循環(huán)流化床鍋爐水冷壁管的磨損檢查與防磨噴涂

李友梅

雙鴨山礦業(yè)集團(tuán)弘燁供熱供水有限責(zé)任公司鍋爐廠，黑龍江雙鴨山 155100

近幾年，我單位在對(duì)虹焱熱電公司的5臺(tái)40T循環(huán)流化床鍋爐大修中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)共性的問(wèn)題，就是水冷壁管磨損比較嚴(yán)重，常引起泄漏、爆管。經(jīng)過(guò)摸索，通過(guò)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)量控制方面積累了一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。我們體會(huì)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(jì)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(dá)到理想效果，必須做好與噴涂相關(guān)的每個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制。

檢查管壁磨損情況、制定補(bǔ)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(yàn)收，是做好爐內(nèi)水冷壁噴涂質(zhì)量控制的關(guān)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(gè)鍋爐不同磨損狀況來(lái)制定噴涂方案，可做較大范圍噴涂，也可做個(gè)別修補(bǔ)噴涂。

檢查的重點(diǎn)一般放在水冷壁管衛(wèi)燃帶交界處向上1.5m范圍內(nèi)。要按檢查需要搭好腳手架。檢查方法可采取宏觀肉眼察看、手摸、使用超聲波測(cè)厚儀測(cè)量壁厚來(lái)進(jìn)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(guò)渡區(qū)域管壁磨損、爐膛4個(gè)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。

從我們大修的5臺(tái)鍋爐爐膛四個(gè)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(yán)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(dòng)的固體物料濃度比較高，同時(shí)流動(dòng)狀態(tài)也受到破壞。

爐膛一般的水冷壁管磨損速度較慢，在運(yùn)行較短時(shí)間檢查，一般只發(fā)現(xiàn)水冷壁管被磨亮，測(cè)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(shí)，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(yùn)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(shuō)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(shuō)明循環(huán)流化床鍋爐水冷壁管磨損超出了衛(wèi)燃帶上150mm的范圍。

不同型號(hào)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(hào)鍋爐也可能因運(yùn)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(guò)水冷壁管衛(wèi)燃帶上1.5m，因此在這一范圍內(nèi)要做重點(diǎn)檢查。

水冷壁管?chē)娡亢?，?jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行也會(huì)產(chǎn)生磨損，應(yīng)及時(shí)檢查磨損狀況，掌握磨損規(guī)律。對(duì)磨損部位進(jìn)行再?lài)娡俊?/p>

由此可知，檢查循環(huán)流化床鍋爐磨損狀況是非常重要的，噴涂前要做好對(duì)水冷壁管認(rèn)真、細(xì)致地檢查，根據(jù)檢查狀況，制定爐內(nèi)噴涂方案，再進(jìn)行噴涂。

2 噴涂前處理

經(jīng)過(guò)檢查，水冷壁管已存在磨損時(shí)，根據(jù)磨損情況，噴涂前先做好處理。處理的原則是：當(dāng)磨損面減薄比較均勻，沒(méi)有出現(xiàn)局部凹坑現(xiàn)象，且壁厚測(cè)量大于理論強(qiáng)度計(jì)算值的，表面粗糙處理后即可做熱噴涂；如果磨損面磨損嚴(yán)重，減薄比較均勻，面積大，壁厚已小于理論強(qiáng)度計(jì)算值的，則應(yīng)做換管處理（只要檢查及時(shí)可避免這種情況）；對(duì)于局部磨出凹坑，先做補(bǔ)焊，再?lài)娡?；噴涂過(guò)的金屬耐磨層，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行磨出新凹坑時(shí)，也做補(bǔ)焊后再?lài)娡?。同水冷壁管相連接的鰭片磨出凹坑，也要補(bǔ)焊?？傊h(huán)流化床鍋爐水冷壁管壁面（包括鰭片壁面）都應(yīng)順平，凡凸凹部位都會(huì)加速磨損。

3 噴涂前的補(bǔ)焊

由于循環(huán)流化床鍋爐水冷壁管都是用20G一類(lèi)優(yōu)質(zhì)碳素鋼管制造的，有良好的焊接性能。同時(shí)需要補(bǔ)焊的凹坑或面較小，因此補(bǔ)焊可以取得好的效果。

但是補(bǔ)焊必須講究工藝，應(yīng)采取小范圍焊接方法。要選用小的焊條直徑，小的焊接電流，斷弧焊接，防止過(guò)熱，以減輕焊接熱影響區(qū)的影響；同時(shí)要選擇技術(shù)過(guò)硬的焊工施焊，焊后要對(duì)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(duì)噴涂過(guò)耐磨涂層的水冷壁管，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的運(yùn)行，又磨損出現(xiàn)凹坑時(shí)，補(bǔ)焊應(yīng)考慮金屬耐磨層中合金成分對(duì)焊接的不利影響，一般要把需補(bǔ)焊部位殘留的合金成分磨掉再補(bǔ)焊。

在補(bǔ)焊余高磨平后，應(yīng)對(duì)補(bǔ)焊焊面做X射線探傷檢查，檢查合格才可進(jìn)行下一步工作。

4 噴涂前管壁表面粗糙處理

熱噴涂時(shí)，熔化的噴涂材料粒子以高速?lài)娚涞交w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(qiáng)度。

通過(guò)比較各種處理粗糙程度的方法，我們選用噴砂法，因?yàn)閲娚胺ㄝ^其它表面粗糙處理方法，涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度更好，是理想的表面粗糙處理方法。

我們剛開(kāi)始對(duì)循環(huán)流化床鍋爐水冷壁管采取爐膛內(nèi)火焰噴涂時(shí)，管壁表面粗糙處理用砂輪磨削處理，結(jié)果涂層在運(yùn)行中出現(xiàn)局部脫落、鼓包現(xiàn)象。之后我們用噴砂法（鑄鐵砂）得到了理想的表面粗糙度，能夠達(dá)到國(guó)際3a級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，消除了因表面處理不佳對(duì)噴涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度的影響。

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

噴完砂后應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量檢查，被噴砂的基體表面粗糙度要適當(dāng)而均勻。表面粗糙處理后的管壁應(yīng)盡快進(jìn)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(yīng)有下列要求：

1）涂層對(duì)基體必須有良好的結(jié)合，防止在運(yùn)行條件下因物理和化學(xué)的作用而脫落；

2）涂層應(yīng)與基體有大體一致的熱膨脹系數(shù)；

3）涂層不應(yīng)是嚴(yán)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(shí)；

5）涂層在運(yùn)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(jì)成本。

方便進(jìn)入爐膛噴涂的，目前只有火焰噴涂和電弧噴涂。我們?cè)谘h(huán)流化鍋爐爐膛內(nèi)采用電弧噴涂水冷壁管，因?yàn)殡娀娡吭诮Y(jié)合強(qiáng)度、噴涂效率、經(jīng)濟(jì)性和安全性方面優(yōu)于火焰噴唋。我們選用北京廊橋表面技術(shù)發(fā)展有限公司LX88A噴涂材料，取得了很好的效果。用LX88A噴涂絲材噴涂，涂層與管壁結(jié)合良好，硬度高（一般現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試HRc50-60），耐磨性能強(qiáng)。

電弧噴涂操作要注意控制以下幾點(diǎn)：

1）調(diào)整好電纜長(zhǎng)度與線徑比。電弧噴涂進(jìn)入爐膛內(nèi)，電纜一般要加長(zhǎng)，這時(shí)要考慮長(zhǎng)電纜對(duì)電弧電壓和電弧電流產(chǎn)生的影響，做好調(diào)整。電纜加長(zhǎng)，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(zhǎng)時(shí)，要加粗電纜線徑，調(diào)整好長(zhǎng)度與線徑比，使回路電阻值變化較小。同時(shí)電壓指示也適當(dāng)調(diào)整，以電弧穩(wěn)定和電纜發(fā)熱不超過(guò)額定值為準(zhǔn)；

2）控制好噴槍的噴涂角度、弧長(zhǎng)和噴槍移動(dòng)速度；

3）控制好壓縮空氣質(zhì)量和空氣壓力。壓縮空氣要過(guò)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(yīng)噴涂，爐膛四角水冷壁管?chē)娡繉舆m當(dāng)加厚；

5）要盡可能在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?chē)娡渴蔷植繃娡?，噴前粗糙處理（噴砂）也是局部的，噴涂操作時(shí)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(yùn)行中很容易脫落，在粗糙面和光管交界處噴涂層會(huì)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(yàn)收

1）了解用于噴涂的材料性能，尤其要查看噴涂材料廠家提供的材料質(zhì)量證明書(shū)。以LX88A噴涂絲材為例，廠家提供的材料性能檢驗(yàn)數(shù)據(jù)：涂層孔隙率：1%、涂層硬度：HRc70、涂層結(jié)合強(qiáng)度：58MPa～60MPa、沉積效率：約80%。

2）宏觀檢查

（1）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(yīng)噴在粗糙處理過(guò)的壁面上，濺到光管上的涂層應(yīng)盡量少而??；

（2）涂層噴涂厚度檢查：在噴涂現(xiàn)玚加試樣管，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；

（3）涂層面要平整，粒度均勻，不應(yīng)出現(xiàn)粘絲，適當(dāng)用力敲擊觀察涂層附著情況。

3）硬度測(cè)試

（1）儀器：手持式里氏硬度儀，硬度種類(lèi)HRc；

（2）表面處理?xiàng)l件：被測(cè)點(diǎn)表面粗糙度小于0.4μm；

（3）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(lái)評(píng)價(jià)。

7 結(jié)論

采取在循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)做熱噴涂，以達(dá)到控制水冷壁管?chē)?yán)重磨損的做法，可結(jié)合循環(huán)流化床鍋爐水冷壁管磨損實(shí)際狀況來(lái)施行。結(jié)合磨損狀況的檢查和補(bǔ)焊做爐內(nèi)熱噴涂，可最大限度減少水冷壁管換管量，并擴(kuò)展了水冷壁管防磨噴涂的途徑；即可在爐膛內(nèi)做大面積的噴涂，也可對(duì)個(gè)別磨損(包括噴涂過(guò)的涂層局部再磨損)做噴涂?？傊@些體現(xiàn)了它的靈活性、方便性、經(jīng)濟(jì)性。用戶已從中受益，我們也在施工中取得了一定的防磨噴涂經(jīng)驗(yàn)。

[1]呂俊復(fù)，張建勝，岳光溪主編.循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行與檢修.北京：中國(guó)水利水電出版社，2003.

[2]岑可法，倪明江，駱仲泱，等.循環(huán)流化床鍋爐理論、設(shè)計(jì)與運(yùn)行.中國(guó)電力出版社，1998.