浅谈电站锅炉管道高温冲蚀磨损和涂层防护技术

浅谈电站锅炉管道高温冲蚀磨损和涂层防护技术

马龙 史超 邵相源

葫芦岛市特种设备监督检验所 辽宁省葫芦岛市 125000

摘要：锅炉是现代电站的必备设备之一，一般的发电厂需要借助锅炉设备完成发电工作，常规的电站锅炉为中型或者大型的锅炉，具有极大的容量，属于热力设备，其主要功能是将满足质量以及数量要求的蒸汽提供给汽轮机，除了发电的基本功能之外，还能给外部环境提供热量，其具有的蒸发量也比一般的热力设备更大，在电站锅炉被应用的过程中，高温运行环境造成的冲蚀磨损问题会降低锅炉应用的安全性，借助防护涂层技术可以解决这类锅炉，应用问题。

关键词：电站锅炉管道；高温冲蚀磨损；涂层防护技术

引言

目前，国内发电仍然以火力发电模式为主，锅炉设备是火力发电重要设备，能够以蒸汽方式为电能生产提供支持，作用极为突出。由于锅炉无法独立使用，需要其他设备进行辅助，加之电站对于锅炉自动管控、机械化技术与安全性能有着较高的要求，所以电站一直极为注重锅炉设备保护，而管道高温冲蚀磨损作为锅炉应用重要问题之一，自然也是业界学者研究的主要对象。

一、电站锅炉管道高温冲蚀磨损

（一）材料的冲蚀磨损

磨损和腐蚀是十分普遍的物理现象。被动的磨损和腐蚀会使材料的功能逐渐丧失，以至于失去使用价值.造成巨大的经济损失。表现在电站锅炉的管道上，就是产生"爆管"现象。但是磨损和腐蚀是有规律可循的，掌握其某些特定规律，对研究电站锅炉的高温冲蚀磨损，以及进行有效的防磨措施，具有一定的意义。冲蚀磨损是指材料受到小而松散的流动粒子冲击时表面出现破坏的一种磨损方式。粒子直径一般小于1 mm，冲击速度在550 m's以内。冲蚀磨损行为受到很多因素的影响，如基体材料的强韧性、温度、粒子冲击的参数（角度，速度，流量等）、冲击粒子的性质（硬度，形状、尺寸）等等。在高温下材料的力学性能会比冷态下发生一些变化，同时材料表面也会发生高温氧化和热腐蚀。因此，材料的高温冲蚀磨损行为是冲蚀、氧化和冲蚀、腐蚀交互作用的结果。

（二）金属氧化膜脱落

电站锅炉管道在高温状态下，当达到临界温度值的情况下，随着温度的增长，锅炉管道的磨损量也会随之提升。若锅炉的温度持续上升，高于临界值以后，则其磨损量会伴随锅炉温度的上升，随之下降，具有反比关系。粒子冲击能量持续增长的情况下，磨损量峰值提高。一般情况下金属氧化膜在常温条件下较薄，在电站锅炉管道温度持续上升的情况下，金属氧化膜的厚度随之增加，且厚度会呈现出指数增加的趋势。温度越高的状态下，其厚度增加的规律也会越发明显。逐渐增厚的金属氧化膜能够为基质创设良好的保护环境，且持续提升金属表面的抗磨损性能。但是由于氧化膜与其包裹保护金属基质具有差异性膨胀系数，故而在锅炉温度持续上升的情况下，达到临界值，金属氧化膜的表面变回在高温条件下形成裂纹，甚至会造成金属氧化膜脱落的问题，金属材料的磨损量快速增长。

（三）飞灰方面

飞灰冲蚀磨损是一项气固两相流与金属摩擦理论相交叉的综合性课题，金属材料的冲蚀磨损量是一个受工作环境影响的系统参数，它一般受以下参数的影响：一是环境参数，包括冲刷角、飞灰颗粒速度及浓度、冲蚀时间、环境温度。二是颗粒特性，包括粒度、形状、硬度、密度、飞灰的化学特性及颗粒组成。三是靶材性质，包括机械性能及热物理性能。这三方面因素是互相影响的。在温度对锅炉管道冲蚀磨损影响的试验研究中得出：在达到一个临界温度之前磨损量随温度上升而增加，随后当温度进一步上升时，磨损量递减。而且磨损量的峰值随着粒子冲击能量的增加而偏向于更高，其磨损率也同时增大，合金抗氧化性能越强，其峰值越偏向于较高温度。正因为飞灰具有石英的近似硬度，所以它对管道的不断撞击，造成磨损的加剧；飞灰的密度越大则惯性冲击率就越大，因此飞灰的密度对磨损状况的影响也不能忽视。

二、电站锅炉管道的涂层防护技术分析

（一）技术应用性能

电站锅炉高温条件下易于发生磨损冲蚀的问题，涂层防护技术的应用，则能够增强锅炉管道的抗氧化能力，且具有较强的耐腐蚀性、抵抗磨损冲蚀能力。结合当前涂层防护技术的应用情况而言，材料类型较多，可以基于电站锅炉管道的特点及防护需求等，合理选择涂层类型，保证电站锅炉管道的正常运行。飞灰为影响电站锅炉管道正常运行的常见问题，则在选择涂层防护技术期间，重点对其抗飞灰能力进行评估，特别是高温、氧化状态下的抗飞灰能力。电站锅炉运行中，多对连续性高温状态下的抗飞灰能力具有较高要求。涂层防护技术需要具备高温状态下抗氧化的能力，且对硫化气氛也能够形成抵抗效果。电站锅炉对土层的抗疲劳性能也具有严格要求，进而保持系统的稳定运行，预防中途故障或者停机问题的发生。针对于涂层防护技术自身而言，还需要具备较强的致密性能，能够与锅炉融合，预防机械脱落问题的发生。涂层防护技术尽可能简单，合理控制成本，便于推广。

（二）陶瓷涂层

陶瓷材料本身就具有比较优越的抵抗冲蚀以及高温的能力，因此利用陶瓷材料制作涂层是一种比较好的应用思路，与常见的金属涂层相比，陶瓷材料的价格比较昂贵，如果陶瓷涂层受到强烈的外部冲击，其表面会形成裂纹，不仅仅削弱美观性，应用性能也会因此变差，从抗疲劳能力来看，金属涂层同样由于陶瓷涂层。由此可知陶瓷涂层存在实用性比较差的问题，在安装陶瓷涂层时，需要应用HVOF以及火焰喷涂的工艺，操作极为复杂。

（三）金属涂层分析

金属涂层材料多以合金材料为主，拥有良好抗高温以及冲蚀抵抗能力，与不锈钢材料性能较为相近。就其与应用基体结合能力而言，金属是制作涂层的最佳材料，综合应用价值相对较高，可以对电站锅炉管道形成有效防护，且抗腐蚀以及抗疲劳性能较为理想。相较而言，金属涂层施工工艺种类较为丰富，像等离子喷涂以及火焰喷涂等，都可以高质量完成相应任务。

（四）其他涂层分析

随着涂层研究工艺进步，新型的涂层喷涂技术也被研发出来，电站锅炉的管理者可以选择的防护涂层的种类更为丰富，基于陶瓷涂层具有的多种应用问题，相关研究者将陶瓷以及金属两种材料进行了结合，研制出了全新的复合型涂层，合金与金属材料在大攻角的应用条件下，能够呈现较高的抵抗冲蚀能力，而陶瓷这类脆性材料不同，在小攻角的应用环境中可以展现极好的冲蚀性能，而飞灰现象给管道带的冲蚀问题的攻角范围比较大，因此可以将两种涂层材料结合使用，将颗粒状的陶瓷相涂抹在金属材料表面，进而起到防护的作用。金属化合物材质的土层同样属于新型涂层，该种工艺并不成熟，应用金属化合物主要是出于以下考虑，合金材料一般都具有极为可靠的硫化性能、抗氧化能力，同时密度数值相对较低，由于不考虑使用相对昂贵的金属材料，因此成本也低于其他类型的涂层，然而受到研究条件的限制，涂层加工成型工艺还需被继续改进。

结束语

总而言之，电站锅炉管道的内部结构复杂，且在高温因素、环境因素等影响下，管道冲蚀磨损的发生率较高。电站锅炉管道管理期间，需要加强涂层防护技术的分析，结合具体环境及抗飞灰要求等，合理选择适宜的涂层技术，降低电站锅炉管道的冲蚀、磨损严重程度，保持电站锅炉的正常运行。未来电站锅炉管道还需要进一步加强相关技术的分析，及时检出锅炉管道运行中常见的问题及预防方法。

参考文献

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