刘恩生
（华电国际技术服务分公司 山东 济南 250014）
摘 要：火电厂锅炉形式以燃煤锅炉为主，由于水冷壁高温腐蚀减薄，造成机组非计划停运次数增加，更换减薄超标水冷壁管造成损失非常巨大。本文重点对水冷壁喷涂防护的原理、工艺和质量控制进行了详细论述，对激光熔覆技术应用情况、质量控制要点等进行了介绍。
关键词：高温腐蚀；防护措施；喷涂；激光熔覆
火电厂煤粉锅炉受热面在高温烟气环境下，在管壁温度较高处，金属材料与氧、硫、氯、钾、钠等元素所发生反应造成的烟气侧金属腐蚀即高温腐蚀。受热面的腐蚀、磨损、氧化本身是正常的物理和化学过程，其影响因素复杂，主要与火焰与烟气的温度、灰分和烟气颗粒冲蚀、烟气成分等有关。
水冷壁高温腐蚀防治方向主要包括煤质控制和掺配、运行调整、设备技术改造和表面防护等方面。煤质仍是最主要影响因素，应综合煤价、煤耗指标、防高温腐蚀需求和投入等直接、间接成本综合确定合适煤种。细化掺配掺烧，控制入炉煤煤质。严格控制煤粉的细度，保证煤粉其均匀性。同层燃烧器的风粉最大限度的保持均匀，热负荷能够沿炉膛宽度均匀的分布，防止局部高热负荷[2]。总体上，由于煤质来源难以调整，掺烧受煤种、煤质、煤量等限制，减缓高温腐蚀设备改造的技术尚无非常成熟完善的技术。目前，各单位普遍采取了喷涂等加强表面被动防护的措施，提高水冷壁管防腐耐磨能力，延长使用寿命。但从喷涂效果反馈看，由于部分专业技术人员对喷涂工艺不够熟悉，过程控制不细，验收把关不严，很多单位喷涂后后一两年内甚至更短时间又出现了腐蚀减薄加剧的情况，结合喷涂过程中各关节环节，应把控好质量验收要点。
1 喷涂防护工艺质量控制要素分析
热喷涂指具有涂层结合强度和内聚强度高，孔隙率低，涂层均匀，致密性高，喷涂成本低，操作简单，易于现场操作等特点，在火电厂中使用范围较广[3]。
喷涂材料应具有与基体材料相近的热膨胀系数和导热系数，应根据不同防磨、防腐蚀要求，有针对性的选用。一般电厂要求使用较多的45CT焊丝为高铬镍基焊丝，美国进口，化学成分为Cr45%，Ti<4% ，其余为Ni，在高温下能与基体产生冶金结合，形成致密、均匀的耐高温腐蚀涂层。
1.1 喷涂质量控制关键
受热面防腐喷涂工程的工序为设备材料验收—喷砂—清扫—中间验收—喷涂—清扫—中间验收—封孔—最终验收。
1.1.1设备材料验收主要包括喷砂磨料和焊丝的验收。防腐喷涂材料要求Cr、Ni含量应在42%以上，涂层硬度不低于50HRC。进口焊丝（如45CT）验收时，应核对书面质量证明材料和查验进口海关关单。验收应对材料随机取样，将喷涂丝材融化打磨后进行光谱分析。
1.1.2表面喷砂预处理
水冷壁管子表面预处理按照GB11373-89《热喷涂金属件表面预处理通则》进行，采用一定粒度的砂粒冲击表面，达到需要的清洁度和粗糙度。工作面清洁度达到GB8923-88《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》中规定的Sa3.0[4]。粗化处理的目的是增大接触面积，提高粘合吸附力。
1.1.3 喷涂
喷砂使被喷涂表面形成活化能力，工件表面在经过砂粒的反复打击后形成一定的残余压应力，对提高涂层的结合强度有利，提高冶金结合能力，提高抗疲劳强度[4]。
喷涂层外观厚度均匀，目测喷涂层应平整、致密、不得有夹层、起皮、气孔、鼓泡、颗粒粗大、裂纹、漏喷等缺陷[3]。涂层厚度控制方面，一般在技术协议中，通过喷涂材料单位面积的消耗重量来控制。喷涂完毕后对管壁第二次定点测厚，检测合格后，方可进入下一道工序。
1.1.4 封孔
涂层未封孔前存在孔隙，为防止腐蚀介质透过孔隙到达基材，喷涂后必须进行封孔处理。一般选用高铬封孔剂来填补涂层的空隙，使涂层能够达到更好的防磨、防腐效果，提高表面光洁度。
2、喷涂质量验收
现场喷涂时，应按技术协议要求留足试样以备质量检测和验收。涂层质量检测包括外观检查、无损检测与破坏性抽检。外观检查可以用肉眼或低倍放大镜进行。硬度按照《金属热喷涂涂层表面洛氏硬度试验方法》（GB8640-88）测量，需要做专门的试样。验证涂层结合强度可用拉刀及锉刀在喷涂层上进行井字型拉痕试验，应无片屑状剥落。
厚度测量方面，每平方米喷涂面积测点应不少于5个，非磁性材料使用涂层测厚仪进行测量。
3.激光熔覆技术应用
喷涂技术虽然技术成熟、施工方便、造价低等，但在火电厂工程实际应用中，低价中标导致施工采用的喷砂材料、喷涂材料质量难以保证。由于喷涂一般安排在受热面换管工作结束后水压试验前进行，工期紧，交叉作业多，施工过程和质量验收标准不易控制，加之机组启动后受煤质变化、运行调整等因素影响，即使在下次机组停运检查中发现涂层脱落或磨损，也无法确定为喷涂质量问题，因此，部分电厂尝试采用了激光熔覆表面防护的工艺。
激光熔覆显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的[5]。激光熔覆使用寿命可达热喷涂涂层的8倍以上。熔覆对基体热影响区深度小于0.3mm，对换热效率影响极小。
山东某火电厂在水冷壁高温腐蚀严重区域试用喷涂防护效果不佳，经充分调研和对比、论证后，使用了高温耐磨陶瓷—镍铬合金复合材料表面防护。陶瓷-镍铬合金复合材料主要成分包括二碳化三铬、镍、铬以及其它金属材料。其中，二碳化三铬即碳化物陶瓷，具有高熔点、高硬度特点。通过添加镍元素，提高硬度和增加韧性。通过添加铬元素，提高硬度和抗高温氧化性。激光熔覆层硬度大于1100HV，远高于热喷涂层的硬度（600-800HV）。由于加工工艺和加工速度的制约、对加工环境的要求，激光熔覆技术无法在锅炉现场施工，一般采用新管进行激光熔覆后现场更换的方式。新管在加工前应进行宏观检查、表面探伤，确保无裂纹、无划伤。炉管两端应留出不少于30毫米的过渡段不熔覆，便于现场焊接。熔覆控制主要参数包括熔覆层厚度为0.6至0.8毫米，改变母材厚度小于0.3毫米，管子表面激光融化扩散层小于150微米。焊口及热影响区域不应有激光熔覆材料，避免焊接时熔覆层材料扩散到焊缝而引起焊缝强度降低。激光熔覆完成后，应用电动角磨机将焊口附近区域熔覆层去除，炉管表面不能出现凸台。
4.结语
采用热喷涂、激光熔覆等表面防护措施，有效保护水冷壁管表面，可有效缓解高温腐蚀对受热面的腐蚀减薄，大量节省检修费，减少或避免受热面泄漏导致的机组非计划停运，降低运行成本，提高设备可靠性。在进行喷涂施工组织中，应从到货验收、施工过程质量控制和检测验收等方面加强管理，确保达到理想的防护效果。激光熔覆综合价格较高，且无法现场施工，目前还应用较少，对于局部更换难度大、一旦泄漏影响大的供热机组等，激光熔覆仍不失为综合性价比较高的一种选择。?
参考文献
[1] 许士学等 火电厂锅炉水冷壁高温腐蚀机理及防腐措施探讨，北京电力高等专科学报[J]，2011.05，76-76
[2] 张翔 邵国桢 大型锅炉水冷壁高温腐蚀探讨，锅炉技术[J] 2002.08，33（8）：9-13，
[3] 张熊亚等 600MW机组受热面防腐防磨喷涂技术应用，全国火电大机组（600MW级）竞赛第十二届年会[C]，2008.09.01，47-52
[4] 文卫东 超音速电弧喷涂技术在锅炉防磨防腐中的应用[J]，南方金属，2010.11.30，53-55
[5] 杨宁，杨帆 激光熔覆技术的发展现状及应用[J]，材料热处理技术，2011.04，118-120
作者简介：
刘恩生(1976年1月)，男，硕士，高级工程师，单位：华电国际技术服务分公司，通讯地址：山东济南市经十路14800号华电大楼，250014。从事电厂技术研究技术服务工作。