鍋爐防腐蝕—抗磨高效新技術

納米硅晶膠材料

一、現實概況

海南逸盛石化有限公司使用燃料為燃氣。剛投運時腐蝕甚微，可幾年下來發現腐蝕相當嚴重，特別是近年，一年內連續幾次發生爆管。主要反映在爐膛上部折焰區約70平方米。如不及時處理，很短時間內就要有更換大批爐管的可能。因此建議海南逸盛石化有限公司盡快采取有效的防腐措施，消除不必要的損失。否則這樣既增加了檢修強度，又耗費了相當大費用。為此建議采用連云港晟源科技發明的納米硅晶膠防腐技術。該技術在全國大小鍋爐上皆有使用，獲得良好經濟效益。

附：海南逸盛石化有限公司水冷壁管腐蝕實例

二、鍋爐水冷壁腐蝕原因

從目前圖片上看及結合廠家技術人員反映的情況，燃氣爐防腐蝕是多年普遍存在的一種現象，分析原因很多，主要是燃燒介質在高溫的情況下與金屬表面產生氧化，使部分游離子產生“裂解”而導致腐蝕現象，之所以發生在折焰角是由于爐膛煙氣燃燒時是由下而上行走，在折焰角部位密度大、沖刷力強、停留時間長，甚至形成一定渦流狀而導致。

三、納米硅晶膠防腐蝕原理

影響鍋爐腐蝕的因素主要有①介質特性②爐膛溫度③風氣配比④空氣動力場特性影響

防止爐膛腐蝕，從運行上主要改善空氣動力條件、改善水冷壁表面的防腐蝕性入手；防止爐膛上部腐蝕主要靠降低煙氣溫度或改善水冷壁表面的防腐蝕性。

1、在爐膛水冷壁上使用納米硅晶膠材料后，會適當提高爐膛水冷壁的吸熱量，分析表明，采用納米硅晶膠材料后的金屬管壁吸熱能力比沒有采用納米硅晶膠材料的金屬管壁提高7.89%，因此在水冷壁上采用納米硅晶膠材料后，增強了爐膛的防腐裕量。

2、在爐膛水冷壁上使用納米硅晶膠材料，因該材料表面具有光滑特點，使介質對管壁的沖刷大幅度減小。

3、納米硅晶膠材料是經納米化加工而成的，因而具有了納米材料共有的特點——比表面能小。防止了水冷壁的沾污，從而可避免或減少腐蝕。

                       圖1、納米硅晶膠B層用料                                                圖2、納米硅晶膠A層用料

四、納米硅晶膠施工方案

1.表面預處理：

1.1 首先對施工部位的管子進行檢查，發現管子表面存在凹坑、磨損、硬傷等缺陷，由招標方對管子缺陷處理后，再對鋼管表面進行噴砂處理，去除鋼管表面積焦、積渣、硬灰、銹層、氧化層直至露出金屬光澤，噴砂壓力為0.6-0.8MPa。

1.2 噴砂范圍要大于管子施工涂層的部位，使下一步施工范圍得到充分保證。

2.表面噴砂：

① 表面清潔：去除被噴表面的各種污染物，特別是油脂、污垢、氧化皮、銹、腐蝕物。工作面清潔度達到GB8923-88《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》中規定的Sa3.0級。

② 表面粗糙：涂層與基體的結合以機械結合為主，這就要求基體前處理不僅要除油除銹，還要粗化表面，使用面具有一定的粗糙度。表面粗糙度達到GB11373-89中規定的Rz60～90μm，對管壁厚度不會造成任何損傷。

噴砂處理的目的

a、增大涂層層與基體的接觸面積，提高涂層結合度。

b、增加涂層材料與基體表面的相互鑲嵌、咬合，起到“錨鉤”作用，提高涂層與基體的附著力。

3、活化表面：

噴砂給涂層提供了活性表面能力：如晶格缺陷、塑性變形，產生一定的應力狀態，以利于增加涂層粒子與基體表面附著力，提高涂層顆粒與基體的微冶金結合能力。活化效果分析如下：

① 噴砂使工件表面在經過砂粒的反復打擊后形成一定的殘余壓應力，盡管該應力數值極小，但對于松馳工件在涂層過程中涂層熱應力，對提高涂層的結合強度有利，同時也可以提高工件的疲勞強度。

② 涂層可除去工件表面上的有機污染物和氧化層，并能增大金屬表面晶粒的塑性變形和造成晶格缺陷，使基體表面處于容易發生化學反應的狀態，有助于涂層顆粒與基體表面間的物理化學結合強度。

③ 噴砂對管壁厚度損傷說明：噴砂只是噴除表面的污雜物，其噴除管壁厚度≤15μm，此厚度薄，對整個管壁厚度不會產生影響，其次噴砂作業不會產生對管壁的拉裂和吹損，第三噴砂作業是均勻進行的，整個表面的厚度減損是一致的，綜上所述噴砂作業只是對爐管達到干燥、清潔、活化表面，提高涂層結合強度一種行之有效方法，不會損傷管壁厚度。

所以工件涂層前進行噴砂處理是極為必要的。而且噴砂后的工件應盡快進行涂層，時間越短表面活化效果越好，涂層質量越高。

A 噴砂要求：先選用12～20目石英砂對工件表面進行粗噴，使其表面清潔度達到Sa3.0級，然后再次用用12～20目石英砂進行表面糙化處理，表面粗糙度達Rz60～90μm，所用砂粒須清潔、干燥，噴砂區域設圍護及其它回收措施，確保不污染周圍環境，經現場工程師確認后方可進行噴砂。對達不到預處理要求的部位需進行重新噴砂，在進行重新噴砂時要注意對合格部位的保護。

B 噴砂機選用： TS9015型高效噴砂設備

C 壓縮空氣質量要求：利用現場氣源或自備空壓機，排氣流量≥6m3／min，工作壓力0.55～0.8Mpa。

D 操作方法：噴砂距離150～200毫米，噴砂角度與基體50～70℃。

E操作順序及檢驗要求：先用石英砂粗噴一遍，完全清除表面積焦、積渣，再用石英砂涂層一遍，清除表面氧化層，再用石英砂細噴一遍，清除爐管表面裂紋中雜物。噴石英砂及鐵砂作用僅僅是糙化基材表面，達到涂層要求的表面粗糙度，而不會對管壁厚度造成任何損傷，用粗糙度樣塊對照檢驗，噴砂后管壁表面應干燥，無灰塵、無油污、無氧化皮、無銹斑及其它雜物，基材表面呈現均質的灰白色金屬外觀。

F 在涂層前應檢查預處理的表面：發現有銹蝕或部位不合格的應重新進行處理，合格后用測厚儀對管壁進行測厚δ1。若發現有嚴重減薄或裂紋現象時，提請甲方換管或補強。經過噴砂處理的管子須在4-6小時內進行涂層，涂層之前要檢查涂層管子上是否還留有余灰，可用壓縮空氣將余灰等清除干凈再實行涂層。

F涂層方式：為防止在涂層過程中產生局部溫度過高，在實際操作中控制層間溫度不得高于800C。在每個施工區域或每天施工區域交界處應設計出過渡層，在過渡層處涂層厚度應由厚到薄并設明顯標記。在具體施工中我公司確定在夜間進行噴砂，白天進行涂層工作。采用井字型涂層方式，分層、分區作業，局部區域涂層達到工藝設計厚度后再移換到其他區域，確保涂層層的厚度均勻及結合力，防止出現漏噴現象。涂層完畢后，應進行涂層質量檢驗，并測量厚度 δ2，若   δ2-δ1≥0.7毫米，判定合格，可進入下一道工序，否則對不合格部位應進行補涂層。

納米硅晶膠水冷壁施工實例

G流程：

H操作注意事項：

a 分塊作業，局部區域涂層達到設計厚度后再移換到其他區域，搭接部位設置辯認標志。操作時，層間溫度不得高于80℃。

b 涂層前應在試板上試噴，以便調節電壓、電流、送絲速度、壓縮空氣流量，檢查氣路的活接頭及軟管接頭，不得有漏氣現象。如發現送絲不穩、電弧不穩定燃燒、嚴重漏氣等特殊現場應及時檢查、調整。調節電壓時應斷開主回路，以免損傷涂層電源。

注：涂層過程中燒損的導電嘴磨損應及時更換，加工精度不合格的導電嘴禁止使用。

4、質量說明

A、噴砂質量：

選用12～20目優質石英砂去除管壁表面氧化皮，直至管子表面露出金屬光澤，使表面清潔度達到GB8923-88《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》規定的Sa3.0等級。

B、涂層質量：

① 涂層外觀：涂層層要均勻、光滑、致密性強、無起皮、龜裂、脫落等不正常現象，表面平整、光潔、致密、不起塵和不鼓泡，基材不變形，膨脹自由不產生裂紋。

② 噴砂的磨料須清潔、干燥、無油污，顆粒粗細要均勻。

③ 經過噴砂后管子的磨損量不得超過0.08mm，表面無明顯麻點，銹蝕、渣皮等黏附物，管子一定要全部露出金屬光澤。

④ 涂層厚度：使用的缺陷在涂層厚度的把握上有如下措施：一是要求監督施工人員在操作過程嚴格按操作規范施工；二是通過涂層材料的消耗來控制涂層厚度；三是依照施工前預設參數操作，涂層代樣或現場抽取實樣用卡尺測量檢驗；四是在對金屬表面進行了噴砂處理后，先用便攜式涂層測厚儀進行較大量的取點測厚δ1，而后再在熱涂層完畢，封孔前對管壁取點測厚δ2，并對數字進行微量修正，兩平均數值之差即為涂層厚度。

⑤ 涂層結合強度(涂層與基體)：采用拉刀檢驗，使用特制拉刀，在涂層層上進行縱橫條狀況呈“#”字形拉痕，觀察其是否存在片屑狀剝落。安裝時與支架磨擦不得脫落、起皮。

⑥ 售后服務：發現問題48小時到達現場，中小修時隨時做好維護工作。

五、納米硅晶膠使用后效果 

1、提高了鍋爐的抗腐蝕磨損氧化壽命；

2、增強了鍋爐運行能力；

3、由于爐膛溫度的降低以及納米硅晶膠較低的表面能來阻止鍋爐水冷壁大面積腐蝕；

4、避免了投運水力吹灰造成的冷熱交變情況下，引起鍋爐管材變形破裂的事故發生率，提高了鍋爐運行的安全可靠性；

5、增加了鍋爐對介質的適應能力，提高了鍋爐運行的經濟性，降低鍋爐運行生產成本。

6、有效降低熱力型NOX的生成（約5%左右）。

7、涂層后鍋爐吸熱量的增加可提高鍋爐效率1%以上。

8、鍋爐的煙氣溫度的降低，使鍋爐引風機等設備的電耗相應有所降低。