循環(huán)流化床鍋爐受熱面防磨噴涂質(zhì)量控制

李 森   

 

摘要　水冷壁管磨損是循環(huán)流化床鍋爐受熱面磨損中最突出的問題，根據(jù)運行中磨損程度的不同，采取爐膛內(nèi)直接熱噴涂或補焊后熱噴涂的方法，在水冷壁管磨損區(qū)域或部位噴涂金屬耐磨層來提高耐磨性，是方便快捷和有效的方法。磨損狀況檢查、磨損補焊、噴前粗糙處理、選擇噴涂方法與耐磨涂層、噴涂質(zhì)量檢查驗收，是爐內(nèi)熱噴涂質(zhì)量控制的關鍵環(huán)節(jié)。實踐表明，在爐膛內(nèi)噴涂金屬耐磨層，使水冷壁管因磨損漏泄、爆管得到有效控制。

關鍵詞　水冷壁管磨損　補焊　粗糙處理　噴涂

前　言

　　在爐膛內(nèi)布置水冷壁管的循環(huán)流化床鍋爐，普遍產(chǎn)生水冷壁管磨損。磨損程度（速度）因不同設計的爐型、燃燒煤種、燃燒調(diào)整等因素有關，有些磨損是相當嚴重的。人們都在采取辦法，試圖對磨損進行有效控制，以提高循環(huán)流化床鍋爐運行的安全穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。近些年，熱噴涂技術在我國發(fā)展很快，防磨噴涂在各個行業(yè)都得到了廣泛應用，鍋爐受熱面四管防磨噴涂得到關注。在循環(huán)流化床鍋爐水冷壁管防磨方面，有的鍋爐制造廠家制造鍋爐時，在水冷壁管常出現(xiàn)的磨損部位預先噴涂金屬耐磨層，有一定防磨效果，但是在鍋爐運行中，磨損經(jīng)常超出了鍋爐制造廠家預先噴涂范圍；有的生產(chǎn)企業(yè)在鍋爐水冷壁管磨損時更換新管，新管先在爐外噴涂再安裝。在爐外噴涂，噴涂方式和噴涂設備選擇空間大，施工條件相對較好，容易得到好的噴涂質(zhì)量，但是確定換管的難度大，容易浪費，施工不便，工期拖長；而采取在爐膛內(nèi)直接噴涂水冷壁管的方法，可不必割管，施工面積可大可小，施工省時方便，耗費小，給生產(chǎn)企業(yè)帶來了很大的便利。但是爐內(nèi)噴涂限制了噴涂條件，使有些高質(zhì)量的噴涂方法由于設備和場地的限制，無法進入爐膛內(nèi)噴涂。眾多熱噴涂方法和熱噴涂設備中，方便進入爐膛內(nèi)噴涂的，目前只有火焰噴涂和電弧噴涂，并且一般爐內(nèi)噴涂面積不大。因此一些有實力的大型做熱噴涂的企業(yè)，往往把眼光盯在高精尖的熱噴涂設備和承攬大利潤熱噴涂業(yè)務上，這就限制了爐內(nèi)水冷壁管直接噴涂技術的研究與提高。這些年一直很少看到爐膛內(nèi)直接噴涂的技術報道和經(jīng)驗資料。我公司在某電廠220t/h、130t/h、75t/h共8臺循環(huán)流化床鍋爐水冷壁管磨損引起的泄漏、爆管的不利影響，曾在不同爐型上進行過改造、燃燒調(diào)整、加防磨護瓦、增添澆注料、以及在爐膛內(nèi)直接噴涂金屬耐磨層等方法做防磨嘗試。經(jīng)過摸索，通過在循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)直接噴涂金屬耐磨層，使水冷壁管因磨損泄漏、爆管事故得到有效控制，并在循環(huán)流化床鍋爐磨損檢查與爐內(nèi)直接熱噴涂質(zhì)量控制方面積累了經(jīng)驗。我們體會到：爐膛內(nèi)直接熱噴涂是提高水冷壁管耐磨性的方便快捷和經(jīng)濟有效的方法。爐膛內(nèi)直接噴涂金屬耐磨層的目的，是提高管壁的耐磨性，防止因水冷壁管磨損而頻繁出現(xiàn)的泄漏、爆管或大量換管。因此要達到理想效果，必須做好與噴涂相關的每個環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制。檢查管壁磨損狀況、制定補焊工藝、選擇金屬耐磨層、管壁噴前粗糙處理及噴涂后質(zhì)量檢查驗收，是做好爐內(nèi)水冷壁噴涂時質(zhì)量控制的關鍵環(huán)節(jié)。

　　1檢查磨損狀況

　　檢查管壁磨損狀況是爐內(nèi)防磨噴涂第一步工作，要根據(jù)各個鍋爐不同磨損狀況來制定噴涂方案，可做較大范圍噴涂，也可做個別修補噴涂。在計劃停爐檢修時，或因水冷壁管泄漏、爆管停爐臨時搶修時，都應檢查爐水冷壁管磨損情況；此外還應根據(jù)鍋爐狀況和運行的時間，有計劃安排磨損狀況檢查，以做到及時發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

　　檢查的重點一般放在水冷壁管衛(wèi)燃帶交界處向上1.5米范圍內(nèi)。要按檢查需要打好手腳架。檢查方法可采取宏觀肉眼察看、手模、使用超聲波測厚儀測量壁厚來進行。

　　循環(huán)流化床鍋爐水冷壁管磨損可分為四種情形：爐膛下部衛(wèi)燃帶與水冷壁管過渡區(qū)域管壁磨損、爐膛四個角落區(qū)域管壁磨損、不規(guī)則區(qū)域管壁磨損和一般水冷壁管磨損。

　　爐膛下部敷設衛(wèi)燃帶與水冷壁管過渡（交界）區(qū)域的管壁磨損形式如圖1－1和照片1、照片2所示。

　　圖1－1與照片1、照片2水冷壁管敷設的衛(wèi)燃帶結(jié)構(gòu)是兩種不同形式，但是都出現(xiàn)了磨損，磨損特點也有所不同。磨損原因一是在過渡區(qū)由于沿壁面下流的固體物料與爐內(nèi)向上的固體物料運動方向相反，因而在局部產(chǎn)生渦流；二是沿爐膛壁面下流的固體物料在交界區(qū)域產(chǎn)生流動方向的改變，因而對水冷壁管產(chǎn)生沖刷。

　　從已運行的循環(huán)流化床鍋爐爐膛四個角落區(qū)域水冷壁磨損、泄漏及爆管檢查分析中發(fā)現(xiàn)，爐膛角落區(qū)域水冷壁管磨損較其它部分更為迅速和嚴重，是磨損引發(fā)泄漏、爆管多發(fā)區(qū)。其原因是角落區(qū)域沿壁面向下流動的固體物料濃度比較高，同時流動狀態(tài)也受到破壞。下面照片3與照片4是從130t/h循環(huán)流化床鍋爐水冷壁角發(fā)生磨損泄漏和爆管時拍照下來的。照片3是在新爐投入運行不到兩個月，由于安裝時水冷壁管在鍋爐爐角處銜接時，鰭片局部縫隙過大而添充鋼筋焊補，結(jié)果焊補鋼筋突出，導致沿壁面向下流動的固體物料撞擊突出部位產(chǎn)生擾動，擾流加速磨損相鄰兩管側(cè)壁，短時間泄漏。照片4是由于鍋爐爐角水冷壁管直角銜接處，在兩水冷壁管上加焊防磨瓦時，防磨瓦及焊接面焊肉突出，也同樣導致管壁磨損加速而爆管。

　　循環(huán)流化床鍋爐水冷壁不規(guī)則區(qū)域管壁磨損主要發(fā)生在未經(jīng)打磨的焊口余高，以及開孔處的彎管上。照片5是一220t/h循環(huán)流化床鍋爐水冷壁安裝焊口，由于焊口余高未經(jīng)打磨而突出壁面，在運行不到半年時間加強面被磨去，且沿焊口壁厚出現(xiàn)凹面減薄。

　　爐膛一般的水冷壁管磨損速度較慢，在運行較短時間檢查一般只發(fā)現(xiàn)水冷壁管被磨亮，測量壁厚減薄不大。

　　有的循環(huán)流化床鍋爐制造廠家在鍋爐制造時，在水冷壁衛(wèi)燃帶上（包括爐膛水冷壁四角）150mm高的水冷壁管外表面堆焊或噴涂了合金耐磨層，起到了一定的防磨作用。但是經(jīng)運行后仍然發(fā)現(xiàn)有磨損現(xiàn)象。

　　耐磨層出現(xiàn)的磨損現(xiàn)象，說明了即使做了耐磨層的部位，也不是一勞永逸的，只可能延緩磨損，不能杜絕磨損；耐磨層以外的磨損現(xiàn)象，說明循環(huán)流化床鍋爐水冷壁管磨損超出衛(wèi)燃帶上150mm的范圍。

　　不同型號大小的循環(huán)流化床鍋爐，固體物料濃相區(qū)高度不一樣，同一型號鍋爐也可能因運行條件不同，固體物料濃相區(qū)高度和狀態(tài)有所變化，從而造成水冷壁管磨損范圍的變化。

　　檢查中我們發(fā)現(xiàn)，循環(huán)流化床鍋爐水冷壁管磨損高度，一般不超過水冷壁管衛(wèi)燃帶上1.5米，因此在這一范圍內(nèi)要做重點檢查。

　　水冷壁管噴涂后，經(jīng)過長時間運行也會產(chǎn)生磨損，應及時檢查磨損狀況，掌握磨損規(guī)律。對磨損部位進行再噴涂。

　　總之，檢查循環(huán)流化床鍋爐磨損狀況是非常重要的，噴涂前要對水冷壁管認真、細致地做好檢查，根據(jù)檢查狀況，制定爐內(nèi)噴方案，再進行噴涂。

　　2噴涂前處理

　　經(jīng)過檢查，水冷壁管已存在磨損時，根據(jù)磨損情況，噴涂前先做好處理。我們處理原則是：當磨損面減薄比較均勻，沒有出現(xiàn)局部凹坑現(xiàn)象，且壁厚測量大于理論強度計算值的，表面粗糙處理后即可做熱噴涂；如果磨損面磨損嚴重，減薄比較均勻，面積大，壁厚已小于理論強度計算值的，則應做換管處理（只要檢查及時可避免這種情況）；對于局部磨出凹坑，先做補焊，再噴涂；噴涂過的金屬耐磨層，長時間運行磨出新的凹坑時，也做補焊后再噴涂。同水冷壁管相連接的鰭片磨出凹坑，也要補焊�？傊�循環(huán)流化床鍋爐水冷壁管壁面（包括鰭片壁面）都應順平，凡突或凹部位都會加速磨損。

　　3噴涂前的補焊

　　由于循環(huán)流化床鍋爐水冷壁管都是用20G一類的優(yōu)質(zhì)碳鋼管制造的，有好的焊接性能。同時需要補焊的凹坑或面較小，因此補焊可以取得好的效果。

　　在補焊效果評估上，我們曾對一手工電弧補焊管運行效果進行了跟蹤，運行4000多小時后割管做性能試驗，結(jié)果補焊管的各項性能指標同母材接近。

　　但是補焊必須講究工藝，應采取小規(guī)范焊接方法。要選用小的焊條直徑，小的焊接電流，斷弧焊接，防止過熱，以減輕焊接熱影響區(qū)的影響；同時要選擇技術過硬的焊工施焊，焊后要對高出管壁的焊肉打磨，使焊接部位管壁同其它管壁保持同一平面。

　　對噴涂過耐磨涂層的水冷壁管，經(jīng)過一定時間的運行，又磨損出現(xiàn)凹坑時，補焊應考慮金屬耐磨層中合金成分對焊接的不利影響，一般要把需補焊部位殘留的合金成分磨掉再補焊。如果不磨掉合金成分，必須制定合理的焊接工藝。

　　在補焊余高磨平后，應對補焊焊面做表面著色探傷檢驗，檢驗合格才可進行下一步工作。

　　4噴涂前管壁表面粗糙處理

　　熱噴涂時，熔化的噴涂材料粒子以高速噴射到基體表面，產(chǎn)生撞擊變形而與基體表面互相鑲嵌咬合在一起，基體表面粗糙度程度的大小，直接影響噴涂層與基體的結(jié)合強度。

　　采用噴砂對管壁進行表面粗糙處理時，要選好砂型、砂粒度、砂粒角度及氣體壓力和流速；同時還要注重操作者的操作熟練程度和噴砂經(jīng)驗，才可得到好的表面粗糙處理效果。

　　噴砂完應進行質(zhì)量檢查，被噴砂的基體表面粗糙度要適當而均勻。表面粗糙處理后的管壁應盡快進行噴涂，以防出現(xiàn)氧化而影響噴涂質(zhì)量。

　　5爐內(nèi)水冷壁管熱噴涂

　　根據(jù)循環(huán)流化床鍋爐工況條件，水冷壁管防磨熱噴涂涂層應有下列要求：

　　1)涂層對基體必須有良好的結(jié)合，防止在運行條件下因物理和化學的作用而脫落，即使出現(xiàn)意外情況，例如出現(xiàn)漏水驟然冷卻、突然過熱等。

　　2)涂層應與基體有大體一致的熱膨脹系數(shù)。

　　3)涂層不應是嚴重隔熱的，噴涂后的涂層要不影響水冷壁管正常的熱交換功能。

　　4)涂層不能損害基體，尤其工件加熱到高溫時。

　　5)涂層在運行條件下，要有良好的耐磨性，耐熱性和抗氧化能力。

　　6)有盡可能低的經(jīng)濟成本。

　　迄今，已進入市場的噴涂粉末類別有數(shù)百種，各類噴涂絲材近百種，已給用戶選擇不同性能的噴涂材料提供了方便。循環(huán)流化床鍋爐四管噴涂，根據(jù)涂層不同性能要求，都可找到各自適合的噴涂材料。

　　循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)熱噴涂，目前爐膛入口和爐內(nèi)條件限制了一些大型噴涂設備進入，火焰噴涂和電弧噴涂的最大優(yōu)點是設備可進入爐膛內(nèi)進行噴涂，實踐證明只要掌握好噴涂工藝，控制好水冷壁管噴涂過程中關鍵環(huán)節(jié)的處理，火焰噴涂和電弧噴涂都可取得好的防磨效果。而電弧噴涂在結(jié)合強度、噴涂效率、經(jīng)濟性和安全性方面都優(yōu)于普通火焰噴涂。

　　我們在涂循環(huán)流化鍋爐爐膛內(nèi)采用電弧噴水冷壁管，選用LX88A噴涂絲材，取得很好的效果。用LX88A噴涂絲材噴涂，涂層與管壁結(jié)合良好，硬度高，耐沖蝕磨損和磨粒磨損性能優(yōu)越。

　　電弧噴涂操作要注意控制以下幾點：

　　1) 調(diào)整好電纜長度與線徑比。電弧噴涂進入爐膛內(nèi)，電纜一般要加長，這時要考慮長電纜對電弧電壓和電弧電流產(chǎn)生的影響，做好調(diào)整。電纜加長，回路電阻增加，線損加大。如果不加調(diào)整，將影響電弧狀態(tài)，甚至不能正常工作。解決的方法一般在電纜增加較長時，要加粗電纜線徑，調(diào)整好長度與線徑比，使回路電阻值變化較小。同時電壓指示也應適當調(diào)整，以電弧穩(wěn)定和電纜發(fā)熱不超過額定值為準。

　　2) 控制好噴槍的噴涂角度、弧長和噴槍移動速度。

　　3) 控制好壓縮空氣質(zhì)量和空氣壓力。壓縮空氣要過濾凈化，在規(guī)定的氣壓范圍內(nèi)，氣壓盡量調(diào)得大些并保持穩(wěn)定，這樣可提高霧化效果和粒子噴射速度，得到質(zhì)量高的涂層。

　　4) 爐膛水冷壁管鰭片應噴涂，爐膛四角水冷壁管噴涂層適當加厚。

　　5) 要盡可能在過水冷壁管粗糙度處理面范圍內(nèi)噴涂層。由于爐膛內(nèi)水冷壁管噴涂是局部噴涂，噴前粗糙處理（噴砂）也是局部的，噴涂操作時涂層如果超出粗糙處理面范圍外的光管上，光管處涂層在鍋爐運行中很容易脫落，在粗糙面和光管交界處噴涂層會出現(xiàn)斷碴，涂層出現(xiàn)斷碴容易引起爐膛內(nèi)固體磨粒改變方向，撞擊斷碴，迅速磨損管壁。

　　6噴涂質(zhì)量檢查驗收

　　循環(huán)流化床鍋爐水冷壁管爐膛內(nèi)噴涂，應做好質(zhì)量檢查驗收。但是目前還缺少現(xiàn)場檢驗測試的儀器條件，噴涂涂層性能檢測試驗大都是在試驗室做的，所以在噴涂施工現(xiàn)場質(zhì)量檢查驗收受到了一定限制。

　　根據(jù)現(xiàn)有條件，我們的做法是：

　　1)首先了解用于噴涂的材料的性能，尤其要查看噴涂材料生產(chǎn)廠家提供的材料性能檢驗單。以LX88A噴涂絲材為例，廠家提供的材料性能檢驗數(shù)據(jù)：涂層孔隙率：2％、涂層硬度：HRc 69、涂層結(jié)合強度：41.3MPa。

　　2)宏觀檢查：

　　a涂層噴涂范圍檢查：要求的涂層噴涂范圍要噴涂到位，涂層應噴在粗糙處理過的壁面上，濺到光管上的涂層應盡量短而薄。

　　b涂層噴涂厚度檢查：在噴涂現(xiàn)場加試樣管，噴涂后抽取樣管斷面，確定涂層厚度。也可根據(jù)噴涂面積與材料用量估算涂層厚度。

　　c涂層面要平整，粒度應均勻，不應出現(xiàn)粘絲，適當用力敲擊觀察涂層附著情況。

　　3)硬度測試：

　　a儀器：手持式里氏硬度儀，沖擊裝置選C, 硬度種類HRc。

　　b表面處理條件：被測點表面粗糙度小于 0.4μm。

　　c硬度值：依據(jù)噴涂方案要求，參考噴涂材料生產(chǎn)廠家提供的硬度值數(shù)據(jù)來評價。

　　7結(jié)束語

　　采取在循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)做熱噴涂，以達到控制水冷壁管嚴重磨損的做法，可切中循環(huán)流化床鍋爐水冷壁管磨損實際狀況來施行；同時它結(jié)合磨損狀況的檢查和補焊來做，可最大限度減少水冷壁管換管量，擴展了水冷壁管防磨噴涂的途徑。它可在爐膛內(nèi)做大面積的噴涂，也可對個別磨損（包括噴涂過的涂層局部再磨損）做噴涂。總之這些體現(xiàn)了它的靈活性、方便性、經(jīng)濟性。我們企業(yè)通過在循環(huán)流化床爐膛內(nèi)直接做水冷壁管防磨熱噴涂，已從中受益。

　　但是我們也看到，由于條件的限制，一些高質(zhì)量的熱噴涂方法還不能進入爐膛，現(xiàn)有設備在爐膛內(nèi)噴涂的涂層質(zhì)量，還達不到超音速火焰噴涂、等離子噴涂等高端大型設備在爐外噴涂的涂層質(zhì)量級別；同時社會上有的施工隊伍對爐膛內(nèi)噴涂工藝和質(zhì)量控制環(huán)節(jié)缺乏了解與把握，介入噴涂后出現(xiàn)的質(zhì)量問題使用戶還心存疑慮，影響了爐膛內(nèi)噴涂的信譽。

　　我們相信，隨著熱噴涂技術的快速發(fā)展，更適用的爐內(nèi)熱噴涂設備會不斷涌現(xiàn)，熱噴涂的技術水平會有更大更普遍的提高，它將受到鍋爐用戶的普遍歡迎。