循环流化床锅炉水冷壁管的磨损检查与防磨喷涂

李友梅

双鸭山矿业集团弘烨供热供水有限责任公司锅炉厂，黑龙江双鸭山 155100

近几年，我单位在对虹焱热电公司的5台40T循环流化床锅炉大修中发现了一个共性的问题，就是水冷壁管磨损比较严重，常引起泄漏、爆管。经过摸索，通过在循环流化床锅炉炉膛内直接喷涂金属耐磨层，使水冷壁管因磨损泄漏、爆管事故得到有效控制，并在循环流化床锅炉磨损检查与炉内直接热喷涂质量控制方面积累了一点经验。我们体会到：炉膛内直接热喷涂是提高水冷壁管耐磨性的方便快捷和经济有效的方法。

炉膛内直接喷涂金属耐磨层的目的，是提高管壁的耐磨性，防止因水冷壁管磨损而频繁出现的泄漏、爆管或大量换管。因此要达到理想效果，必须做好与喷涂相关的每个环节的质量控制。

检查管壁磨损情况、制定补焊工艺、 选择金属耐磨层、管壁喷前粗糙处理及喷涂后质量检查验收，是做好炉内水冷壁喷涂质量控制的关键环节。

1 检查磨损状况

检查管壁磨损状况是炉内防磨喷涂第一步工作，要根据各个锅炉不同磨损状况来制定喷涂方案，可做较大范围喷涂，也可做个别修补喷涂。

检查的重点一般放在水冷壁管卫燃带交界处向上1.5m范围内。要按检查需要搭好脚手架。检查方法可采取宏观肉眼察看、手摸、使用超声波测厚仪测量壁厚来进行。

循环流化床锅炉水冷壁管磨损可分为四种情形：炉膛下部卫燃带与水冷壁管过渡区域管壁磨损、炉膛4个角落区域管壁磨损、不规则区域管壁磨损和一般水冷壁管磨损。

从我们大修的5台锅炉炉膛四个角落区域水冷壁磨损、泄漏及爆管检查分析中发现，炉膛角落区域水冷壁管磨损较其它部分更为迅速和严重，是磨损引发泄漏、爆管多发区。其原因是角落区域沿壁面向下流动的固体物料浓度比较高，同时流动状态也受到破坏。

炉膛一般的水冷壁管磨损速度较慢，在运行较短时间检查，一般只发现水冷壁管被磨亮，测量壁厚减薄不大。

有的循环流化床锅炉制造厂家在锅炉制造时，在水冷壁卫燃带上(包括炉膛水冷壁四角)150mm高的水冷壁管外表面堆焊或喷涂了合金耐磨层，起到了一定的防磨作用。但是经运行后仍然发现有磨损现象。

耐磨层出现的磨损现象，说明了即使做了耐磨层的部位，也不是一劳永逸的，只可能延缓磨损，不能杜绝磨损；耐磨层以外的磨损现象，说明循环流化床锅炉水冷壁管磨损超出了卫燃带上150mm的范围。

不同型号大小的循环流化床锅炉，固体物料浓相区高度不一样，同一型号锅炉也可能因运行条件不同，固体物料浓相区高度和状态有所变化，从而造成水冷壁管磨损范围的变化。

检查中我们发现，循环流化床锅炉水冷壁管磨损高度，一般不超过水冷壁管卫燃带上1.5m，因此在这一范围内要做重点检查。

水冷壁管喷涂后，经过长时间运行也会产生磨损，应及时检查磨损状况，掌握磨损规律。对磨损部位进行再喷涂。

由此可知，检查循环流化床锅炉磨损状况是非常重要的，喷涂前要做好对水冷壁管认真、细致地检查，根据检查状况，制定炉内喷涂方案，再进行喷涂。

2 喷涂前处理

经过检查，水冷壁管已存在磨损时，根据磨损情况，喷涂前先做好处理。处理的原则是：当磨损面减薄比较均匀，没有出现局部凹坑现象，且壁厚测量大于理论强度计算值的，表面粗糙处理后即可做热喷涂；如果磨损面磨损严重，减薄比较均匀，面积大，壁厚已小于理论强度计算值的，则应做换管处理（只要检查及时可避免这种情况）；对于局部磨出凹坑，先做补焊，再喷涂；喷涂过的金属耐磨层，长时间运行磨出新凹坑时，也做补焊后再喷涂。同水冷壁管相连接的鳍片磨出凹坑，也要补焊。总之循环流化床锅炉水冷壁管壁面（包括鳍片壁面）都应顺平，凡凸凹部位都会加速磨损。

3 喷涂前的补焊

由于循环流化床锅炉水冷壁管都是用20G一类优质碳素钢管制造的，有良好的焊接性能。同时需要补焊的凹坑或面较小，因此补焊可以取得好的效果。

但是补焊必须讲究工艺，应采取小范围焊接方法。要选用小的焊条直径，小的焊接电流，断弧焊接，防止过热，以减轻焊接热影响区的影响；同时要选择技术过硬的焊工施焊，焊后要对高出管壁的焊肉打磨，使焊接部位管壁同其它管壁保持同一平面。

对喷涂过耐磨涂层的水冷壁管，经过一定时间的运行，又磨损出现凹坑时，补焊应考虑金属耐磨层中合金成分对焊接的不利影响，一般要把需补焊部位殘留的合金成分磨掉再补焊。

在补焊余高磨平后，应对补焊焊面做X射线探伤检查，检查合格才可进行下一步工作。

4 喷涂前管壁表面粗糙处理

热喷涂时，熔化的喷涂材料粒子以高速喷射到基体表面，产生撞击变形而与基体表面互相镶嵌咬合在一起，基体表面粗糙度程度的大小，直接影响喷涂层与基体的结合强度。

通过比较各种处理粗糙程度的方法，我们选用喷砂法，因为喷砂法较其它表面粗糙处理方法，涂层与基体结合强度更好，是理想的表面粗糙处理方法。

我们刚开始对循环流化床锅炉水冷壁管采取炉膛内火焰喷涂时，管壁表面粗糙处理用砂轮磨削处理，结果涂层在运行中出现局部脱落、鼓包现象。之后我们用喷砂法（铸铁砂）得到了理想的表面粗糙度，能够达到国际3a级标准，消除了因表面处理不佳对喷涂层与基体结合强度的影响。

采用喷砂对管壁进行表面粗糙处理时，要选好砂型、砂粒度、砂粒角度及气体压力和流速；同时还要注重操作者的操作熟练程度和喷砂经验，才可得到好的表面粗糙处理效果。

喷完砂后应进行质量检查，被喷砂的基体表面粗糙度要适当而均匀。表面粗糙处理后的管壁应尽快进行喷涂，以防出现氧化而影响喷涂质量。

5 炉内水冷壁管热喷涂

根据循环流化床锅炉工况条件，水冷壁管防磨热喷涂涂层应有下列要求：

1）涂层对基体必须有良好的结合，防止在运行条件下因物理和化学的作用而脱落；

2）涂层应与基体有大体一致的热膨胀系数；

3）涂层不应是严重隔热的，喷涂后的涂层要不影响水冷壁管正常的热交换功能；

4）涂层不能损害基体，尤其工件加热到高温时；

5）涂层在运行条件下，要有良好的耐磨性，耐热性和抗氧化能力；

6）有尽可能低的经济成本。

方便进入炉膛喷涂的，目前只有火焰喷涂和电弧喷涂。我们在循环流化锅炉炉膛内采用电弧喷涂水冷壁管，因为电弧喷涂在结合强度、喷涂效率、经济性和安全性方面优于火焰喷唋。我们选用北京廊桥表面技术发展有限公司LX88A喷涂材料，取得了很好的效果。用LX88A喷涂丝材喷涂，涂层与管壁结合良好，硬度高（一般现场测试HRc50-60），耐磨性能强。

电弧喷涂操作要注意控制以下几点：

1）调整好电缆长度与线径比。电弧喷涂进入炉膛内，电缆一般要加长，这时要考虑长电缆对电弧电压和电弧电流产生的影响，做好调整。电缆加长，回路电阻增加，线损加大。如果不加调整，将影响电弧状态，甚至不能正常工作。解决的方法一般在电缆增加较长时，要加粗电缆线径，调整好长度与线径比，使回路电阻值变化较小。同时电压指示也适当调整，以电弧稳定和电缆发热不超过额定值为准；

2）控制好喷枪的喷涂角度、弧长和喷枪移动速度；

3）控制好压缩空气质量和空气压力。压缩空气要过滤净化，在规定的气压范围内，气压尽量调得大些并保持稳定，这样可提高雾化效果和粒子喷射速度，得到质量高的涂层；

4）炉膛水冷壁管鳍片应喷涂，炉膛四角水冷壁管喷涂层适当加厚；

5）要尽可能在水冷壁管粗糙度处理面范围内喷涂层。由于炉膛内水冷壁管喷涂是局部喷涂，喷前粗糙处理（喷砂）也是局部的，喷涂操作时涂层如果超出粗糙处理面范围外的光管上，光管处涂层在锅炉运行中很容易脱落，在粗糙面和光管交界处喷涂层会出现断碴，涂层出现断碴容易引起炉膛内固体磨粒改变方向，撞击断碴，迅速磨损管壁。

6 喷涂质量检查验收

1）了解用于喷涂的材料性能，尤其要查看喷涂材料厂家提供的材料质量证明书。以LX88A喷涂丝材为例，厂家提供的材料性能检验数据：涂层孔隙率：1%、涂层硬度：HRc70、涂层结合强度：58MPa～60MPa、沉积效率：约80%。

2）宏观检查

（1）涂层喷涂范围检查：要求的涂层喷涂范围要喷涂到位，涂层应喷在粗糙处理过的壁面上，溅到光管上的涂层应尽量少而薄；

（2）涂层喷涂厚度检查：在喷涂现玚加试样管，喷涂后抽取样管断面，确定涂层厚度。也可根据喷涂面积与材料用量估算涂层厚度；

（3）涂层面要平整，粒度均匀，不应出现粘丝，适当用力敲击观察涂层附着情况。

3）硬度测试

（1）仪器：手持式里氏硬度仪，硬度种类HRc；

（2）表面处理条件：被测点表面粗糙度小于0.4μm；

（3）硬度值：依据喷涂方案要求，参考喷涂材料生产厂家提供的硬度值数据来评价。

7 结论

采取在循环流化床锅炉炉膛内做热喷涂，以达到控制水冷壁管严重磨损的做法，可结合循环流化床锅炉水冷壁管磨损实际状况来施行。结合磨损状况的检查和补焊做炉内热喷涂，可最大限度减少水冷壁管换管量，并扩展了水冷壁管防磨喷涂的途径；即可在炉膛内做大面积的喷涂，也可对个别磨损(包括喷涂过的涂层局部再磨损)做喷涂。总之这些体现了它的灵活性、方便性、经济性。用户已从中受益，我们也在施工中取得了一定的防磨喷涂经验。

[1]吕俊复，张建胜，岳光溪主编.循环流化床锅炉运行与检修.北京：中国水利水电出版社，2003.

[2]岑可法，倪明江，骆仲泱，等.循环流化床锅炉理论、设计与运行.中国电力出版社，1998.