Millora de la resistència a la degradació de bescanviadors de calor en plantes IRSU mitjançant recobriments de projecció térmica HVOF.

Abstract

[cat] En el document final presentat com a tesi doctoral per a la obtenció del grau de doctor per a la Universitat de Barcelona s'hi inclouen els resultats tant en forma d'articles internacionals, així com en forma de memòria de resultats obtinguts durant l'investigació. El projecte en el que es va incloure aquesta investigació presentava com a objectius l'optimització de recobriments de projecció tèrmica de diferents tipus per tal de protegir les peces dels bescanviadors de calor de les incineradores de residus sòlids urbans (IRSU); així com el disseny i optimització de la seva aplicació a nivell industrial. Així doncs el document presentà una fase més experimental d'optimització i estudi en laboratori, seguida de una segona etapa d'estudis i d'implantació a escala industrial. Es varen depositar de l'ordre de uns 12 materials diferents, obtenint tant recobriments metalics com de tipus cermets (metall + ceràmic). De tots ells s'en varen seleccionar 3 sistemes els quals presentaven les característiques òptimes per a l'aplicació a gran escala. Els resultats que es troben a la tesi s'estructuren doncs amb una primera part de selecció de recobriments i optimització de condicions per a cada un d'ells. Mentre que la segona part mostra un capitol per a cada un d'els tres sistemes seleccionats. Els tres sistemes escollits corresponen a les composicions comercials de materials com són el Inconel-625 (Base Níquel), el Hastelloy C-22 (Base Níquel) y finalment l'acer inoxidable 316L (Base Ferro). Cada un d'aquests va ser depositat a través de la tecnologia de projecció tèrmica HVOF a partir de dues condicions optimitzades amb diferents gasos de combustió. Això va donar lloc a l'estudi detallat de 6 sistemes que s'anomenaren en funció de la seva composició i les seves condicions de Projecció. L'avaluació de la resistencia a la seva aplicació i caracterització estructural d'aquests sistemes a partir de tècniques com són la Microscopia Electronica d'Escombrat, la Difracció de Raig X, Espectroscopia d'energia dispersada o la Microsonda electrónica formen part de la gran quantitat de resultats obtinguts sobre el comportament d'aquests recobriments sota condicions extremes de degradació. També s'hi presenten per cada un d'ells els resultats de resistència a l'erosió, i corrosió obtinguts mitjançant assaigs tant electroquímics com de corrosió dinámica i estàtica. La compilació de tots aquests resultats i la seva relació amb les condicions de projecció així com amb l'estructura obtinguda permeten extreure conclusions sobre l'aplicació del material a escala industrial. Els resultats dels assaigs realitzats a l'interior de la incineradora són concordants amb els obtinguts mitjançant l'assaigs de corrosió i erosiócorrosió dissenyats en el Centre de Projecció Tèrmica. D'aquesta manera es pot realitzar una avaluació d'una forma accelerada de la resistència en servei dels recobriments generats. Per altra banda es comprova que els recobriments base Níquel són aquells que presenten una millora més significativa de la resistència a la degradació del bescanviador, incrementant la seva vida en servei, de mitjana, en més de 100.000 hores. Per altra banda els recobriments d'aliatges cermets presenten problemes mecànics, i els recobriments d'aliatges base Ferro, oxidació activa. Com a conclusió de caire general s'obté que la projecció tèrmica HVOF és una alternativa econòmica que aporta les millors prestacions que altres tecnologies de revestiment en la seva aplicació per plantes IRSU en tubs intercanviadors i parets d'aigua, així com en altres sectors industrials, com són plantes químiques de liquació de gasos o plantes de generació d'energia per combustió de carbó polvoritzat i biomassa.

[eng] The work entitled "Optimization of Municipal Solid Waste Incinerator exchanger degradation resistance through thermal spray HVOF coatings" present hopeful results about the resistance of HVOF coatings against the erosion and corrosion degradation mechanisms that occur on the exchangers tubes on MSWI plants. Different material compositions have been studied. Nickel, Iron and Cobalt based alloys, as well as Cermets (metals+ceramics) has been used to attain protective coatings. "In situ" tests on a real MSWI plant and "laboratory" tests have been carried out during 4 years of investigations. The document summarize all the obtained results such as characterization of feedstock materials, coatings, optimization of the HVOF spray parameters, as well as a detailed study of protector corrosion and erosion behavior under different corrosion and erosion tests. Different tests such as Electrochemical corrosion, high temperature corrosion, erosion-corrosion and salt corrosion test have been carried out and studied by SEM, ESEM; EDS, XPS and XRD techniques. Different behaviors of the coatings have been correlated with their structures and the used spray parameters. Nickel based coatings, obtained by using feedstock spray powder with compositions close to Inco-625 alloy, have been shown as the most useful for the final application. The main key parameters shown as corrosion resistance responsible have been high Nickel composition and low porosity content. The best results have been attained by spraying Diam1005 powder with HVOF Hydrogen spray process and Iron alloys as 316L has been sown as a useless materials for this kind of applications. This PhD thesis conclude that the optimized High velocity oxygen fuel thermal spray coatings (HVOF) can increase more than 100000 hours the service life time of MSWI exchanger tubes. This improving has been obtained using an economic technology as Thermal Spray HVOF.