罗立新 黄秋云 王聪玲
武汉大学 原武汉水利电力大学 (湖北武汉 430072）
1 锅炉风机叶片磨损的危害及其防护技术现状
众所周知，火力发电厂动力机组的四管(省煤器管、再热器管、过热器管、水冷壁管)爆管泄漏是导致非计划停炉的重要原因之一［1］，但引风机叶片、排粉机叶片及蜗壳、烟道、吹灰口等处的磨损和腐蚀也非常严重，引风机、排粉机的高速旋转或煤灰的二相粒子气流与其发生相对运动，其中的硬质二相粒子对风机叶轮叶片碰撞和相对运动导致冲蚀磨损，经常会影响电厂机组的正常运行。如引风机叶片的磨损势必造成风机丧失动平衡，影响出力，成为锅炉安全运行的隐患，严重影响火力发电厂运行的可靠性和经济性。为此，研制在150℃左右温度下具有优良耐磨性能和保护作用的材料有重要意义。
目前，国内外为提高材料表面的抗磨能力，一般有：电镀、化学镀、热喷涂、热渗镀 、堆焊、复合焊、复合铸轧、爆炸强化和表面粘涂等措施［2，3，4，5］。其中除了热喷涂、堆焊、爆炸强化和表面粘涂可以在现场实施外，其他方法只能在材料制造厂使用。我国电厂现场施工中曾使用的方法有：
(1) 采用耐磨陶瓷［6］。此法防磨效果较好，但由于风机用耐磨陶瓷的线性膨胀系数和普通碳钢的线性膨胀系数相差很大，而风机的停机和运行会产生温变，会造成陶瓷片的剥落。
(2) 表面堆焊。即在叶片表面磨损比较严重的部位焊上钢条进行补强，此法严重影响了风机叶片的动平衡。
(3) 热喷涂。合理的涂层也可能取得良好的防磨效果，但被涂管材不仅会因受热变形而且表面处理要求较高，工艺复杂，成本较高。
我们利用近年来在粘接技术基础上发展起来的粘涂技术和超微粒子技术，开发一种适合风机叶片的粘涂材料及相应工艺，达到防磨和防腐的目的。研制的涂料应达到下列目标 ：
(1) 粘涂层能在150～200℃下长期工作，其化学和物理性能稳定。
(2) 粘涂层能经受150～200℃至室温长期反复加热冷却。
(3) 涂层应具备很高的抗磨能力，优于结构钢或至少接近结构钢。
(4) 涂层应致密，结合力强，避免氧化和腐蚀。
(5) 粘涂工艺应简单，现场可行。
(6) 粘涂过程对环境无污染，无毒，成本不高。
2 涂剂的设计
粘涂层一般按粘料分为无机涂层和有机涂层。无机涂层耐磨性能好，韧性差，较脆,结合力差，耐酸碱性差；有机涂层结合力好，韧性好，耐酸碱性好，密闭性好，耐磨性差。由于无机型涂层耐水性能难以提高，为解决带水烟气的磨损和腐蚀问题，要求从有机材料着手［7，8，9，10］。
有机胶粘剂种类繁多，这次实验的重点是目前最重要也最常用的胶粘剂——环氧树脂胶粘剂。环氧树脂胶粘剂是以环氧树脂为基体，它具有胶接强度高、耐化学介质性好、电性能优良、胶层收缩率小、易于改性、施工工艺简便等优点，也存在脆性较大、耐热性不够理想的缺点，但可通过采用其它高分子化合物改性的方法加以弥补。
环氧树脂本身很稳定，即使加热到200℃也不会发生变化，但其所具有的活性基团能与酸性或碱性固化剂发生反应。本次所须研制的涂料由于施工要求需室温固化，故采用了聚酰胺、胺、DMP30和一些添加剂组成的复合固化剂。
对于有机胶粘剂的填料选择的切入点主要是弥补有机粘料的不足，即耐磨性较差。填料应耐温和耐磨损，而且应具有一定的化学和物理活性，但一旦生成涂层后其物理和化学特性应充分稳定并对酸性气氛有较高的抵抗能力。下列物质可作为待选原料：SiO2、Al2O3、ZrO2、SiC、TiO2以及合金粉末，即以Si、Al、Ti、Zr的氧化物、碳化物及合金粉末为待选原料。
总之，根据上述4种组分所起的作用，可以按照不同的使用条件和性能要求，经过实验 ，选择合适的材料，配制出适合我们要求的涂层。
3 有机涂料的实验配方设计
3.1 前期准备工作
选用填料，确定大致配比及性能：(1) 超细粉(无机基料Al2O3、SiO2、ZrO2及其他)50% ，具备 良好的耐磨性能；(2) 云母(5～15)%，耐温性能好，耐冲击力；(3) 石墨(5～15)% ，耐温性能好；(4) 瓷土(5～15)%，黏结性好；(5) 鳞片填料(5～15)%，具备很好的耐磨性；(6) 防老剂0.5%，防紫外线及太阳照射，防老化。
将填料进行偶联处理：取1 kg填料＋5 kmL甲苯＋4.04 kg KH-550加热回流2 h后离心分离。填料用丙酮洗3次，然后置于130℃烘箱中烘3 h，真空干燥至恒重。
3.2 基本配方
环氧树脂E51／E44(工业品)1 kg；固化剂FH656(自制)1 kg；填料(偶联处理过)3 kg；环氧∶填料＝1∶2；将粉末按甲、乙组份分别混合均匀，使用时把两组份均匀混合涂抹成试片。
4 性能测试
按配方所列比例配制试样，每种配方收集好几分样品，分别以常温固化。取固化后的样品进行耐温性实验并测其硬度。
4.1 挂片实验即耐酸碱性测试
将以上配方各做成2个挂片，将其分别插入盛有10%的NaOH、10%H2SO4的溶液中进行50℃的恒温测试。
2月后进行观察：酸碱溶液中未检出铁离子，涂层完好无异样变化。证明一般的有机涂层都能够有效地减缓钢在酸碱溶液中的腐蚀。
4.2 涂层的剪切强度的测试
为定量地衡量涂层的黏结强度，用万能试验机进行拉伸剪切强度的测试。测试设备为液压式万能试验机；型号为WE-600，最大试验力600 kN；制造厂家是济南试验机厂。
将打磨处理过的试片均匀地涂上配好的涂料，待其充分固化后将试样在常温下平稳放置半个月，充分干燥即可。将制成的试样于材料力学实验室进行剪切强度的测试。测试结果见表1。
4.3 涂层的抗磨性能的测试
涂层抗磨试验的目的是在于比较涂层和20G钢管在相同磨损条件下的磨损程度。试验在MLD-10型动载磨料磨损试验机上进行，试验时间每次15 min，共进行3次。称重用万分之一分析天平。磨料为标准砂：SiO2≥96%。
试片的耐磨性测试实验，做成4块耐磨试片，结果见表2。
4.4 粉末加入量对耐磨性的影响
纯胶涂层的耐磨性很低，涂层起耐磨作用的主要是硬质点颗粒。粉末的加入量不同,涂层的耐磨性不同。本次实验我们配制出试片，涂料中填料随试片编号增加而加大，实验数据如表3。
实验结果分析：从表3中可以看出，粉末加入量对涂层耐磨性影响较大，加入量少承受磨损的硬质少，耐磨性差；随着粉末加入量的增大，涂层耐磨性提高，但加入量过大，纯胶嵌合硬质颗粒的强度下降，粉末在外力作用下易脱落，导致涂层耐磨性下降。
5 实验结论及分析
与无机涂料［１］相比，有机涂层的黏结力非常好，耐酸碱性状况亦良好，长时间浸泡涂层表面无明显变化。平面剪切强度明显比无机涂层要强且有机涂层的柔韧性能优异，其密闭性能尤佳。当然，两种类型涂层的耐温性能都非常好，一般情况下用于风机叶片、排粉机外壳和炉膛烟道中，涂层是可以达到耐温性要求的。
从以上实验结果可知：(1) 固化剂FH655的性能明显优于通用产品；(2) 自配填料与环氧的结合能力比一般填料要强；(3) 试片的表面状态与涂层性能也密切相关，打磨除锈过的试片，涂层表现出来的效果就不错，抗剥离效果也很好，而没有处理过或处理不好的试片，涂料的测试结果就差很多。
涂料的施工工艺对于胶粘剂的性能表观是非常重要的。于2000年5月底在湖南某电厂运用研制出的配方对排粉机蜗壳进行了施工。施工步骤如下：
(1) 被涂物表面处理：用适量清洗剂除去污物及油脂，然后用适当的方法对表面进行打磨以除去浮皮，锈和其它氧化物。清洗剂必须是挥发快且不留残物的溶剂，如丙酮、四氯化碳等。
(2) 配胶：按配方准确称取粘料和填料将其充分混合搅拌使其混合均匀，然后再准确称取固化剂将其充分混合，待用。在配胶过程中，考虑到现场情况与预计情况有比较大的差异，我们在有机涂料配胶过程中加入了金属陶瓷料为主的FM-150。具体配方如下：环氧E51(工业品)100 g；固化剂FH656 64 g；填料100 g；FM-150 300 g。
有机涂层采用刮涂方式，本次涂敷位置为烟道、排粉机蜗壳等部位。
(3) 固化：涂层可常温固化、加温固化，有条件时可在60～80℃加热保温固化。
注意事项：① 表面预处理时，注意清洗剂的使用安全。② 配胶时可视胶的黏度按自己所需适量加入增塑剂或丙酮。③混胶时必须均匀且速度不可过快，顺一个方向搅拌，防气泡 。④配制成胶后须在1 h内使用。
(4) 测试：从现场带回的试样经测试耐温性高于250℃，耐磨性为钢的30倍以上，平板结合强度未能检出(试验钢板拉坏)，耐酸性良好。
参考文献
［1］罗立新.金属高温防护涂层的研究和应用.化学与粘合，2000年增刊：277-279.
［2］曹性诚、龚云表.胶接技术手册.上海：上海科学技术出版社.1992.
［3］欧国荣、张德震.高分子科学与工程实验.上海：华东理工大学出版社，1997.
［4］濯海潮、李印柏、林新松.粘接与表面粘涂技术.北京：化学工业出版社，1998.
［5］原津平、高应岑.新型耐磨胶的研制.粘接，1998，(1)：19-21.
［6］李乃寒.引风机、排粉机陶瓷防磨技术的应用研究.山西电力技术，1998，(4)：40-42.
［7］马天信、张太多.DMP-30对高温固化环氧体系的促进作用.粘接.1999 (4)：16-17.
［8］韦春.聚胺酯改性环氧树脂.工程塑料应用，1999，127(3)：1-2.
［9］曾繁涤、杨亚江.精细化工产品及工艺学.北京：化学工业出版社，1998.
|
网友评论：（只显示最新10条。评论内容只代表网友观点，与本站立场无关！）
