燃机烟囱超音速电弧喷涂锌防腐的应用

0 引言
某电厂装有2台美国GE公司生产的9E型燃气轮机组和1台与其组合的100MW级汽轮机组, 总容量为300MW, 3台机组分别于1998年6月7日、6月17日和1999年5月13日投入商业运行。
余热锅炉为立式无补燃单压强制循环, 露天布置, 比利时CMI公司设计制造, 热交换器自下而上依次为高压过热器、高压蒸发器、高压省煤器和低压蒸发器。所有热交换器连同外壳都是采用悬挂在锅炉的主钢架结构上。
每台余热锅炉各配置了1台主烟囱, 标高从33.7m至60m, 直径ф6000, 从上至下共分7层, 用不同的厚度的钢板卷制焊接而成, 材质为Q-235A。主烟囱装有一台左右对开的天气挡板, 天气挡板锅炉停运时关闭, 以破坏自然通风, 保持锅炉的较高的温度, 同时也可以防止外来杂物进而锅炉。
1 概况
由于电厂地处海边, 空气常年湿度较大。加之周围化工企业较多, 雨水酸性较强。余热锅炉低压蒸发器上部炉墙内壁、主烟囱内壁、天气挡板处锈蚀较多, 在机组启停时, 常发生把内壁的铁锈冲出, 污染周围环境的情况, 也给烟囱的安全运行带来危害。
2012年, 曾对余热锅炉烟囱内壁涂刷无机磷酸盐富锌底漆和有机硅耐高温面漆, 进行油漆防腐处理, 但随着烟气的冲刷, 停机发现烟囱内壁防腐层有剥落的现象, 防腐效果逐渐失去。
2 防腐方案选择
要解决余热锅炉烟囱内壁防腐问题, 最直接方法是将烟囱更换成304不锈钢或者烟囱内部衬不锈钢板, 但更换烟囱对施工场地要求高, 施工难度高, 部分烟囱设施如:天气挡板、爬梯、外保温等设备要重新拆装, 费用较高。
烟囱内部衬不锈钢板的方法也存在施工难度高, 焊接缺陷可能导致衬里泄露, 影响衬里稳定性等问题。
对烟囱防腐蚀和磨损各种方法综合考虑, 认为比较理想的方法是采用超音速电弧热喷锌防腐, 超音速电弧喷涂技术是利用电弧将连续送进的金属丝熔化, 采用拉伐尔喷嘴, 将气流的速度提高到超音速, 用压缩空气将熔化的丝材雾化, 高速雾化金属粒子喷向钢铁基体表面, 在基体表面形成结合强度高、孔隙率低、涂层均匀度高、致密性好的涂层。涂层表面喷涂后产生空隙必须用低密度涂料进行封孔处理, 形成均匀平整的复合涂层, 从而提高涂层抗腐蚀耐磨、隔热性能, 延长涂层寿命。
根据工艺, 热喷锌涂层对钢铁基体有较好隔离保护作用, 而且由于锌的电极电位比钢低, 可以使钢铁阴极化而受到保护。为确保施工达到预期效果, 项目策划前期对烟囱筒体进行了热喷锌试块试验, 通过一段时间的运行, 没有出现涂层脱落、起皮、鼓泡、裂缝等情况, 试验效果良好, 满足烟囱内壁防腐要求。
3 施工流程
施工流程:施工前准备—喷砂除锈—喷锌作业—检测涂层—封孔处理—检测封孔涂层。
3.1 施工前准备
喷涂作业区域在主烟囱内部施, 施工前在余热锅炉低压蒸发器上部搭设设备防护平台及脚手架, 并在防护平台上满铺防火材质的防尘隔离布, 防止施工时产生的砂尘进入下部热交换器。
3.2 喷砂除锈
喷砂工穿戴好防尘防护服, 使用喷砂设备对烟囱内壁表面进行喷砂除锈工作。从上至下进行喷砂, 喷砂所用材料为质坚有棱角的特级石英砂 (按国家标准) 且必须净化, 防止砂内混入杂质。
除锈后清洁度达到Sa3.0级, 当看不出表面粗糙度变化时, 再继续喷原喷砂除锈时间的25%, 以确保粗化处理后的表面粗糙度达到《热喷涂金属预处理通则》中规定的Rz40-80um要求, 将烟囱内壁表面的泥沙、油污、氧化皮、浮锈、毛刺等完全清洁去除, 并露出灰白色金属光泽。
喷砂结束后应在1小时内开始喷涂, 最长放置时间不得超过4小时内进行喷涂, 以保持烟囱内壁表面有较高活化度。
3.3 喷锌作业
使用超音速电弧喷涂设备对烟囱筒壁进行喷涂, 喷涂材料为喷涂用锌, 涂层厚度为0.15-0.2mm, 喷涂层厚应分3-4次完成。喷涂表面要求达到均匀、平滑、光洁、致密的效果, 孔隙涂层孔隙率小于1%, 界面结合强度大于45MPa, 基材不变形。
3.4 检测涂层
喷涂完成后, 进行外观检查, 涂层表面应致密、均匀、平滑、光洁, 没有鼓泡、裂纹掉块、大颗粒、漏喷及其他影响涂层使用的缺陷。还须使用测厚仪对喷涂厚度进行现场抽样实测, 对不合格处须进行返工处理。
3.5 封孔处理
由于超音速电弧喷涂是将熔化的丝材雾化, 高速雾化金属粒子喷向钢铁基体表面, 合金丝材在基体表面仍是颗粒状态, 金属粒子之间存在一定的空隙, 可以使用有机硅耐高温涂料来填补超音速电弧喷涂时所留下的空隙, 封孔涂层的厚度为0.10-0.15mm, 使涂层达到更好的防腐效果。
3.6 检测封孔涂层
封孔涂层完成后, 也要进行外观检查, 涂层表面要求致密、均匀、平滑、光洁, 没有漏涂、鼓泡等影响使用的缺陷。现场使用测厚仪对封孔涂层进行抽样实测, 涂层厚度要达到0.10-0.15mm, 不合格处须进行返工处理。
4 施工中应注意事项
1) 除锈后烟囱筒体表面粗糙度、清洁度应达到规定的喷涂要求, 完全除去氧化皮、锈、油污等附着物, 表面不得受潮、氧化及污染, 应尽快喷涂。
2) 电弧喷涂锌作业中, 如设备故障、停电等原因不能在规定时间内喷涂完毕则需要重新进行喷砂处理。
3) 喷涂表面的四周进行逐渐平滑过渡, 不得出现凸凹台面, 表面均匀、平滑。
4) 一定要采用渗透性好耐高温、抗腐蚀的材料作封孔材料, 否则无法封闭细孔, 留下隐患。
5) 施工中要及时清理防尘隔离布上的砂尘, 防止砂尘掉落至翅片管。
6) 喷砂操作人员必须穿戴专用喷砂服, 头盔内通干净空气、并戴好耳塞, 做好操作人员的安全防护。
5 结语
燃机烟囱进行超音速电弧喷涂锌, 经过一年的运行, 外观检查涂层完好, 未见腐蚀、裂纹、起皮、脱落等缺陷, 也未发生因腐蚀造成铁锈飞出的情况, 对烟囱内壁起到了很好的保护作用, 目前运行效果良好。
燃机机组作为调峰机组, 经常昼开夜停, 或者长时间停运, 锅炉烟囱内壁易产生腐蚀现象。对烟囱内壁进行超音速电弧喷涂, 利用涂层能对烟囱内壁表面实施有效保护, 提高了烟囱内壁表面的耐腐蚀性, 也提高了表面的耐磨性, 减少对环境的污染, 延长烟囱的使用寿命。对电厂其他易腐蚀、易磨损设备应用此技术, 可以提高设备的安全可靠性, 具有良好的社会效益和经济效益。