燃機煙囪超音速電弧噴涂鋅防腐的應用

0 引言
某電廠裝有2臺美國GE公司生產的9E型燃氣輪機組和1臺與其組合的100MW級汽輪機組, 總容量為300MW, 3臺機組分別于1998年6月7日、6月17日和1999年5月13日投入商業運行。
余熱鍋爐為立式無補燃單壓強制循環, 露天布置, 比利時CMI公司設計制造, 熱交換器自下而上依次為高壓過熱器、高壓蒸發器、高壓省煤器和低壓蒸發器。所有熱交換器連同外殼都是采用懸掛在鍋爐的主鋼架結構上。
每臺余熱鍋爐各配置了1臺主煙囪, 標高從33.7m至60m, 直徑ф6000, 從上至下共分7層, 用不同的厚度的鋼板卷制焊接而成, 材質為Q-235A。主煙囪裝有一臺左右對開的天氣擋板, 天氣擋板鍋爐停運時關閉, 以破壞自然通風, 保持鍋爐的較高的溫度, 同時也可以防止外來雜物進而鍋爐。
1 概況
由于電廠地處海邊, 空氣常年濕度較大。加之周圍化工企業較多, 雨水酸性較強。余熱鍋爐低壓蒸發器上部爐墻內壁、主煙囪內壁、天氣擋板處銹蝕較多, 在機組啟停時, 常發生把內壁的鐵銹沖出, 污染周圍環境的情況, 也給煙囪的安全運行帶來危害。
2012年, 曾對余熱鍋爐煙囪內壁涂刷無機磷酸鹽富鋅底漆和有機硅耐高溫面漆, 進行油漆防腐處理, 但隨著煙氣的沖刷, 停機發現煙囪內壁防腐層有剝落的現象, 防腐效果逐漸失去。
2 防腐方案選擇
要解決余熱鍋爐煙囪內壁防腐問題, 最直接方法是將煙囪更換成304不銹鋼或者煙囪內部襯不銹鋼板, 但更換煙囪對施工場地要求高, 施工難度高, 部分煙囪設施如:天氣擋板、爬梯、外保溫等設備要重新拆裝, 費用較高。
煙囪內部襯不銹鋼板的方法也存在施工難度高, 焊接缺陷可能導致襯里泄露, 影響襯里穩定性等問題。
對煙囪防腐蝕和磨損各種方法綜合考慮, 認為比較理想的方法是采用超音速電弧熱噴鋅防腐, 超音速電弧噴涂技術是利用電弧將連續送進的金屬絲熔化, 采用拉伐爾噴嘴, 將氣流的速度提高到超音速, 用壓縮空氣將熔化的絲材霧化, 高速霧化金屬粒子噴向鋼鐵基體表面, 在基體表面形成結合強度高、孔隙率低、涂層均勻度高、致密性好的涂層。涂層表面噴涂后產生空隙必須用低密度涂料進行封孔處理, 形成均勻平整的復合涂層, 從而提高涂層抗腐蝕耐磨、隔熱性能, 延長涂層壽命。
根據工藝, 熱噴鋅涂層對鋼鐵基體有較好隔離保護作用, 而且由于鋅的電極電位比鋼低, 可以使鋼鐵陰極化而受到保護。為確保施工達到預期效果, 項目策劃前期對煙囪筒體進行了熱噴鋅試塊試驗, 通過一段時間的運行, 沒有出現涂層脫落、起皮、鼓泡、裂縫等情況, 試驗效果良好, 滿足煙囪內壁防腐要求。
3 施工流程
施工流程:施工前準備—噴砂除銹—噴鋅作業—檢測涂層—封孔處理—檢測封孔涂層。
3.1 施工前準備
噴涂作業區域在主煙囪內部施, 施工前在余熱鍋爐低壓蒸發器上部搭設設備防護平臺及腳手架, 并在防護平臺上滿鋪防火材質的防塵隔離布, 防止施工時產生的砂塵進入下部熱交換器。
3.2 噴砂除銹
噴砂工穿戴好防塵防護服, 使用噴砂設備對煙囪內壁表面進行噴砂除銹工作。從上至下進行噴砂, 噴砂所用材料為質堅有棱角的特級石英砂 (按國家標準) 且必須凈化, 防止砂內混入雜質。
除銹后清潔度達到Sa3.0級, 當看不出表面粗糙度變化時, 再繼續噴原噴砂除銹時間的25%, 以確保粗化處理后的表面粗糙度達到《熱噴涂金屬預處理通則》中規定的Rz40-80um要求, 將煙囪內壁表面的泥沙、油污、氧化皮、浮銹、毛刺等完全清潔去除, 并露出灰白色金屬光澤。
噴砂結束后應在1小時內開始噴涂, 最長放置時間不得超過4小時內進行噴涂, 以保持煙囪內壁表面有較高活化度。
3.3 噴鋅作業
使用超音速電弧噴涂設備對煙囪筒壁進行噴涂, 噴涂材料為噴涂用鋅, 涂層厚度為0.15-0.2mm, 噴涂層厚應分3-4次完成。噴涂表面要求達到均勻、平滑、光潔、致密的效果, 孔隙涂層孔隙率小于1%, 界面結合強度大于45MPa, 基材不變形。
3.4 檢測涂層
噴涂完成后, 進行外觀檢查, 涂層表面應致密、均勻、平滑、光潔, 沒有鼓泡、裂紋掉塊、大顆粒、漏噴及其他影響涂層使用的缺陷。還須使用測厚儀對噴涂厚度進行現場抽樣實測, 對不合格處須進行返工處理。
3.5 封孔處理
由于超音速電弧噴涂是將熔化的絲材霧化, 高速霧化金屬粒子噴向鋼鐵基體表面, 合金絲材在基體表面仍是顆粒狀態, 金屬粒子之間存在一定的空隙, 可以使用有機硅耐高溫涂料來填補超音速電弧噴涂時所留下的空隙, 封孔涂層的厚度為0.10-0.15mm, 使涂層達到更好的防腐效果。
3.6 檢測封孔涂層
封孔涂層完成后, 也要進行外觀檢查, 涂層表面要求致密、均勻、平滑、光潔, 沒有漏涂、鼓泡等影響使用的缺陷。現場使用測厚儀對封孔涂層進行抽樣實測, 涂層厚度要達到0.10-0.15mm, 不合格處須進行返工處理。
4 施工中應注意事項
1) 除銹后煙囪筒體表面粗糙度、清潔度應達到規定的噴涂要求, 完全除去氧化皮、銹、油污等附著物, 表面不得受潮、氧化及污染, 應盡快噴涂。
2) 電弧噴涂鋅作業中, 如設備故障、停電等原因不能在規定時間內噴涂完畢則需要重新進行噴砂處理。
3) 噴涂表面的四周進行逐漸平滑過渡, 不得出現凸凹臺面, 表面均勻、平滑。
4) 一定要采用滲透性好耐高溫、抗腐蝕的材料作封孔材料, 否則無法封閉細孔, 留下隱患。
5) 施工中要及時清理防塵隔離布上的砂塵, 防止砂塵掉落至翅片管。
6) 噴砂操作人員必須穿戴專用噴砂服, 頭盔內通干凈空氣、并戴好耳塞, 做好操作人員的安全防護。
5 結語
燃機煙囪進行超音速電弧噴涂鋅, 經過一年的運行, 外觀檢查涂層完好, 未見腐蝕、裂紋、起皮、脫落等缺陷, 也未發生因腐蝕造成鐵銹飛出的情況, 對煙囪內壁起到了很好的保護作用, 目前運行效果良好。
燃機機組作為調峰機組, 經常晝開夜停, 或者長時間停運, 鍋爐煙囪內壁易產生腐蝕現象。對煙囪內壁進行超音速電弧噴涂, 利用涂層能對煙囪內壁表面實施有效保護, 提高了煙囪內壁表面的耐腐蝕性, 也提高了表面的耐磨性, 減少對環境的污染, 延長煙囪的使用壽命。對電廠其他易腐蝕、易磨損設備應用此技術, 可以提高設備的安全可靠性, 具有良好的社會效益和經濟效益。