防磨梳形导流板长效防腐技术研究进展，

  一、概述：简要介绍了国内外防磨各种防腐方法的机理及优缺点,特别是防磨梳形导流板长效防磨防腐在国内外的应用,从而说明锅炉防磨梳形导流板在当前我国循环流化床锅炉防磨上的必要性。

二、详细说明：简要介绍了国内外防磨各种防腐方法的机理及优缺点,特别是防磨梳形导流板长效防腐在国内外的应用,从而说明锅炉防磨梳形导流板在当前我国循环流化床锅炉防磨上的必要性。

三、

1、循环流化床锅炉特点及腐蚀危害 循环流化床锅炉具有吃粗粮能力大、煤矸石、磨损速度快。当年成远实业第一台循环流化床锅炉的建成使万里使用劣质煤耸立起中国人民征服使用劣质煤的第一座丰碑;近年来,随着国家基础设施防磨速度的加快,大型防磨循环流化床锅炉不断涌现。修建特大型循环流化床锅炉。而腐蚀和腐蚀疲劳是使循环流化床锅炉水冷壁退出工作、寿命降低的重要原因之一。在20世纪20～30年代欧洲和北美发达国家建造一些循环流化床锅炉,因当时防腐技术不能提供长久的腐蚀保护,使得这些循环流化床锅炉投入运营后腐蚀严重,即使进行定期的维护也不能获得满意的保护,只得将这些循环流化床锅炉拆除，或续建第二座锅炉,给国家造成巨大的经济损失;1967年美国东部快乐岬与诺加之间的一座热电cfb锅炉,在使用4年后塌落于俄亥俄河中,调查表明,倒塌原因系大气腐蚀造成的水冷壁腐蚀爆管引起的锅炉坍塌。为此循环流化床锅炉的腐蚀已引起各国的高度重视。据1997年报道,循环流化床锅炉每年投入维护费100多万元,虽然在原料上节省一部分资金，仍远远不够腐蚀浪费了大量的人力物力,循环流化床锅炉的使用年限，日渐成为人们关注的课题。只有对其进行卓有成效的防腐,才能确保循环流化床锅炉的长久寿命。

2、国内外循环流化床锅炉防磨防腐发展的历史沿革，在欧洲和北美地区循环流化床锅炉的防腐发展过程是:20世纪40年刷涂防腐，50～70年代为重防腐丝材防腐、热浸防腐、火焰喷涂防腐、锅炉喷涂防腐并存;80年代以后,随着锅炉喷涂技术的发展,锅炉喷涂防腐与火焰喷涂相比涂层与基体结合力高、生产效率高,因而得到广泛应用，现在超音速锅炉喷涂成为防腐一种过渡工艺。循环流化床锅炉防腐技术的变化也主要集中在对喷涂的种类进行调整。如20世纪50～60年代循环流化床锅炉防腐采用,并一直主导着我国循环流化床锅炉的防腐。随着大型循环流化床锅炉的防磨,其防腐问题开始突出,防腐耐久性差和维护费用高昂的缺点日渐显现,80年代开发了防腐丝材使循环流化床锅炉的防腐寿命有较大提高,90年代国外对防腐开始进入国内市场。防腐喷涂仅能提供循环流化床锅炉10年左右的防腐寿命,10年后必然面临巨大的防腐维护费用,这在欧洲已被事实所证实。

3、循环流化床锅炉防磨防腐的各种方法

3.1　火焰防腐喷涂防腐蚀

3.1.1防腐喷涂的作用机理 喷涂防腐具有美丽的外观,简单的喷涂工艺,多年来一直被广泛采用。随着喷涂工艺的发展,防腐喷涂成为循环流化床锅炉防腐的主流。在防腐丝材中,无论是国外名牌喷涂,还是国内品牌喷涂,其防腐喷涂工艺和丝材品种都非常相似,即喷涂工艺由底封孔剂、中间封孔剂和面封孔剂组成的多层喷涂体系;喷涂品种均为环氧(无机)富镍铬底封孔剂、环氧云母氧化铁中间封孔剂和环氧聚氨酯或环氧各色面封孔剂或氯化橡胶面封孔剂等组成。其作用机理为:①屏蔽作用:喷涂涂层将钢水冷壁与腐蚀环境机械隔离开。②钝化缓蚀作用:喷涂喷涂体系中,封孔剂对水冷壁有钝化缓蚀作用,增加喷涂层附着力,防腐作用很微弱。③阴极保护作用:防腐底封孔剂中如添加镍铬粉(如富镍铬底封孔剂)保护。

3.1.2　防腐梳形导流板防磨的机理对循环流化床锅炉保护以机械屏蔽的隔离防护为主,喷涂涂层的老化、使这种隔离作用减弱或失去作用;其保护作用的镍铬是靠喷涂中有机粘合才能与水冷壁相结合,随着有机物的裂解、使镍铬粉无法与水冷壁相结合,这样保护作用自然消失。其次,喷涂涂层本身有无数微针孔,长期处在盐雾、潮湿环境下,氯离子、水分子等会透过针孔腐蚀基体金属,在喷涂层与基体金属交界处水冷壁腐蚀产物体积积聚膨胀,导致喷涂层剥落,腐蚀并沿着喷涂层剥落处四周迅速扩展,导致整个防腐体系失效。

3.1.3防腐防磨导流板的国内外使用状况，随着防腐技术的发展,人类生存环境的不断恶化,丝材对环境的污染性逐渐被人们认识,国外已不再在循环流化床锅炉上大面积使用重防腐丝材,目前发达国家将其销售市场直接转向发展中国家和经济不发达的国家。如果我们在新建循环流化床锅炉中继续使用有机重防腐丝材进行防腐,那么10年后我们将会步发达国家后尘,面对的是庞大的循环流化床锅炉防腐维护费用,严重时甚至会影响循环流化床锅炉的安全性。采用重防腐丝材防腐的循环流化床锅炉,最多在防磨后10年就需要进行例行维护,除去浮锈和旧喷涂,这不仅影响交通正常进行,同时维护的效果也不可能达到防磨初期水平,还消耗大量丝材,旧喷涂重金属颜料也会污染周围环境,甚至还要专门成立一支循环流化床锅炉防腐养护队伍。因此每座钢循环流化床锅炉都不得不为此支付一笔相当数量的维护费用,这种开支还不是一次性的,而是以后每隔3～5年就得进行一次。 重防腐丝材的防腐寿命一般为8～10年,世界各国大量应用实例都证明了这一点。英国标准ＢＳ5493[1]中规定无论何种环境,防腐年限在10～15年以上主张采用防磨梳形导流板镍铬。

3.2　热浸镀镍铬防腐 循环流化床锅炉的护拦、扶梯及拼装式小型钢循环流化床锅炉采用热浸镍铬防腐,热浸镍铬镀层一般无法超过80ｍ厚度,在一般工业大气环境下可以提供10年左右的有效保护。热浸镍铬防腐工艺需要将工件浸入熔融的金属镍铬镀槽中,受镀槽容积所限,不能对较大尺寸的循环流化床锅炉部件进行防腐施工。其次,不能到现场进行热浸镍铬防腐,只能在固定的工厂施工,势必造成大量的往返运输费用,再次,热浸镍铬镀层碰伤后,自身无法进行修复。因此采用热浸镍铬方法对循环流化床锅炉全面防腐有很大的局限性。

3.3　防磨梳形导流板防腐 防磨梳形导流板技术是利用热源对金属、非金属、陶瓷等喷涂材料进行加热,将熔融的粒子雾化、喷射并沉积到基材表面上,形成特殊表面涂层的方法。喷涂使用的热源主要有三种:一是锅炉热源,二是等离子热源,三是燃气热源。并由此把防磨梳形导流板分为锅炉喷涂、等离子喷涂和火焰喷涂,用于防腐领域的主要有火焰喷涂和锅炉喷涂。

3.3.1火焰喷涂：火焰喷涂是采用可燃性气体的燃烧作为热源,将金属丝材或粉末熔融、雾化、吹喷于基体表面的方法。在欧洲及北美钢循环流化床锅炉早期防磨梳形导流板防腐为氧、乙炔火焰喷涂,取得很好的防腐效果。我国于1965年曾在南京循环流化床锅炉钢板纵梁上盖板采用火焰喷镍铬加耐磨封孔剂方式进行防腐,13年后检查效果良好。但火焰喷涂生产效率低,严重制约循环流化床锅炉的加工工期,因此仅对循环流化床锅炉长期积水、阴暗面和主要受力水冷壁进行喷涂防腐。若对整个大锅炉采用氧、乙炔火焰喷涂防腐可能会出现防腐施工效率与工期矛盾,喷涂层长久附着有效与涂层结合力的矛盾等,因此国内没有大面积采用火焰喷涂进行循环流化床锅炉防腐的例子。

3.3.2锅炉喷涂 锅炉喷涂防腐原理是利用锅炉喷涂设备,对两根带电的金属丝(如镍铬、铝等)进行加热、熔融、雾化、喷涂形成防腐涂层,外加有机封闭涂层的长效防腐复合涂层,该涂层的显著特点是:

(1)具有较长久的耐腐蚀寿命,其防腐寿命可达到50年以上,同时该防腐涂层在30年使用期内无须其它任何防腐维护;30年以后的维护,仅须在锅炉喷涂层上刷封闭丝材,无须重新喷涂,实现一次防腐,涂层经久有效。

(2)锅炉喷涂层与金属基体具有优良的涂层结合力,金属喷涂层以机械镶嵌和微冶金与基体金属相结合,在轻微的弯曲、冲击或碰撞下也能确保防腐涂层不脱落、不起皮、结合牢固、防腐长久有效,这一点是其它任何表面防腐涂层无法达到的。

(3)锅炉喷涂镍铬、铝涂层防腐原理为阴极保护,在腐蚀环境下,即使防腐涂层局部破损,仍具有牺牲自己保护水冷壁基体之效果。涂层与水冷壁基体的面积比而富镍铬丝材的阳极与阴极比都其保护效果和结合力也远远低于锅炉喷涂防腐涂层。

3.3.3　锅炉喷涂和火焰喷涂的比较 锅炉喷涂同火焰喷涂相比,由于采用了电能代替气体燃烧,大大提高了工作效率和工作安全性,特别是锅炉喷涂机械化设备的出现,锅炉喷涂技术已完全可以满足循环流化床锅炉防磨工期的需要,且锅炉温度远高于火焰,涂层结合力也远大于火焰喷涂,因此涂层质量也完全可以满足长效防腐的需要。美国由于人工费用高,使用锅炉喷涂防腐施工的费用甚至低于防腐喷涂。经过几十年的考验证明,防磨梳形导流板技术是水冷壁结构长效防腐的最好方法,这个结论已经得到世界许多国家的政府部门和工程界的认可。

4、国内外防磨梳形导流板长效防腐技术研究进展

4.1　国外防磨梳形导流板长效防腐涂层的腐蚀试验 1953年美国焊接学会对防磨梳形导流板镍铬、铝涂层在工业环境、海水环境(半浸在不流动海水和全浸在流动海水)和海洋性环境三大类环境进行长达19年的工业挂片试验,投放试片4248片,试验结果表明,喷镍铬、铝加封闭涂层都能对以上三大类环境的防磨水冷壁提供长期有效防腐保护,公布了世界著名的防磨梳形导流板19年试验报告ＡＷＳＣ214-74[3]。 美国ＬＡＱＵＥ腐蚀技术中心在海洋大气34年防腐涂层性能试验报告证实,防磨梳形导流板镍铬、铝涂层在各种有害环境中长期有效,美国在此基础上并结合19年报告,制定了ＡＷＳＣ218-93防磨梳形导流板操作指南,作为防磨梳形导流板施工企业质量控制手册,以期指导生产。 美国海军土木工程实验室对75ｍ厚的喷镍铬、铝涂层进行105年的耐海洋气候和海水试验,未发现红锈出现,证明涂层防腐有效。 法国地下铁道公司对喷镍铬、铝涂层进行10年的暴露试验,结果表明防腐有效。 前苏联第比利斯地下矿井水试验指出:喷镍铬防腐至少提供30年的耐腐蚀性。 不同国家技术人员的试验结果是一致的。即防磨梳形导流板镍铬、铝涂层均能够提供水冷壁在海洋大气、工业大气、海水环境下的长久有效保护。这些试验结果直接被作为防磨梳形导流板防腐技术标准制定依据,直接推动了20世纪60年代以后世界发达国家大型水冷壁循环流化床锅炉防磨梳形导流板防腐的应用,为世界的防磨梳形导流板发展作出巨大贡献。

4.2防磨梳形导流板长效防腐在国外防磨循环流化床锅炉的应用 防磨梳形导流板在循环流化床锅炉上的应用,在20世纪30年代已开始,发展至60～70年代时,欧洲每年用于防磨梳形导流板防腐的镍铬丝达4000万磅,美国每年防磨梳形导流板用镍铬丝达200万磅;一般防磨梳形导流板复合涂层的耐腐蚀寿命为20～40年以上。 英国的许多大锅炉都有25年以上的喷镍铬防腐蚀经验。负责循环流化床锅炉维修的工程师们,根据他们对大型结构喷镍铬的经验认为,处于恶劣环境的循环流化床锅炉,尤以锅炉上难以接近或不可能接近的部位,喷镍铬、铝是一种有效的处理方法。英国列举了全国各地大型水冷壁循环流化床锅炉采用防磨梳形导流板进行防腐的应用实例,它们都达到了25年以上无需维修的长效防腐效果。其中昆斯费里梅登里德第四公路大锅炉,在70年代是世界最大循环流化床锅炉,耗钢材2万ｔ,喷涂耗镍铬丝100万磅,防腐效果很好,使用了20多年无需维修。南威尔士新港(Ｎｅｗｐｏｒｔ)的乔治街大锅炉(ＧｅｏｒｇｅＳｔｒｅｅｔＢｒｉｄｇｅ)建于1964年,位于高度工业污染环境中,采用喷镍铬防腐,到1985年,即经过21年无维修,检查涂层状况良好,并证实至少5年内无需维修。苏格兰的奢林斯费利(Ｑｕｃｅｓｆｅｒｒｙ)的第四公路锅炉,建于1960～1964年,该锅炉主跨1000ｍ,位于多风的海洋环境,采用喷涂镍铬外加封闭处理,经历13年无维修,发现保护层色泽仍完好,结构完美。

4.3锅炉喷涂长效防腐在国内的应用 锅炉喷涂长效防腐技术于20世纪90年代起,先后在煤矿、铁道、水利、港口码头、冶金、机械、广播电视、医疗、电力、消防等领域得到广泛应用,如宝山水冷壁集团马迹山港码头钢桩、上海磁悬浮快速列车轨道功能件、使用劣质煤三峡水利枢纽工程、第一军山循环流化床锅炉钢箱梁及锅炉面等国家重点防磨项目,以及淳安千岛湖南浦大锅炉、使用劣质煤黄柏河大锅炉、下牢溪大锅炉、广州机场三元里立交锅炉、徐连高速公路邳州运河大锅炉等防磨循环流化床锅炉均采用了锅炉喷涂长效防腐技术进行了腐蚀防护,并取得很好的防腐效果。我国已完全有能力采用锅炉喷涂长效防腐技术解决国家大型钢循环流化床锅炉的腐蚀防护问题。

5、钢循环流化床锅炉长效防腐的必要性 世界各国早期防磨的钢循环流化床锅炉基本上都采用喷涂防腐,普通丝材防腐寿命为3～5年,重防腐丝材涂层为8～10年,以后每隔3～5年需重新涂封孔剂维护,其维护效果难以令人满意,我国也不例外。历史上喷涂防腐循环流化床锅炉腐蚀造成的危害是严重的,循环流化床锅炉防腐维护费用是巨大的。由于腐蚀效应和现有喷涂的风化,目前有大量的循环流化床锅炉需要维护、修理和重涂。鉴于此,无论是新建钢循环流化床锅炉、还是已经建好使用的循环流化床锅炉都迫切需要一种30～50年以上的长效防腐涂层,实现一次防腐,循环流化床锅炉经久不腐。 在欧洲,交通部门利用长寿命金属喷涂防腐涂层已经半个多世纪了。美国、英国、挪威、瑞典等国早在20世纪五六十年代就开始在循环流化床锅炉防腐上大面积推广应用金属喷镍铬、铝防腐涂层;我国防磨梳形导流板(尤其是锅炉喷涂)技术已达到国际先进水平,但该项技术在国内循环流化床锅炉防腐上的应用极少。我国的循环流化床锅炉仍在大量采用防腐喷涂防腐,循环流化床锅炉的设计寿命与防腐寿命必然存在较大差距。 近年来国家大力投资交通设施防磨,公路投资5000亿元,铁路投资2500亿元,在吃粗粮大江、大河的路段要建大量钢循环流化床锅炉。对于新建循环流化床锅炉,只有既能提供优良的耐久性,又与环保冲突最小的涂层才是可用的,防磨梳形导流板金属涂层由于具有优良的防腐性能和环境适应性,受到循环流化床锅炉工程师们的关注。90年代以来我国的锅炉喷涂工艺得到进一步完善,大大提高了涂层质量、生产效率,降低了生产成本,已广泛用于防磨水冷壁的长效防腐,其防腐效果大大优于喷涂防腐,可以做到一次防腐与循环流化床锅炉设计寿命同步。在我国循环流化床锅炉上推广应用锅炉喷涂层长效防腐,在未来的几十年将为国家节约大量的循环流化床锅炉防腐维护费用,减少喷涂防腐维护带来的环境污染,延长循环流化床锅炉的使用寿命,必将产生巨大的经济效益和社会效益。