电站锅炉管道高温冲蚀磨损和涂层防护技术

孙桂玲 宋涛 南山集团有限公司

目前，国内发电仍然以火力发电模式为主，锅炉设备是火力发电重要设备，能够以蒸汽方式为电能生产提供支持，作用极为突出。由于锅炉无法独立使用，需要其他设备进行辅助，加之电站对于锅炉自动管控、机械化技术与安全性能有着较高的要求，所以电站一直极为注重锅炉设备保护，而管道高温冲蚀磨损作为锅炉应用重要问题之一，自然也是业界学者研究的主要对象。

1.电站锅炉管道高温冲蚀磨损

1.1 材料方面

所谓冲蚀磨损指的是，材料在松散小流动粒子冲击作用下，表面出现破坏的磨损形式。在此过程中，粒子直径通常会在1毫米以下，对于材料表面的冲击速度不会超过550m/s。一般冲蚀磨损行为会受到多种因素的影响，像粒子冲击角度以及材料坚韧程度等，整体材料高温冲蚀机理复杂程度相对较高，在高温环境中，材料力学性能会发生一定改变，且材料表面状态与结构也会发生变化，所以材料高温冲蚀磨损属于腐蚀、冲蚀以及氧化等相互作用所造成的。

1.2 飞灰方面

通过研究发现，电站锅炉过热器管道以及水冷壁管道，很容易会出现飞灰以及煤灰沉积问题，是造成高温冲蚀磨损问题的主要原因，同时省煤管道以及再热器也会经常出现飞灰冲蚀磨损问题。表明飞灰问题会对锅炉造成极为严重的影响，是造成锅炉管道冲蚀磨损的重要原因之一。金属材料磨损冲蚀量很容易会受到锅炉所处环境的左右，像环境温度、冲蚀时间以及靶材性质等，都会对磨损冲蚀量形成影响，需要妥善对这一问题进行处理。造成这一问题的主要是因为，电站锅炉燃烧多以混合煤等材料为主，煤粉在燃烧之后会形成高温烟气，在烟气中主要包括飞灰、C2以及HC1等物质。在燃烧后的煤灰中，硬质高熔点颗粒以SiO为主，会对飞灰冲击形成辅助，进而加剧冲蚀磨损程度。

此外过热器弯头迎风面的烟气温度在900℃左右，飞灰冲击速度在15-40m/s范围内，而管内进出口过热蒸汽温度在500℃左右，炉管表面温度在650℃左右，管壁在结焦时的温度可以达到750℃左右。过热器管道的对流受热面在持续高温的工作状态下，很容易会受到高温腐蚀以及氧化等作用，管道表面受损较为严重。如果省煤器受到500℃左右，且流速在8m/s飞灰冲击时，甚至会因为飞灰长期冲击，而造成管壁减薄发生爆炸的状况。

一般在对飞灰问题进行处理时，首先就对燃煤品质进行严格筛选，会通过对高品质燃煤的运用，降低Si2等颗粒物质的产生量；其次会对锅炉管道结构进行调整，以降低飞灰对于管道的影响；再次应定期检查管道，并要及时对问题管道进行更换；最后应对管道实施耐腐蚀、耐高温涂层施工。因为高温冲蚀问题多作用于管道表面，所以建议运用热喷工艺实施涂层保护技术施工。

2.涂层防护技术

在此将从技术应用性能、金属涂层、陶瓷涂层等几方面入手，对电站锅炉管道涂层防护技术展开深度探究。

2.1 陶瓷涂层分析

由于陶瓷材料有着较为突出的耐高温以及冲蚀抵抗性能，所以技术人员可通过对陶瓷材料的运用，达到良好管道保护效果。但需要注意的是，在使用陶瓷材料制作涂层时，还存在着材料成本昂贵以及在外部强烈冲击下，材料表面会出现裂纹等方面的问题，其保护性能会随之受到破坏，所以从抗疲劳角度来看，更加推荐金属涂层。在对陶瓷涂层进行使用时，要明确其实用性不足的问题，要在进行陶瓷安装过程中，利用火焰喷涂以及HVOF等技术，对其使用期限进行延长。

2.2 技术应用性能分析

就实践情况而言，现阶段已经有多种材料涂层都在锅炉管道防护工作中得到了应用，且无论是哪种土层，都能达到基本性能要求，所以运用涂层防护技术，对锅炉管道进行保护极为可行。

为达到最佳防护效果，所使用涂层需要具备以下几个方面的性能：①通过对锅炉管道高温冲蚀磨损现象的分析，可以发现在使用涂层进行保护时，涂层不仅要具备较高的抗氧化性能，同时还要拥有良好的耐磨损冲蚀以及耐腐蚀性能；②按照上文所述，飞灰是造成管道冲蚀磨损的重要原因，所以涂层还需要具备一定水平的飞灰抵抗能力，要能够在高温环境中对飞灰进行有效抵抗；③由于防护对象会长时间处于高温环境之中，所以涂层要具备较高水平的抗热性能，要有抵抗硫化气体、氧化作用以及高温外部条件作用的能力；④涂层应具备良好抗疲劳性能，要保证在锅炉多次停机的状态下，其可以始终发挥保护作用；⑤涂层自身结合机体强度以及致密性要达到相应标准，涂层工艺也要尽量简便，要保证其成本可以被控制在合理范围之内，以对涂层技术推广与使用奠定良好基础。

2.3 金属涂层分析

金属涂层材料多以合金材料为主，拥有良好抗高温以及冲蚀抵抗能力，与不锈钢材料性能较为相近。就其与应用基体结合能力而言，金属是制作涂层的最佳材料，综合应用价值相对较高，可以对电站锅炉管道形成有效防护，且抗腐蚀以及抗疲劳性能较为理想。相较而言，金属涂层施工工艺种类较为丰富，像等离子喷涂以及火焰喷涂等，都可以高质量完成相应任务。

结束语:由于电站锅炉内部构造相对较为复杂，使用安全隐患相对较多，因此电站应加大对锅炉管道的重视程度，要对管道高温冲蚀磨损问题展开深度研究，并要做好涂层防护技术分析与运用，要按照锅炉管道实际情况，科学展开各项保护措施，以将管道冲蚀磨损问题发生可能性控制在最低，保证管道性能可以始终保持最佳状态，从而有效降低因管道问题所造成的各种锅炉故障与事故，以为电站安全运转提供有利支持。