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熱噴涂技術(shù)在電力行業(yè)中的應(yīng)用
欄目：業(yè)界資訊 發(fā)布時間：2021-04-07
一、前言
電力工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的物質(zhì)基礎(chǔ)。改革開放以來，為適應(yīng)我國快速發(fā)展的國民經(jīng)濟(jì)的需求，電力工業(yè)也得到了飛速的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到1995年底，我國發(fā)電機(jī)設(shè)備裝機(jī)容量已超過2億千瓦，已經(jīng)連續(xù)9年每年新增大、中、型機(jī)組超過1000萬千瓦。近幾年還達(dá)到1500萬千瓦左右。“九·五”計(jì)劃期間，我國將要新增加裝機(jī)8300萬千瓦，新增發(fā)電量4000億千瓦時。到2000年，全國電力裝機(jī)將達(dá)到2.9億千瓦，年發(fā)電量達(dá)14000億千瓦時，2010年全國電力裝機(jī)更將達(dá)到5.5億千瓦左右。
廣東省一直處于我國改革開放的前沿，電力工業(yè)的發(fā)展更是令人矚目，大亞灣核電站，從化抽水蓄能電站及為數(shù)不少的大、中型火電站如雨后春筍般相繼矗立于南粵大地，保證了我省經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速的動力需求，有力地推動了我省改革開放的進(jìn)程。
然而，在電力工業(yè)中其中特別是火電廠，從鍋爐、氣輪機(jī)、電機(jī)的主機(jī)系統(tǒng)，到制粉、出灰等輔助部分，常常由于系統(tǒng)中的某一零件的局部磨損或高溫腐蝕而失效，不但影響電廠的安全運(yùn)行，而且為恢復(fù)運(yùn)行、修復(fù)和更換已損壞的部件，不僅需要投入大量人力、物力、財(cái)力而且在修理和更換期間，必定影響發(fā)電，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。
根據(jù)美國通行的電力系統(tǒng)可靠性評價分析方法，設(shè)備提高可靠性的經(jīng)濟(jì)效益包括三個方面的節(jié)約：①替代能源消耗；②備用能源費(fèi)用；③修理費(fèi)用。估算結(jié)果，美國火電站如能將可用系統(tǒng)提高0.05，則第①項(xiàng)每年可節(jié)約84億美元，第②項(xiàng)相當(dāng)于省裝備用機(jī)組34000MW。美國電力研究所最新調(diào)查還表明，美國每年平均發(fā)生葉片事故40余起，平均每起的修理費(fèi)用為20萬美元，因每次事故停機(jī)引起的替代能源耗費(fèi)為250萬美元。10年間因葉片事故造成的直接損失為14億美元。此外，除直接經(jīng)濟(jì)損失外，特別在普遍供電緊張的情況下，備用容量小，停機(jī)事故往往引起大面積停電，造成極大的社會影響，以某電廠300MW機(jī)組因11級圍帶飛脫造成停機(jī)和地區(qū)停電為例，停電40天，少發(fā)電約2.6億度，電費(fèi)直接損失約2600萬元，當(dāng)時該地區(qū)每度電產(chǎn)值約5元，則社會間接損失達(dá)1.3億元，相比之下，幾十萬元搶修費(fèi)只是一個零頭了。據(jù)此，增加設(shè)備使用壽命，延長設(shè)備大修期間間隔，縮短檢修時間，提高設(shè)備運(yùn)行效能就成了電力部門經(jīng)營管理的關(guān)鍵。
為解決電力系統(tǒng)腐蝕及磨損問題，長期以來，各國的科技工作者和產(chǎn)業(yè)界就針對性地進(jìn)行了不懈的努力。如80年代初期，美國熱噴涂技術(shù)專業(yè)公司（TAFA）與主要熱噴涂鍋爐應(yīng)用者以及權(quán)威的合金制造者（International Nickel）聯(lián)合組織力量，對以開發(fā)一種能對鍋爐管道提供長期持續(xù)保護(hù)的材料和工藝為目標(biāo)的工作進(jìn)行了長期的研究，經(jīng)過大量的實(shí)踐證明熱噴涂技術(shù)不失為一種解決電力工業(yè)中腐蝕、磨損的有效而經(jīng)濟(jì)的技術(shù)。多年來該技術(shù)已在美國、英國、日本等國獲得了廣泛的應(yīng)用。隨著熱噴涂技術(shù)近年來在我國的推廣應(yīng)用，特別是該技術(shù)本身的不斷完善和進(jìn)步，因而逐漸地被人們所接受并開始受到應(yīng)有的重視，在我國電力工業(yè)部門也逐漸得到了某些應(yīng)用。
二、熱噴涂技術(shù)簡介
熱噴涂技術(shù)是一種材料表面保護(hù)和強(qiáng)化的新技術(shù)，它是以氣體、液體燃料以及電弧、等離子弧作熱源，將金屬、合金、陶瓷、金屬陶瓷、塑料等粉末或絲材、棒材加熱到熔化或半熔化狀態(tài)，借助于火焰推力或壓縮空氣噴射而粘附到預(yù)先經(jīng)過表面處理的工件表面形成涂層，賦予工件以耐磨、耐腐蝕、抗高溫、耐氧化、隔熱、絕緣等特性，以達(dá)到提高工件性能、延長設(shè)備使用壽命的一種技術(shù)。由于該技術(shù)工藝及涂層材料選擇范圍十分廣泛，操作簡便靈活，特別適合于現(xiàn)場施工和工件局部修復(fù)，因此，熱噴涂技術(shù)不但是新設(shè)備預(yù)保護(hù)的有效方法，而且是現(xiàn)場維修有效而經(jīng)濟(jì)的手段。
三、熱噴涂技術(shù)在電力工業(yè)的應(yīng)用
3.1 電廠鍋爐“四管”的防腐蝕、抗沖蝕
火力發(fā)電廠中，高溫、高壓、鍋爐的水冷壁管、過熱器管、再熱器管、省煤氣管（簡稱四管）常因高溫腐蝕和磨損而減薄，更換新的管子既費(fèi)時有昂貴，如果造成“四管”泄露爆管事故，會增加電廠臨時性檢修和大修的工作量，給電廠帶來很大的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，1982~1985年間全國50MW以上火力發(fā)電廠共發(fā)生鍋爐事故949起，其中“四管”泄露爆管事故就占305起，占事故總數(shù)的32%，由此可見，鍋爐受熱面“四管”的高溫腐蝕是影響鍋爐安全的主要原因，它已成為火電廠安全運(yùn)行中一個急待解決的技術(shù)難題。
從80年代初，國外就進(jìn)行了一系列旨在設(shè)計(jì)一種材料/應(yīng)用系統(tǒng)，能對鍋爐管道提供長期的保護(hù)（3~5年內(nèi)不用修理）。方案的目標(biāo)是發(fā)展一種涂層，該涂層不剝落、損耗速率小于未保護(hù)鋼管的10%，并且相對于更換鍋爐管道在經(jīng)濟(jì)上更有效益。經(jīng)過多年研究，并經(jīng)實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)和現(xiàn)場應(yīng)用考核，已獲得了可喜的成績，涂層厚度年平均損失率最好可達(dá)0.025mm，工作壽命可達(dá)5~10年，大大提高了“四管”的工作壽命，目前在美國、英國、日本、加拿大、德國等國家已廣泛采用多種涂層對鍋爐的“四管”進(jìn)行防護(hù)。
我國電廠鍋爐“四管”采用涂層防護(hù)起步較晚，開始全國也僅上海、張家港、山東等少數(shù)電廠采用了噴焊、高速火焰噴涂等工藝對鍋爐“四管”進(jìn)行了防護(hù)，但畢竟邁出了可喜的一不。隨著電力工業(yè)的不斷發(fā)展和熱噴涂技術(shù)的不斷深入人心，特別是熱噴涂技術(shù)本身近年來的不斷進(jìn)步與提高，采用熱噴涂技術(shù)對鍋爐“四管”進(jìn)行防護(hù)的工作必將受到有關(guān)部門的重視，并獲得更多的應(yīng)用。例如，為解決“四管”腐蝕問題，西北電管局科技處分別于1990年、1992年兩次下達(dá)技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目，由西北電力機(jī)械廠、秦嶺電廠、韓城電廠在有關(guān)熱噴涂專業(yè)單位的協(xié)同下共同進(jìn)行鍋爐受熱面“四管”的防腐研究工作，他們采用NiAl涂層作為粘結(jié)底層，以NiCrAl涂層為工作層，表面采用高溫涂料封孔，該涂層系統(tǒng)在工廠的工業(yè)試驗(yàn)中獲得了較好的防護(hù)效果，年磨損率為0.04mm。工作壽命可達(dá)兩個大修期（6年）給電廠帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
3.2 氣輪機(jī)葉片的熱噴涂強(qiáng)化和修復(fù)
葉片是氣輪機(jī)的心臟，也是事故最多的關(guān)鍵部件，美國電廠氣輪機(jī)強(qiáng)迫停運(yùn)率的70%與葉片損壞有關(guān)，葉片事故引起的損失往往占全部損失的一半。因此，它的安全可靠直接關(guān)系到氣輪機(jī)和整個電站的安全、滿發(fā)。由于電力是國民經(jīng)濟(jì)的命脈，全世界的電力約有75%來自火電站中的鍋爐—汽輪機(jī)—發(fā)電機(jī)以及核電站中的反映堆—汽輪機(jī)—發(fā)電機(jī)。因此，提高汽輪機(jī)葉片的安全可靠性對于滿足不斷增長的電力需求，適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著不容忽視的作用。此外，在諸如石油、化工、輕工等重要經(jīng)濟(jì)部門中，采用工業(yè)汽輪機(jī)作為全廠關(guān)鍵動力設(shè)備的現(xiàn)代化大型企業(yè)日益增多，而由于汽輪機(jī)葉片損壞造成工廠全面停產(chǎn)，其后果是十分嚴(yán)重的。
汽輪機(jī)葉片的損壞原因是多方面的，除了從改進(jìn)設(shè)計(jì)制造、優(yōu)化電站運(yùn)行等方面來減輕葉片的損壞外，采用表面處理方法，在葉片表面加上保護(hù)涂層，以提高材質(zhì)的特定性能，達(dá)到防水蝕、耐磨、抗微振，從而延長葉片壽命的目的，亦是減輕葉片損壞的有效方法之一，進(jìn)口汽輪機(jī)中就有采用爆炸噴涂Cr3C2—NiCr、TiC—NiCr以及WC—NiCr噴涂層防護(hù)葉片的實(shí)例。我國從80年代開始相繼有采用等離子噴涂方法制備CoCrW合金涂層修復(fù)和強(qiáng)化石油化工行業(yè)用工業(yè)煙氣輪機(jī)葉片的實(shí)例，隨著熱噴涂技術(shù)的不斷進(jìn)步，80年代后期發(fā)展了高效的高速火焰噴涂技術(shù)和設(shè)備，采用該技術(shù)進(jìn)行汽輪機(jī)葉片表面涂層的制備，必將獲得更好的防護(hù)效果。
3.3 磨損件的熱噴涂強(qiáng)化和修復(fù)
金屬部件的磨損是電廠除腐蝕以外的另一個嚴(yán)重問題，每年主、輔機(jī)的大量金屬零部件，如排粉風(fēng)機(jī)葉片、引風(fēng)機(jī)葉片、各種軸（如磨煤機(jī)齒輪軸、引風(fēng)機(jī)主軸、排粉風(fēng)機(jī)主軸、球磨機(jī)電機(jī)軸……等）、軸套、各種泵類的軸及軸套、各種閥門等均會由于磨損而引起機(jī)械設(shè)備運(yùn)行效率低，工件更新與維修頻繁，耗能增加，近年來國內(nèi)許多單位都采用熱噴涂（焊）、電刷鍍等方法對米孫的金屬零件進(jìn)行修復(fù)或?qū)π虏考娡客繉舆M(jìn)行預(yù)保護(hù)，不但大大提高了設(shè)備的使用壽命，甚至可以使得原已報廢丟棄于倉庫的設(shè)備“起死回生”重新投入使用。特別是進(jìn)口設(shè)備零部件的修復(fù)還為國家節(jié)省了大量外匯。由于電力行業(yè)的裝備大都是大型而昂貴的，因此，修復(fù)后帶來的巨大經(jīng)濟(jì)效益是十分明顯的，是不容置疑的，目前熱噴涂技術(shù)在電廠提高備品品質(zhì)，提高進(jìn)口機(jī)組備件國產(chǎn)化水平、保證檢修、縮短檢修期、提高設(shè)備運(yùn)行水平以及解決難題中的作用已為人們所認(rèn)識，可以預(yù)見，熱噴涂技術(shù)在電力工業(yè)中的應(yīng)用將會越來越廣泛和深入。
3.4 熱噴涂（焊）為小水電服務(wù)
水電站存在的嚴(yán)重問題是水輪機(jī)過流部件的汽蝕破壞和泥砂磨損破壞，由于水質(zhì)的不同，破壞的速度和程度也不相同，有部分水電站一個供水期下來就得停機(jī)更換新備件，這不僅影響水輪機(jī)的安全運(yùn)行發(fā)電，增加檢修周期增大檢修費(fèi)用，而且還嚴(yán)重影響電力供應(yīng)，因此，如何延長水輪機(jī)的使用壽命，確保水電站的安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行是多年來我國水電建設(shè)中的重要科研課題之一。
多年來我國科技工作者和電站職工為解決這一難題共同進(jìn)行了大量工作，他們采用熱噴涂技術(shù)對水輪機(jī)的有關(guān)部件進(jìn)行預(yù)保護(hù)，取得了成功的施工工藝經(jīng)驗(yàn)，而且使用效果十分顯著，該技術(shù)已于1985年由甘肅省科委、甘肅省水利廳主持通過了現(xiàn)場技術(shù)鑒定。
其具體效果舉例如下：
寧夏泄湖峽水電站，位于黃河支流大夏河下游，因水中泥砂含量大，造成水輪機(jī)底環(huán)、頂蓋、導(dǎo)葉、主軸等嚴(yán)重磨損影響機(jī)組運(yùn)行發(fā)電，經(jīng)熱噴涂工藝修復(fù)，一號機(jī)主軸（長2.5mm，直徑310mm，約2噸）軸頸部位磨損區(qū)長達(dá)540mm，修復(fù)后運(yùn)行25900小時后，涂層仍完好無損。
天水地區(qū)紅崖電站，何家堡電站，由于水中泥砂含量大，設(shè)備損壞嚴(yán)重，一臺新轉(zhuǎn)輪運(yùn)行10000小時就得報廢，其他過流部件全部都得修補(bǔ)，使得電站維修費(fèi)用不斷增加，最高可達(dá)電站總收入的四分之一，84年對即將報廢的5臺1000千瓦機(jī)組的轉(zhuǎn)輪，導(dǎo)葉、前后端蓋進(jìn)行噴焊修復(fù)，取得了滿意的效果，紅崖電站修復(fù)后裝機(jī)運(yùn)行一年多，涂層完好無損，機(jī)組云心穩(wěn)定，效率提高，在水頭、流量相同的情況下，84年法典65萬度增長85%，單機(jī)出力又修復(fù)前的700千瓦上升到860千瓦，提高22.8%，并且機(jī)組延長使用壽命3~5倍，并節(jié)約維修費(fèi)用1.3萬元。
我國小水電站在祖國大地星羅棋布，我國小水電站的設(shè)備制造和電站建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)引起了國際上的注意并獲得好評，相信熱噴涂技術(shù)在我國水電站建設(shè)事業(yè)中會有所作為的。
3.5 熱噴涂在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，城市生活垃圾以很高的速度年年遞增，垃圾掩埋、垃圾堆放不僅占地，而且造成地下水資源的污染和空氣污染，長期堆放引起沼氣爆炸也時有發(fā)生，在一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的大城市，生活垃圾已經(jīng)成為繼能源、交通、住房之后的又一急待解決的大難題。
城市垃圾—能源工廠實(shí)行高科技焚燒發(fā)電，在國外已作為一種先進(jìn)的技術(shù)成熟應(yīng)用，生活垃圾能源化有利于與常規(guī)能源（煤、油、天然氣）互補(bǔ)，特別是在垃圾成災(zāi)又電力短缺的情況下，垃圾發(fā)電的社會效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其經(jīng)濟(jì)價值。
垃圾焚燒發(fā)電的整套裝置通常由垃圾焚燒爐、余熱爐、發(fā)電或熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、灰渣處理和煙氣凈化系統(tǒng)四大部分組成，由于垃圾成分的多樣性，因此要求焚燒垃圾發(fā)電設(shè)備具有一定的耐腐蝕性，對于垃圾發(fā)電設(shè)備的防護(hù)涂層，國外資料已有報導(dǎo)，如采用等離子噴焊Ni基自熔合金，爆炸噴涂NiCr底層Cr表層多層系統(tǒng)等對鍋爐管進(jìn)行防護(hù)等。
我國的最大城市之一的上海，對城市垃圾問題決心采取高起點(diǎn)，快節(jié)奏，大手筆進(jìn)行大運(yùn)作，大整治、大利用，上海市在本世紀(jì)最后幾年，已將城市垃圾高科技發(fā)電列入市府現(xiàn)代化環(huán)衛(wèi)工業(yè)化開發(fā)系列，為實(shí)現(xiàn)垃圾焚燒發(fā)電計(jì)劃，上海石化（集團(tuán)）設(shè)備工程公司已研制成功符合我國國情的“自焚式生活垃圾連續(xù)焚燒爐，為解決垃圾處理提供了裝備，據(jù)最近報載山東省已有一個焚燒垃圾的熱電廠投入運(yùn)行，96年已處理污泥6萬余噸，年供電約4000萬度，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，垃圾處理問題也會日益嚴(yán)重，垃圾處理設(shè)備的防護(hù)問題將會成為熱噴涂技術(shù)的廣闊的用武之地。
四、廣州有色金屬研究院簡介
廣州有色金屬研究院是中國有色金屬工業(yè)總公司直屬重點(diǎn)科研單位，全院職工近千人。其中科技人員占70%，從事有色及稀有金屬選礦、冶金、材料、加工等工藝及應(yīng)用研究。經(jīng)過多年的科研實(shí)踐和應(yīng)用開發(fā)，目前在材料表面技術(shù)領(lǐng)域已形成了一定的特色和優(yōu)勢，院屬表面工程中心是中國有色金屬工業(yè)總公司的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，也是廣東省表面工程技術(shù)研究開發(fā)中心。今后還要力爭成為國家級表面工程中心，該中心現(xiàn)已建有包括熱噴涂在內(nèi)的9個表面技術(shù)實(shí)驗(yàn)室。
廣州有色金屬研究院在80年代開始從事熱噴涂、電刷鍍研究和推廣應(yīng)用工作，多年來，積累了大量經(jīng)驗(yàn)取得了一系列成果：熱噴涂實(shí)驗(yàn)室建設(shè)獲得國家“六·五”攻關(guān)獎，海軍用螺旋漿涂層研究、精鍛機(jī)芯棒涂層研究分別獲得有色金屬工業(yè)總公司科技成果二、三等獎。在科研工作的基礎(chǔ)上，為推廣熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用，更好地為社會服務(wù)，于1993年10月組建了以熱噴涂技術(shù)為主的中試車間，專門從事機(jī)械零部件的表面強(qiáng)化和修復(fù)工作，該中試車間擁有超音速火焰噴涂（美國進(jìn)口）、等離子噴涂、氣熱軟線噴涂（俄羅斯進(jìn)口）、電弧噴涂、火焰噴涂等9種設(shè)備以及電刷鍍設(shè)備兩套、化學(xué)鍍生產(chǎn)線一條，涂層加工方面已擁有車床、磨床、及其他輔助設(shè)備一大批，標(biāo)準(zhǔn)廠房及辦公生活設(shè)施面積達(dá)2000m2。幾年來該車間在建材工業(yè)、塑料工業(yè)、交通工業(yè)、能源工業(yè)、石油化工工業(yè)以及紡織工業(yè)和冶金工業(yè)進(jìn)行了大量的開發(fā)應(yīng)用，為省內(nèi)數(shù)百家企業(yè)挽回了數(shù)千萬的經(jīng)濟(jì)損失。
自90年代開始，我院逐漸將熱噴涂技術(shù)在省電力局系統(tǒng)及大型工廠熱電廠開展應(yīng)用。先后在沙角電廠、梅縣電廠、韶關(guān)電廠、廣州電廠、珠江電廠、云浮電廠等，以及廣州鋼鐵廠、廣州石化廠、廣州氮肥廠開展過應(yīng)用。分別開展過以下工作：
1、排粉機(jī)及引風(fēng)機(jī)葉片強(qiáng)化：噴焊Ni基WC，超音速噴涂Co—WC。
2、磨煤機(jī)軸頸修復(fù)：Φ1700×500磨煤機(jī)軸頸噴涂修復(fù)及小齒輪軸噴涂修復(fù)。
3、鍋爐四管：采用噴焊強(qiáng)化過小面積鍋爐四管。
4、汽輪機(jī)葉片：曾噴涂過一末級葉片，涂層使用壽命2年以上。
5、汽機(jī)缸體：采用噴涂修復(fù)缸體平面磨損（20萬及5萬機(jī)組）。
6、電機(jī)轉(zhuǎn)子：采用噴涂及電刷鍍修復(fù)過20萬KW電機(jī)轉(zhuǎn)子軸頸磨損部位。
7、水泵軸軸套：噴涂WC—Co強(qiáng)化軸套。
8、閥門：采用噴焊修復(fù)中壓閥門。
根據(jù)國內(nèi)外的應(yīng)用情況和我們初步實(shí)踐，我們體會到熱噴涂技術(shù)在電力工業(yè)中的應(yīng)用前景是十分廣闊的，需要我們做出更大的努力，進(jìn)行更加
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