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        • 产品名称: 余热发电冷却机至分离器风管防磨方案
        • 上架时间: 2016-02-24

          注:我们选型的原则是基于17年来我们不断跟踪国内近1000家使用不同产品的经验教训总结;在满足防磨需求的基础上,尽可能地为客户节省费用;同时,我们非常重视水泥厂安全运行需要,尽可能地推荐客户使用经过多年实践检验和数百家客户证明可靠耐用的产品。

          一、项目概况

          此部分管道用于输送夹杂硬质颗粒的高温气体,其特点是温度高、流速高、颗粒硬度高,设备磨损严重,特别是弯头部分,一般不到一年就磨穿。根据理论及实践模拟研究发现,钢铁在高温下分子比较活跃,比常温或低温更易磨损,因此部分弯头也就成为薄弱环节。因为设备一般在高空支架上,检修非常不方便,影响设备的安全使用,停机检修又严重影响产量。

          一般的解决办法是被动修补或覆浇注料,这些方法虽然能一定程度上延长设备使用寿命,但效果有限。实践证明,内壁装贴耐磨陶瓷是最好的解决办法,可延长设备寿命20倍以上,但因为此部分温度高,关键是解决陶瓷在高温下不脱落问题,对此我们有大量的成功经验可以借鉴。

          二、设备主要工况及运行特点

          工作温度:500℃。

          介质:风粉混合物

          风速:20-30m/s

          三、设备磨损机理

          国外有人对磨损的机理进行过研究:根据Finnie等人的研究结果表明,冲蚀磨损中材料的磨损率不仅与材料本身的特性有关,而且与磨料的物性(主要是硬度和粒度)直接相关,其中以颗粒对磨损材料的冲蚀角度影响最大。粒子冲蚀角为0度时,属纯滑动喷射,以磨粒磨损为主,相当于松散的颗粒在滑动摩擦复合作用下所引起的一种磨损。随着喷射角的增大,磨粒磨损所占的比重减少,表面疲劳磨损的比重相应增加。当为90角时,表面疲劳磨损占主导地位。这时候材料的韧性很重要,韧性好的材料磨损率就低,如橡胶对90度的冲蚀角是最好的防磨材料,而对0度的冲蚀角却是最差的材料。

          Pool和Finnie等用气固两相流对金属材料在不同冲击角下的磨损率进行了实验研究,进一步证实了韧性材料最大磨损角为20度-30度,脆性材料的最大磨损角为90度的结论(如图1)。

         

          图1为陶瓷、金属和橡胶三种不同性质材料的冲蚀磨损与冲蚀角的关系曲线,由图1可以看出,陶瓷材料在小角度冲蚀磨损时,磨损失重最小。

          余热发电高温管道为气力输送系统,物料在流转过程中主要以冲蚀磨损为主。根据设备运行的特点,要解决此类设备的磨损,首要是内衬材料要具有较高的硬度及较高的断裂韧性,同时要保证安装的牢固性,以使在高温、高冲击情况下陶瓷不破碎脱落。

          四、产品选型

          针对此部分风管的运行工况,结合在多家水泥厂运行经验,我们推荐冷却机出口约4m部分用浇注料防磨,其他部位采用NMC-G44Y(70×55×7mm)型耐磨陶瓷对管道进行防磨。陶瓷材质为氧化铝刚玉陶瓷,是目前公认最好的耐磨材料之一;同时内衬固定方式也由传统的单纯粘贴改为耐高温无机粘合剂粘贴、拱接和螺柱焊装卡三重固定,可靠性大大增强,即使发生超高温异常情况,对设备影响也不大。

          弯头内壁采用螺柱焊方式安装耐磨陶瓷

          五、产品特点

          n 超耐磨:陶瓷采用优质氧化铝钢玉陶瓷,硬度达到HRA85以上,耐磨性能比锰钢耐磨271.5倍,至少延长设备使用寿命10倍;

          n 超抗冲击(非常关键):NMC-G44Y产品采用了精城®自主研发的晶须纤维增韧技术,可提高陶瓷韧性1倍以上,该技术荣获了国家科技进步三等奖。晶须本身具有很好的力学性能,晶须在拔出和断裂时,都要消耗一定的能量,有利于阻止裂纹的扩展。

          n 耐高温:可以长期在0℃-600℃运行,一般输料系统都可满足;

          n 防脱落(非常关键):每块陶瓷都有高强高耐磨螺栓穿过陶瓷焊接在底部钢板,配合强力粘胶粘接,双重保险,确保不脱落;

          n 专业焊接(非常关键):我们采用专业的螺柱焊焊接工艺

          二者结构类似,主要区别在于耐温性能及可靠度的强弱,在2007年6月份以前,我们在高温部分主要采用高温胶加点焊的方式,这种产品解决了粘贴方式在高温环境下的不足。但是,我们也意识到,这种采用普通焊条焊接的方式也有很大不足,首先传统焊机瞬间产生的热量较大,会对粘胶有一定程度的影响;另外现场操作难度较大,焊接时会产生烟雾和电弧,焊点脱焊而不能及时发觉;另外,而且随着温度的升高,焊点可靠性大大降低(一般580℃即出现脱焊现象)。

          为此,我们多方联系,从国外进口价格昂贵的螺柱焊机,并配备特制的焊头,彻底解决了这些问题。新式工艺焊接时热辐射较小,不产生电弧,焊接强度却比普通焊提高几十倍,而且每一个焊点牢固不牢固当时都可以检查,我们曾经做过实验,这种焊接方式在温度在1000℃也不会产生脱焊现象。

          六、产品主要性能指标

          1. 氧化铝陶瓷主要技术指标

         

        项目 指标
        氧化铝含量 ≥95%
        密度 ≥3.5 g/cm3
        洛氏硬度 ≥85 HRA
        抗压强度 ≥850 MPa
        断裂韧性KΙC  ≥4.8MPa·m1/2 
        抗弯强度  ≥290MPa
        导热系数 20W/m.K 
         热膨胀系数 7.2×10-6m/m.K 

          2. 无机粘合剂性能指标

         

         型号 抗拉强度  陶瓷-钢铁剪切强度 热膨胀系数  使用温度  颜色
        GWJ-750 8 MPa 2.5MPa 7.2×10-6m/ m•K 600℃ 红色

          七、选型理由

          (一) 如何解决防磨问题

          精城的耐磨陶瓷作为目前最耐磨的工业材料之一,采用了荣获国家科技进步三等奖的最新科研成果,耐磨性能优异。其核心是控制三个主要因素:原料的选择、粉料的制备和烧结;

          l 原材料选用的是高纯度相位的阿尔法氧化铝和晶体生长抑制剂;

          l 粉料采用最先进的粉体制备工艺,确保制成的造粒粉体分布均匀且具良好的流动性;

          l 严格的烧结工艺和精确的温度控制。该技术可以有效抑制晶体的生长,减少内部孔隙的产生,从而形成非常致密的烧结物。

          (二) 如何解决高温下陶瓷脱落问题

          冷却机至分离器风管长期运行于600℃的高温,大部分防磨厂家采用传统的环氧树脂类的有机粘胶。这类粘胶主要是有机成分,不耐高温,且易老化。满足不了长期运行的要求,即使采用燕尾槽装卡或螺柱焊装卡,一旦长期在超高温情况下运行,粘胶极易老化变脆粉碎。

          NMC-G型耐磨陶瓷是用耐高温强力粘胶GWJ-600将中间带孔的氧化铝陶瓷片装贴在设备内壁,同时配合先进的螺柱焊工艺透过小孔将陶瓷牢固地焊接在钢管内壁。每块瓷片不但互压互插,而且每块瓷都形成梯形角度,使瓷块之间紧密连接,无缝隙;当一圈的最后一块紧密嵌入后,瓷块之间形成机械自锁力(这种技巧在几个世纪前就被运用在中国桥梁建筑工程上)。

          GWJ-600耐高温无机粘合剂是我公司与清华大学精细陶瓷国家重点实验室联合研制的高科技产品。该种粘合剂对钢和陶瓷都具有优良的粘接性,工艺性和触变性;可在室温下固化;具有相当高的强度和韧性;具有较高的耐热性和耐老化性。该种方法成熟可靠,在-50℃~600℃运行温度下,衬板长期运行不老化、不脱落。

          (三) 如何解决在开机或停机过程中骤热骤冷对陶瓷的影响

          我们采用的GWJ-600的热膨胀系数为9×10-6m/ m·K,介于钢铁和陶瓷之间,可以很好地调节由于陶瓷与钢铁热膨胀不一致所带来的对陶瓷的挤压,最大限度地保证陶瓷在各种恶劣的环境中长期运行不脱落。

          (四) 如何解决陶瓷缝隙问题

          NMC-G型陶瓷设计为互压互插结构,每一片陶瓷之间都不留缝隙,尤其适用于高速气流冲刷。

          八、与其他耐磨材料的对比

          下面以DN3000mm δ=6mm L=40m管道为例,对耐磨陶瓷、浇注料及耐磨陶瓷涂料(龟甲网)的综合性价比进行分析。

         

         

        比较项目

        比较对象

         

        耐磨陶瓷

        耐磨陶瓷涂料

        (龟甲网)

        浇注料

        钢管外径

        3012mm

        3060mm

        3300mm

        钢管重量

        17782kg

        18066kg

        19486kg

        钢管单价

        7000元/吨

        7000元/吨

        7000元/吨

        钢管价格

        124474元

        126462元

        136402元

        耐磨材料厚度

        6mm

        30mm

        150mm

        耐磨材料面积

        378m2

        384 m2

        414 m2

        耐磨材料重量

        8171kg

        29978kg

        136778kg

        耐磨材料单价

        2050元/平方米

        1200元 /平方米

        7000元/吨

        耐磨材料价格

        774900

        460800元

        957446元

        总重

        25953kg

        48044kg

        156264kg

        总费用

        899374

        587262元

        1093848元

        使用年限

        8年

        2年

        3年

        每年平均成本

        112421

        293631

        364616元

        特点

        重量轻

        耐磨性能好

        重量较轻

        耐磨性一般

        重量重

        耐磨性差

         

             

          三种材料使用寿命对比          三种材料每年使用成本对比

         

          1、 耐磨陶瓷氧化铝含量达95%,而且是高温烧结,致密性强,因此耐磨性最好;耐磨陶瓷涂料氧化铝含量不超过60%,而且没有经过高温烧结,耐磨性一般;浇注料作为耐火材料,氧化铝含量极微,主要靠厚度。

          2、 耐磨陶瓷一般很薄就可以达到很好的防磨效果,因而与其他两种材料相比,重量轻,减轻管道负荷和支吊架负荷,节省钢材。

          3、 耐磨陶瓷虽然一次性投入大,但使用寿命长,平均成本低,不用频繁维修,减少劳动强度,提高工作效率。

          4、 使用耐磨陶瓷涂料或浇注料,每两年就需要更换管道,设备拆卸、吊装及由此造成的停产损失极大。

          从上表可以看出,在水泥厂高温管道上,耐磨陶瓷与浇注料、耐磨陶瓷涂料(龟甲网)相比,具有明显的优势。

          九、质量承诺

          1. 保证运行安全可靠,使安装、维护、检修方便;

          2. 保证至少使用8年以上;

          3. 保证在600℃以下的温度下长期运行不老化、不脱落。

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