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热喷涂技术在电力行业中的应用

一、热喷涂技术简介

热喷涂技术是一种材料表面保护和强化的新技术,它是以气体、液体燃料以及电弧、等离子弧作热源,将金属、合金、陶瓷、金属陶瓷、塑料等粉末或丝材、棒材加热到熔化或半熔化状态,借助于火焰推力或压缩空气喷射而粘附到预先经过表面处理的工件表面形成涂层,赋予工件以耐磨、耐腐蚀、抗高温、耐氧化、隔热、绝缘等特性,以达到提高工件性能、延长设备使用寿命的一种技术。由于该技术工艺及涂层材料选择范围十分广泛,操作简便灵活,特别适合于现场施工和工件局部修复,因此,热喷涂技术不但是新设备预保护的有效方法,而且是现场维修有效而经济的手段。

 

二、热喷涂技术在电力工业的应用

2.1 电厂锅炉“四管”的防腐蚀、抗冲蚀

火力发电厂中,高温、高压、锅炉的水冷壁管、过热器管、再热器管、省煤气管(简称四管)常因高温腐蚀和磨损而减薄,更换新的管子既费时有昂贵,如果造成“四管”泄露爆管事故,会增加电厂临时性检修和大修的工作量,给电厂带来很大的经济损失。据资料统计,1982~1985年间全国50MW以上火力发电厂共发生锅炉事故949起,其中“四管”泄露爆管事故就占305起,占事故总数的32%,由此可见,锅炉受热面“四管”的高温腐蚀是影响锅炉安全的主要原因,它已成为火电厂安全运行中一个急待解决的技术难题。

从80年代初,国外就进行了一系列旨在设计一种材料/应用系统,能对锅炉管道提供长期的保护(3~5年内不用修理)。方案的目标是发展一种涂层,该涂层不剥落、损耗速率小于未保护钢管的10%,并且相对于更换锅炉管道在经济上更有效益。经过多年研究,并经实验试验和现场应用考核,已获得了可喜的成绩,涂层厚度年平均损失率最好可达 0.025mm,工作寿命可达5~10年,大大提高了“四管”的工作寿命,目前在美国、英国、日本、加拿大、德国等国家已广泛采用多种涂层对锅炉的“四管”进行防护。

我国电厂锅炉“四管”采用涂层防护起步较晚,开始全国也仅上海、张家港、山东等少数电厂采用了喷焊、高速火焰喷涂等工艺对锅炉“四管”进行了防护,但毕竟迈出了可喜的一不。随着电力工业的不断发展和热喷涂技术的不断深入人心,特别是热喷涂技术本身近年来的不断进步与提高,采用热喷涂技术对锅炉“四管”进行防护的工作必将受到有关部门的重视,并获得更多的应用。例如,为解决“四管”腐蚀问题,西北电管局科技处分别于1990年、1992年两次下达技术开发项目,由西北电力机械厂、秦岭电厂、韩城电厂在有关热喷涂专业单位的协同下共同进行锅炉受热面“四管”的防腐研究工作,他们采用NiAl涂层作为粘结底层,以NiCrAl涂层为工作层,表面采用高温涂料封孔,该涂层系统在工厂的工业试验中获得了较好的防护效果,年磨损率为0.04mm。工作寿命可达两个大修期(6年)给电厂带来显著的经济效益。

 

2.2 气轮机叶片的热喷涂强化和修复

叶片是气轮机的心脏,也是事故最多的关键部件,美国电厂气轮机强迫停运率的70%与叶片损坏有关,叶片事故引起的损失往往占全部损失的一半。因此,它的安全可靠直接关系到气轮机和整个电站的安全、满发。由于电力是国民经济的命脉,全世界的电力约有75%来自火电站中的锅炉—汽轮机—发电机以及核电站中的反映堆—汽轮机—发电机。因此,提高汽轮机叶片的安全可靠性对于满足不断增长的电力需求,适应国民经济的发展有着不容忽视的作用。此外,在诸如石油、化工、轻工等重要经济部门中,采用工业汽轮机作为全厂关键动力设备的现代化大型企业日益增多,而由于汽轮机叶片损坏造成工厂全面停产,其后果是十分严重的。

汽轮机叶片的损坏原因是多方面的,除了从改进设计制造、优化电站运行等方面来减轻叶片的损坏外,采用表面处理方法,在叶片表面加上保护涂层,以提高材质的特定性能,达到防水蚀、耐磨、抗微振,从而延长叶片寿命的目的,亦是减轻叶片损坏的有效方法之一,进口汽轮机中就有采用爆炸喷涂Cr3C2—NiCr、TiC—NiCr以及WC—NiCr喷涂层防护叶片的实例。我国从80年代开始相继有采用等离子喷涂方法制备CoCrW合金涂层修复和强化石油化工行业用工业烟气轮机叶片的实例,随着热喷涂技术的不断进步,80年代后期发展了高效的高速火焰喷涂技术和设备,采用该技术进行汽轮机叶片表面涂层的制备,必将获得更好的防护效果。
 

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