电站锅炉风机叶片有机保护涂料的试验研究数据电缆
2022-07-29 04:30:36 普洛机械网
电站锅炉风机叶片有机保护涂料的试验研究
电站锅炉风机叶片有机保护涂料的试验研究武汉大学化学与分子学院（430072） 罗立新 1 锅炉风机叶片磨损的危害及其防护技术现状[4，5，6，8，10]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，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。这经常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，影响出力给锅炉安全运行造成严重隐患，严重影响了火力发电厂运行的可靠性和经济性，研制一种能在150℃左右具有优良的耐磨性能和保护作用的材料十分有意义。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okmart.com。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，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刚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镀上钢条进行补强，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应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[2，3，7，9]粘涂层一般按粘料分：无机涂层，有机涂层。无机涂层：耐磨性能好，韧性差，脆性差，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，要求我们必须从有机材料开始着手。有机胶粘剂的种类比较繁多， 我们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，但他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、DMP-30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，炭化物及合金粉末为待选原料。总之，根据上述四种组分所起的作用，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：选用填料以及大致配比及性能：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1000克填料 + 5000ml甲苯 + 40~400克KH-550加热回流2小时，后离心分离。填料用丙酮洗三次，然后置于130度烘箱中烘干3h，真空干燥至恒重。3.2基本配方环氧树脂E51/E44(工业品)1000克；固化剂FH656（自制）1000克；填料（偶联处理过）3000克；环氧:填料 =1:2；将粉末分甲、乙组分进行混合均匀，使用时把两组分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5%的NaOH,5%H2SO4进行50℃的恒温测试； 2周后进行观察：硫酸溶液中未检出铁离子，涂层完好无异样变化。因此说明，一般的有机涂层都能够有效的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，我们需要用万能试验机进行拉伸剪切强度的测试。测试设备：液压式万能试验机；型号：WE-600，最大试验力600千牛顿；制造厂家： 济南试验机厂制造将进行打磨处理过的试片均匀的涂上配好的涂料，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4-1所示。表4-1有机涂层各项性能试验结果试验测定项目表面硬度结合强度耐温性耐酸腐蚀性能配方一20℃硬度=3H;80℃硬度=3H;150℃硬度＞4H试片拉坏，未检出200℃24小时无变化50℃5%硫酸溶液中浸泡2周无变化配方二20℃硬度=3H;80℃硬度=3H;150℃硬度＞4H8.4MPa200℃24小时无变化50℃5%硫酸溶液中浸泡2周无变化配方三20℃硬度=3H;80℃硬度=3H;150℃硬度＞4H20.6MPa200℃变软易刮掉，冷后硬度＞4H50℃5%硫酸溶液中浸泡2周无变化配方四20℃硬度=3H;80℃硬度=3H;150℃硬度＞4H试片拉坏，未检出200℃24小时无变化50℃5%硫酸溶液中浸泡2周无变化配方五20℃硬度=3H;80℃硬度=3H;150℃硬度＞4H9.2MPa200℃24小时无变化50℃5%硫酸溶液中浸泡2周无变化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分钟，共进行三次。称重用万分之一分析天平进行。磨料为标准砂：SiO2≥96%。试片的耐磨性测试实验，做成四块耐磨试片，结果见表4-2。表4-2有机涂层耐磨性试验结果编号原重(g)磨后重量(g)变化量(g)抗磨效率08091011钢样22.238025.389821.341622.804221.065022.238525.389521.342622.803321.0584+0.0005-0.0003 +0.0010-0.0009-0.0066优于钢样33倍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4-3。实验结果分析：从表4-3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。表4-3粉末加入量对耐磨性的影响编号原重(g)第一次(g)第二次(g)第三次(g)5010015020025030035040023.115822.952924.572525.813225.957028.568327.008932.967323.110922.954224.580925.777225.968328.594827.053532.993423.093722.951224.549825.754925.943228.488027.014632.956323.071822.924624.540525.748025.931028.473527.023832.94525 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良好，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的不好的试片，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。我们于五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克；固化剂FH656 64克；填料 100克；FM-150 300克。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小时内使用。4）测试：从现场带回的试样经测试耐温性〉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<