鍋爐防腐蝕—抗磨高效新技術(shù)

納米硅晶膠材料

一、現(xiàn)實(shí)概況

海南逸盛石化有限公司使用燃料為燃?xì)狻偼哆\(yùn)時(shí)腐蝕甚微，可幾年下來(lái)發(fā)現(xiàn)腐蝕相當(dāng)嚴(yán)重，特別是近年，一年內(nèi)連續(xù)幾次發(fā)生爆管。主要反映在爐膛上部折焰區(qū)約70平方米。如不及時(shí)處理，很短時(shí)間內(nèi)就要有更換大批爐管的可能。因此建議海南逸盛石化有限公司盡快采取有效的防腐措施，消除不必要的損失。否則這樣既增加了檢修強(qiáng)度，又耗費(fèi)了相當(dāng)大費(fèi)用。為此建議采用連云港晟源科技發(fā)明的納米硅晶膠防腐技術(shù)。該技術(shù)在全國(guó)大小鍋爐上皆有使用，獲得良好經(jīng)濟(jì)效益。

附：海南逸盛石化有限公司水冷壁管腐蝕實(shí)例

二、鍋爐水冷壁腐蝕原因

從目前圖片上看及結(jié)合廠家技術(shù)人員反映的情況，燃?xì)鉅t防腐蝕是多年普遍存在的一種現(xiàn)象，分析原因很多，主要是燃燒介質(zhì)在高溫的情況下與金屬表面產(chǎn)生氧化，使部分游離子產(chǎn)生“裂解”而導(dǎo)致腐蝕現(xiàn)象，之所以發(fā)生在折焰角是由于爐膛煙氣燃燒時(shí)是由下而上行走，在折焰角部位密度大、沖刷力強(qiáng)、停留時(shí)間長(zhǎng)，甚至形成一定渦流狀而導(dǎo)致。

三、納米硅晶膠防腐蝕原理

影響鍋爐腐蝕的因素主要有①介質(zhì)特性②爐膛溫度③風(fēng)氣配比④空氣動(dòng)力場(chǎng)特性影響

防止?fàn)t膛腐蝕，從運(yùn)行上主要改善空氣動(dòng)力條件、改善水冷壁表面的防腐蝕性入手；防止?fàn)t膛上部腐蝕主要靠降低煙氣溫度或改善水冷壁表面的防腐蝕性。

1、在爐膛水冷壁上使用納米硅晶膠材料后，會(huì)適當(dāng)提高爐膛水冷壁的吸熱量，分析表明，采用納米硅晶膠材料后的金屬管壁吸熱能力比沒(méi)有采用納米硅晶膠材料的金屬管壁提高7.89%，因此在水冷壁上采用納米硅晶膠材料后，增強(qiáng)了爐膛的防腐裕量。

2、在爐膛水冷壁上使用納米硅晶膠材料，因該材料表面具有光滑特點(diǎn)，使介質(zhì)對(duì)管壁的沖刷大幅度減小。

3、納米硅晶膠材料是經(jīng)納米化加工而成的，因而具有了納米材料共有的特點(diǎn)——比表面能小。防止了水冷壁的沾污，從而可避免或減少腐蝕。

                       圖1、納米硅晶膠B層用料                                                圖2、納米硅晶膠A層用料

四、納米硅晶膠施工方案

1.表面預(yù)處理：

1.1 首先對(duì)施工部位的管子進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)管子表面存在凹坑、磨損、硬傷等缺陷，由招標(biāo)方對(duì)管子缺陷處理后，再對(duì)鋼管表面進(jìn)行噴砂處理，去除鋼管表面積焦、積渣、硬灰、銹層、氧化層直至露出金屬光澤，噴砂壓力為0.6-0.8MPa。

1.2 噴砂范圍要大于管子施工涂層的部位，使下一步施工范圍得到充分保證。

2.表面噴砂：

① 表面清潔：去除被噴表面的各種污染物，特別是油脂、污垢、氧化皮、銹、腐蝕物。工作面清潔度達(dá)到GB8923-88《涂裝前鋼材表面銹蝕等級(jí)和除銹等級(jí)》中規(guī)定的Sa3.0級(jí)。

② 表面粗糙：涂層與基體的結(jié)合以機(jī)械結(jié)合為主，這就要求基體前處理不僅要除油除銹，還要粗化表面，使用面具有一定的粗糙度。表面粗糙度達(dá)到GB11373-89中規(guī)定的Rz60～90μm，對(duì)管壁厚度不會(huì)造成任何損傷。

噴砂處理的目的

a、增大涂層層與基體的接觸面積，提高涂層結(jié)合度。

b、增加涂層材料與基體表面的相互鑲嵌、咬合，起到“錨鉤”作用，提高涂層與基體的附著力。

3、活化表面：

噴砂給涂層提供了活性表面能力：如晶格缺陷、塑性變形，產(chǎn)生一定的應(yīng)力狀態(tài)，以利于增加涂層粒子與基體表面附著力，提高涂層顆粒與基體的微冶金結(jié)合能力。活化效果分析如下：

① 噴砂使工件表面在經(jīng)過(guò)砂粒的反復(fù)打擊后形成一定的殘余壓應(yīng)力，盡管該應(yīng)力數(shù)值極小，但對(duì)于松馳工件在涂層過(guò)程中涂層熱應(yīng)力，對(duì)提高涂層的結(jié)合強(qiáng)度有利，同時(shí)也可以提高工件的疲勞強(qiáng)度。

② 涂層可除去工件表面上的有機(jī)污染物和氧化層，并能增大金屬表面晶粒的塑性變形和造成晶格缺陷，使基體表面處于容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的狀態(tài)，有助于涂層顆粒與基體表面間的物理化學(xué)結(jié)合強(qiáng)度。

③ 噴砂對(duì)管壁厚度損傷說(shuō)明：噴砂只是噴除表面的污雜物，其噴除管壁厚度≤15μm，此厚度薄，對(duì)整個(gè)管壁厚度不會(huì)產(chǎn)生影響，其次噴砂作業(yè)不會(huì)產(chǎn)生對(duì)管壁的拉裂和吹損，第三噴砂作業(yè)是均勻進(jìn)行的，整個(gè)表面的厚度減損是一致的，綜上所述噴砂作業(yè)只是對(duì)爐管達(dá)到干燥、清潔、活化表面，提高涂層結(jié)合強(qiáng)度一種行之有效方法，不會(huì)損傷管壁厚度。

所以工件涂層前進(jìn)行噴砂處理是極為必要的。而且噴砂后的工件應(yīng)盡快進(jìn)行涂層，時(shí)間越短表面活化效果越好，涂層質(zhì)量越高。

A 噴砂要求：先選用12～20目石英砂對(duì)工件表面進(jìn)行粗噴，使其表面清潔度達(dá)到Sa3.0級(jí)，然后再次用用12～20目石英砂進(jìn)行表面糙化處理，表面粗糙度達(dá)Rz60～90μm，所用砂粒須清潔、干燥，噴砂區(qū)域設(shè)圍護(hù)及其它回收措施，確保不污染周圍環(huán)境，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)工程師確認(rèn)后方可進(jìn)行噴砂。對(duì)達(dá)不到預(yù)處理要求的部位需進(jìn)行重新噴砂，在進(jìn)行重新噴砂時(shí)要注意對(duì)合格部位的保護(hù)。

B 噴砂機(jī)選用： TS9015型高效噴砂設(shè)備

C 壓縮空氣質(zhì)量要求：利用現(xiàn)場(chǎng)氣源或自備空壓機(jī)，排氣流量≥6m3／min，工作壓力0.55～0.8Mpa。

D 操作方法：噴砂距離150～200毫米，噴砂角度與基體50～70℃。

E操作順序及檢驗(yàn)要求：先用石英砂粗噴一遍，完全清除表面積焦、積渣，再用石英砂涂層一遍，清除表面氧化層，再用石英砂細(xì)噴一遍，清除爐管表面裂紋中雜物。噴石英砂及鐵砂作用僅僅是糙化基材表面，達(dá)到涂層要求的表面粗糙度，而不會(huì)對(duì)管壁厚度造成任何損傷，用粗糙度樣塊對(duì)照檢驗(yàn)，噴砂后管壁表面應(yīng)干燥，無(wú)灰塵、無(wú)油污、無(wú)氧化皮、無(wú)銹斑及其它雜物，基材表面呈現(xiàn)均質(zhì)的灰白色金屬外觀。

F 在涂層前應(yīng)檢查預(yù)處理的表面：發(fā)現(xiàn)有銹蝕或部位不合格的應(yīng)重新進(jìn)行處理，合格后用測(cè)厚儀對(duì)管壁進(jìn)行測(cè)厚δ1。若發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重減薄或裂紋現(xiàn)象時(shí)，提請(qǐng)甲方換管或補(bǔ)強(qiáng)。經(jīng)過(guò)噴砂處理的管子須在4-6小時(shí)內(nèi)進(jìn)行涂層，涂層之前要檢查涂層管子上是否還留有余灰，可用壓縮空氣將余灰等清除干凈再實(shí)行涂層。

F涂層方式：為防止在涂層過(guò)程中產(chǎn)生局部溫度過(guò)高，在實(shí)際操作中控制層間溫度不得高于800C。在每個(gè)施工區(qū)域或每天施工區(qū)域交界處應(yīng)設(shè)計(jì)出過(guò)渡層，在過(guò)渡層處涂層厚度應(yīng)由厚到薄并設(shè)明顯標(biāo)記。在具體施工中我公司確定在夜間進(jìn)行噴砂，白天進(jìn)行涂層工作。采用井字型涂層方式，分層、分區(qū)作業(yè)，局部區(qū)域涂層達(dá)到工藝設(shè)計(jì)厚度后再移換到其他區(qū)域，確保涂層層的厚度均勻及結(jié)合力，防止出現(xiàn)漏噴現(xiàn)象。涂層完畢后，應(yīng)進(jìn)行涂層質(zhì)量檢驗(yàn)，并測(cè)量厚度 δ2，若   δ2-δ1≥0.7毫米，判定合格，可進(jìn)入下一道工序，否則對(duì)不合格部位應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)涂層。

納米硅晶膠水冷壁施工實(shí)例

G流程：

H操作注意事項(xiàng)：

a 分塊作業(yè)，局部區(qū)域涂層達(dá)到設(shè)計(jì)厚度后再移換到其他區(qū)域，搭接部位設(shè)置辯認(rèn)標(biāo)志。操作時(shí)，層間溫度不得高于80℃。

b 涂層前應(yīng)在試板上試噴，以便調(diào)節(jié)電壓、電流、送絲速度、壓縮空氣流量，檢查氣路的活接頭及軟管接頭，不得有漏氣現(xiàn)象。如發(fā)現(xiàn)送絲不穩(wěn)、電弧不穩(wěn)定燃燒、嚴(yán)重漏氣等特殊現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)及時(shí)檢查、調(diào)整。調(diào)節(jié)電壓時(shí)應(yīng)斷開主回路，以免損傷涂層電源。

注：涂層過(guò)程中燒損的導(dǎo)電嘴磨損應(yīng)及時(shí)更換，加工精度不合格的導(dǎo)電嘴禁止使用。

4、質(zhì)量說(shuō)明

A、噴砂質(zhì)量：

選用12～20目?jī)?yōu)質(zhì)石英砂去除管壁表面氧化皮，直至管子表面露出金屬光澤，使表面清潔度達(dá)到GB8923-88《涂裝前鋼材表面銹蝕等級(jí)和除銹等級(jí)》規(guī)定的Sa3.0等級(jí)。

B、涂層質(zhì)量：

① 涂層外觀：涂層層要均勻、光滑、致密性強(qiáng)、無(wú)起皮、龜裂、脫落等不正常現(xiàn)象，表面平整、光潔、致密、不起塵和不鼓泡，基材不變形，膨脹自由不產(chǎn)生裂紋。

② 噴砂的磨料須清潔、干燥、無(wú)油污，顆粒粗細(xì)要均勻。

③ 經(jīng)過(guò)噴砂后管子的磨損量不得超過(guò)0.08mm，表面無(wú)明顯麻點(diǎn)，銹蝕、渣皮等黏附物，管子一定要全部露出金屬光澤。

④ 涂層厚度：使用的缺陷在涂層厚度的把握上有如下措施：一是要求監(jiān)督施工人員在操作過(guò)程嚴(yán)格按操作規(guī)范施工；二是通過(guò)涂層材料的消耗來(lái)控制涂層厚度；三是依照施工前預(yù)設(shè)參數(shù)操作，涂層代樣或現(xiàn)場(chǎng)抽取實(shí)樣用卡尺測(cè)量檢驗(yàn)；四是在對(duì)金屬表面進(jìn)行了噴砂處理后，先用便攜式涂層測(cè)厚儀進(jìn)行較大量的取點(diǎn)測(cè)厚δ1，而后再在熱涂層完畢，封孔前對(duì)管壁取點(diǎn)測(cè)厚δ2，并對(duì)數(shù)字進(jìn)行微量修正，兩平均數(shù)值之差即為涂層厚度。

⑤ 涂層結(jié)合強(qiáng)度(涂層與基體)：采用拉刀檢驗(yàn)，使用特制拉刀，在涂層層上進(jìn)行縱橫條狀況呈“#”字形拉痕，觀察其是否存在片屑狀剝落。安裝時(shí)與支架磨擦不得脫落、起皮。

⑥ 售后服務(wù)：發(fā)現(xiàn)問(wèn)題48小時(shí)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，中小修時(shí)隨時(shí)做好維護(hù)工作。

五、納米硅晶膠使用后效果 

1、提高了鍋爐的抗腐蝕磨損氧化壽命；

2、增強(qiáng)了鍋爐運(yùn)行能力；

3、由于爐膛溫度的降低以及納米硅晶膠較低的表面能來(lái)阻止鍋爐水冷壁大面積腐蝕；

4、避免了投運(yùn)水力吹灰造成的冷熱交變情況下，引起鍋爐管材變形破裂的事故發(fā)生率，提高了鍋爐運(yùn)行的安全可靠性；

5、增加了鍋爐對(duì)介質(zhì)的適應(yīng)能力，提高了鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，降低鍋爐運(yùn)行生產(chǎn)成本。

6、有效降低熱力型NOX的生成（約5%左右）。

7、涂層后鍋爐吸熱量的增加可提高鍋爐效率1%以上。

8、鍋爐的煙氣溫度的降低，使鍋爐引風(fēng)機(jī)等設(shè)備的電耗相應(yīng)有所降低。