発電機器の一実施形態である蒸気タービンの要部概略構成を示す図である。図6(a)は、全体構成を示す断面図である。 FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration of a main part of a steam turbine that is an embodiment of the power generation device according to the present invention. FIG. 6A is a cross-sectional view showing the overall configuration.

図6(a)に示すように蒸気タービン20は、火力発電所用として高圧部21と、中圧部22と低圧部23とを具備し、一方、図示してはいないが、原子力発電所用として高圧部21と、低圧部23とを具備し、地熱発電所用として低圧部23とを具備している。 As shown in FIG. 6 (a), the steam turbine 20 includes a high-pressure part 21, a medium-pressure part 22 and a low-pressure part 23 for a thermal power plant. On the other hand, although not shown, the steam turbine 20 has a high-pressure unit for a nuclear power plant. Part 21 and a low-pressure part 23, and a low-pressure part 23 for a geothermal power plant.

蒸気タービン20の低圧部23は、図6(a)のC部拡大図である図6(b)に示すように、動翼24、静翼25、ケーシング26、タービンロータ27およびシール部28から構成されている。なお、図中に矢印で示すように、蒸気は、同図の左側から右側に向けて流れる構成となっている。 As shown in FIG. 6B, which is an enlarged view of a portion C in FIG. 6A, the low pressure portion 23 of the steam turbine 20 includes a moving blade 24, a stationary blade 25, a casing 26, a turbine rotor 27, and a seal portion 28. It is configured. In addition, as shown by the arrows in the figure, the steam flows from the left side to the right side in the figure.

上記した低圧部23の動翼24、静翼25、ケーシング26の内面側(蒸気に曝される側)、タービンロータ27の胴体に、特に環境温度が300℃以下10℃以上の部位に、本発明に関わる耐腐食・耐磨耗コーティングを適用することができる。 On the inner surface side (the side exposed to the steam) of the rotor blade 24, the stationary blade 25, the casing 26 of the low-pressure part 23, the fuselage of the turbine rotor 27, especially in the region where the environmental temperature is 300 ° C or lower and 10 ° C or higher. Corrosion and wear resistant coatings related to the invention can be applied.

図7は、本発明の他の実施形態である地熱発電用の熱交換器の要部概略構成を示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a main part of a heat exchanger for geothermal power generation according to another embodiment of the present invention.

図7(a)は、地熱発電用の熱交換器30の概略構成を示す断面図である。なお、符号31および32は冷媒の入口水室と出口水室を示し、同図に矢印で示すように、冷媒が、同図の左側の入口水室31から冷却配管33を介して図中右側に向かって流れ、出口水室32から出る構成となっている。300℃以下の地熱蒸気は入口配管34から入り、冷却された地熱蒸気は凝縮されてドレンになり、出口配管35から排出される。 Fig.7 (a) is sectional drawing which shows schematic structure of the heat exchanger 30 for geothermal power generation. Reference numerals 31 and 32 denote an inlet water chamber and an outlet water chamber of the refrigerant. As indicated by arrows in the figure, the refrigerant passes from the inlet water chamber 31 on the left side of the figure via the cooling pipe 33 to the right side in the figure. It flows in the direction of the water and exits from the outlet water chamber 32. The geothermal steam of 300 ° C. or less enters from the inlet pipe 34, and the cooled geothermal steam is condensed and drained, and is discharged from the outlet pipe 35.

図7(b)は、熱交換器30のD部を拡大して示す断面図である。図7(c)では、図7(b)における熱交換器30の冷却配管33に耐腐食・耐磨耗コーティングを適用することを示す図である。 FIG. 7B is an enlarged cross-sectional view showing a D portion of the heat exchanger 30. FIG. 7C is a diagram showing that the anti-corrosion / abrasion-resistant coating is applied to the cooling pipe 33 of the heat exchanger 30 in FIG. 7B.

図7(c)に示すように、熱交換器30の冷却配管33の地熱蒸気側に曝されている表面(図中では外表面)に、本発明に係る耐腐食・耐磨耗コーティングを適用し、冷却配管33の腐食・磨耗を抑制する。 As shown in FIG. 7 (c), the corrosion / abrasion resistant coating according to the present invention is applied to the surface (outer surface in the figure) exposed to the geothermal steam side of the cooling pipe 33 of the heat exchanger 30. Thus, corrosion and wear of the cooling pipe 33 are suppressed.

よって、冷却配管33の地熱蒸気側に曝されている表面に耐腐食・耐磨耗コーティングを形成したので、冷却配管33の材料として低コスト、高熱伝導率を持つ高炭素鋼や低合金鋼を選定することができる。 Therefore, since the anti-corrosion and wear-resistant coating is formed on the surface exposed to the geothermal steam side of the cooling pipe 33, high-carbon steel or low alloy steel having low cost and high thermal conductivity is used as the material of the cooling pipe 33. Can be selected.

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 As mentioned above, although several embodiment of this invention was described, these embodiment was posted as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1…発電機器、2…基層コーティング、3…中間層コーティング、4…トップ層コーティング、5…フッ素樹脂、6…無機系繊維、7…高吸水性樹脂粒子、8…無機系粒子、20…蒸気タービン、21…高圧部、22…中圧部、23…低圧部、24…動翼、25…静翼、26…ケーシング、27…タービンロータ、28…シール部、30…熱交換器、31…入口水室、32…出口水室、33…冷却配管、34…入口配管、35…出口配管。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Power generation equipment, 2 ... Base layer coating, 3 ... Intermediate layer coating, 4 ... Top layer coating, 5 ... Fluororesin, 6 ... Inorganic fiber, 7 ... Super absorbent resin particle, 8 ... Inorganic particle, 20 ... Steam Turbine, 21 ... high pressure part, 22 ... medium pressure part, 23 ... low pressure part, 24 ... moving blade, 25 ... stationary blade, 26 ... casing, 27 ... turbine rotor, 28 ... seal part, 30 ... heat exchanger, 31 ... Inlet water chamber, 32 ... outlet water chamber, 33 ... cooling pipe, 34 ... inlet pipe, 35 ... outlet pipe.

Claims (13)

蒸気による腐食および磨耗が発生する発電機器の表面に、この表面を構成する材料に対して犠牲陽極機能を有する無機系の基層コーティングを形成し、
この基層コーティングの上に伝熱性、耐食性、き裂に対する自己修復機能を有する樹脂系コーティングを中間層コーティングとして形成し、
さらにこの中間層コーティングの上に耐腐食性、耐磨耗性を有する有機系コーティングをトップ層コーティングとして形成する
ことを特徴とする耐腐食・耐磨耗コーティング方法。
An inorganic base coating having a sacrificial anode function is formed on the surface of the power generation equipment where corrosion and wear due to steam occur,
On this base layer coating, heat transfer, corrosion resistance, resin-based coating with self-healing function against cracks is formed as an intermediate layer coating,
Further, an organic coating having corrosion resistance and abrasion resistance is formed on the intermediate layer coating as a top layer coating.
前記基層コーティングは、Zn、Mg、Alから成る金属または当該Zn、Mg、Alの合金から成ることを特徴とする請求項1記載の耐腐食・耐磨耗コーティング方法。   2. The corrosion / abrasion resistant coating method according to claim 1, wherein the base layer coating is made of a metal made of Zn, Mg, Al or an alloy of the Zn, Mg, Al. 前記発電機器の表面を構成する材料は、炭素鋼または低合金鋼であって、前記基層コーティングは、質量%で、Mg:1〜5%、Zn:3〜15%、Al:80〜96%のAl系合金であることを特徴とする請求項1記載の耐腐食・耐磨耗コーティング方法。   The material constituting the surface of the power generating device is carbon steel or low alloy steel, and the base layer coating is in mass%, Mg: 1 to 5%, Zn: 3 to 15%, Al: 80 to 96%. The corrosion-resistant and wear-resistant coating method according to claim 1, wherein the alloy is an Al-based alloy. 前記中間層コーティングは、組成としてフッ素樹脂をベースに、無機系繊維および高吸水性樹脂を含有させることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の耐腐食・耐磨耗コーティング方法。   4. The corrosion / abrasion resistant coating method according to claim 1, wherein the intermediate layer coating contains an inorganic fiber and a superabsorbent resin based on a fluororesin as a composition. . 前記無機系繊維は、直径1〜100nm、長さ1nm〜2mmの形状のものを使用し、含有量として1〜5wt%で前記中間層コーティングに含有させることを特徴とする請求項4記載の耐腐食・耐磨耗コーティング方法。   The said inorganic fiber uses a thing with a diameter of 1-100 nm and a length of 1 nm-2 mm, and makes it contain in the said intermediate | middle layer coating by 1-5 wt% as content. Corrosion and wear resistant coating method. 前記高吸水性樹脂は、水溶性樹脂を架橋した親水性架橋高分子類の樹脂であり、この高吸水性樹脂の粒子を中間層コーティングに含有させることを特徴とする請求項4または5記載の耐腐食・耐磨耗コーティング方法。   6. The superabsorbent resin is a resin of a hydrophilic cross-linked polymer obtained by cross-linking a water-soluble resin, and particles of the superabsorbent resin are contained in an intermediate layer coating. Corrosion and wear resistant coating method. 前記高吸水性樹脂の粒径は1〜30μm、含有量として0.5vol%〜3vol%で中間層コーティングに含有させることを特徴とする請求項6記載の耐腐食・耐磨耗コーティング方法。   7. The corrosion / abrasion resistant coating method according to claim 6, wherein the superabsorbent resin has a particle size of 1 to 30 [mu] m and a content of 0.5 vol% to 3 vol%. 前記トップ層コーティングは、組成としてフッ素樹脂をベースに、硬度が1000Hv以上の無機系粒子を含有させることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項記載の耐腐食・耐磨耗コーティング方法。   8. The corrosion / abrasion resistant coating method according to claim 1, wherein the top layer coating contains inorganic particles having a hardness of 1000 Hv or more based on a fluororesin composition. . 前記無機系粒子はTiN、TiC、TiCN、TiAlN、TiCrAlN、CrN、CrC、WC、WN、NiN、NiC、Co、Zr23、Y23、Al23、SiC、SiN、SiO2の少なくとも一部材から成る粉末を使用することを特徴とする請求項8記載の耐腐食・耐磨耗コーティング方法。 The inorganic particles are TiN, TiC, TiCN, TiAlN, TiCrAlN, CrN, CrC, WC, WN, NiN, NiC, Co, Zr 2 O 3, Y 2 O 3, Al 2 O 3, SiC, SiN, SiO 2 9. The corrosion / abrasion resistant coating method according to claim 8, wherein the powder comprises at least one member. 前記無機系粒子の直径は0.1〜30μmを有し、含有量として1wt%〜30wt%でトップ層コーティングに含有させることを特徴とする請求項8または9記載の耐腐食・耐磨耗コーティング方法。   10. The corrosion / abrasion resistant coating according to claim 8 or 9, wherein the inorganic particles have a diameter of 0.1 to 30 [mu] m and are contained in the top layer coating at a content of 1 wt% to 30 wt%. Method. 前記基層コーティング、前記中間層コーティングおよび前記トップ層コーティングのそれぞれの厚みを合わせた耐腐食・耐磨耗コーティングの厚みを101μm〜5mmに設定したことを特徴とする請求項1から10のいずれか1項記載の耐腐食・耐磨耗コーティング方法。   11. The thickness of the anti-corrosion / anti-abrasion coating obtained by combining the thicknesses of the base layer coating, the intermediate layer coating, and the top layer coating is set to 101 μm to 5 mm. 11. Corrosion-resistant and wear-resistant coating method as described in the section. 前記請求項1から11のいずれか1項記載の耐腐食・耐磨耗コーティング方法を使用した耐腐食・耐磨耗コーティングを機器の表面に形成することを特徴とする発電機器。   12. A power generation device, wherein a corrosion-resistant and wear-resistant coating using the corrosion-resistant and wear-resistant coating method according to any one of claims 1 to 11 is formed on a surface of the device. 前記機器は、蒸気タービン、熱交換器、配管であり、その流体と接する部分に前記耐腐食・耐磨耗コーティングを形成したことを特徴とする請求項12記載の発電機器。   The said apparatus is a steam turbine, a heat exchanger, and piping, The said corrosion-resistant and abrasion-resistant coating was formed in the part which contact | connects the fluid, The electric power generating apparatus of Claim 12 characterized by the above-mentioned.
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