En la recuperación de gases de cola de incineración de desechos industriales, los sistemas de calentamiento de sales fundidas de alta-temperatura y los equipos de intercambio de calor de gases de combustión de calderas, los tubos de calentamiento de acero inoxidable 316 están expuestos a entornos de servicio hostiles que combinan oxidación a alta-temperatura, descrudecimiento de partículas sólidas, corrosión por gases ácidos y ciclos térmicos-fríos alternos. Aunque el sustrato en sí posee una moderada resistencia a la corrosión a altas-temperaturas, el impacto-a largo plazo de las cenizas volantes, las partículas de óxido metálico y los gases de combustión corrosivos mezclados con azufre-cloro erosionarán y destruirán continuamente la película pasiva rica en cromo-natural, lo que provocará oxidación a altas-temperaturas, corrosión ácida del punto de rocío y erosión-. Los recubrimientos anticorrosión orgánicos e inorgánicos tradicionales-no resisten el impacto de partículas-a alta velocidad-a largo plazo ni los frecuentes choques térmicos, por lo que son propensos a agrietarse, pelarse y fallar rápidamente en la protección. La tecnología de recubrimiento de aleación por pulverización térmica deposita capas protectoras de aleación de alto rendimiento a base de níquel, cobalto o hierro sobre la superficie del tubo mediante fusión a alta temperatura y deposición por impacto a alta velocidad, formando una barrera de aislamiento compacta unida metalúrgicamente. Puede resistir simultáneamente la oxidación a alta-temperatura, la erosión de partículas y la penetración de medios ácidos, y sirve como un método avanzado de fortalecimiento de superficies para calentar tubos en condiciones de trabajo de corrosión-de temperatura ultra-alta-alta-. Muchas empresas solo aumentan el espesor de la pared del tubo o adoptan un tratamiento de pasivación superficial simple, que fundamentalmente no puede resistir el desgaste mecánico acoplado y la corrosión química a alta temperatura, lo que genera frecuentes fallas prematuras en la perforación de los haces de tubos de calefacción. Por lo tanto, una selección razonable de materiales de pulverización térmica y un control estandarizado del proceso de pulverización son fundamentales para prolongar la vida útil de los tubos de calefacción en entornos severos de gases de combustión y sales fundidas a altas temperaturas.
Los recubrimientos de aleación de pulverización térmica logran protección anti-corrosión y anti-desgaste basándose en mecanismos de protección compuestos de barrera física, resistencia a la oxidación a altas-temperaturas y resistencia al desgaste mecánico. En primer lugar, el denso revestimiento de aleación aísla completamente el sustrato de acero inoxidable de los gases de combustión a alta-temperatura, las partículas sólidas y el condensado ácido, bloqueando el canal de difusión de elementos de azufre, cloro y oxígeno para evitar la oxidación intergranular a alta-temperatura y el grabado ácido de la matriz. En segundo lugar, los componentes de aleaciones ricos en cromo, aluminio y níquel forman espontáneamente películas densas y estables de óxido protector de Cr₂O₃ y Al₂O₃ en condiciones de servicio de alta-temperatura, que pueden auto-reparar defectos menores del recubrimiento y restringir una mayor expansión de la oxidación. En tercer lugar, la alta dureza y la estructura en capas compacta de los recubrimientos por pulverización térmica mejoran significativamente la resistencia al desgaste de la superficie, amortiguando eficazmente el impacto de las partículas sólidas de alta velocidad y previniendo el desprendimiento pasivo de la película causado por la erosión de fluidos a largo plazo. Además, al hacer coincidir el coeficiente de expansión térmica entre el recubrimiento y el sustrato, se reduce en gran medida el riesgo de que el recubrimiento se agriete y se pele bajo ciclos térmicos frecuentes. Un pretratamiento inadecuado, parámetros de pulverización irrazonables o tipos de polvo de aleación no coincidentes provocarán defectos como porosidad del recubrimiento, fuerza de unión deficiente y tensión interna residual, que se convertirán en canales preferenciales para la invasión de medios corrosivos y, en cambio, acelerarán la corrosión localizada del sustrato.
Este estudio propone cuatro estrategias de implementación estandarizadas para la protección del recubrimiento de aleación por pulverización térmica de tubos calefactores de acero inoxidable 316. Primero, seleccione materiales de aleación de pulverización térmica según la temperatura de servicio y las características del medio corrosivo. Para condiciones de trabajo con temperatura continua por debajo de 550 grados y gases de combustión de cloro-con baja{4}}concentración de azufre-, se prefiere el polvo de aleación de níquel-cromo, que presenta una excelente resistencia a la oxidación y una resistencia moderada al desgaste, adecuado para tubos de calefacción de recuperación de calor residual de calderas convencionales. Para ambientes de alta-temperatura superior a 550 grados con densa erosión de partículas de cenizas volantes y fuerte corrosión ácida, se adopta un polvo de aleación autofundente-a base de cobalto- para lograr una dureza, resistencia al desgaste y resistencia al choque térmico ultra-altas. Para los sistemas de calentamiento de sales fundidas con un fuerte riesgo de penetración de cloruro, se selecciona un recubrimiento de aleación compuesta de aluminio-níquel, que puede formar una capa protectora de alúmina compacta para bloquear la infiltración de iones de cloruro. El polvo en aerosol a base de acero al carbono-está estrictamente prohibido en condiciones de trabajo de alta-corrosión para evitar la corrosión galvánica entre los defectos del recubrimiento y el sustrato de acero inoxidable.
En segundo lugar, implementar estrictamente un pretratamiento de superficie graduado para garantizar el rendimiento de unión del recubrimiento. Elimine la grasa de la superficie, las incrustaciones de óxido de soldadura, las capas de óxido y los contaminantes residuales de pasivación mediante desengrasado alcalino, limpieza ultrasónica y enjuague con agua pura a alta-presión. Realice un chorro de arena con abrasivo de corindón marrón angular para formar una textura de anclaje uniforme en la superficie del tubo, controlando la rugosidad de la superficie entre 60 y 100 μm para maximizar el entrelazado mecánico entre el revestimiento y el sustrato. Complete la pulverización térmica dentro de las 4 horas posteriores al chorro de arena para evitar la oxidación secundaria y la contaminación de la superficie; Se requiere un pulido fino local para las costuras de soldadura, las secciones de transición dobladas y las posiciones de sujeción para eliminar los bordes afilados que fácilmente inducen el agrietamiento por tensión del recubrimiento. Cualquier residuo de aceite, polvo o película de oxidación en la superficie provocará desprendimientos locales del revestimiento y defectos de corrosión ocultos.
En tercer lugar, optimice los parámetros del proceso de pulverización térmica de alta-velocidad y controle la calidad estructural del revestimiento. Adopte la tecnología de pulverización de oxi-combustible de alta-velocidad para minimizar la porosidad del recubrimiento, con la distancia de pulverización, la presión del combustible y la velocidad de alimentación del polvo ajustadas para garantizar la deposición uniforme de las partículas de aleación. Configure el modo de pulverización recíproca de múltiples-pasadas para evitar que el espesor excesivo de una sola-capa provoque grietas por tensión térmica del revestimiento; controlar el espesor total del recubrimiento entre 200 μm y 500 μm según los grados de corrosión y desgaste. Después de la pulverización, realice un tratamiento térmico de alivio de tensión a baja-temperatura para eliminar la tensión térmica residual dentro del revestimiento y evitar la iniciación de grietas bajo ciclos de temperatura alternos. Para tubos calefactores en paquetes complejos, utilice accesorios de pulverización giratorios de ángulo pequeño-para garantizar una pulverización de cobertura total sin ángulos muertos en los espacios de los tubos y en las posiciones de contacto fijas.
En cuarto lugar, lleve a cabo un tratamiento de sellado post-pulverización y establezca un mecanismo de inspección y mantenimiento del ciclo completo-del recubrimiento. Selle los pequeños poros inherentes de los recubrimientos por pulverización térmica con un sellador inorgánico resistente a altas-temperaturas para mejorar aún más el rendimiento de la barrera contra la penetración de gases corrosivos y condensados. Realizar inspecciones de la apariencia del recubrimiento, detección de espesor, pruebas de porosidad y pruebas de muestreo de fuerza de unión antes de la entrega en fábrica; utilice el detector de poros para detectar micro-defectos y reparar poros y áreas delgadas locales con un tratamiento de sellado complementario. Durante la operación en el sitio, inspeccione periódicamente la integridad del recubrimiento de las áreas de erosión a barlovento y las posiciones propensas a puntos de rocío cada seis meses; Realice oportunamente la reparación local con chorro de arena y pulverización térmica para detectar descamación parcial, abrasión y fallas en el recubrimiento. Combine la detección ultrasónica regular del espesor de la pared para monitorear la corrosión del sustrato debajo del recubrimiento; cuando el área de falla del recubrimiento exceda el 15%, organice una renovación general del recubrimiento para evitar-la erosión por alta-temperatura-del sustrato en grandes áreas y fugas por corrosión.
La verificación industrial de campo muestra que los tubos calefactores de acero inoxidable 316 recubiertos con aleación de pulverización térmica pueden funcionar de forma continua durante más de 35 meses en entornos de erosión de partículas y gases de combustión de alta-temperatura sin fallos de penetración. Por el contrario, los tubos de calefacción sin revestimiento sufren un grave adelgazamiento por erosión-a alta temperatura y fugas locales de corrosión ácida en un plazo de 4 a 9 años. En conclusión, la selección de polvo de aleación adaptable a las condiciones de trabajo-, el pretratamiento de superficie estandarizado, el control preciso de los parámetros de pulverización térmica y el mantenimiento del sellado posterior-al revestimiento pueden crear una barrera protectora de alto-rendimiento anti-desgaste y anti-altas-temperaturas-corrosión. La tecnología de recubrimiento de aleación por pulverización térmica supera eficazmente la limitación del sustrato de acero inoxidable al resistir el daño del acoplamiento causado por la corrosión química a alta temperatura y la erosión mecánica de partículas, proporcionando una solución anticorrosión de superficie confiable y de larga duración-para tubos de calentamiento de acero inoxidable 316 que sirven en sistemas industriales de intercambio de calor de incineración de desechos, gases de combustión de calderas y sales fundidas.
