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寶鋼電廠0號機組低壓煤壓機葉片(防腐設計方案、設計依據)
發表時間:〖2019/2/8〗    瀏覽次數:〖16892

一、低壓煤壓機工作狀況
    1、葉片工作溫度
    進口溫度:60℃,出口溫度:271~C
    2、介質成份
    CO:22.9%v/v    C02:23%v/v
    H2:3.40/v/v        N2:50.7%v/v
    H2S:6.1mg/m3 S02:0.13mg/m3
    少量Cl及水汽等。
二、低壓煤壓機葉片腐蝕原因分析
(1)H2S腐蝕
    H2S在水中的溶解度比較高,因而具有強烈的腐蝕性,一般認為H2s會加速金屬的電離反應,并進一步生成硫化物,當生成的硫化物致密且與基體結合良好時,對腐蝕有減緩作用,但當生成的硫化物不致密時,可與金屬基體形成強電偶,反而促進了基體金屬的腐蝕,另外,當金屬表面中有硫化物存在時,硫化物在一定程度上阻止了氫原子向氫分子的轉變,氫原子在金屬表面的缺陷等部位結合成氫分子,體積膨脹,產生氫壓,在氫氣聚集區附近,基體內部形成拉應力,加上基體內應力的協同作用,就形成氫致開裂和硫化物應力腐蝕開裂。在硫化物應力腐蝕破
裂中,H2S對腐蝕起著主導作用,水是引起腐蝕的必要條件,C02的存在會促進腐蝕,把引起鋼這種腐蝕環境條件稱為H2S-CO2-H2O系統腐蝕。
(2)C02腐蝕
    C02溶于水后對金屬有極強的腐蝕性,在相同的PH值—卜,其總酸度比鹽酸高,因此,它對金屬腐蝕比鹽酸更嚴重,C02腐蝕最典型的特征是呈現局部的腐蝕、輪癬狀腐蝕和臺面狀坑蝕,其中臺面狀坑蝕是腐蝕過程最嚴重的一種情況,這種腐蝕的穿孔率很高,腐蝕速率通常可達3-7mm-a,在厭氧的條件下,可以高達20mm/a。
(3) C1腐蝕
    C1—是典型的孔蝕離子,經腐蝕過的孔有大有小,有深有淺,一般孔表面直徑等于或小于孔深,但也有坑狀碟形淺孔,C1先破壞葉片表面上的鈍化膜,鈍化膜在局部先破壞,微小破口暴露的金屬成為電池的陽極,周圍的未破壞的鈍化膜成為陰極,陽極電流高度集中,使腐蝕迅速向內發展,形成蝕孔,蝕孔形成后,孔外部為腐蝕產物阻塞,內外的對流和擴散受到阻滯,孔內形成獨特的閉塞電池,孔內的氧迅速耗盡,只剩下金屬腐蝕的陽極反應,陰極反應氧離子化完全移到孔外側進行,因此,孔內很快積累了帶正電的金屬離子,為了保持電中性,帶負電C1-外遷移入孔內,C1-增濃,金屬離子水解產生H+,孔內PH值下降,H+和C1-形成腐蝕強烈的鹽酸,當孔內PH值下降到某一臨界值,腐蝕率突然上升,形成加速腐蝕,孔內產生陰極加氫反應,孔蝕由閉塞區酸性電池控制。蝕孔形成后,是否深入發展直至穿孔,由于影響因素復雜,難以預測,一般孔小,電流集中,深入發展的可能性大,如孔多又淺,閉塞程度不大,穿孔的程度較小。
(4)氣體流速引起的磨損腐蝕
    金屬表面受高流速和湍流狀的氣體沖擊。同時遭到磨損和腐蝕的破壞,稱為磨損腐蝕,金屬在高速氣流沖擊下,在化學介質的協同作用下,保護膜破壞,破口處裸金屬加速腐蝕,如果流體中含有固體顆粒,磨損腐蝕更為嚴重。
(5)S02腐蝕
    s02足一種弱酸性氣體,它所引起的腐蝕主要是均勻腐蝕,被蝕金屬與肋:反應時,一方面在其表面形成溶有s原子的氧化皮或是溶有硫化物的氧化皮,另一方面,在金屬內部深處溶入的硫與活潑元素組成相應的硫蝕相。另外,鎳對S02污染特別敏感。
    總之,從以—[:介質和腐蝕原因來看,葉片的腐蝕屬于多介質,多種類復合型腐蝕,各個介質之間的協同作用比單一介質的腐蝕要強,由于腐蝕的產生,葉片在高變應力作用下,在腐蝕坑點形成應力集中,這樣長時間使用易產生疲勞應力微裂紋,這個微裂紋不斷擴展造成疲勞斷裂。
三、低壓煤壓機葉片防腐的基本要求
  1、防腐材料耐輸送介質的腐蝕。
  2、防腐材料耐一定氣流流速引起的磨損腐蝕。
  3、防腐材料在有效使用期內,不脫落,不開裂,滿足抗滲性要求。
  4、防腐層的耐溫性應大于最高使用溫度,該葉片防腐層的耐溫性應在300℃以—上。
  5、防腐層導熱,耐高低溫循環。
四、多種金屬和非金屬防腐材料性能的對比:

名  稱
施工方法
粘接強度
在使用溫度下是否同時耐所輸送介質
耐溫要求
不銹鋼類
熱噴涂
符合
符合
鋁及鋁合金
熱噴涂
符合
符合
銅及銅合金
熱噴涂
符合
符合
鎳及鎳銅合金
熱噴涂
符合
符合
鎳  鋁
熱噴涂
符合
符合
高鉻鎳合金
熱噴涂
符合
符合
鎳  鉬
熱噴涂
符合
符合
Ti絲
熱噴涂
符合
符合
SiC-Al2O3
熱噴涂
符合
符合
TiO2-Al2O3
熱噴涂
符合
符合
橡  膠
硫化
不符合
不符合
尼  龍
熱噴
不符合
不符合
聚乙烯
熱噴
不符合
不符合
聚氯乙烯
噴涂
不符合
不符合
胺固化環氧
噴涂
不符合
不符合
環氧聚酰胺
噴涂
不符合
不符合
聚氨脂
噴涂
不符合
不符合
不飽和樹脂
噴涂
不符合
不符合
酚  醛
噴涂
不符合
不符合
呋    喃
噴涂
不符合
不符合
高分子樹脂一橡膠
噴涂
不符合
不符合
聚四氟乙烯聚三氟乙烯氯化聚醚
熱噴涂高溫淬火水處理
不符合
不符合
無機涂料
噴涂
符合
符合
有機硅鋅粉涂料
噴涂
符合
符合
有機硅鋁粉涂料
噴涂
符合
符合
有機硅陶瓷涂料
噴涂
符合
符合
低熔點玻璃
噴涂
符合
符合

    經過比較可以看出,有熱噴涂Ti絲、SiCl12O3、Ti02-al2O3噴涂有機硅陶瓷涂料,燒結低熔點玻璃符合葉片防腐要求。
五、防腐方案及操作工藝
    方案(一)噴涂耐腐蝕性好的金屬或A12O3基陶瓷材料涂層
    1、操作工藝
    噴砂除銹Sa2.5級一Lg-2化學清洗一噴涂鎳鋁復合打底層一噴涂SiC-AL2O3、TiO2-AL2O3或Ti絲一抽真空浸封孔防腐材料。
    防腐層整體厚度:200—300um
    2、工藝性能
       ①噴砂除銹:粗化金屬表面,提高粘接強度,噴砂后實際粘接面積比不噴砂粘接面積提高20%。
       ②Lg—2化學清洗:集脫脂、除油、化學清洗為一體,能和金屬及非金屬發生化學反應,改變界面的特性,使防腐層和金屬之間的物理結合變為化學結合,大大提高防腐層與金屬之間的粘接強度,且能起到應力松散層作用,減少由于溫差應力對防腐層的破壞。
       ⑧噴涂鎳鋁復合打底層:復合化的組成元素之間發生放熱反應,提高噴涂粘接溫度,可與金屬基體形成“微合金”結合,涂層致密,抗沖擊和粘接力強,具有一定的韌性,結合強度在55Mpa以上,是高硬材噴涂的應力松散層和金屬結合的過渡層。
       ④噴涂SiC-厶J20,、Ti02-A[203、T1絲:SiC陶瓷是——種非氧化物陶瓷,它和碳化鈣,碳化鈦等同屬碳化物類。A1203是一種氧化物陶瓷,TiO2是一種金屬氧化物,SiC-Al2O3和TiO2-Al2O3都屬于Al2O3基的陶瓷噴涂材料。Ti絲屬于金屬材料,噴涂時需惰性氣體保護,防止氧化,從耐腐蝕角度來看,三者均能滿足抗腐蝕性:從耐磨角度出發,SiC-Al2O3>TiO2-Al2O3>Ti絲;從造價角度出發,SiC-Al2O3>Ti絲>Ti02-Al2O3。
       ⑤抽真空封孔防腐
熱噴涂層是將熔融或至少軟化的粒子,高速噴射到基體上,發生碰撞、變形、快速凝固,堆積等過程,最后形成涂層,所以在不同程度上有孔隙,對于耐磨而言,可不加考慮,而對腐蝕而言應進行封孔或增加噴涂層厚度,從綜合性能來看,增加封孔層比增加厚度較為合理。抽真空封孔防腐;將葉片浸于液體防腐材料中,抽去熱噴涂層孔隙中的空氣,使液體防腐材料進入,達到封孔防腐的目的。封孔使用材料為有機硅涂料。
方案(二)有機硅陶瓷防護涂層
  1、操作工藝
    噴砂除銹Sa2.5級一Lg--2化學清洗一噴涂有機硅陶瓷涂料一熱固化。
  2、工藝性能
    噴砂除銹和化學清洗同方案(—)。
    有機硅陶瓷涂料:
    有機硅是介于有機和無機聚合物之間的聚合物,由于這種雙重性,使有機硅聚合物具有一般無機物的耐熱性、耐腐蝕性及堅硬性等特性。
    有機硅涂料是以有機硅聚合物或有機硅改性聚合物為主要成膜物質的涂料。
    有機硅陶瓷涂料是有機硅樹脂改性高分子樹脂及低熔點陶瓷粉組成的耐熱防腐涂料。
    有機硅陶瓷涂料的特性:
    (1)耐熱性及防腐性
    ①有機硅高聚物中Si--O鍵的鍵能比普通有機高聚物中的C—C鍵的鍵能大,鍵能愈大,熱穩定性愈好。
    ②在Si--O鍵中硅原子和氧原子的相對電負性差數大,因此Si--O鍵極性大,對Si原子上連接的烴基有偶極感應影響,提高了所聯烴基對氧化作用的穩定性,比普通有機高聚物中這種相同基因的穩定性要高得多.也就是說Si--O--Si鍵對這些烴基基團的氧化,能起到屏蔽作用。
    ③有機硅高聚物中硅原子和氧原子形成d-p∏鍵,增強了高聚物的穩定性、鍵強,也增加了熱穩定性。
    ④普通有機高聚物的C--C鍵受熱氧化易斷裂為低分子物,而有機硅高聚物中硅原子上所連烴基受熱氧化后,生成的是高度交聯的更加穩定的Si--O--Si鍵,能防止其主鏈的斷裂降解。
    ⑤受熱氧化時,有機硅高聚物表面生成了富于Si--O保護層,減輕了對高聚物內部的影響。
    ⑥在高溫時涂層中的SiO2、顏料及低熔點陶瓷粉熔合熱的具有保護作用的陶瓷涂層。
    ⑦Si--O--Si主鏈在350℃才開始斷裂。
(2)有機硅陶瓷涂料技術性能
干燥時間:(200℃)h    2小時                               
柔韌性:  ¢mm    ≤3
附著力(劃圈法)   ≤2級  
沖擊強度:N·cm  490.3
耐溫性  -50℃-->300℃
方案(三)燒結低熔點玻璃
1、操作工藝
噴砂除銹Sa2.5級--Lg—2化學清洗一燒結低玻粉
2、工藝性能
噴砂除銹和化學清洗同方案(—)
燒結低熔點玻璃:實際是將具有接近工業玻璃性質的耐腐蝕、耐磨物質,經過噴涂、熔融、成型等工藝復合到金屬基體上,獲得玻璃/金屬復合
物,形成的覆蓋層基本上保留了玻璃的光潔、透明、致密無孔,化學穩定性高,耐腐蝕、耐磨、耐高溫等特性。它與金屬基體的粘結力達20Mpa,耐沖擊強度良好,燒結低溶點玻璃只需400℃,溫度較低,對金屬基材性能不造成影響。
六、參考資料
《腐蝕數據手冊》《腐蝕與防護手冊》《實用粘接手冊》《聚合物物理化學手冊》《涂料工藝》《實用防腐蝕工程施工手冊》《防腐蝕工程技術設計》《特種性能樹脂復合材料》《非金屬材料》《陶瓷工藝》《防腐蝕技術應用手冊》《復合材料大全》《表面工程手冊》《有機涂料科學與技術》《特種涂料》《實用粕接技術》《化學與粘合》《中國表面工程》《腐蝕科學與防護技術》《全面腐蝕控制》《功能材料》《化工設備與防腐》《石油化工腐蝕與防護》《電鍍與涂飾》《熱固性樹指》《合成材料老化及應用》
咸陽粘接防腐研究所
  2007年12月26日

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