復合材料冷焊技術在污水泵上的應用

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：針對國內污水處理企業污水泵等設備長期出現磨損腐蝕情況，采用復合材料冷焊技術在對污水泵加以修復，并結合現場實際需求闡述了復合材料冷焊技術的工藝特點。

關鍵詞：復合材料；冷焊技術；污水泵；耐磨防腐修復；泵效節能

根據住房和城鄉建設部發布的“根據住房和城鄉建設部發布的“2014年一季度城鎮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，國內外各類設備維修新技術不斷涌現。本文著重介紹了復合材料冷焊技術為污水泵提供耐磨防腐、節能降耗解決方案。

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，主件材質可分為鑄鐵、鑄鋼、不銹鋼。葉輪形式和主件材質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，集中體現在葉輪和蝸殼內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

復合材料冷焊修補技術是通過高分子復合材料對已經出現腐蝕磨損的設備進行修復、補強的技術（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.優異的基材粘結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成優異的粘結力。一般金屬氧化產生的削離力的膨脹值為150kg/cm2，而傳統工業涂料的粘結強度只有16～65kg/cm2，極容易產生膜下腐蝕。先進的復合材料修復技術可產生280～600kg/cm2的粘結強度，并具有優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異的抗磨損性能。通過抗磨損測試發現，該種復合材料相對于C r30、A49、燒結陶瓷等傳統耐磨材料有著更為優良的抗磨性能（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前后，水泵流量、壓力、電流等平均值均發生明顯變化。使用后提高泵效2%以上，年節省電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，無剝落現象。

表3　污水泵復合材料冷焊技術使用前后數據對比表

4.冷修補技術

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

四、修復工藝

復合材料冷焊技術修復工藝步驟如圖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過24h固化即可完成修復工作。

3.動平衡測試

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

五、結語

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

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的能量損失，有效提高污水泵泵效，為企業節能降耗。

第四，施工簡單、對施工環境要求不高，可操作性強，施工工期短。

第五，避免因需材質升級而造成維護費用的提高。

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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）