煤炭行业应大力推广热喷涂防腐技术
武保民
煤矿设计
摘 要：本文介绍了热喷涂技术的优越性和使用范围,以及煤炭设备的使用环境及在该类环境下造成的损失;提出煤炭系统应大力推广热喷涂防腐技术及在推广这项技术中所应采取的对策。
关键词：热喷涂；煤炭设备；腐蚀；防腐
1 概 述
金属腐蚀是工业领域中普遍存在的严重问题,它不仅影响设备的正常运行,而且可造成钢铁构件灾难性的毁坏,甚至危及人身安全,长期暴露于各种环境(煤矿井下、户外大气、海水等)中的大型钢铁构件及煤炭、机电、化工等设备,如何长期、有效的防腐,已成为各国普遍关注的问题。纵观目前世界各国采用的一些先进的防腐技术,笔者认为,对于煤炭行业,金属热喷涂技术是一种行之有效的防腐方法。
1.1 热喷涂技术分类
热喷涂技术是一门包括多学科的边缘性科学,它是利用不同热源将待喷材料(金属,非金属)瞬间加热至熔融状态,通过高速气流,使其雾化,喷射到预先制备好的工件表面而形成一层保护涂层。其工艺流程主要是:工件表面预处理→喷涂→后处理。
根据热源不同,热喷涂技术分为氧—乙炔火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、爆炸火焰喷涂、超音速火焰喷涂等;根据材料形状,主要分为粉末喷涂及线材喷涂两大类。
1.2 热喷涂技术发展概况及应用范围
热喷涂技术发展至今已有80多年的历史,它可根据不同的要求制备出各种性能的涂层,其涂层即可用于钢结构的长效防腐,又可用于机械维修,因此,其应用领域极为广泛。随着科技水平的不断发展,许多高新技术已用于热喷涂技术中,使该项技术得到迅速发展,同时,它也广泛地向各个高科技领域渗透,逐渐从一门工艺学发展成独立的热喷涂工程学。但就目前国内对该项技术的应用情况表明,热喷涂技术在我国较多用于钢结构长效防腐和机械维修两大方面。
2 热喷涂技术在煤炭行业应用领域极为广泛
2.1 煤炭行业特点
(1)煤矿井下环境特点
我国煤矿设备的损坏几乎一半以上是由于腐蚀造成的,这与其使用环境有关,我国的煤炭生产绝大多数的工作环境都是在地下深处,因此,潮湿是其工作环境的主要特点之一,煤矿井下空气的相对湿度常年都在80~90%,接近或达到饱和状态,此外,空气中还含有CO,CO2,NO2,SO2,H2S,CH4等有害气体,而煤尘等杂质在水中也有一定的溶解作用,这些因素都加大了金属表面溶液的导电性,加快金属的电化学腐蚀速度。煤矿井下的另一特点是井下风速大,这是由于工作和安全的需要,必须进行强制通风,这样,井下环境就充分具备了金属发生化学腐蚀和电化学腐蚀的两个基本因素—氧气和水份,极易造成金属腐蚀,因此,煤矿环境中金属设备的腐蚀是普遍而严重的。
(2)煤矿设备的腐蚀情况及造成的损失由于煤矿井下环境具备上述两个主要特点,故井下金属设备的腐蚀十分严重,据煤炭部对一些矿井腐蚀情况调查结果表明,钢铁在井下年平均腐蚀为0.1~1.2mm,其腐蚀速度超过海洋环境腐蚀速度的2~3倍,大型煤矿的洗煤机械、框架、井筒罐道梁、主扇风机、排水管道等的腐蚀十分严重。通常,煤矿井筒装备的使用寿命为15年,而腐蚀严重的地区却不到10年。有的矿井水PH值高达2~3,排水泵的叶轮有时仅能使用一星期左右就需要更换,此外,矿井中的阀门管道也经常因腐蚀报废而更换。
腐蚀造成的损失巨大,据国家科委对金属腐蚀所做的调查初步推算,我国仅因金属腐蚀每年所造成的损失达100~150亿元之多!而据煤炭系统调查,每年因腐蚀而报废的设备占煤炭行业钢铁用量的1/3左右,若将金属腐蚀造成设备的停工停产及引起的事故所造成的损失统计在内,则损失更大。
2.2 热喷涂技术用于煤炭系统的可行性
(1)热喷涂技术的应用情况
热喷涂技术的应用领域十分广泛,但最多的是用于钢铁构件的大面积长效防腐以及各种机器零部件的维修和再生,这主要是由该项技术的特点决定的,即:①可得到不同性能的表面,可喷金属、非金属、陶瓷等;②可在不同的材料上进行喷涂;③零件的受热程度可以控制;④涂层具有多孔性,贮油能力好;⑤对于长效防腐涂层(锌或铝材),与基体的结合强度超过有机涂层,且不存在老化问题,防护期长。因此,热喷涂技术在国内同样得到了广泛的应用,特别是近10多年,发展极为迅速,许多行业都采用这项技术。
采用该项技术对钢结构进行防腐,涂层性能优越,其方面多采用火焰线材或电弧线材喷涂锌或铅(80年代后期,主要采用铅材作为保护涂层),再对涂层加以封孔处理后,其有效防护期达20~30年,国外最长的防护纪录已达60年,较一般油漆涂层寿命长得多。我国自50年代起就已开始应用此项工艺,效果极佳,但其开始大范围推广使用,也只是近十年来的事。表1列出了国内外金属喷涂防腐实例及效果。另外,热喷涂技术还可用于零部件的维修,这主要是通过火焰(线材、合金粉末等材料)喷涂制备防磨损、腐蚀涂层,使已腐损腐蚀后的报废零件得以修复。经该项技术修复后的零件性能往往优于新品,这表明,在某些新品制造上,完全可采用该项技术,如球磨机主轴,曲轴、机床主轴、滚筒轴等零件都可采用热喷涂技术。
(2)煤炭行业可用热喷涂技术的领域极为广泛
热喷涂技术非常适用于煤炭行业,这与其行业特点有关。对于煤矿设备如井筒罐道梁、钢轨、矿车等大型钢结构件腐蚀量相当大,而且煤炭系统许多设备,如洗煤设备、采煤设备等的腐蚀磨损也非常严重,与一般机械同期相比,煤矿设备的磨损腐蚀量是一般机械的几倍甚至十几倍,每年报废的零件相当可观,但其防腐、维修的方式与一般机械相同,可以这样说,就目前国内将热喷涂技术用于大型钢结构长效防腐及零部件的维修再造技术方面的领域,同样适用于煤矿设施,因此,它在煤炭行业的应用前景十分广阔。
3 热喷涂技术在煤炭行业中的应用情况及发展对策
3.1 应用现状
近年来,煤炭行业对热喷涂技术的应用越来越广,但这多用于缺乏配件的重要零部件或进口零件的维修方面,而对于备件充足及报废零件的再生利用方面使用较少;并且,对于一次性投资较大的长效防腐方面,仍是以涂料防腐为主。造成这种情况的原因主要有以下三个方面:①煤炭设备给人的印象是傻、大、笨、粗,井下环境差,设备使用周期短,维修价值不大,坏了换新件,这种想法不仅存在于基层单位,而且往往还存在于设计主管部门,因此,广泛宣传热喷涂技术用于煤炭行业的重要性十分迫切;②对于长效防腐采用热喷涂技术,一次性投资较大,而有关部门只注意压缩一次性建设投资,忽视了后期维修周期短、费用高、停工停产损失更大的问题;③煤矿基层领导大多只注重效益的短期行为,而对于一次性投资较大,回报周期长的项目尽可能削减,但热喷涂技术用于钢结构的长效防腐却是随着时间的推移,其经济效益才逐渐显露出来。
随着热喷涂技术的不断发展,其在煤炭行业中的应用领域也逐渐增多,特别是近几年,煤炭部主管这方面的负责人已认识到该项技术的优越性,对一些新建矿井井筒钢结构件的防腐涂层,允许采用该项技术,至今已用于淮北、淮南、新汶、兖州、平庄、龙口矿务局等大型矿井井筒钢结构件的长效防腐,预计其防腐年限可达40年不需维修。同时,一些煤炭企业采用热喷涂技术修复许多重要零部件,也取得了显著的成效,因此,在煤炭行业大力推广热喷涂技术势在必行。
3.2 发展对策
我国现在还是一个发展中国家,人口多,底子薄,钢材产量远不能满足国民经济建设发展的需要,缺口很大,而煤炭行业每年仅维修井筒一项所消耗的钢材就有5万吨左右,因此,要想延长煤炭设备的使用寿命,降低能耗,应大力推广热喷涂防腐技术。那么,如何才能更好地对这项技术加以推广应用,使其尽可能快地在煤炭系统中发挥效益,这就需要采取相应的对策,使这项技术在推广过程中有序顺利的发展,笔者认为应做到以下几点:(1)首先应使上级主管审批部门、工程设计单位充分认识到热喷涂技术的先进性及推广应用的可行性,这对于该项技术在煤炭行业中的推广应用尤为重要;(2)生产煤炭设备的企业,在新品的设计生产过程中,对可用该项技术的零部件应尽可能采用,这就提高了新品的成本,但采用该项技术的产品寿命可延长几倍,甚至十几倍,效益很明显;(3)以煤炭系统中的科研院所、大专院校为中心,建立专门研究热喷涂长效防腐及耐磨蚀技术的应用、开发、测试机构,进行专门的防腐研究。充分利用科技力量,大力开发煤炭行业可采用热喷涂技术的领域。同时,还要了解国内外热喷涂技术的发展动态,尽快将更先进的技术用于本行业中,只有这样,才能少走弯路,减少不应有的损失,以获取最大的经济效益。
4 结 语
综上所述,煤炭行业如大量采用热喷涂技术,可取得十分显著的经济效益。因此,煤炭系统应大力推广采用该项技术,这无论是对煤炭行业的发展,还是对促进该项技术向新的领域迈进都有十分重要的意义。
参考文献略
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