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，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)方對管子缺陷處理后，再對鋼管表面進(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和除銹等級》中規(guī)定的Sa3.0級。

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，但對于松馳工件在涂層過程中涂層熱應(yīng)力，對提高涂層的結(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 噴砂對管壁厚度損傷說明：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目石英砂對工件表面進(jìn)行粗噴，使其表面清潔度達(dá)到Sa3.0級，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)場工程師確認(rèn)后方可進(jìn)行噴砂。對達(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)對管壁厚度造成任何損傷，用粗糙度樣塊對照檢驗(yàn)，噴砂后管壁表面應(yīng)干燥，無灰塵、無油污、無氧化皮、無銹斑及其它雜物，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，合格后用測厚儀對管壁進(jìn)行測厚δ1。若發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重減薄或裂紋現(xiàn)象時(shí)，提請甲方換管或補(bǔ)強(qiáng)。經(jīng)過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：為防止在涂層過程中產(chǎn)生局部溫度過高，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)出過渡層，在過渡層處涂層厚度應(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)量說明

A、噴砂質(zhì)量：

選用12～20目優(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和除銹等級》規(guī)定的Sa3.0等級。

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、無油污，顆粒粗細(xì)要均勻。

③ 經(jīng)過噴砂后管子的磨損量不得超過0.08mm，表面無明顯麻點(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程嚴(yán)格按操作規(guī)范施工；二是通過涂層材料的消耗來控制涂層厚度；三是依照施工前預(yù)設(shè)參數(shù)操作，涂層代樣或現(xiàn)場抽取實(shí)樣用卡尺測量檢驗(yàn)；四是在對金屬表面進(jìn)行了噴砂處理后，先用便攜式涂層測厚儀進(jìn)行較大量的取點(diǎn)測厚δ1，而后再在熱涂層完畢，封孔前對管壁取點(diǎn)測厚δ2，并對數(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)問題48小時(shí)到達(dá)現(xiàn)場，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。