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电弧喷涂技术在电站重磨蚀件中的应用

由于电力行业的生产特点及系统运行的方式,金属部件的腐蚀与防腐蚀、磨损与防磨损已成为十分突出的矛盾。从某种意义上讲,发电系统可靠性的高低取决于机组关键部件的抗腐蚀和抗磨损程度,防腐、抗磨问题解决得如何对电力系统的安全性、可靠性及经济效益都具有举足轻重的作用。长期以来,广大科技工作者就此进行了不懈地努力,将不同的表面强化技术应用于电站设备的重磨蚀部件。表面强化技术对金属部件表面进行改性、强化或修复其尺寸,不仅能使整机的寿命得以延长,降低整机的检修费用有时还能提高机组的功能。大量的实践证明,电弧喷涂技术作为表面强化技术之一,是解决电站重磨蚀部件延寿修复的一种有效而经济的先进技术,已引起电力经营部门的大力关注。所以,在对表面涂层性能没有特殊要求的情况下,可以采用高速电弧喷涂技术,修复、强化电站重磨蚀金属部件,延长其使用寿命,降低发电成本,对解决电站重磨蚀金属部件的早期失效问题,具有重要的实际意义。
1 高速电弧喷涂技术原理及其特点
1.1技术原理
电弧喷涂是利用2根连续送进的金属丝作为自耗电极,在其端部产生电弧作为热源,用压缩空气将熔化了的金属丝雾化,高速喷射到工件表面形成涂层的一种热喷涂工艺〔1〕。高速电弧喷涂在普通电弧喷涂的基础上采用拉伐尔喷嘴和计算机辅助设计,优化了喷枪的设计,将喷涂粒子的速度提高到超音速,并改变了粒子的雾化效果,提高了涂层质量。
1.2技术特点
高速电弧喷涂改善了雾化效果,增强了气流对粒子的加速作用,产生了高温、高速、均匀细小的喷射粒子射流,由此所得的涂层结合强度高、孔隙率低、表面粗糙度低,比普通电弧喷涂的涂层质量和喷涂效率高,使电弧喷涂技术上升到一个新阶段。
与常规电弧喷涂、亚音速火焰喷涂相比,高速电弧喷涂涂层具有以下特点〔2〕:
a. 结合强度高喷涂不锈钢丝时,其涂层与基体的结合强度高达60 MPa。普通电弧喷涂结合强度一般为20~40 MPa,一般火焰喷涂的结合强度小于20 MPa。
b. 孔隙率低普通电弧喷涂的孔隙率为8%~15%,亚音速火焰喷涂的孔隙率一般大于6%,而高速电弧喷涂的孔隙率仅为1%~2%。
c. 粒子细小高速电弧喷涂时,其雾化粒子直径一般为5μm(不锈钢),比常规电弧喷涂的粒子直径(一般为20~40μm)小3~7倍。
d. 涂层组织均匀致密由于采用高速气流雾化,产生了高温、高速、均匀细小的喷涂粒子,沉积到基体表面上形成致密、均匀的涂层。
2高速电弧喷涂技术在电站重磨蚀部件中的应用
电站设备在高温、高压、高转速的恶劣条件下工作,其腐蚀和磨损损耗极为可观,其中大部分又是昂贵的合金金属材料。长期的统计数据表明,热力设备在运行期间,由于腐蚀和磨损而损失的金属约占设备原金属质量的8%。此外,由于电力行业的生产特点及系统运行方式,除了造成设备损坏的直接损失外,给社会带来的间接损失更是难以计算,因而电站设备的零部件的延寿修复工作显得极为重要。
电站重磨蚀金属部件的修复通常是在计划停机时完成,对生产无太大影响,一般喷涂修复成本仅为更换新件的20%~40%。修复后电站金属部件不仅可以重新使用,并且其使用寿命还可以提高到原来的几倍以上,取得了显著的经济效益和社会效益,已引起电力经营部门的大力关注,因此,电站主张修复重磨蚀部件而不更换新件。
2.1超音速电弧喷涂用于电厂钢结构长久防腐
在金属表面采用超音速电弧喷涂锌(或铝及其合金)进行防腐处理,可保证40~60年不生锈,称为长久防腐。这是目前世界上任何防腐技术所无法比拟的,美国、德国、法国等工业发达的先进国家均采用该项技术进行长久防腐。国内对锅炉承重钢结构、变电架构、输电铁塔等重要钢结构也进行了长效防腐处理,例如秦皇岛电厂、滦河电厂等单位的变电架构采用高速电弧喷涂锌铝合金涂层进行防护,取得了显著的社会效益和经济效益。
2.2高温涂层防止锅炉“四管”爆漏
2003年发电设备运行可靠性报告指出,在全国火电300 MW机组非计划停运事故中,锅炉设备事故约占43.8%。在锅炉事故中锅炉的水冷壁管、过热器管、再热器管、省煤器管(锅炉“四管”)的爆漏事故又占据一大半。锅炉“四管”爆漏除造成设备损坏和机组停运外,还增加了电厂临时检修的工作量,因机组停运而造成巨大的经济损失更是不容忽视。
电站锅炉 “四管”在冲蚀、磨蚀和高温同时作用下,材料表面早期失效是造成发电厂非计划停机的主要原因,所以,锅炉“四管”的高温腐蚀和烟气冲刷磨损已成为一个亟待解决的关键技术问题。在原有安装系统上更换失效、损坏的管道的维修费用相当高,解决这一问题的经济可行的途径是使用具有良好热导性的薄的防磨损、防氧化和防腐蚀的涂层。基于此,用高速电弧喷涂技术喷涂一种高铬镍基合金,对天津大港电厂#3、#4炉的水冷壁进行了大面积的防腐治理,取得了良好的经济效果和社会效果。
 

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