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锅炉四管应用领域 简介

包括：锅炉水冷壁爆管原因 / 腐蚀原因 / 防磨喷涂 / 防腐喷涂 / 高温防腐 / 锅炉水冷壁的作用 /水冷壁热喷涂材料

锅炉水冷壁的工作原理/ 锅炉水冷壁的除渣作用 / 锅炉水冷壁的结构 / 锅炉水冷壁的材质 / 锅炉水冷壁的壁厚标准

解决方案电力锅炉喷涂 锅炉四管应用领域

1.流化床锅炉管

2.煤粉炉锅炉管

3.电厂省煤器管

4.电厂过热器管

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锅炉水冷壁 ---爆管原因总结:

爆管主要原因分析:造成水冷壁管腐蚀爆管的原因是多方面的,有蒸汽腐蚀\碱性腐\酸性腐蚀等.

水冷壁爆管的原因：
1、是该管内有杂物，影响水循环流量，致使管内产生汽阻，造成管子过热爆管；
2、是管子在生产、运输、安装等过程中受到损伤，运行中缺陷扩大形成爆管；
3、管道材质有可能存在缺陷。
处理方法：
1、进行换管处理。把爆管处及微涨粗的管子进行换管。
2、两旁管子受冲刷的凹陷，打磨用氩弧焊补焊至平整。
3、管内清理杂物，建议把锅炉的水冷壁下集箱手孔盖打开清理（因锅炉酸洗后没有进行清理过），如不打开清理，细小的杂物有可能随蒸汽一起排出，对汽轮机造成更大危害。

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锅炉是一种承压、受热，有爆炸危险的特种设备。在运行时会因为操作和管理不当而出现各种事故，其中水冷壁爆管是低压锅炉较常见的一种事故。水冷壁位于燃烧室直接受高温烟气的辐射和火焰冲刷，很容易引起管壁温度升高，过热变形，继而发生爆管事故。在锅炉各类受压元件破坏事故中，水冷壁爆管事故居第一，所占比例超过锅炉事故总量半数以上。

一、锅炉水冷壁爆管的现象

1、爆管不严重时,从破裂处有蒸汽喷出的声音;严重时,有明显的爆破声,炉膛成正压,蒸汽和烟气从门、孔大量喷出.

2、水位、汽压和烟气温度明显下降.

3、给水流量增加,蒸汽流量下降.

二、锅炉水冷壁管爆的原因

1、锅炉由于使用时间长,管壁在高温烟气烟灰的冲刷下减薄严重,因而不能承受锅炉内压而爆管。

2、锅炉停炉检修时,由于检修人员不小心,遗留了小型工具、铁块以及其它异物在锅内,当锅炉运行后,锅内汽水翻腾,将这些杂物带进管内卡住,导致水循环破坏而爆管。

3、锅炉正压燃烧,不仅可烧坏炉墙和保温层,更重要的是炉膛温度升高,被高温火焰偏烧侧的管壁温度增高,当管壁不能承受高温时而过热爆管。

4、给水中有氧气、二氧化碳腐蚀性杂质,管壁被腐蚀减薄,另外，当锅炉压火或停炉后,烟垢中的硫在低温状况下对管壁产生腐蚀,从而引起爆管。

5、锅炉水处理不好,水质不合格,导致管内结垢严重。由于管壁结垢后,传热效果不好,管壁得不到很好的冷却,造成管壁温度升高而过热胀粗爆管。

6、锅炉运行时,由于长时间不排污,使得排污管堵塞,集箱内水垢泥渣大量堆积,破坏了水冷壁管水循环,造成管壁温度升高,在得不到冷却的情况下而过热爆管。

7、锅炉用碱煮炉后,没有打开人孔和手孔清除垢块,使得脱落的垢块堵塞在管内,导致水循环不畅,管壁过热而爆管。

所谓锅炉"四管"是指----锅炉水冷壁、过热器、再热器和省煤器，传统意义上的防止锅炉四管泄漏，是指防止以上部位炉内金属管子的泄漏。锅炉四管涵盖了锅炉的全部受热面，它们内部承受着工质的压力和一些化学成分的作用，外部承受着高温、侵蚀和磨损的环境，在水与火之间进行调和，是能量传递集中的所在，所以很容易发生失效和泄漏问题。据历年不完全统计锅炉"四管"爆漏占火力发电机组各类非计划停运原因之首。锅炉一旦发生"四管"爆漏，增加非计划停运损失，增大检修工作量，有时还可能酿成事故，严重影响火力发电厂安全、经济运行。引起锅炉"四管"泄漏的原因较多，其中磨损、腐蚀、过热、拉裂是导致四管泄漏的主要原因。总结下电防"四管"泄漏管理经验及防磨防爆小组最近10年在火力等电厂的工作经验，对锅炉"四管"爆漏原因进行分析并提出预防措施。

一、锅炉"四管"爆漏原因分析

1.磨损

煤粉锅炉受热面的飞灰磨损和机械磨损，是影响锅炉长期安全运行的主要原因。飞灰磨损的机理是携带有灰粒和未完全燃烧燃料颗料的高速烟气通过受热面时，粒子对受热面的每次撞击都会梳离掉极微量的金属，从而逐渐使受热面管壁变薄，烟速越高灰粒对管壁的撞击力就越大；烟气携带的灰粒越多（飞灰浓度越大），撞击的次数就越多，其结果都将加速受热面的磨损。长时间受磨损而变薄的管壁，由于强度降低造成管子泄漏。受热面飞灰磨损泄漏、爆管有明显的宏观特征，管壁减薄，外表光滑。运行中发生严重泄漏时，可发现两侧烟温偏差，不及时停炉处理，往往会加大泄漏范围，并殃及其他受热面的安全。2009年下电#3炉高温省煤器发生磨损泄漏，首先发现一侧烟温明显降低，给水和蒸汽流量偏差大，后停机发现省煤器管子磨损爆破。造成严重飞灰磨损的原因是结构因素，设计、安装与检修的不足都可能导致磨损加剧。在省煤器边排管与炉墙之间、省煤器弯头与炉墙之间、再热器与两侧墙之间存在一个烟气走廊。这个区域由于烟气流动阻力小，局部烟速可增大到平均烟速的两倍，甚至更大，造成这些地方管子磨损严重。位于烟气走廊的省煤器、再热器的弯头，过热器下弯头及管卡附近的边排管和穿墙管部位是飞灰磨损较为严重的部位，特别在省煤器区，烟气温度已较低，灰粒变硬，磨损更为突出。喷燃器、吹灰器和三次风喷嘴附近水冷壁等处也是煤粉磨损较为严重的部位。在安装、运行和检修过程中，如果受热而管子未固定牢或管卡受热变形，管排就会发生振动并与管卡发生碰撞磨损，也要造成机械磨损而漏泄。预防磨损的方法主要是减小烟气走廊，均匀气流，受热面管子迎风面加装护铁或涂耐磨涂料等。

2.腐蚀

锅炉"四管"受热面的腐蚀主要是管外的腐蚀和水品质不合格引起的管内化学腐蚀。当腐蚀严重时，可导致腐蚀爆管事故发生。烟气对管壁的高温腐蚀，主要是灰中的碱金属在高温下升华，与烟气中的SO3生成复合硫酸盐，在550-710℃范围内呈液态凝结在管壁上，破坏管壁表面的氧化膜，即发生高温腐蚀。导致受热面高温腐蚀的主要原因是炉内燃烧不良和烟气动力场不合理，控制局部烟温，保证管壁不超温，防止低熔点腐蚀性化合物贴附在金属表面上，使烟气流程合理，尽量减少热偏差是减轻高温腐蚀的重要措施。水冷壁上如果产生结渣，在周围处于一定温度和还原性气体条件下，会产生较为严重的水冷壁管外腐蚀。水冷壁的高温腐蚀和还原性气体的存在有着密切的关系，CO浓度大的地方腐蚀就大。管壁温度对腐蚀的影响也很大，在300～500℃范围内，管壁外表面温度每升高50℃，腐蚀程度则增加一倍。水冷壁高温腐蚀部位多在热负荷较高、管壁温度较高的区域，如燃烧器附近。过热器、再热器区还原性气体比炉内低，腐蚀速度一般比水冷壁小。但是大容量锅炉的过热器、再热器的壁温较高，尤其是左右两侧烟温相差较大时，腐蚀现象也相当严重。在腐蚀温度范围内，除选用耐腐蚀的合金钢和奥氏体钢外，应控制炉膛出口烟温的升高和烟温偏差等因素，以免引起局部过高的壁温而使腐蚀速度增大。低温腐蚀是指硫酸蒸汽凝结在尾部受热面上而发生的腐蚀，这种腐蚀也称硫酸腐蚀。它一般出现在低温级空气预热器的冷端。当带有SO3的烟气流经尾部受热面时，当尾部受热面的壁温低于酸露点时水蒸气在管壁上凝结成水，烟气中的SO3气体溶于水中，形成H2SO4溶液，从而腐蚀管壁金属即为低温腐蚀。预防低温腐蚀的方法最常用的方法是提高入口空气温度，保证尾部受热面壁温在酸露点以上，通常在燃用高硫燃料的锅炉中加装暖风器或采用热风再循环，但是进风温度越高，排烟温度也会越高，排烟热损失就越大，所以为了保证锅炉的经济运行，排烟温度的提高也就受到了限制。正常运行情况下，锅炉并不会引起管内腐蚀与结垢。品质良好的给水中带有少量杂质，通过炉水处理成为水渣或胶状物质，溶解在水中通过排污排出。当给水品质不良时，炉水中的Fe、Cu、Ca、Mg、SiO2等杂质在蒸发受热面内被浓缩，并从锅水中游离出来附着在管内表面，形成水垢，水垢的传热系数只有钢管的1／200，影响传热，并使壁温上升，导致管壁过热鼓包或破裂。锅炉受热面在停用时与不合格水或湿空气接触，受空气中O2、CO2和SO2的影响会产生管内化学腐蚀。在给水含氧超标时，也会使省煤器内壁产生点状氧腐蚀。托电#5炉在2006年发生过因炉水不合格导致水冷壁管化学腐蚀管壁大面积鼓包事件，后被迫更换全部水冷壁受热面。

3.过热

过热器和再热器是锅炉承压受热面中工质温度和金属温度最高的部件，而汽侧换热效果又相对较差，所以过热现象多出现在这两个受热面中。受热面过热后，管材金属温度超过允许使用的极限温度，发生内部组织变化，降低了许用应力，管子在内压力下产生塑性变形，使用寿命明显减少，最后导致超温爆破。因此，超温导致过热，使设备安全系数降低，应严格控制蒸汽温度的上限。过热分长期过热和短期过热，长期过热是指管壁温度长期处于设计温度以上而低于材料的下临界温度，超温幅度不大但时间较长，锅炉管子发生碳化物球化，管壁氧化减薄，持久强度下降，蠕变速度加快，使管径均匀胀粗，最后在管子的最薄弱部位导致脆裂的爆管现象。长期超温爆管主要发生在高温过热器的外圈和高温再热器的向火面。低温过热器、低温再热器的向火面均可能发生长期超温爆管。长期过热的爆管破口形貌，具有蠕变断裂的一般特性，管子破口呈脆性断口特征，爆口粗糙，边缘为不平整的钝边，爆口处管壁厚度减薄不多。短期过热是指当管壁温度超过材料的下临界温度时，材料强度明显下降，在内压力作用下，发生胀粗和爆管现象。短期过热常发生在过热器的向火面直接和火焰接触及直接受辐射热的受热面管子上。

爆口塑性变形大，管径有明显胀粗，管壁减薄呈刀刃状；一般情况下爆口较大呈喇叭状；爆口呈典型的薄唇形爆破；爆口的微观为韧窝(断口由许多凹坑构成)；爆口周围管子材料的硬度显著升高；爆口周围内、外壁氧化皮的厚度，取决于短时超温爆管前长时超温的程度，长时超温程度越严重，氧化皮越厚。如果存在炉膛高度设计偏低，火焰中心偏后、受热面偏大、受热面选材裕度不够或错用材料、动力工况差、蒸汽质量流速偏低和受热面结构不合理等因素，都会造成受热面超温或存在较大的热偏差及局部超温；在制造、安装和检修中，如果出现管内异物堵塞而造成工质流动不畅、断路、短路等情况，会导致受热面的超温；运行中如果出现燃烧控制不当、火焰后移、炉膛出口烟温高或炉内热负荷偏差大，燃烧不完全引起烟道二次燃烧，减温水投停不当、管内结垢等情况，也会造成受热面过热。加强运行调整和监视，控制管壁超温是预防过热的主要措施。下电#2炉2005年锅炉更换过热器管后在机组启动后发生爆管非停，后检查发现管内堵塞异物导致管道过热爆破。

4.焊接质量和拉裂

锅炉本体是由受热面焊接组装起来的，每个受热面的每一根管子都有多个焊口，一台大型锅炉整个受热面焊口数量多的达几万个。而受热面又是承受高温高压的设备，焊接缺陷主要有裂纹、未焊透、未熔合、咬边、夹渣、气孔等，这些缺陷存在于受热面金属基体中，使基体被割裂，产生应力集中现象。在介质内压作用下微裂纹的尖端、未焊透、未熔合、咬边、夹渣、气孔等缺陷处的高应力逐渐使基杆开裂并发展成宏观裂纹，最终贯穿受热面管壁导致爆漏事故。焊接缺陷的产生原因很多，它与结构应力、坡口形式、母材、焊接材料、焊接参数、热处理工艺和焊工技术水平等有关。保证焊接质量必须加强焊工管理及焊接工艺质量的检验评定。对锅炉压力容器焊接的焊工，应经考试合格持证施焊，实际施焊位置、管种、尺寸应和合格证所规定准许施焊项目相一致；要特别注意合金钢、异种钢的焊接，注重焊接准备、焊接、热处理、焊后检验各个环节；加强金属监督，防止错用钢材及焊接材料，特别是对有关焊口要全面进行金属检验合格。

所谓"拉裂"是指在锅炉经过多次起停后在管子-管子、管子-密封件、管子-刚性梁连接等部件之间由于热膨冷缩不同步，位移不同步，又无足够的补偿能力的情况下管子产生的裂纹漏泄。这些部位炉外有保温层，炉内往往又是管排密集，人员难以预先检查发现，也很难装设监测设备。避免管子和-管子如过热器管排夹持管、定位管、屏间屏内焊接管等在设计上应考虑加装"过渡板"，避免管子与管子直接接触；管屏炉外部分，管子之间不必焊接，使管子有一定的补偿能力，"过渡板"与管子间的连接焊缝，应不等强，即焊接高度应略低于管子壁厚。管子一密封件处的拉裂主要发生在过热器、再热器的穿墙管处，水冷壁、包墙管与鳍片连接末端等。这个问题主要应在设计阶段和安装期间解决，要把锅炉的支吊装置，锅炉膨胀死点、膨胀方向、膨胀量考虑清楚，要有自我补偿能力。补偿节是否适当，预留膨胀间隙及方向是否正确，穿墙后的炉外管段应有弯曲弧度，使之具有足够的自我补偿能力。如果发现炉顶过热器管塌落或严重变形，应进行处理，恢复其支吊装置，密封装置。管子一刚性梁之间的拉裂，在现代大型锅炉的炉膛及尾部都装有刚性梁，刚性梁通过过渡部件与管子连接，刚性梁是锅炉的重要部件，它确保锅炉整体形状及刚性，在锅炉内爆或外爆时，保护锅炉不受损伤。所以必须搞清楚锅炉各个部位的刚性梁及锅炉膨胀系统的设计构想，管子与刚性梁之间的膨胀"死点"及膨胀方向。管子与刚性梁之间的连接件应完好，不应有开裂，严重变形及卡阻现象；刚性架内侧与管子之间的空隙要充填隔热材料，以防刚性梁内侧受热产生弯曲变形，产生附加应力。"拉裂"引起的漏泄所占比例较大，应认真检查减少"拉裂"漏泄，预防拉裂主要是消除应力集中现象。张热#2炉2009年检修停炉后发现壁式再热器管子泄漏，检查发现壁再与密封板本应自由膨胀但电建安装时焊接为一体导致拉裂。下电#3炉2007年在喷燃器角部发生锅炉启动时鳍片拉裂水冷壁导致暴漏事件。

二、锅炉"四管"爆漏预防措施

锅炉"四管"泄漏的因素较多，必须针对不同的原因从运行和检修以及管理等方面采取预防措施。

1、加强检修管理，制定实施防磨计划

至上而下提高认识，加强"四管"的检查监督力度。防磨防爆人员要充分利用大、小修对四管进行宏观检查，坚持"逢停必检"原则，掌握锅炉"四管"金属长期运行中的性能规律，发现和消除金属事故的隐患。对高温腐蚀、磨损、胀粗、鼓包、应力集中等情况加强检查，发现问题及时彻底地处理。加强金属监督和化学分析，对热负荷较集中部分采取割管检查和化学分析，对易结焦、易磨损、吹灰器易吹薄的部位进行侧厚检查，对过热器、再热器等易超温的部位进行金相分析。加强四管附件的检查，如防磨瓦、管排卡子和护体铁，整理管排严防形成烟汽走廊。对检修焊口做好无损探伤检验，把好焊接质量控制关。同时要提高检修水平，针对设备老化进行受热面更换等技术改造。

2、加强运行管理和炉水监督

运行人员要认真操作，按规程升降负荷。日常密切监视四管报警情况，严防受热面"四管"超温，加强对管壁温度的监视，减少管壁超温。燃料专业要加强入炉煤快速分析预报工作，为运行人员精心操作、勤调整提供依据，便于运行人员及时调整一、二次风，合理调整风粉量和过剩空气量，使煤粉在炉内充分燃烧。保证磨组在最佳状态运行，严格控制煤粉细度减少设备磨损。认真进行燃烧调整，控制火焰中心不倾斜，严格控制各部件的参数，严禁超限运行，加强受热面吹灰，防止局部结焦超温。加强炉水监督，保证品质合格等。

三、结论

防止"四管"爆漏是一项综合工程，应从运行、检修、技术改进等方面加强监督、管理和检查、综合考虑。下花园发电厂历来重视锅炉"四管"泄漏的预防工作，成立了以生产厂长为组长的锅炉"四管"防磨防爆专项治理工作小组，定期对机组运行、检修中暴露出的问题开展专题分析活动，超前谋划和防范，修订《防止"四管"爆漏管理规定》，制定切实可行的目标、技术措施，层层落实岗位责任制。运行人员根据煤质变化及时调整燃烧，控制合理风速，控制管壁超温、加强设备运行监督和化学监督。检修人员提高检修质量和金属监督力度。防磨防爆工作小组最近10年去托电、盘电、张热电、石热等电厂外出进行专项检查，积累了丰富的大机组检查经验，并应用到下电的防磨防爆检查工作中，坚持集团公司"逢停必检"方针，尽可能地扩大检查范围，加强对隐蔽部位的检查，发现了许多问题并及时处理，大大地减少了锅炉非停，保证了发电厂的安全稳定运行。

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锅炉水冷壁----腐蚀原因

火力发电厂锅炉水冷壁管高温腐蚀和磨损的机理复杂，它与炉膛火焰温度、燃煤的含硫量、烟气与灰分颗粒的冲蚀密切相关。防止水冷壁高温腐蚀和磨损的常用方法有两类，即非表面防护方法和表面防护方法。本文针对(广东沙角 B 电厂 3# 炉，)本公司采用超音速电弧喷涂 45CT 合金涂层工作寿命已近四年，认为积极采用热喷涂技术是火电厂锅炉水冷壁管高温防腐耐磨涂层最可靠的解决方法。

锅炉水冷壁管 高温腐蚀和磨损超音速电弧喷涂

一、主要表现在以下两个方面

锅炉水冷壁管高温腐蚀和磨损一直是电力系统普遍存在的严重问题，它的直接危害主要表现在以下两个方面：

(1)使管壁减薄，据统计一般每年减薄量约为 1mm 左右，严重的可达 5~6mm 年，形成全运行的严重隐患，增加了电厂的临时性检修和大修工作量，给电厂造成很大的经济损失。

(2)发生水冷壁突发性爆管事故，造成紧急停炉抢修，不仅打乱了电厂的正常发电秩序，减少发电产值，而且增加了工人劳动强度和额外的检修费用，直接影响企业效益，同时也干扰了地区电网的正常调度，影响当地工农业生产，由此也造成了很大的社会影响。

锅炉运行过程中，由于燃烧煤中硫及其它有害杂质的存在，在高温下对水冷壁构成腐蚀。这种现象在各个燃煤锅炉中普遍存在，我们在各火电厂的锅炉定期检验中经常遇到，只是程度不同而已。(广东沙角 B 电厂)由于其燃煤含硫量大，水冷壁遭受的高温腐蚀特别严重，由此带来的爆管、换管损失惨重。同时，煤燃烧时产生的大量灰粉，在锅炉内部燃烧的复杂动态过程中，猛烈撞击水冷壁，对水冷壁工作面产生严重切削，使水冷壁管工作面被磨损成不同程度的小平台，造成水冷壁壁厚的实际减薄，容易导致水冷壁管在高温下强度不够而爆管，其危害作用同高温腐蚀一样严重。因此，需要我们寻求一种解决的技术方法，增加水冷壁的抗磨损能力，以延长水冷壁的使用寿命。

二、分析水冷壁管高温腐蚀和磨损的机理。

水冷壁管高温腐蚀和磨损的机理是很复杂的，简言之，与下列因素有关：

(1)炉膛火焰温度；

(2)燃煤的含硫量；

(3)烟气与灰分颗的冲蚀。

锅炉运行过程中，炉温可高达1600℃以上，由于燃烧煤中硫及其它有害杂质的存在，水冷壁普遍遭受高温腐蚀。参与高温腐蚀的危害物有燃烧过程中产生的SO2 、SO3 、H2S 、HC 1 、碱金属盐及钒盐类，是多种化学物在各种温度下共同对管壁进行的复杂的动态腐蚀过程。其中，硫化物是锅炉高温腐蚀的主要因素，

一是烟气中的硫化氢与管壁金属作用产生的腐蚀，含硫物在金属高温下产生单原子硫，硫与管道中的铁反应生成硫化铁(Fe+S → FeS)；

二是由不可燃硫在高温作用下生成硫酸盐混入灰分熔敷于管壁表面，但不再具有水冷壁管所要求的各种良好的高温机械性能，实际上导致水冷壁管有用壁厚的减薄，从而其有效承载能力不断下降，由此形成腐蚀。

另外，高温烟气裹着可以大于8米/秒的速度冲击管壁，烟气的腐蚀和灰分颗粒的冲刷在金属表面交替进行，

造成管壁减薄。

三、防止水冷壁高温腐蚀和磨损的途径。

意外的爆管则会造成较大的经济损失，电厂为减少爆管，投入了大量人力、物力加强对水冷壁的监测和更换，但是监测未取得任何实质性的效果，换管则将大大增加生产成本和维修费用。只有防患于未然才是最好的办法。分析清楚了水冷壁高温腐蚀的产生原因，就可采用有效的方法来进行防止，常用方法可以分为两类，即非表面防护方法和表面防护方法。

非表面防护方法有：

A. 采用低氧燃烧技术。

B. 尽可能使各燃烧间的煤粉浓度均匀。

C. 合理的配风及强化炉内的湍流混合。

D. 控制适当的煤粉细度。

E. 避免出现受热面壁温局部过热。

F. 在壁面附近喷空气保护膜。

G. 加添加剂。

H. 控制合理的炉膛出口烟温。

I. 对易产生高温腐蚀的煤种采用抗腐蚀高温合金。

J. 采用烟气再循环。

K. 对受热面的设计布置合理，以避开高烟温区和高壁温区出现。

L. 对易腐蚀区加炉衬防护。

非表面防护法的共同之处在于，一定程度上可以减轻水冷壁的腐蚀，但并不能真正做到防止其腐蚀。而且有些方法在实际运行中会因为各种原因而不能有效地实施，甚至个别方法还存在争议，如炉衬防护，不但影响燃烧室吸热能力，还会使腐蚀复杂化。故有必要寻求其它效果更好的表面防护方法。

对受腐蚀构件表面覆盖耐腐蚀的隔离层，是最直接有效的防腐措施，

属于高温腐蚀的表面防护方法，主要

(1)涂刷法：涂刷的涂层塑性、热膨胀性等不能适应锅炉内环境及脱硫装置，使用中易产生脱层，难于实际应用。

(2)电镀、热渗镀：镀层的覆盖性及结合度较好，但受工件尺寸限制，镀件在现场拼焊中镀层也会出现薄弱环节，降低使用性能。无法对已有设施进行再次防腐。

(3)热喷涂：适合现场操作，涂层材料选择范围宽，组合方式多，能提供多种性能涂层，对已有设施的未防护部分进行追加防护，已防护部分进行再次防护。

超音速电弧喷涂技术利用了流体力学中的“拉瓦尔原理”，使喷涂时的粒子速度真正超过了音速。我们通过对该技术的引进，特别是针对喷涂设备笨重、庞大、不利于现场施工的缺点，进行大胆的设备结构改造和功能完善，达到的突出特点是现场实用性强、喷涂性能好、涂层质量显著提高。与普通电弧喷涂和火焰喷涂比较，其技术指标有如下区别：

由于超音速电弧喷涂技术的先进性——离子喷射速度快(比普通电弧喷涂快4倍)，其技术性能比普通电弧喷涂有本质的提高，改善了涂层的孔隙率、颗粒度、结合强度等性能，增加了

涂层厚度调节范围及可利用的涂层材料选择范围，可以大大拓展电弧喷涂的应用范围。

但原有超音速电弧喷涂的应用还几乎停留在普通电弧喷涂技术的基础上，只是简单地利用其性能的提高，基本上处于一种被动应用的状况。比如喷涂材料，仍然沿用原有电弧喷涂用丝材，没有针对超音速电弧喷涂技术的先进性专门开发新型涂层材料，我们投入了大量人力、物力、财力对其进行了进一步研究，开发出了MC锅炉四管专用涂层、 NiCr/Cr 3 C 2 、 NiCrAiFe/Cr 3 C 2 、 45CT 系列喷涂材料，增加其在电力系统的现场实用性，最大限度地利用该技术的先进性，实现良好的表面涂层。

四、超音速电弧喷涂45CT合金的应用研究

对水冷壁的防高温腐蚀和磨损各种方法综合考虑，我们认为，比较理想的方法是采用热喷涂技术。经过一系列的准备工作，于1999年5月广东沙角B电厂3# 炉大修期间，我们对其水冷壁进行了防腐耐磨超音速电弧喷涂。钢铁材料的表面防护涂层分两大类。一类是隔离涂层，如电镀铬、油漆及有机涂料；另一类是阳极涂层，如电镀锌、热浸或喷涂45CT合金作为牺牲阳板仍对该处表面钢铁具有防腐蚀保护作用，避免孔隙腐蚀、保护层下腐蚀及由此引起涂层的脱落，阳极涂层还兼有隔离涂层作用。

选择防腐蚀涂层材料除考虑其阳极性外(即选择阳极电位低于钢铁的金属成份)，还应要求其热膨胀系数接近钢铁材料，具有良好的塑性，以避免脱层，材料还应具有一定的抗冲蚀能力。对选择的一种或几种材料应进行喷涂试验、性能试验和对比试验等。

对于水冷壁防高温腐蚀和磨损喷涂，我们开发的喷涂材料是自发放热型材料45CT，喷涂后涂层与基体金属表面产生原子扩散，形成冶金结合，涂层又形成粗糙表面，便于与工作层连接，提高涂层的结合强度。喷涂层材料的膨胀系数与水冷壁管材料接近，使涂层在交变热应力作用下不会脱落，它具有抗腐蚀、抗氧化、耐高温、延展性好、抗冲蚀能力强且价格便宜等特点，涂层厚度 0.8~1.0mm。

喷涂工艺如下：

A. 喷砂打磨：

喷涂前的基体表面必须清洁、无油污、且须达到清洁和毛化要求。喷砂打磨的目的是使水冷壁管表面呈灰白色的金属外观和均匀粗化。喷砂后，基体表面粗糙度应达到 Rz40~80um。且干燥、无灰尘、无油污、无氧化皮、无锈迹。选择磨料时，根据基体金属的种类和涂层的厚度而定，磨料必须清洁、有棱角，才能保证涂层与基体结合良好。我们选择棕刚玉和冷硬铸铁砂等符合有关规定的磨料进行打磨，磨料有棱角，清洁、干燥、没有油污、可溶性盐的游离物和长石，以对表面进行仔细的清理及有效的表面毛化，达到提高喷涂结合强度的目的。

B. 防腐蚀喷涂：防腐喷涂

使用超音速电弧喷涂技术对水冷壁进行喷涂，喷涂材料为专用 45CT，设计喷涂厚度 0.8~1.0mm。喷涂表面达到均匀、致密。喷砂后的水冷壁管，应尽快进行喷涂，其间隔时间越短越好，在晴天或不潮湿的天气，间隔时间不可超过12小时，在雨天、潮湿或含盐雾气氛下，间隔时间不超过 2 小时。喷涂必须在如下条件下实施：环境大气高于5℃或基体金属的温度至少比大气露点高 3 ℃，在雨天、潮湿或含雾的气氛中，喷涂操作必须在室内或

工棚棚中进行。

C. 后处理：

对于防腐喷涂，必须加封孔剂，以避免腐蚀物质通过涂层的孔隙往里面渗入，直接腐蚀母材，或间接减少防腐涂层的有效厚度。封孔剂选择有机硅加铝粉，喷涂后采用喷涂方法覆盖在涂层上面。

D. 现场检测：

喷涂完成后，应进行外观检查，涂层表面致密、均匀、颗粒细小，不允许有起皮、鼓泡、大溶滴、裂纹、掉块及其他影响涂层使用的缺陷。使用日本原装进口的磁性涂层测厚仪进行现场实测，厚度达到要求，可以保证工程质量。

五、喷涂效果分析

1、与渗铝管防腐效果对比分析

为了防止高温硫腐蚀，火电厂在水冷壁中设置卫燃带，以前常采用渗铝管，实际上，用喷涂 SCZ16 管代替渗铝管可以取得相同的或更好的效果。

试验证明，我们使用的 45CT 耐腐蚀效果比渗铝管好得多，使水冷壁管的使用寿命更长；在水冷壁卫燃带采用渗铝管，经常发现焊缝出现严重的硫腐蚀，这是渗铝管无法克服的弊端，而使用超音速电弧喷涂技术，则可在水冷壁管安装完毕后，对焊口及其附近补喷一层 45CT 防腐，防止焊缝腐蚀；另外，喷涂 45CT 可以对长时间运行后的水冷壁管进行再防护，这也是渗铝管无法做到的。

2、运行后的涂层检测

（广东沙角 B 电厂 3# 炉）超音速电弧喷涂 45CT 涂层水冷壁管，经过长期运行外观检查，涂层完好，未见裂纹、起皮、脱落等任何宏观缺陷，也未因腐蚀原因造成爆管等。

我们将最早实施喷涂的广东沙角 B 电厂 3# 炉水冷壁管中隔墙在停炉时割管取样分析，该样自炉内现场实施喷涂后已连续运行 6800 余小时，根据广州有色金属研究总院出具的检测报告，“试样涂层完整，未发现有剥落现象，涂层约 0.9mm。与基体结合良好，结合部位未发现明显缺陷”。为了防止高温腐蚀和磨损，超音速电弧喷涂 45CT 可以取得很好的效果。通过各种性能试验和实践证明，利用超音速电弧喷涂的 45CT 涂层，可以大大延长水冷壁管的使用寿命，同时也可以对长时间运行后的水冷壁管进行再防护，以进一步延长水冷壁管的使用寿命。

六、结束语

水冷壁管的可靠性，直接关系到电厂机组是否能安全有效运行，但锅炉运行中对不可避免地

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解决方案电力锅炉

水利电力工业

1.图片

2.适用范围

3.功能图层

4.材料

5.喷砂设备

6.推荐喷涂设备

1.流化床锅炉管

1.图片

2.适用范围

专业热喷涂层施工（热喷涂在电力工业中的应用）

适用范围：大型电厂

1、火电厂锅炉水冷壁管、过热器管、再热器管、节煤（或油）器管，简称“锅炉四管”喷涂防腐耐磨涂层；
2、火电厂汽轮机缸盖结合面泄漏喷涂修复；发电机转子轴颈磨损、拉伤的电刷镀、热喷涂修复
3、火电厂吸、排风机叶轮及磨煤机系统喷焊修复与表面强化；汽轮机汽缸中分面汽蚀的热喷涂、电刷镀修复
4、水电站水轮机过流部位导中、闸门壳、排水减压管、转轮、导叶环、罩壳等抗气蚀冲刷喷焊层；
5、柴油发电机曲轴磨损后的修复；各类风机叶轮、各类电力机械设备磨损、腐蚀的修复和表面强化
6、风力发电底座的喷涂。7、电厂脱硫烟道热喷涂抗SO2腐蚀涂层施工、脱硫塔绿色工程施工。

3.功能图层

功能

耐磨粒磨损涂层

耐热冲蚀涂层

耐冲蚀涂层

耐腐蚀涂层

喷涂材料： 金属陶瓷、合金、氧化物陶瓷涂层、45CT高铬镍铁铬铝涂层、防磨瓦罩、防腐瓦罩等。

喷涂方法： 超高音速火焰喷涂、高速电弧喷涂、等离子喷涂等。

应用实例： 锅炉“四管”（水冷壁管、过热器官、预热器管和省煤气罐）、锅炉排气风机叶片、煤磨系统密封环、液压活塞杆、水轮机叶片、导水叶、海水泵叶轮、水轮机转轮、风机叶轮等。

（联手合作伙伴有国内外锅炉集团、省电力设计院、火电建设安装、绿色环保、中国表面工程研究发展协会，北京有色金属研究总院，有研粉末新材料，协助参与国内外各电厂、每年大（小）检修针对性地，解除锅炉防磨耐抗腐蚀及安全隐患问题，快速安全为电厂直接有效地创造经济效益。承接国内外各电厂工程恰谈施工方案及工程报价。科学保质终身服务。）

电厂客户群：国内各大中小企业电厂、中国华能集团、中国华电集团、中国大唐集团、中国国电集团、中电投资集团、国外电厂

4.喷涂材料

防磨合金粉芯丝防腐合金实芯丝 45CT 高铬镍铁铬铝涂层

5.喷砂设备

6.推荐喷涂设备

7.砂的样品

棕钢玉石英砂金矿砂铜矿砂

2.煤粉炉锅炉管喷涂

3..电厂省煤器管喷涂

4.. 电厂过热器管喷涂

5.废料焚化电力炉喷涂

6.残渣燃烧电力炉喷涂

7. 黑液回收电力炉喷涂

8.燃煤燃油电力炉喷涂

9.化学工业电力锅炉喷涂

10.纺织厂电力锅炉喷涂

11.水泥厂电力锅炉喷涂

12.钢铁厂电力炉喷涂

13.制糖厂电力锅炉喷涂

18.石油化工电力锅炉喷涂

19.轻工业电力锅炉喷涂

20.造纸业电力锅炉喷涂

21.制药电力锅炉喷涂

超音速喷涂技术在再制造中的应用

再制造工程通过采用先进的修复技术、严格的产品质量控制和精确的成本核算，使费旧产品得以再利用，并达到良好的技术经济指标，再制造工程以优质、高效、节能、节材、环保为目标，符合国家可持续发展战略。再制造工程以先进的维修技术为基础，其中，热喷涂技术由于其工艺的灵活性、涂层质量的可控性和成本优势，在再制造中有广泛的应用。由热喷涂的原理可知，粒子沉积前的状态决定涂层的性能，包括粒子的速度、粒子的温度及粒子的熔化状态。粒子的速度对涂层的性能具有重要的作用，当粒子撞击基体表面时，高速可形成大的冲量，粒子的变形能力强，有利于涂层结合力和致密度的提高，超音速喷涂优异的涂层性能得益于极高的粒子速度，近年来研究的热门，冷喷涂技术，则完全依靠高速粒子的动能来沉积形成涂层。根据空气动学和火箭发动机原理，先后成功研制了超音速电弧喷涂技术 (HVAS) 、多功能超音速火焰喷涂技术(HVO/AF)，能制备高性能的金属、合金、金属陶瓷和无氧化物金属涂层，在工业中获得了广泛的应用。

1 超音速电弧喷涂技术

电弧喷涂具有生产效率高、生产成本低、工件受热小等优点，在长效防腐和耐磨涂层方面应用广泛，在热喷涂中占有重要的地位，但是，与等离子喷涂和超音速火焰喷涂相比，普通电弧喷涂的涂层质量较低，结合强度 20 MPa 左右，孔隙率为 3 %-10 %，限制了电弧喷涂的应用。超音速电弧喷涂技术以提高粒子的速度为出发点，采用拉伐尔喷咀，改善了喷枪的雾化效果，增强了气流对粒子的加速作用，粒子的速度被提高到超音速，制备的涂层结合强度高、孔隙率低、表面粗糙度低，与普通电弧喷涂相比，涂层质量有了很大程度的提高，接近等离子喷涂的水平，全面提高了电弧喷涂层的质量。

超音速电弧喷涂的原理是：燃烧于丝材端部的电弧将均匀送进的丝材熔化，经拉伐尔喷咀加速后的超音速气流将熔化的丝材雾化为粒度细小分布均匀的粒子，喷向工件形成涂层。与普通电弧喷涂一样，超音速电弧喷涂是一个不断重复进行的熔化—雾化—沉积的过程，但在雾化方式上，超音速电弧喷涂与普通电弧喷涂有差别，普通电 弧喷涂采用亚音速雾化，而超音速电弧喷涂采用超音速雾化，雾化后的粒子细小均匀，速度高，有利于获得高质量的涂层。

2 超音速电弧喷涂在再制造中的应用

超音速电弧喷涂层结合强度高、孔隙率低、表面粗糙度低、耐磨耐蚀性能好，在工业中有广阔的应用前景，特别是在长效防腐和耐磨涂层方面。超音速电弧喷涂工艺灵活，在相当大的工艺参数范围内都能得到性能优异的涂层，设备研制成功后，获得了广泛的应用。

2.1 长效防腐涂层

电弧喷涂铝、锌涂层耐蚀性能好，对基体有良好的保护作用。由于铝、锌涂层的自腐蚀电位均低于碳钢的自腐蚀电位，因此，铝、锌涂层具有牺牲阳极的阴极保护作用，即使涂层有局部破损，对基体仍然有良好的防护效果，此外，电弧喷涂镍铬和铁铬铝涂层还能有效地抗高温腐蚀。 超音速电弧喷涂层质量比普通电弧喷涂高，涂层均匀致密，孔隙率低，为腐蚀的防护提供了一条成本低、效果好的途径，特别是桥梁、钢铁塔架、水闸门、工业锅炉等的腐蚀防护。

工业用锅炉水冷管壁的腐蚀是个重要的经济和技术问题，更换管壁和停产的损失相当昂贵。锅炉使用过程中，工作温度高，燃料含硫量高，锅炉水冷管壁由于 Fe 元素与高温空气中的 S 元素反应生成 FeS 而造成腐蚀。此外，熔渣和煤灰对管壁有冲蚀作用，加剧管壁的腐蚀。超音速电弧喷涂电厂水冷管壁，与普通电弧喷涂相比，制备的涂层均匀致密，表面粗糙度低，结合强度高，涂层质量大大改善，预计防腐寿命在 5 年以上。随着石化工业的发展，由于各种腐蚀原因引起化工储罐、管道出现事故的趋势明显增加，不仅造成了大量的经济损失和环境污染，而且造成了很多人员伤亡。因此，对化工设备进行防腐与维修，是石化工业发展中重点解决的难题之一。超音速电弧喷涂石油化工厂的轻污油回收罐，大大提高了回收罐的使用寿命，其使用寿命由原来的 3 年提高到 8 年。

(a)水冷管壁防腐

(b)化工储罐防腐

图1 超音速电弧喷涂防腐涂层的应用

2.2 耐磨涂层

在机械零部件的表面，采用热喷涂方法，制备耐磨或耐磨耐蚀的涂层，对零部件进行修复或强化，是热喷涂技术应用的一个重要的方面。超音速电弧喷涂制备的涂层结合强度高、孔隙率低，经车削和磨削加工后易于满足精度和表面光洁度要求，同时，与其它修复方法相比，其成本低廉，为其在修复领域的应用创造了条件，具有较好的技术经济效益。工程机械的作业环境越来越恶劣，其液压系统柱塞往往由于超负载、液压油污染而出现粘着磨损和磨粒磨损，导致液压系统无法正常工作。采用超音速电弧喷涂耐磨抗高温合金涂层对失效的柱塞进行修复，修复后的柱塞不仅可恢复使用，而且其使用寿命也原来平均 15～20 天延长到平均为 45 天，使用寿命周期提高了一倍以上，产生了较好的经济效益。

3 多功能超音速火焰喷涂技术

多功能超音速火焰喷涂系统的原理是：利用煤油为燃料，氧气和压缩空气为助燃剂，控制系统将煤油和氧气（压缩空气，或氧气与压缩空气的混合气）以一定的流量输送到喷枪，经高性能雾化喷嘴雾化混合成可燃混合气后喷入喷枪燃烧室，混合气经火花塞点火燃烧后形成高温高压的燃气，通过拉伐尔喷嘴将其加速到超音速。送粉系统将喷涂粉末从拉代尔喷嘴的低压区送入超音速射流，经射流加温加速后从喷枪喷出，高速喷向工件表面沉积形成涂层。喷涂系统的关键是通过调节进入喷枪的煤油、助燃剂（氧气与压缩空气的混合气体）的流量比例来调节焰流的速度和温度，从而控制喷涂粉末的加热和加速，以满足喷涂材料的要求，制备高性能的金属涂层，合金涂层和氧化物陶瓷涂层。

图 2 为多功能超音速火焰喷涂系统的焰流图，由图可知，焰流集中，射流扩散角小，并出现了超音速焰流所特有的马赫锥，表明焰流的速度达到超音速。对 WC-12Co 涂层的结合强度进行了测试，测试结果表明涂层的结合强度大于 70 MPa，测试时的断裂面出现在胶层，说明实际值大于测试值。

图 2 多功能超音速火焰喷涂射流

4 多功能超音速火焰喷涂技术的应用

多功能超音速火焰喷涂具有氧气煤油超音速火焰喷涂（HVOF）和空气煤油超音速火焰喷涂（HVAF）的双重功能，焰流速度和温度在大范围内连续可调，能满足多种喷涂材料的要求，其制备的涂层结合强度高、孔隙率低，可制备耐磨、耐蚀、导热、绝缘、导电、密封等涂层，在机械制造、航空航天、水利电力、矿山冶金、石油化工、造纸皮革等领域有广阔的应用前景。

在冶金行业，有多种轧辊和输送辊需要耐磨强化或修复，其中，冷轧带钢连续退火炉底辊是重要的一种。辊面的结瘤现象，实际上是粘着磨损。为了减少结瘤给钢带生产造成的损失，热喷涂方法被广泛采用。通常在辊面喷涂 NiCr-Cr3C2 涂层，它具有抗高温氧化、抗热震、抗磨损的特点，能使炉底棍在高温下长时间的连续工作，且经受周期性的热冲击。当炉低辊工作温度超过 900 ℃时，一般喷涂 Co 基合金。超音速火焰喷涂在喷涂碳化物陶瓷方面具有得天独厚的优势，而冶金行业对碳化物金属陶瓷涂层有很大的需求，因此获得大量应用。图 3 为多功能超音速火焰喷涂 Co 基 WC 涂层对酸洗镀锌辊进行表面强化，以提高其工作寿命，设备使用单位为邯郸钢铁集团。

图 3 多功能超音速火焰喷涂强化冶金棍

在石油工业中，有大量的机械设备，如：泵、阀、钻井机械、输运设备、提升设备、管道等，影响它们寿命的重要因素是磨损与腐蚀。多功能超音速火焰喷涂在强化和修复抽油泵活塞杆方面有很好的应用效果，活塞杆喷涂 WC 涂层强化后，耐磨性大大提高，使用寿命提高数倍。在石油机械中，阀座和轴类零部件的磨损也比较严重。由于多功能超音速火焰喷涂制备的 Co 基 WC 涂层，残余应力低，涂层厚度可达 3mm，甚至更厚，而涂层与基体结合好，在承受重载的磨损件的尺寸恢复中有较好的应用。

泵、缸、阀是组成液压和气动系统的基本单元，磨损和介质的腐蚀是制约其使用寿命的关键因素。利用多功能超音速火焰喷涂技术可对泵轴、缸活塞杆、阀芯等进行强化和修复，这些部件要求有较高的精度和表面光洁度，多功能超音速火焰喷涂层经磨削后精度和表面光洁度均很高，能满足其使用要求。

硬密封球阀在工业中有广阔的应用，它依靠阀芯和阀座间的硬密封来控制流体通断，由于不需要使用非金属密封材料，具有结构紧凑，密封可靠，耐蚀性强的特点，在化工行业有广阔的应用。在硬密封球阀的阀芯上制备一定厚度的耐磨耐蚀金属陶瓷涂层，并磨削至需要的精度和光洁度，可大大提高密封性能和使用寿命。温州成达特种阀门厂使用多功能超音速火焰喷涂技术强化硬密封球阀，大大提高阀的使用性能和寿命，并能满足石油化工行业部分特殊工况的需要，受到用户的好评。

在我国，由于受能源结构的制约，在相当长一段时间内，火力发电在电力中占有相当大的比例。风机、叶轮、锅炉、汽轮发电机组等是在火力发电中的重要设备，由于工作环境不同，且工况较恶劣，部分设备寿命较短，影响生产的安全性和经济效益。由于多功能超音速火焰喷涂层性能优异，在电力中有很成功的应用。

5 结论

以提高粒子的速度为出发点，研制了 HVAA、HVO/AF 超音速喷涂系统，试验和应用表明，其制备的涂层性能优异，在工业中应用广泛，并取得了很好的应用效果，随着进一步的推广应用，将创造更大的效益和价值。

电力部

电力系统	发电厂	汽轮机缸盖
		吸、排风机叶轮
		磨煤机系统煤粉锅炉受热面四管
		锅炉“四管”（水冷壁、过热器、再热器和省煤器）
	水电站	中小电站水轮机叶轮
	风力发电	底座
	柴油发动机零部件