復合材料冷焊技術(shù)在污水泵上的應用

張立龍

（順益體系（集團），廣東　珠海　519020）

復合材料冷焊技術(shù)在污水泵上的應用

張立龍

（順益體系（集團），廣東珠海519020）

摘要：針對國內(nèi)污水處理企業(yè)污水泵等設備長期出現(xiàn)磨損腐蝕情況，采用復合材料冷焊技術(shù)在對污水泵加以修復，并結(jié)合現(xiàn)場實際需求闡述了復合材料冷焊技術(shù)的工藝特點。

關(guān)鍵詞：復合材料；冷焊技術(shù)；污水泵；耐磨防腐修復；泵效節(jié)能

根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設部發(fā)布的“根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設部發(fā)布的“2014年一季度城鎮(zhèn)污水處理設施建設運行情況公報”，全國設市城市、縣累計建成污水處理廠3622座，污水處理能力約1.53m3/d。污水處理規(guī)模的不斷擴大，也伴隨著設備維修管理水平的不斷提升，國內(nèi)外各類設備維修新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。本文著重介紹了復合材料冷焊技術(shù)為污水泵提供耐磨防腐、節(jié)能降耗解決方案。

污水泵是污水處理工程中必不可少的設備之一，其作用是將相對高程較低的污水提升至后續(xù)相對高程較高的處理單元，為污水處理的順利進行提供足夠的動力。通常用于污水處理的污水泵可分為兩種，一種為用于污水提升的離心式潛污泵，潛污泵可直接安裝于污水中，電機和泵體連為一體，葉輪有閉式、半閉式、開式3種形式，主件材質(zhì)可分為鑄鐵、鑄鋼、不銹鋼。葉輪形式和主件材質(zhì)視污水成分情況而定。另一種為用于污泥回流的軸流泵，軸流泵是一種流量大、揚程低的高比轉(zhuǎn)速水泵，主要用于為二沉池污泥的回流提供動力。

一、污水泵腐蝕磨損機理分析

在污水處理廠運行過程中，污水泵的腐蝕磨損一直是困擾設備管理人員的棘手問題，集中體現(xiàn)在葉輪和蝸殼內(nèi)部等過流部件的磨損腐蝕（如圖1、2、3）。污水泵的腐蝕磨損機理錯綜復雜，主要分析如表1所示。

二、復合材料冷焊技術(shù)

復合材料冷焊修補技術(shù)是通過高分子復合材料對已經(jīng)出現(xiàn)腐蝕磨損的設備進行修復、補強的技術(shù)（圖4、5、6），亦可對未投入使用的新件做預防腐耐磨保護。該種材料是以碳化硅為主體材料通過高分子樹脂聚合而成，具有優(yōu)異的防腐耐磨性能。

圖1　潛污泵葉輪腐蝕磨損形貌

圖2　軸流泵導流體腐蝕磨損形貌

圖3　軸流泵葉輪腐蝕磨損形貌　

圖4　潛污泵葉輪防腐耐磨修復

圖5　軸流泵導流體防腐耐磨修復　

圖6　污水泵泵殼防腐耐磨修復

表1　污水泵腐蝕磨損風險分析表

三、工藝特點

1.優(yōu)異的基材粘結(jié)力和耐化學侵蝕能力

復合材料中高分子與修復基材間形成的范德華力和氫鍵構(gòu)成優(yōu)異的粘結(jié)力。一般金屬氧化產(chǎn)生的削離力的膨脹值為150kg/cm2，而傳統(tǒng)工業(yè)涂料的粘結(jié)強度只有16～65kg/cm2，極容易產(chǎn)生膜下腐蝕。先進的復合材料修復技術(shù)可產(chǎn)生280～600kg/cm2的粘結(jié)強度，并具有優(yōu)異的耐化學侵蝕能力。

2.抗磨損性能

以碳化硅顆粒為主體的高分子復合材料具有優(yōu)異的抗磨損性能。通過抗磨損測試發(fā)現(xiàn)，該種復合材料相對于C r30、A49、燒結(jié)陶瓷等傳統(tǒng)耐磨材料有著更為優(yōu)良的抗磨性能（圖7）。

本次測試的實驗條件為用60%的150目的高硬度石英砂漿液，以20m/s的速度對不同材質(zhì)3mm厚的樣塊進行垂直沖刷5h。表2為該種實驗條件下各種樣塊減薄深度表。

表2　測試樣塊厚度磨損深度表

3.提高污水泵泵效

基件修復完成后可形成光滑的界面，減少由坑蝕、穿孔造成的介質(zhì)能量損失，能有效提高水泵泵效。如表3所示，某廠污水泵使用復合材料冷焊技術(shù)前后，水泵流量、壓力、電流等平均值均發(fā)生明顯變化。使用后提高泵效2%以上，年節(jié)省電33689kW·h。目前該污水泵運行已兩年，工況良好，解體檢查復合材料附著良好，無剝落現(xiàn)象。

表3　污水泵復合材料冷焊技術(shù)使用前后數(shù)據(jù)對比表

4.冷修補技術(shù)

復合材料修復是一種冷焊修補技術(shù)，無需動火即可實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的修復工作，避免因熱焊對工件基材及焊接部位產(chǎn)生殘余應力。

四、修復工藝

復合材料冷焊技術(shù)修復工藝步驟如圖8所示。

圖7　復合材料抗磨損測試形貌圖

圖8　復合材料抗磨損測試形貌圖

1.表面處理

待修復工件首先須進行噴砂處理，噴砂后除銹等級須達到Sa2.5以上，同時粗糙度達到75μ m左右，便于高分子復合材料與基材形成良好的粘接強度。后進行清洗、干燥，使基材表面無污、無油、無水，方可進行下一步工作。

2.修復補強

（1）首先使用復合底涂材料將工件待修復表面潤濕，要求薄而均勻。

（2）在底涂材料未表干前利用高分子冷修補劑對工件表面的穿孔、氣蝕點、深溝修補起來，恢復原件形狀。

（3）經(jīng)過12h的完全固化后在其表面刮涂一層2mm的高分子碳化硅耐磨涂層，24h完全固化后，再交替刷涂兩遍復合面涂材料并經(jīng)過24h固化即可完成修復工作。

3.動平衡測試

對于轉(zhuǎn)動工件修復完成后必須按照標準G6.3進行動平衡測試，直至測試結(jié)果符合要求。

五、結(jié)語

復合材料冷焊技術(shù)在污水處理企業(yè)污水泵上的成功應用，改變了企業(yè)以往損壞即報廢的設備維修模式，為企業(yè)提供了一種新型的污水泵修復方式。經(jīng)實踐證明，具有如下優(yōu)點。

第一，可快速修復設備缺陷，恢復及提高設備性能，減少了設備缺陷造成的損失。

第二，具有優(yōu)異的耐磨防腐性能，有效提高污水泵抵抗氣蝕、磨損的能力，大幅延長設備檢修周期，提高設備使用壽命（達到或超過新件使用壽命）。

第三，光滑的修復界面可減少運輸介質(zhì)的能量損失，有效提高污水泵泵效，為企業(yè)節(jié)能降耗。

第四，施工簡單、對施工環(huán)境要求不高，可操作性強，施工工期短。

第五，避免因需材質(zhì)升級而造成維護費用的提高。

參考文獻：

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中圖分類號：TH31；TG456

文獻標識碼：B

文章編號：1671-0711（2016）01-0079-03

收稿日期：（2015-12-14）