ボイラー運用の変化がエロージョンとコロージョン保護に革新をもたらす

ボイラー内部の加圧管の金属損失は、ボイラーの設計者やオペレーターにとって大きな懸念事項です。 燃料組成やその他のサービスパラメータを変更すると、浸食と腐食が加速される可能性があります (図 1)。これは、実証済みの堅牢な材料を使用して軽減する必要があります。

1. これら 2 枚の写真は、ボイラー管の侵食 (上) と腐食 (下) を強調しています。 提供: 統合グローバル サービス (IGS)

溶接金属肉盛は寿命が長いことで知られています。 また、申請にかかる費用と時間がかかることでも知られています。 溶射はボイラーの水壁を保護するためにも使用できます。 適用は高速ですが、必ずしも堅牢であるとは限りません。 近年、この技術は大きな発展を遂げており、ボイラーの水壁保護への採用率が高まる可能性があります。

発電業界はここ数年、排出量に関して環境当局からの圧力の増大に直面している。 これらの取り組みにより、この部門はよりクリーンなプロセスの進化と開発を余儀なくされました。

最初のステップの 1 つは、NOx 削減に最適なパラメータを備えた低 NOx バーナーを使用して燃焼を最適化することでした。 通常、酸化環境であった燃焼室は還元環境に変わっています。 ボイラーとそのチューブの材質はそのような条件向けに設計されていないため、腐食速度が増加します。

この変更に加えて、多くのプラントは燃料多様化の機会を利用し、一部の地域では低コストの石炭が好まれる選択肢となっています。 ただし、石炭の価格はその品質にも関係しており、高コストの石炭は発熱量が高くなりますが、他の石炭は炭素濃度が低くても発熱量が低い場合があります。

酸化から還元への環境変化と、低硫黄分石炭から高硫黄分石炭への変化の組み合わせにより、腐食速度が大幅に増加しました。 この状況は、研磨灰による侵食や、灰が特定の領域に蓄積した場合の堆積物の下での腐食によってさらに悪化する可能性があります。

一部の石炭火力発電所はバイオマスに転換していますが、バイオマスには腐食剤を多く含む可能性のあるリサイクル材料が含まれる場合があります。

1990 年代、高速溶射は、高度に管理された工場での適用環境において確立された技術でした。 これは航空機部品、バルブ、その他同様の機器の特殊用途に使用されていましたが、ユーザーは現場で既存の固定資産に現場で効果的に適用できないかという疑問を持ち始めました。

当時、フィールド技術も存在していましたが、それは別の種類の技術でした。 ツインワイヤ アーク スプレー (TWAS) またはアルミニウム溶射 (TSA) はどちらも低速の溶射技術であり、循環流動層 (CFB) などの固定資産の重大な浸食/腐食環境で機能する信頼性の高いコーティングを生成することができません。バブリング流動床（BFB）、または火格子焚きボイラー。 既存の高速溶射装置および技術は、効果的または経済的に現場に導入することができませんでした。

数人のエンジニアがその問題に取り組みました。 超音速のガス流中でワイヤーを噴霧することがパズルの最初のピースでした。 この技術開発により、当時の石炭火力発電部門などの高温腐食環境で一般的に使用されていた溶接材料とうまく機能する表面技術が実現しました。

その段階で、Integrated Global Services (IGS) は主要顧客と協力して、廃棄物発電やバイオマスなどの他の産業分野へのテクノロジーの幅広い利用を模索していました。 同グループは、既製の合金原料を高速プロセスでスプレーすると、飛行中に酸化する粒子が生成され、腐食の浸透経路を備えた応用微細構造が形成されることを発見した。 これは、高温浸食用途では問題になりませんでしたが、塩素や硫黄などの腐食性物質を含む環境では根本的な問題でした。

IGS は、適用プロセス中の合金の完全性を制御する新しい高速溶射原料材料を開発することを目標として、2000 年代初頭に重要な研究開発 (R&D) 作業を実施しました。 このようにして、適用された微細構造は資産のサービス環境に適合します。 研究開発プロジェクトは、適用される高速溶射の微細構造の浸透性に焦点を当て、攻撃性/腐食性流体による浸透に対する適用材料の耐性、溶射される堆積粒子の形状、および残留応力の制御を評価しました。

2. 作業員がボイラーの水壁に高速溶射 (HVTS) を適用します。 このスプレーは機器に永続的な腐食バリアを提供し、さまざまな発電所で使用されています。 提供：IGS

特注の原料合金の開発後、長期信頼性が不可欠な場合、高速溶射 (図 2) はもはや工場のみのソリューションではなくなります。 これは現在、現場でのシャットダウンやターンアラウンド中の永続的な腐食バリアとして効果的に導入できる表面技術となり、クリティカル パスを削減し、最も過酷な動作環境での永続的な信頼性を確保します。 この技術の適応が進むにつれ、バイオマスおよび廃棄物発電プラントの運営者は、この技術が固定資産の母材金属を保護するための最適な浸食/腐食バリアであると認識し始めました。

この技術の開発は今も続いています。 新しいプロセスを開発し、新しい燃料源を実験し、廃棄物を燃料源として利用することは、世界的な持続可能性運動における重要な次のステップです。 しかし、新しい材料や技術は、予期せぬ加速された侵食/腐食という点で、設計者やオペレータに特有の課題をもたらします。 したがって、ターンアラウンドスケジュール内で現場に展開できる、実証済みの堅牢な表面保護ソリューションは、繰り返しの機器交換や溶接金属の肉盛に代わる歓迎すべき代替品とみなされています。

—Marina Silva は、Integrated Global Services (IGS) の国際マーケティング マネージャーです。 バージニア州に本社を置く同社は、表面保護ソリューションの国際プロバイダーです。

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