超音速火焰噴涂在板式熱交換器中的應用*

李治國

(蘭州蘭石換熱設備有限責任公司，甘肅蘭州 730050)

超音速火焰噴涂在板式熱交換器中的應用*

李治國

(蘭州蘭石換熱設備有限責任公司，甘肅蘭州 730050)

對超音速火焰噴涂技術在板式熱交換器中應用的可行性進行分析，確定了噴涂材料的選擇依據(jù)和噴涂后應進行的性能指標試驗，對比分析了噴涂后的優(yōu)勢，為該技術在板式熱交換器中的推廣應用提供參考與依據(jù)。

超音速火焰噴涂;板式熱交換器;噴涂材料;性能指標試驗;性能對比分析

1 引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術的發(fā)展，機械零部件表面耐腐蝕和耐磨性能的要求越來越高。自20世紀80年代，隨著超音速火焰噴涂［1］為典型代表的新型熱噴涂技術的問世，由于其超高的焰流速度和相對較低的溫度，在高性能涂層制備方面顯現(xiàn)出明顯技術優(yōu)勢，使得超音速噴涂技術成為了一類最有活力、最有發(fā)展前景的熱噴涂技術。目前超音速噴涂主要有超音速電弧噴涂、超音速火焰噴涂、超音速等離子噴涂以及超音速微弧等離子噴涂等，它們的成功開發(fā)進一步拓展了噴涂技術在航空、航天、機械、石油、化工、電子、兵器、能源、輕紡、造船等國民經(jīng)濟的各個領域中的應用［1］，由于該技術能實現(xiàn)較好的防腐、耐磨性能，最終達到延長零部件使用壽命的目的，所以在相關領域中有著較為廣泛的應用。

板式熱交換器作為一種高效、緊湊、節(jié)能的新型換熱設備已廣泛應用于冶金、化工、石油、食品、能源等重要領域，目前焊接式板式熱交換器在冶金和燃料乙醇行業(yè)的應用得到快速發(fā)展。冶金和燃料乙醇行業(yè)工況較苛刻，物料性質復雜，產(chǎn)品在使用過程中會產(chǎn)生一定的磨蝕，進而影響到產(chǎn)品的壽命。因此若能將超音速火焰噴涂技術應用到該行業(yè)的焊接式板式熱交換器上面，不僅能擴大該技術的應用范圍，而且能提高焊接式板式熱交換器的使用壽命，但超音速火焰噴涂在板式熱交換器中的應用尚處于起步階段，需進行大量模擬試驗，摸索噴涂工藝，只有充分論證該技術在板式熱交換器中應用的可行性后方可應用。

2 可行性分析

對于焊接式板式熱交換器來說，要對其板片表面進行噴涂:①應該先分析焊接式板式熱交換器所使用的工況，進而確定噴涂的材料;②確定焊接式板式熱交換器容易失效的薄弱環(huán)節(jié)，要是對焊接式板式熱交換器板片的所有表面進行超音速火焰噴涂，其成本太高，還不如重新選擇板片材料;③根據(jù)焊接式板式熱交換器已確定噴涂部位的結構，分析工藝方案的可行性。由于焊接式板式熱交換器結構的特殊性和局限性，需要噴涂部位的操作空間有限，只能在很小的角度范圍內進行噴涂，涂層的結合強度能否滿足使用要求是一個非常關鍵的因素。另外，焊接式板式熱交換器的板片很薄，厚度最大為2 mm左右，噴涂過程中的溫度控制和防止板片變形是另一個非常關鍵的因素。因此，對于焊接式板式熱交換器來說要應用超音速火焰噴涂，必須模擬焊接式板式熱交換器的結構，在規(guī)定角度范圍內進行噴涂試驗，通過大量的試驗，摸索出合適的噴涂工藝，才能進行產(chǎn)品的噴涂。

3 噴涂材料選擇

在冶金行業(yè)和燃料乙醇行業(yè)部分位號中，對于焊接式板式熱交換器來說主要的失效方式為磨蝕，其次是腐蝕，因此，在選擇噴涂材料時，主要考慮磨蝕，其次是腐蝕。如果能將磨蝕問題解決，焊接式板式熱交換器的壽命最少能夠延長2～3年。結合焊接式板式熱交換器的實際使用工況，從耐磨性能方面出發(fā)，通過一系列試驗證明，可以選擇超音速火焰噴涂Cr3C2－NiCr或WC－12Co［1］材料，Cr3C2－NiCr或WC－12Co均屬于碳化物金屬陶瓷粉末，碳化物的共同特點是硬度高，化學性能穩(wěn)定。超音速火焰噴涂制備的涂層中，最具應用價值的是碳化物金屬陶瓷涂層，涂層具有結合強度高，孔隙率低，耐磨防腐性能好等諸多優(yōu)點［1］，在機械制造、礦山冶金、石油化工、造紙和燃料乙醇等耐磨領域得到了廣泛的應用。

4 性能指標試驗

為了確保超音速火焰噴涂在焊接式板式熱交換器中應用的可靠性，在產(chǎn)品上應用之前必須進行模擬試驗，制定合理的工藝參數(shù)，測定超音速火焰噴涂后性能指標，只有制定了合理的施工工藝和性能指標試驗合格后方可用于產(chǎn)品。工藝制定要結合產(chǎn)品的具體結構進行，性能指標試驗的主要項目有涂層的結合強度［1－2］、涂層厚度、顯微硬度、顯微孔隙率、表面粗糙度和磨粒磨損對比值［1］等六項指標，根據(jù)具體工況的要求可以選擇其中幾項性能指標進行試驗。

按照表1所列性能指標，制定相應的噴涂工藝，制作樣機，投入某一實際工況進行運行，運行3個月后對涂層進行了測定，涂層厚度基本上沒有減薄，涂層表面完好無損，沒有起皮、脫落等現(xiàn)象?？梢宰C明該性能指標能夠滿足該工況的要求，也充分說明了在該工況下應用超音速火焰噴涂是可行的。

表1 超音速火焰噴涂性能指標

5 性能對比分析

焊接式板式熱交換器常用材料有奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼，奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼本身具有一定的耐磨性能，尤其是雙相不銹鋼，耐腐蝕和耐磨性能相當優(yōu)越，但價格要比奧氏體不銹鋼高很多，所以在耐腐蝕要求滿足的情況下，若由于結構原因，局部地方流速過高，不能滿足耐磨要求時，可以選擇奧氏體不銹鋼加超音速火焰噴涂來滿足設計要求，這樣可以降低產(chǎn)品制造成本。若由于工況條件要求必須選擇雙相不銹鋼材料，但由于產(chǎn)品結構原因，局部地方流速過高，局部磨蝕問題較為突出，會大大縮短產(chǎn)品使用壽命時，可采用超音速火焰噴涂，提高產(chǎn)品局部耐磨性能，進而可以延長產(chǎn)品的使用壽命，降低設備維修成本。

通過試驗對比分析，奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼材料表面采用超音速火焰噴涂技術后，耐磨性能提高近一倍，同樣的工況，產(chǎn)品的使用壽命可以延長2～3年，從而降低了用戶產(chǎn)品維修和設備投資成本。

6 總結

通過試驗及實際工況模擬測試，超音速火焰噴涂技術可以用于板式熱交換器。通過應用超音速火焰噴涂技術，可節(jié)約產(chǎn)品制造成本，能夠提高產(chǎn)品的壽命，極大地縮短了產(chǎn)品的維修周期，進而降低了用戶產(chǎn)品維修成本和二次投資成本。因此，在廣泛應用于冶金、化工、石油、食品、能源等重要領域的板式熱交換器上推廣應用超音速火焰噴涂技術具有非常實際的意義。

［1］ 李誠銘.2006版新編噴涂新工藝新技術及噴涂設備應用實務全書［M］.北京:中國知識出版社，2006.

［2］ GB/T8642－2002，熱噴涂抗拉結合強度的測定［S］.

Application of High Velocity Oxygen Fuel Spray on Plate Heat Exchanger

LI Zhi－guo
(Lanzhou LS Heat Eχchange Equipment Co.，Ltd，Lanzhou Gansu 730050，China)

The feasibility of the application of the high velocity oxygen fuel spray on the plate heat exchanger is analyzed.The choice basis of spray coating material and the performance tests after spraying are indicated.Through the contrastive analysis，the reference and basis are provided for the development and application of high velocity oxygen fuel spray technology on plate heat exchanger in china.

high velocity oxygen fuel spray;plate heat exchanger;spraying material;performance test;contrastive analysis

TH12

A

1007－4414(2013)05－0081－02

2013－08－29

李治國(1979－)，男，甘肅武威人，工程師，主要從事化工設備設計方面的工作。