生物质锅炉防磨防腐技术规范Word格式.docx
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其中反应生成的液态碱以及液态或固态的硫酸盐、硅酸盐随烟气撞击到较冷的管子,便凝结在管壁膜层上形成初始附面层,由于过热器管壁温在350℃以上,碱化物以液态形式附着在管壁形成熔池,而反应产物HCL通过对管壁附面层的物理渗透达到管壁,与管壁直接发生腐蚀反应。
盐酸在露点以下对钢铁腐蚀严重,超过露点反而下降,直道260℃以上,盐酸气体与钢铁的高温反应又剧烈增加,钢材在260℃以下盐酸露点以上的温度区间能耐干HCL腐蚀。
在400-600℃范围内的HCL与钢反应最为活跃,随着烟气中的氯化氢体积浓度的增加,管壁金属的腐蚀情况也越来越厉害。
2.3硫及其化合物的形成和高温腐蚀机理
一般垃圾炉中氯的含量高于氯在煤和重油中的含量,因此燃煤、燃油锅炉硫市是主要的腐蚀源,垃圾炉的腐蚀则以氯为主。
尽管如此,垃圾炉中硫对换热面的腐蚀也是不容忽视的,硫的腐蚀主要是碱金属盐的热腐蚀,即Na3Fe(SO4)3及K3Fe(SO4)3的腐蚀。
综上所述,腐蚀机理如下:
Fe+M3Fe(SO4)3M2SO4+FeS
2Fe+O2FeO
Fe+H2OFeO+H2O
FeO+R2SO4FeSO4+R2O
4FeO+022Fe2O3
Fe03+6HCl2FeCl3+3H2O
其次,其次还受到高速含尘烟气的不均匀冲刷磨损。
二、防护层设计
针对上述受热面管失效机理和贵厂设备的腐蚀、磨损情况,我们建议采用如下防护方案:
(1)先采取二次喷砂工艺对防磨部位进行表面糙化,即先用石英砂对表面进行清洁,再用金刚砂对管子表面进行糙化处理。
(2)采用超音速电弧喷涂技术,炉膛耐磨浇注料分界线处水冷壁及炉膛上层二次风口处等受热面采用抗高温腐蚀及高温氧化,同时塑性良好,抗冲击性能强,硬度特别高,且结合强度好,并具备抗冲刷磨损性能好的HDS-TB非金属态金属陶瓷丝材制作涂层;
过热器等受热面选用抗高温腐蚀氧化性能优异、耐冲刷磨损,特别是抗腐蚀性能优异的HDS-45合金丝材制作涂层。
(3)涂层表面用KM型高温耐磨防腐专用封孔剂进行封孔。
(4)交界面设置过渡区域,宽度为100-150mm,做到平滑过渡。
由此制得的复合涂层能够满足防护要求。
针对CFB锅炉和生物质锅炉高磨损和高温腐蚀的防护,我公司还有性能更为优异的超音速火焰喷涂技术(HVOF)。
相比于超音速电弧喷涂工艺,超音速火焰喷涂涂层具有更高的结合强度和硬度,孔隙率更低,耐磨和耐腐蚀性能更好,当然有更高的商业价格。
三、技术指标
1、所用丝材技术指标
涂层名称
炉膛耐磨合金喷涂
过热器防腐合金喷涂
丝材名称
HDS-TB
HDS-45
涂层主要成分
TiB2、Cr3C2、Ni、Cr
Ni15%-20%,Cr约30%,Cr3C2约30%
Cr≥42%、Ti约1%、Ni余量
涂层厚度(mm)
0.5-0.8
涂层硬度(HV)
967
630
适合工况
炉膛各个部位水冷壁防磨
过热器、再热器防腐
结合强度(MPa)
60
孔隙率
≤0.9%
2、KM型高温抗蚀耐磨专用封孔层
厚度:
0.05-0.1mm
工作温度:
>
1000℃
结合强度:
≥6MPa
四、金属合金丝材说明
1、HDS-TB金属陶瓷丝材
超音速电弧喷涂采用抗高温腐蚀,硬度特别高、耐冲刷磨损和抗高温氧化性能优异的HDS-TB金属陶瓷丝材,是一种非金属态产品,基中Ni元素具有良好的延展性,使涂层与锅炉管有着几乎相同的热膨胀系数,避免了由于热应力引起的涂层开裂和剥落;
Cr2C3在高温下化学性能稳定,硬度没有明显变化,且具有一定的拒高温融熔玻璃体附着性能即抗结焦性能;
所含自融性介质,较一般合金更易雾化,参与制作的涂层细腻,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。
该金属合金陶瓷材料热导率与锅炉钢材料热导率相近,且厚度不到1mm,因此不会影响传热效果。
2、HDS-45金属合金丝材说明
HDS-45丝材是一种新型耐高温氧化、硫、碱、碱化物和碱金属盐等的腐蚀以及耐冲刷磨损的预合金型涂层材料,由我公司参照国际市场上公认的用于炉内抗硫腐蚀和碱腐蚀等综合性质优异的丝材(即美国TAFA公司的45CT)与中国矿冶院合作开发的,在高温下形成致密的氧化膜物质Cr2O3,具有绝好的腐蚀介质屏蔽作用;
其中所含的Ni元素具有良好的延展性,使涂层与锅炉管有着几乎相同的热膨胀系数,避免了由于热应力引起的涂层开裂和剥落;
所含自融性介质,较一般合金更易雾化,参与制作的涂层细腻,对基体粘结性高、自粘性强、孔隙率低等,是所有金属合金丝材中应用于制作高温防腐涂层的最佳选择。
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,为目前国内市场上同类产品中最理想的材料,用其作水冷壁高温防腐材料,能起到很好的防高温氧化、硫化腐蚀等作用。
其膨胀系数与锅炉钢系数相近,故在冷热交变的工况下,不会起皮、开裂,结合牢固;
热导率与锅炉钢材料热导率相近,且厚度不到1mm,因此不会影响传热效果。
喷涂粒子到达工件表面仅120℃左右,不会改变工件表面的结构和性能,故涂层后不影响原受热面管材的理化性能。
五、KM型高温抗蚀耐磨专用封孔剂说明
KM型高温抗蚀耐磨专用封孔剂系采用超硬新材料,合成新工艺,以及粒子的配级等技术精心加工、配制而成,在常温下可快速固化,其耐磨性好,导热系数大,抗腐蚀性强,与金属涂层表面粘结具有极强的吸附性和抗热震稳定性,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,能阻止介质中的有害成份通过微小的涂层隙进入涂层内部,获得有效封闭毛细孔的效果。
六、喷砂设备与技术说明
1、设备说明
沙贝珂PCS控制系统喷砂设备其PCS遥控系统气动型控制系统,由RCM控制器(喷嘴处)、RIV进气阀、ROV排气阀、OF过滤器、控制气管和接头等组成,并配有贮沙罐等。
在非工作状态时,RCM控制器手柄被弹簧顶起,RIV进气阀旋塞打开。
工作时,压下RCM手柄,控制气流经另一根控制气管到达RIV进气阀和ROV排报导阀顶部,使进气阀打开,排气阀关闭,磨料桶内压力升高,喷丸作业开始。
2、喷砂对基体表面的作用
2.1净化表面:
去除被喷表面的各种污杂物,特别是油脂、污垢、氧化皮、铁锈、油漆涂层等,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(分子的溶解和扩散)。
工作面清洁度达到GB8923-88《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》中规定的Sa3.0级。
2.2粗化表面:
热喷涂涂层与基体的结合以机械结合为主,这就要求基体前处理不仅要除油除锈,还要粗化表面,使用面具有一定的粗糙度。
表面粗糙度达到GB11373-89《热喷涂金属表面预处理通则》规定的RZ50-90μm。
3、粗化处理的目的
3.1增大喷涂层与基体的接触面积,提高结合面的粘合吸附力。
3.2增加涂层材料与基体表面的填塞嵌合,锚合咬合作用,以加强涂层与基体的附着力。
4、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,以利于增加喷涂粒子与基体表面化吸附力,提高喷涂颗粒与基体的冶金结合能力。
活化效果分析如下:
4.1喷砂使工件表面在经过砂粒的反复打击后形成一定的残余压应力,尽管该应力数值极小,但对于松驰工件在喷涂过程中涂层热应力,对提高涂层的结合强度有利,同时也可以提高工件的抗疲劳强度。
4.2喷砂可除去工件表面上的有机污杂物和氧化层,并能增大金属表面晶粒的塑性变形和造成晶格缺陷,使基体表面处于容易发生化学反应的状态,有助于喷涂颗粒与基体表面间的物理化学结合进行。
所以工件喷涂前进行喷砂处理是极为必要的,而且喷砂后的工件应尽快进行喷涂,时间越短表面活化效果越好,涂层质量越高。
七、超音速电弧喷涂设备与技术简介
1、设备简介
SAS-I型电弧喷涂设备是一种以各种实心线材和特殊粉芯线材为原料,广泛应用于各种表面的抗腐蚀和耐磨损处理的电弧喷涂系统,其粉芯线材经过特殊熔化,由于客户所需要的实芯线材不同,所以各种模具也有所不同。
高能密度和特殊加工的电弧使SAS-I型能够充分熔化金属管及其内部的粉芯,并可以实现傻瓜式自动喷涂,这个电弧喷涂系统符合CE-standard标准,并且包括以下模块。
便携式电源
可以旋转的送丝装置
手动喷涂设备
管线集成件包括绝缘导向管
7.2技术简介
超音速电弧喷涂技术是我司通过引进先进设备和技术开发的金属热喷涂新技术,被美国、日本等发达国家列为二十一世纪表面工程关键技术。
该喷涂技术采用燃烧于丝材端部的电弧将均匀送进的丝材熔化,经拉伐尔喷嘴加速后的超音速气流将熔化的丝材雾化为粒度细小、分布均匀的粒子,喷向工件形成涂层。
熔化粒子与基材主要以机械、物理和冶金等方式结合,其结合强度可达55MPa以上。
与普通电弧喷涂和火焰喷涂相比,超音速电弧喷涂具有更高的粒子飞行速度、更强的结合强度、更低的孔隙率、涂层均匀度高、致密性好、且喷涂粒子到达工件表面时温度不足120℃,工件不会变形,更不会改变母材金相组织,可获得高质量的涂层。
喷涂原理图
八、施工条件
为了作好施工准备工作,其施工需要具备以下条件:
电源:
380V20KW三相交流电
气源:
气压0.5~0.6MPa流量>5m3/min
平台:
长4m(最少3m)宽2m(最少1.5m)
喷涂工件的位置离主机放置位置的距离不超过15m
提供施工部位所需的脚手架
九、施工工艺流程:
审查资料
现场勘察
编制施工技术方案
工序检查
粗糙度对比检验
喷砂作业
管壁表面检验
管壁测厚δ1
喷涂
涂层质量检验、测厚δ2
合格不合格
涂层封孔
质量验收
十、施工技术规范:
1、施工准备:
①根据实际需要搭好脚手架。
②清除受热面上的大块焦、杂物等。
③对管壁需实施喷涂的部位进行全面的质量检查,如发现需要修整补强的部位应及时向甲方提出。
④利用现场已有条件进行设备就位、电气接线、气源管线连接及磨料回收帆布铺设工作。
2、表面预处理:
表面预处理按照GB11373-89《热喷涂金属件表面预处理通则》进行,其处理的好坏直接影响喷涂层的结合强度。
①喷砂前,对非有效表面采用遮蔽带、硬木板或橡胶等物进行遮蔽保护。
并预留过渡区域,以保证涂层边缘光滑过渡。
②磨料选择及使用:
喷砂材料应选用质坚有棱角的特级金刚砂,使用前应经筛选,砂内粘土及细粉尘含量不应大于5%,不得含有油污。
喷砂前要晾晒干燥,含水量应不大于1%,并存放干燥,防止受潮、雨淋、砂内混入杂质。
所用砂粒必须清洁、干燥,喷砂区域设围护及其它回收措施,确保不污染周围环境,经质量工程师确认后方可进行喷砂。
③喷砂装置:
采用压力式喷砂设备
④压缩空气:
利用现场气源或自备空压机,空气压力范围为0.5—0.6Mpa,气体流量控制在6m3/min左右。
⑤操作方法:
喷砂距离100—300mm;
喷砂角度:
与基体60—80℃;
每次喷砂5-6m2。
除锈应从下至上进行,将凹凸不平的受热面打磨光滑平整后立即喷砂。
表面清理度达到Sa3.0级,即完全去除钢材表面的锈、氧化皮、油污等附着物,并露出灰白色金属光泽,其粗糙度达到RZ80-120μm。
⑥在喷砂后应检查预处理的表面,采用TR100袖珍式表面粗糙度测试仪进行检测,发现有锈蚀或不合格的部位应重新进行处理,合格后再用超声波测厚仪对管壁进行第一次测厚δ1。
喷砂完工后设备表面不得受潮、氧化及污染,在2-4小时内必须进行电弧喷涂,以保持被喷表面较高的活化度。
除锈后经有关人员验收合格后方可进行喷涂施工。
3、喷涂:
①超音速电弧喷涂按照GB11375-1999《热喷涂操作安全》执行。
②喷涂前,在表面预处理和喷涂工序之间需中间停留时,应对经预处理的有效表面采用干净牛皮纸或塑料膜等进行覆盖保护。
③丝材选用:
φ2.0mmHDS-TB金属陶瓷丝材和HDS-45金属合金丝材。
④洁净气路:
经冷冻式干燥机及三级过滤即可获得干燥洁净的压缩空气。
⑤喷涂设备选用:
选用SAS—1型超音速电弧喷涂专用喷涂电源及配套送丝装置等。
⑥喷枪选用:
选用超音速电弧喷涂,其雾化气流速度大于500m/s,粒子速度达到386m/s以上,涂层孔隙率可控制在0.9%以内,同时涂层与基体的结合强度也得到了明显的改善。
⑦喷涂工艺参数:
a、粒子喷涂速度:
>386m/s
b、电弧电压:
32—34V;
电弧电流:
160—200A
c、雾化空气压力:
0.5-0.6Mpa
d、喷涂距离:
150—200mm;
喷涂角度:
<45°
e、喷砂与喷涂每5-6m2间隔循环进行,喷涂过渡区域宽度为100-150mm,边缘平滑过渡,无凹凸台阶。
施工前施工中施工后
⑧喷涂方式:
采用井字型喷涂方式,分层、分区作业,每区5-6m2,分8层完成,局部区域喷涂达到工艺设计厚度后再移换到其他区域,确保喷涂层的厚度均匀及结合力,防止出现漏喷现象。
喷涂完毕后,应进行涂层质量检验,并测量厚度δ2,若δ2-δ1≥0.5mm,判定合格,可进入下一道工序,否则对不合格部位应进行补喷涂。
⑨操作注意事项:
a、分块作业,局部区域喷涂达到设计厚度后再移换到其他区域,搭接部位设置辩认标志。
操作时,层间温度不得高于80℃。
b、送丝盘及送丝情况设专人监护,以保证顺利送丝,防止丝材“打结”,同时必须保证两丝间绝对绝缘,以免造成短路。
c、喷涂前应在试板上试喷,以便调节电压、电流、送丝速度、压缩空气流量,检查气路的活接头及软管接头,不得有漏气现象。
如发现送丝不稳、电弧不稳定燃烧、严重漏气等特殊现场应及时检查、调整。
调节电压时应断开主回路,以免损伤主变压器。
江西恒大高新技术股份有限公司
2009年4月
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