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湿法烟气脱硫装置的腐蚀与防护

发布日期:2017-04-12  来源:选矿技术网  浏览次数:6647

一、 概述

火电厂湿法烟气脱硫环保技术因其脱硫率高、煤质适用面宽、工艺技术成熟、稳定运转周期长、负荷变动影响小、烟气处理能力大等特点,被广泛地应用于各大、中型火电厂,成为国内外火电厂烟气脱硫的主导工艺技术。但该工艺同时具有介质腐蚀性强、处理烟气温度高、SO2吸收液固体含量大、磨损性强、设备防腐蚀区域大、施工技术质量要求高、防腐蚀失效维修难等特点。因此,该装置的腐蚀控制一直是影响装置长周期安全运行的重点问题之一。本文力求通过对火电厂湿法脱硫装置腐蚀介质及环境的分析,明确湿法烟气脱硫装置腐蚀介质及环境的特点,结合我国现有防腐蚀技术水平,总结国内外湿法脱硫装置防腐蚀实践经验,提出实用、经济、安全的防腐蚀对策。

1、 湿法烟气脱硫装置的腐蚀机理

烟气脱硫装置中的腐蚀源主体为烟气中所含的SO2。当含硫烟气处于脱硫工况时,在强制氧化环境作用下,烟气中的SO2首先与水生成H2SO3及H2SO4,再与碱性吸收剂反应生成硫酸盐沉淀分离。而此阶段,工艺环境温度正好处于稀硫酸活化腐蚀温度状态,其腐蚀速度快,渗透能力强,故其中间产物H2SO3及H2SO4是导致设备腐蚀的主体。此外,烟气中所含NOX、吸收剂浆液中的水及水中所含的氯离子(海水法氯离子腐蚀影响更大)对金属基体也具有腐蚀能力。

    稀硫酸属非氧化性酸,此类酸对金属材料的腐蚀行为宏观表现为金属对氢的置换反应。从腐蚀学理论上可解释为氢去极化腐蚀过程(亦称析氢腐蚀)。就常用材料碳钢及不锈钢而言,两种材料在稀硫酸环境中均处于活化腐蚀状态,但腐蚀机理又略有不同。碳钢在稀硫酸或其它非氧化性酸溶液中的腐蚀属于阳极极化及阴极极化混合控制过程。这是因为铁的溶解反应活化极化较大,同时氢在铁表面析出反应的过电位也较大,故两者同时对腐蚀过程起促进作用, 导致腐蚀速度加快。而不锈钢在稀硫酸中的腐蚀属于阳极极化控制过程,这是因为不锈钢在稀硫酸介质中仍能产生一定程度的钝化,金属离子必须穿透氧化膜才能进入溶液,因此阳极极化作用大于阴极极化。但在烟气脱硫中,仍有几种变化影响:一是在湿法烟气脱硫中,为保证生成物结晶效果,必须强制氧化。当介质中有富氧存在时,不锈钢表面上的钝化膜缺陷易被修复,因而腐蚀速率降低。但因同时具有固体颗粒磨损作用及介质Clˉ存在,其钝化膜易被Clˉ或固体颗粒磨损作用破坏,从而使腐蚀速率大大增加。Clˉ的破坏原因可能是由于Clˉ具有的易氧化性质导致的。Clˉ容易在氧化膜表面吸附,形成含氯离子的表面化合物,由于这种化合物晶格缺陷较多,且具有较大的溶解度,故会导致氧化膜的局部破裂。此外,吸附在电极表面的离子具有排斥电子能力,也促使金属的离子化,但阳极极化仍是主要的。故通常的碳钢或不锈钢在此环境中均不适用。国外经多年对金属材料的筛选试验,最后将适用金属材料定位在镍基合金上,并建设了若干中、小装置。但由于镍基合金价格昂贵,大型烟气脱硫设备制做成本太高,其用材开发逐渐转到碳钢—有机非金属衬里复合材料技术路线上来,并获得了实用性成果。因此,讨论有机非金属衬里在烟气脱硫装置的腐蚀与防护问题非常必要。鉴于化学腐蚀在腐蚀设计选材正确的前提下,是较缓慢的过程,而物理腐蚀破坏则是常见的衬里失效破坏,故本文主要讨论有机非金属衬里的物理腐蚀破坏。兼顾动设备耐蚀材料选择。

2、 国外公司湿法烟气脱硫装置防腐蚀技术及材料选择(见表1)

表1  国外公司湿法烟气脱硫装置防腐蚀技术应用状况

公司名称

脱硫剂及其形态

吸收塔内衬

循环泵

塔内浆液管

塔外浆液管

三菱重工

日立公司

川崎重工

IHI

巴高克

比肖夫

ABB

GESSI

霍高文

千代田

石灰石浆液

石灰石浆液

石灰石浆液

石灰石浆液

石灰石浆液

石灰石浆液

石灰石浆液

石灰石浆液

石灰石浆液

石灰石浆液

玻璃鳞片衬里

玻璃鳞片衬里

鳞片或橡胶衬里

鳞片或橡胶衬里

橡胶衬里

鳞片或橡胶衬里

橡胶衬里

鳞片或橡胶衬里

橡胶衬里

玻璃鳞片衬里

衬胶离心泵

衬胶离心泵

衬胶离心泵

衬胶离心泵

合金叶轮

外鳞片内衬胶

外鳞片内衬胶

外鳞片内衬胶

碳钢内外衬胶

碳钢内外衬胶

碳钢内外衬胶

碳钢内外衬胶

同径玻璃钢管

碳钢内衬胶

碳钢内衬胶

碳钢内衬胶

碳钢内衬胶

碳钢内衬胶

碳钢内衬胶

碳钢内衬胶

碳钢内衬胶

碳钢内衬胶

动态设备有泵、搅拌器、风机等。吸收塔再循环泵、吸收塔排出泵、滤液泵、抛浆泵等泵壳及叶轮等,考虑到介质的腐蚀和固体物料的磨损,国外公司大多采用铸铁+橡胶衬里结构的离心泵,而石灰石浆泵、水系统用泵因腐蚀问题较轻,一般采用铸铁离心泵。衬胶泵在使用中也出现橡胶衬里失效现象,主要原因是:衬里质量差;浆液中的异物引起的力学损伤;由于空载引起的气蚀;带有大颗粒的浆液造成的异常磨损;泵的过载等。搅拌器大部分采用碳钢+橡胶衬里结构。氧化风机只鼓入空气,因无腐蚀介质,碳钢制造即可。增压风机、节流板在再热器之后净烟道区,虽然烟气有一定的腐蚀性,但由于其结构大,防腐措施难以实施,故用碳钢或COR—TEN钢制造,亦有采用涂料防腐技术的实例。

二、火电厂湿法烟气脱硫装置腐蚀区域及设备构成

尽管湿法烟气脱硫技术种类很多,但就其腐蚀环境区域构成而言,主要分为三个部分:一是烟气输送及热交换系统;二是烟气含SO2的吸收及氧化系统;三是吸收剂(石灰石浆液)传输及回收系统。图1为湿法空塔吸收烟气脱硫装置工艺流程示意图。

图1 湿法空塔吸收烟气脱硫装置工艺流程示意

本文仅以空塔吸收工艺为例,说明湿法烟气脱硫装置各腐蚀区域的防腐蚀设备构成。

1、 烟气输送及热交换系统:

该系统主要包括:换热器及原烟气进口烟道、换热器原烟气出口至吸收塔进口烟道、吸收塔净烟气出口至除雾器、除雾器至换热器净烟气进口烟道、换热器净烟气出口烟道至烟囱、原烟气旁路烟道至烟气挡板、烟气增压风机。

2 、SO2吸收及氧化系统:

该系统主要包括:吸收塔、氧化池、氧化空气注入管、塔内支撑架。

3 、吸收剂(石灰石浆液)传输及回收系统:

该系统主要包括:石灰石浆液储罐、浆液集管、浆液喷射头、石膏浆液储罐、废水储罐、过滤水储罐、事故浆池、浆液排放沟、废水排放沟、真空带式过滤机、水力分离器、浆液循环管、浆液泵,循环泵等。

三、湿法烟气脱硫装置各腐蚀区域的腐蚀分析

1、烟气输送及热交换系统

(1)该系统主要腐蚀介质及腐蚀环境

一是经流换热器原烟气进口烟道、换热器降温段、换热器原烟气出口至吸收塔烟道、原烟气旁路烟道、烟气挡板的高温(170-110℃)含尘(3-5%)含SO2(1-4%)原烟气(冶炼厂进口烟气温度仅为70-90℃);二是经流吸收塔净烟气出口至除雾器、除雾器至换热器净烟气进口烟道、烟气增压风机、换热器升温段的低温(45-90℃)除尘(0.3-0.5%)脱SO2(3×10-4-4×10-4)净烟气。

(2)该系统主要腐蚀特点分析

① 亚硫酸露点腐蚀:高温原烟气在正常运行条件下因无水份存在,对装置几乎无腐蚀,但在两种情形下将导致腐蚀。一是列管式换热器管程因某种原因穿孔,导致冷却水泄漏,致使高温原烟气所含SO2与水反应生成亚硫酸,形成高温亚硫酸还原性腐蚀。二是在装置开停车时,因环境大气湿度影响,装置内残留的气态SO2被钢基体表面凝聚水吸收生成亚硫酸,形成亚硫酸露点腐蚀(虽然烟道外保温可延迟钢基体表面凝聚水生成时间,但无法完全防止该类腐蚀的形成)。低温净烟气虽只残存少量SO2且经除雾器除去大部分水雾,但微量水和SO2的存在及环境大气湿度在装置开停车时形成的钢基体表面凝聚水仍会形成缓慢的亚硫酸还原性露点腐蚀(如重庆珞璜除雾器出口净烟气烟道,原设计不防腐,经多年运行可看到明显腐蚀现象,现已实施鳞片防腐)。

② 防腐蚀衬层高温热应力失效:鉴于上述腐蚀因素的存在,通常在原烟气流经区域采用1.2~1.5mm厚耐高温鳞片涂料防腐,但在实际使用中该区防腐衬层常常发生龟裂、开裂、剥落等腐蚀失效现象,究其原因主要有七:一是在衬里本体固化时,大分子间因固化反应形成新的化学键,使得大分子的聚集态及构象发生变化,分子间距离缩短,树脂体积收缩。但因衬里材料构成中有多种不同相材料共存且受钢基体表面粘附制约,导致衬层内及界面间形成收缩残余应力;二是鳞片涂料与钢基体热膨胀系数不同,在热环境下,二者间因粘接相互制约导致涂层内及界面间生成较大的热应力;三是由于火电厂环保脱硫装置开停车较频繁,使生成的热应力处于间歇性交变状态中,加速衬层的热应力腐蚀失效;四是鳞片涂层属脆性材料,衬层内热应力的长期存在,特别是在热应力交变期内易导致涂层龟裂、开裂、剥落等物理腐蚀失效;五是在衬层施工中,不可避免存在气泡、微裂纹等局部缺陷,而此类缺陷正是导致衬层介质渗透、热应力破坏等物理腐蚀失效的起因。六是衬里材料选择不合理,树酯耐温能力不足,在高温热应力作用下形成热应力开裂。七是在衬层施工中,不可避免存在气泡、微裂纹、粘贴不良等局部质量缺陷,而此类缺陷正是导致衬层介质渗透、热应力破坏等物理腐蚀失效的起因。故装置正确的防腐蚀设计,应采用厚浆型鳞片涂料加表面毡复合内衬结构,以力学性能好、残余应力小的纤维锚固鳞片涂料,以耐蚀性、抗渗性好的鳞片涂料提高衬层耐腐蚀性以提高区域抗介质腐蚀、抗高温热应力腐蚀失效能力。且衬层厚度应控制在1.5±0.2mm内,低温净烟气烟道因热应力较小,此类腐蚀失效可不作重点考虑。

③ 防腐蚀衬层烟尘磨损失效:在配套有电除尘设备的火力发电装置中,该类腐蚀失效虽有但并不严重,若无电除尘设备,由于烟气中含有大量粉尘,则磨损较严重。提高衬层抗磨损性能的措施是加一层耐磨胶浆贴衬的表面毡,以力学性能好的纤维锚固耐磨胶浆,以耐磨性能好的耐磨胶浆提高衬层抗磨损性。低温净烟气烟道因含尘量极小,此类腐蚀失效可不作重点考虑。

④ 防腐蚀衬层高温碳化烧蚀失效:正常情况下从电除尘排出的原烟气温度为145~150℃,此温度不足以使耐高温鳞片衬里高温碳化烧蚀,但当锅炉的蒸汽预热器、省煤器、空气预热器等设备运行不正常时,电除尘排出的原烟气温度将达160℃以上,此温度将导致大多数耐高温鳞片衬里材料由表及里缓慢高温碳化,此类衬里材料碳化并不严重影响衬里的完整性及耐蚀性,但衬里一旦因热应力作用形成开裂,则裂纹的发展加快,介质沿裂纹渗透速度加快,导致衬里局部整块剥离。当温度超过180℃时,长期高温作用会导致大多数耐高温鳞片衬里由表及里烧蚀烟化,此种情形将导致衬里严重失强减薄,其腐蚀破坏是致命的。

⑤ 液滴冲击磨蚀:当高速流动的烟气中夹带水滴(形成双相流)时,易对烟道壁衬里,特别是对迎风面烟道壁衬里(如导流板及弯烟道壁)产生液滴冲击磨蚀(即空泡腐蚀),形成力学疲劳破坏。水相来源一是换热器的清洗水,二是列管式换热器的泄漏水。因液滴在烟气中分布的随机性和液滴的独立存在特点,使衬层承受着连续点击交变冲击作用,导致衬层力学疲劳破坏。

⑥ 衬里震颤疲劳破坏:衬层在下述条件下易产生震颤疲劳破坏:一是该区烟道结构设计强度、刚性不足,特别是烟道布置受环境所限弯道、过流截面变化较大时,高速流动的烟气在烟道中过流时会因弯道及过流截面变化的影响,产生较大的压力变化,形成不稳定流动,导致烟道结构震颤,使本来就高温失强的衬里形成疲劳腐蚀开裂,严重时形成大面积剥落。二是在烟道结构强度设计时,出于结构补强需要,采用细杆内支承补强,当高速流动的烟气在烟道中过流时,因烟气冲击压力作用引发支承细杆抖动变形,导致支承杆与烟道壁焊接区衬层开裂。由于烟气引发的结构震颤是通过衬层传导给金属基体的,而衬层与基体是通过界面底漆粘接联接的,故此类破坏往往发生在界面底漆粘接层,其对衬层的破坏是非常致命的。

2、 SO2吸收及氧化系统:

(1)该系统主要腐蚀介质及腐蚀环境

一是烟气中所含的SO2。当含硫烟气处于脱硫工况时,在强制氧化环境作用下,烟气中的SO2首先与水反应生成H2SO3及H2SO4,再与碱性吸收剂反应生成亚硫酸盐,经强制氧化生成硫酸盐沉淀分离。而此阶段,工艺环境温度正好处于稀(亚)硫酸活化腐蚀温度状态,其腐蚀速度快,渗透能力强,故其中间产物H2SO3及H2SO4是导致设备腐蚀的主体。二是烟气中所含NOX、吸收剂浆液中的水、石灰石、水中所含的氯离子(海水法氯离子腐蚀影响更大)对金属基体也具有腐蚀能力。三是吸收塔内喷浆区温度环境急变,吸收剂浆液中固体含量大,其温差热应力及固态料对衬层具有较强的腐蚀破坏能力。

(2)该系统主要腐蚀特点分析

① 防腐蚀衬层稀(亚)硫酸渗透失效:导致介质渗透腐蚀失效原因有三:一是室温条件下固化成型的有机非金属树脂均为非致密体,固化树脂基体中存有大量的分子级空穴;二是衬里材料均为复合材料,不同相材料界面间总存在有界面孔隙;再三是衬里材料在混配、施工过程中,必然会生成微气泡、微裂纹等缺陷。这就为介质迁移性渗透提供了通道。可以说,正是衬里自身具有的这些固有缺陷,导致腐蚀介质渗透的不可避免性。橡胶及鳞片衬里之所以被选择为烟气脱硫装置的适用防腐蚀衬里技术,鳞片衬里是因其具有优异的抗渗透能力,橡胶是因其为压延成型故胶板致密性好。

② 防腐蚀衬层热应力腐蚀失效:导致该区应力腐蚀失效原因除16.3.1节已述原因外,还应特别注意吸收塔内喷浆区环境状态,该区为高温原烟气与低温吸收剂浆液交汇区(温度由120~110℃降至45~50℃),对该区防腐衬层而言,温度急变将导致处于不同温度区的衬层热膨胀状态不一样,形成不均匀热应力,其破坏性较恒定热环境下的热应力大得多。应力的存在增加了衬层内及界面间微裂纹及界面孔隙等缺陷,且为缺陷发展及介质渗透创造了条件。吸收塔非喷浆区及氧化区,由于环境温度较低,热应力小,衬层的应力腐蚀失效易较小。

③ 防腐蚀衬层固体物料磨损腐蚀失效:在脱硫介质体系中,固体物料除烟气所带粉尘外还有作为吸收剂的石灰石浆液及脱硫生成物硫酸钙。特别是石灰石浆液经浆液泵从喷浆管带压喷出,在与烟气中SO2反应过程中,同时冲刷衬层表面,对吸收塔浆液自重落体区的衬层有较强的磨损能力。对高温环境而言,由于树脂的高温失强及橡胶的高温热老化等特性,磨损更为严重。加之大型金属设备为现场拼焊制作,表面凹凸不平,其凸起部位更易因磨损而破坏。此外吸收塔氧化池底部因工艺机械搅拌及空气搅拌作用亦产生较强的磨损。

④ 防腐蚀衬层机械力损伤失效:此种情形主要发生在设备内件吊装及检修时,特别应关注吸收塔氧化池底部氧化空气对底部衬层的吹冲破坏及空气管检修时人为机械损伤。

⑤ 含亚硫酸热蒸汽腐蚀区:该区指吸收塔原烟气入口延长段,在该区域,高温原烟气与低温吸收剂浆液交汇,浆液中的含微量氯离子水被汽化并吸收原烟气中的SO2生成含H2SO3水蒸汽,受汽化扩散能的作用向入口延长段扩散并进一步被高温原烟气加热,经一段时间后达到平衡,在此区形成具有热冲击、间歇性交变热应力作用特征的含亚硫酸、微量氯离子热蒸汽腐蚀环境,特别是当该区设有冷却喷淋水时,该区还同时伴随着空泡腐蚀作用,其腐蚀环境十分苛刻。橡胶衬里耐热性不足易热老化破坏,一般不锈钢因Clˉ及H2SO3的存在易不耐腐蚀。采用鳞片衬里必须充分考虑其热冲击、间歇性交变热应力及空泡腐蚀作用特点,实施有效补强措施。国内许多业主及设计方出于对非金属衬里技术的担心,往往在该区域选择价格昂贵的高镍基合金纯金属结构(如59合金等)。

3 、吸收剂(石灰石浆液)传输及回收系统

(1)该系统主要腐蚀介质及腐蚀环境

一是经流石灰储槽、石灰石浆液储槽(含石灰石制备废水储坑及排水沟)石灰石料浆泵、输浆管、吸收塔内料浆集管、料浆喷射管的低温(30-40℃)高固体含量(20-30%)的石灰石浆液制备输送系统;二是经流石膏料浆泵、输浆管(槽)浆液循环管及循环泵、水力分离器、真空带式过滤机、(含过滤水储槽、排水沟、排水储槽、氧化池浆液备用储槽)低温(45-50℃)高固体含量(40-50%)的石膏浆液输送处理系统。

(2)该系统主要腐蚀特点分析:

①、石灰石浆液制备输送系统的主要腐蚀介质为CaCO3、水及微量Cl和OH,对衬里而言腐蚀条件并不苛刻。石膏浆液输送处理系统的主要腐蚀介质为CaSO4·2H2O、水及微量Cl、H2SO3和H2SO4,对衬里而言腐蚀条件也不苛刻。

②、防腐衬层固体物料磨损腐蚀失效:由于腐蚀环境温度较低,衬里本体强度高,尽管固体物料含量大,但磨损腐蚀失效并不十分严重,故衬里磨损余量适度考虑即可。

真空带式过滤机、石膏料浆泵、浆液循环管及循环泵、石灰石料浆泵、输浆管、吸收塔内料浆集管、料浆喷射管等设备,在制造商供货时其材料选择中已考虑腐蚀磨损问题,本文将在材料选择章节中列出并加以讨论,此处不在赘述。

四、烟气脱硫装置衬里技术选择及衬层结构设计

1、湿法烟气脱硫装置防腐蚀衬里技术分析

鳞片衬里技术及冷衬橡胶衬里技术作为火电厂烟气脱硫装置两大主流防腐蚀衬里技术已为国内外相关行业界普遍认同。原因有三:一是电力行业在早期引进的烟气脱硫环保装置样板示范项目中,国外技术承包商均以该两类技术作为防腐蚀衬里选择,其中鳞片衬里技术在国内实际使用先于橡胶衬里技术进十年;二是该两类技术在国内已形成产业化基础,具有良好的国产化条件,特别是国产鳞片衬里技术在该领域成功应用也已进八年;三是该两类技术在烟气脱硫装置中使用具有良好的性能/价格比,为保证该装置的长周期底成本运行提供了可靠的技术保证。

(1)抗热应力破坏性:

热应力破坏对鳞片衬里而言是由于衬层材料与钢基体线膨涨系数不同引起的大分子间的力学能破坏,但对橡胶而言则是由于作用于橡胶大分子的热能为大分子吸收转化成化学能引起的大分子本体的深度交联(表现为胶板热老化变硬脆化)及大分子本体的断链降阶(表现为胶板表面龟裂),二者间具有本质区别。有资料证明,环境温度超过80℃时,丁基橡胶在一定的使用时间后具有明显的硬化龟裂现象。

(2)抗介质渗透性试验:从试验结果看(见图2  图中:1-丁基橡胶、腐蚀;2-FUCHEM-4高温胶泥衬里类型、无异常;3-镍基合金C、腐蚀;4-钛、腐蚀;5-不锈钢、腐蚀。试验条件30%H2SO4、80℃):丁基橡胶的增重远大于鳞片衬里,这说明丁基橡胶对介质的吸收能力远大于鳞片衬里,图2鳞片涂料与耐蚀金属和橡胶的耐蚀性能比较也就是说介质在丁基橡胶中的渗透能力远大于鳞片衬里。                                                                        

图2  鳞片涂料与耐蚀金属和橡胶的耐蚀性

(3)耐磨性: 

试验证明:在无腐蚀环境条件下,鳞片衬里的耐磨性优于丁基橡胶及天然橡胶,略差于氯丁橡胶。然而在经腐蚀介质浸泡后橡胶的耐磨性急剧下降,而鳞片衬里的耐磨性却几乎无变化(图3,图中1-FUCHEM-2中温耐磨类型衬里;2-FUCHEM-3中温玻璃钢复合类型;3-氯丁橡胶;4-丁基橡胶。试验条件5%H2SO4、80℃)

图3  鳞片涂料与橡胶的耐磨性比较

    (4)鳞片及冷衬橡胶衬里的综合性能比较

表2:鳞片衬里和冷衬橡胶性能优劣比较表

序号

对比指标

鳞片衬里

冷衬橡胶

1

抗介质渗透性

很好

2

界面粘接强度

3

抗应力腐蚀

好(热应力环境需补强)

好(>80℃环境不可用)

4

抗热老化

5

耐温性

好(适用于全环境温度)

低温(≤80℃):好、高温:差

6

抗扩散性底蚀

7

本体强度

8

衬层修补性

9

施工性

10

施工成本

适中

较高

11

质检性

12

对环境要求

较高

13

施工周期

14

对基体要求

适中

较高

15

质量控制要点

针孔,厚度(可查)

胶缝,粘贴界面(不可查)

16

耐磨性

低温(≤60℃):好 高温:差

防腐蚀材料性能比较说明:橡胶与鳞片衬里之间的许多性能间的比较如:耐温性、施工性、修补性、耐热老化性、本体强度、抗扩散性底蚀能力、施工周期性等性能鳞片较优是不言而喻的。但其抗介质渗透性、抗热应力能力及耐磨性优于橡胶是许多人疑惑的,但实践及试验均证明了此结论。

2、烟气脱硫装置非金属防腐蚀衬里材料体系选择及结构设计

(1)冷衬橡胶防腐蚀衬里材料体系及结构设计

①、冷衬橡胶防腐蚀衬里的材料体系:由于冷衬丁基橡胶材料的最高使用温度为90℃(国产材料长期使用温度控制在80℃为宜),不足以满足装置温度环境的要求,故以橡胶为主导材料的防腐蚀内衬通常在高温原烟气烟道配套采用耐高温鳞片涂料。又由于装置低温净烟气烟道腐蚀环境较缓和,采用厚衬层防腐性能/价格比不合适。加之烟道钢基体壁板较薄,刚性不足,胶板粘贴滚压时易因钢板形变而导致胶板受压不足,影响界面粘贴质量,故该区域防腐蚀内衬通常也配套采用耐低温厚浆型鳞片涂料。目前在我国引进装置中,以橡胶作为防腐蚀内衬技术选择的装置均采用此防腐材料体系。

②、冷衬橡胶防腐蚀衬里的衬层结构设计:

目前在吸收塔衬胶防腐设计中,多采用3-4mm厚胶板单层结构,胶缝采用搭接或压胶条结构(如图4a、b所示)。该结构最大缺陷一是胶缝一旦为介质破坏或施工质量有缺陷,介质将直接沿胶缝渗透腐蚀金属基体并形成扩散性底蚀。二是搭接胶缝或所压胶条高出衬层表面,易于被含固体物料介质磨损破坏,导致胶缝破损形成渗透腐蚀。建议衬胶防腐设计采用图4c所示结构。该结构是采用2mm厚胶板两层贴衬,两层胶板的胶缝错位坡面对接,且坡面对接缝与介质流动方向相同,避免形成介质啃边破坏。

图4  衬胶结构设计示意图

橡胶衬里对热蒸汽的抗渗性较差,易于形成热蒸汽性扩散渗透鼓泡破坏,因此至少在吸收塔烟气入口热蒸汽丰富区应采用双层胶板衬里结构防腐。

烟道区鳞片防腐结构在鳞片防腐结构中说明,此处不再赘述。

(2)鳞片防腐蚀内衬材料体系及结构设计

尽管鳞片衬里材料在烟气脱硫装置中已有近三十年的实际应用,但其单独作为烟气脱硫装置的防腐蚀衬里技术仍存在着耐磨损及抗热应力破坏性不足两大缺陷。我国自二十世纪九十年代引进烟气脱硫样板示范装置以来,此两大缺陷即成为业主的心病,也成为行业科技人员关注的焦点。经十多年不懈地研究实践,在充分认识烟气脱硫装置腐蚀环境特点的基础上,提出了依环境温度及磨损程度划分装置防腐蚀区域,依区域腐蚀重度确定复合衬里结构的腐蚀控制对策。即以鳞片结构层(抗渗层)纤维鳞片结构层(抗渗、抗热应力层)鳞片纤维耐磨胶浆结构层(抗渗、抗磨、抗热应力层)鳞片耐磨胶浆结构层(抗渗、抗磨)作为复合衬里结构的基本结构层,按区域腐蚀重度加以复配选用,实现高性能/价格比条件下的控制腐蚀。试验与实践证明,该腐蚀控制对策是有效的。具体见下列2表格:

表3:玻璃鳞片衬里典型性能表

表4、玻璃鳞片胶泥防腐材料类型及配比

表3、玻璃鳞片防腐蚀衬里 FUCHEM VEGF性能典型指标

项目

单位

FUCHEM-1

FUCHEM-2

FUCHEM-3

FUCHEM-4

FUCHEM-5

FUCHEM-6

FUCHEM-7

玻璃鳞片中温型VEGF-Ⅱ

玻璃鳞片耐磨型VEGF-ⅡAC

玻璃钢  衬里型VEGF-ⅡFRP

玻璃鳞片耐温型VEGF-Ⅰ

玻璃鳞片高温耐磨型VEGF-ⅠAC

耐温玻璃钢衬里型VEGF-ⅠFRP

玻璃钢混凝土用型 VEGF-FRP

密度

Kg/L

1.4

2

1.4

1.4

2

1.4

1.4

硬度

Barcol

50

50

50

55

55

55

50-55

树脂耐热温度

130

130

130

175

175

175

130-175

热膨胀系数

L/℃

1.25×10-5

1.25×10-5

1.25×10-5

1.15×10-5

1.15×10-5

1.15×10-5

1.15×10-5

拉伸强度

Mpa

40

40

45

40

40

50

50

弯曲强度

Mpa

55

55

55

55

55

55

55

抗弯曲特性

》5度

》5度

》5度

》5度

》5度

》5度

》5度

冲击值

Kg*cm (Du-Pont  tester)

1 ×50passed

1 ×50passed

1 ×50passed

1 ×50passed

1 ×50passed

1 ×50passed

1 ×50passed

粘结强度

Mpa

≧12.0

≧12.0

≧12.0

≧12.0

≧12.0

≧12.0

≧12.0

水蒸气    渗透率

g/cm2.hr.mmHg

1.5×10-6

1.5×10-6

1.5×10-6

1.45×10-6

1.45×10-6

1.45×10-6

1.45×10-6

磨损值

CS-17,1000g /1000转

---

60mg

80mg

---

60mg

80mg

80mg

耐温性

湿态 ℃

130

130

130

200

200

200

130

干态 ℃

100

100

100

150

150

150

100

 

表4、玻璃鳞片胶泥防腐材料类型及配比

编号

规格

涂层结构

膜厚

用量(Kg/㎡)

FUCHEM-1

中温玻璃鳞片衬里

VEGF-Ⅱ底漆 

2.0mm           (Min.1.5mm)

0.20

 

 

玻璃鳞片胶泥(二层)

3.20

 

 

VEGF-Ⅱ面漆

0.20

 

 

 

 

FUCHEM-2

中温耐磨型玻璃鳞片衬里

VEGF-Ⅱ底漆 

4.0mm       (Min.3.5mm)

0.20

 

 

玻璃鳞片胶泥

2.40

 

 

VEGF-Ⅱ耐磨层(第一涂层)

4.50

 

 

VEGF-Ⅱ树脂  (玻璃纤维布)

0.50

 

 

VEGF-Ⅱ耐磨层(第二涂层)

4.50

 

 

VEGF-Ⅱ面漆

0.20

 

 

 

 

FUCHEM-3

中温玻璃鳞片复合玻璃钢衬里

VEGF-Ⅱ底漆 

3.0mm      (Min.2.5mm)

0.20

 

 

玻璃鳞片胶泥(二层)

3.20

 

 

VEGF-Ⅱ玻璃钢涂层(M+SM)

1.50

 

 

VEGF-Ⅱ面漆

0.20

 

 

 

 

FUCHEM-4

高温玻璃鳞片衬里

VEGF-Ⅰ高温底漆 

2.0mm     (Min.1.5mm)

0.20

 

 

玻璃鳞片高温胶泥(二层)

3.20

 

 

VEGF-Ⅰ高温面漆 

0.20

 

 

辅助材料

 

 

 

 

 

FUCHEM-5

高温耐磨型玻璃鳞片衬里

VEGF-Ⅰ高温底漆 

4.0mm     (Min.3.5mm)

0.20

 

 

玻璃鳞片高温胶泥(二层)

2.40

 

 

VEGF-Ⅰ高温耐磨层(第一涂层)

4.50

 

 

VEGF-Ⅰ树脂    玻璃纤维布)

0.50

 

 

VEGF-Ⅰ高温耐磨层(第二涂层)

4.50

 

 

VEGF-Ⅰ高温面漆 

0.20

 

 

 

 

FUCHEM-6

高温玻璃鳞片复合玻璃钢衬里

VEGF-Ⅰ高温底漆 

3.0mm     (Min.2.5mm)

0.20

 

 

玻璃鳞片高温胶泥(二层)

3.20

 

 

VEGF-Ⅰ玻璃钢高温涂层(M+SM)

2.00

 

 

VEGF-Ⅰ高温面漆 

0.20

 

 

 

 

FUCHEM-7

混凝土玻璃钢衬里

混凝土用VEGF-FRP底漆

3.0mm     (Min.2.5mm)

0.20

 

 

玻璃钢涂层(M+M+WR+SM)

3.50

 

 

VEGF-FRP面漆

0.20

备注:1》上面的中温树脂采用的低收缩型工程专用891乙烯基树脂,包括中温玻璃钢铺层和中温耐磨层制作用;

      2》上面的高温树脂采用的高交联耐高温898乙烯基树脂,包括用于高温玻璃钢铺层和高温耐磨层制作用;

      3》M表示短切毡;SM表示表面毡;WR表示玻璃布。


火电厂烟气脱硫装置防腐蚀内衬结构设计

区域

防腐蚀内衬结构图示

腐蚀环境条件

内衬结构防腐蚀特性

一、

FUCHEM-5类型

冷热物料交汇区是指高温未处理烟气与低温脱硫液交汇区域。其主要腐蚀环境条件为:

1、该区烟气温度为110—150℃,低温脱硫液温度为室温。

2、脱硫液固体含量为60—70%。

3、树脂高温失强,高温热应力引发的内衬材料重度力学龟裂失效。

4、高固体含量浆液压力喷射及自重落体引发的内衬材料冲刷重度减薄磨损。

5、高温新生态稀亚硫酸引发的内衬层渗透及烧蚀腐蚀(温度大于150℃时)。

6、区域环境冷热分布不均导致的内衬层强热应力开裂破坏(喷浆管因腐蚀扩嘴形成非雾化喷浆时)。

7、树脂高温失强导致耐磨性能下降,力学龟裂形成介质穿透性渗透导致金属基体腐蚀。

1、   防腐内衬各层均选用耐高温树脂(898)(其使用条件为:湿态SO2烟气150℃,干态SO2烟气180℃)以提高衬层抗高温新生态稀亚硫酸烧蚀腐蚀及树脂高温严重失强能力。

2、   采用耐高温树脂(898)为主胶液中加入硬质超细粉末以提高衬层抗热应力及磨损能力。

3、   耐磨胶浆层中复合玻璃布以提高磨胶浆层抗热应力开裂能力,防止衬层力学龟裂失效。

4、   内衬结构中增加耐磨胶浆贴衬玻璃钢结构层,以提高衬层抗介质磨损及耐热应力破坏能力,形成对冷热物料交汇区苛刻腐蚀环境的综合防护能力。

区域

防腐蚀内衬结构图示

腐蚀环境条件

内衬结构防腐蚀特性

二、

FUCHEM-2类型

说明:

1、防腐内衬各层厚度可根据设计总厚度调整。建议内衬层厚度为2mm。

2、高固体含量浆液将导致内衬层重度磨损应充分考虑磨蚀余量。

低温磨蚀区是指吸收塔SO2吸收区及氧化池侧壁。其主要腐蚀环境条件为:

1、该区烟气温度为40—60℃。

2、脱硫液固体含量为60—70%。

3、SO2吸收过程中的新生态稀亚硫酸引发的内衬层渗透腐蚀。

4、高固体含量浆液自重落体引发的内衬材料冲刷重度磨损。

5、低温热应力引发的内衬材料轻度热应力破坏。

1、   内衬结构中增加耐磨胶浆层以提高衬层抗介质冲刷重度磨损能力和提高衬层抗热应力。

2、   耐磨胶浆层中加入短切纤维以提高磨胶浆层抗热应力开裂能力。

3、   采用耐蚀低温树脂(891)为主胶液,以耐磨胶浆层一体化复合防腐内衬结构,形成对低温磨蚀区较苛刻腐蚀环境的综合防护能力。

区域

防腐蚀内衬结构图示

腐蚀环境条件

内衬结构防腐蚀特性

三、

FUCHEM-4类型

说明:

1、防腐内衬各层厚度可根据设计总厚度调整,建议内衬层厚度为1.5-2.0mm。

2、高温热应力将引发的内衬层重度力学龟裂失效,应充分考虑抗热应力破坏。

高温区是指未处理烟气侧换热器入口烟道、换热器内壁、换热器出口至吸收塔入口区烟道、旁路烟道。其主要腐蚀环境条件为:

1、该区烟气温度为90—150℃,

2、未处理烟气固体含量为3—8%,流速为15M/she。

3、树脂高温失强,高温热应力引发的内衬材料重度力学龟裂失效。

4、高温SO2烟气引发的内衬层烧蚀腐蚀(温度大于150℃时)。

5、装置停用时环境湿度吸收残存SO2引发的露点腐蚀。

6、低固体含量、高流速引发的内衬层轻度磨损。

1、   防腐内衬各层均选用耐高温树脂(898)(其使用条件为:湿态SO2烟气150℃,干态SO2烟气180℃)以提高衬层抗高温SO2烟气烧蚀腐蚀及树脂高温严重失强能力。

2、   在拐角处、阴阳角等应该采用FUCHEM-6类型。内衬结构中增加富树脂纤维补强层以提高衬层抗高温热应力能力,防止力学龟裂失效,FRP层采用耐高温树脂为主胶液(898),形成对高温区较苛刻腐蚀环境的综合防护能力。

区域

防腐蚀内衬结构图示

腐蚀环境条件

内衬结构防腐蚀特性

四、

FUCEHM-3类型

说明:

1、防腐内衬各层厚度可根据设计总厚度调整,建议内衬层厚度为2mm。

2、搅拌空气排气管空气冲刺引发的下方防腐层局部力学失效应充分考虑。

3、人为机械力碰撞破坏引发的内衬层机械力损伤应充分考虑。

低温补强区是指氧化池底部及侧壁2m高搅拌区。其主要腐蚀环境条件为:

1、在机械及空气搅拌条件下高固体含量         浆液引发的内衬层的中度磨损。

2、低温热应力引发的内衬层的轻度应力破坏。

3、在维修条件下人为机械力碰撞破坏引发的内衬层机械力损伤。

4、因设备基座变形导致设备底板形变引发的内衬层形变应力开裂。

5、搅拌空气排气管空气冲刺引发的下方防腐层局部力学失效。

1、   内衬结构中增加富树脂玻璃钢补强层以提高衬层抗人为机械力碰撞破坏及设备底板形变破坏以防止内衬层机械力损伤及形变应力开裂。

2、   采用低温树脂为主胶液,以鳞片衬里、玻璃钢补强层一体化复合防腐内衬结构,形成对低温补强区一般腐蚀环境的综合防护能力。

3、   搅拌空气排气管垂直下方防腐层局部加衬橡胶或瓷砖(300×300mm,厚≥3mm)。以防止空气冲刺引发局部损坏。

区域

防腐蚀内衬结构图示

腐蚀环境条件

内衬结构防腐蚀特性

五、

温  区

FUCHEM-1类型

低温区是指吸收塔处理烟气出口烟道,除雾器设备内壁,净烟气侧换热器内壁及出口烟道。腐蚀环境条件为:

1、该区烟气温度为40—90℃。

2、SO2吸收中的新稀亚硫酸引发的内衬层渗透腐蚀。

3、低温热应力引发的内衬层轻度应力破坏。

4、低固体含量、高流速引发的内衬层轻度磨损。

六、

FUCHEM-7类型

说明:该区亦可在表面复合VEGF-2胶泥防腐蚀衬里结构.

灰浆池及排浆槽区是指石灰石及浆液的贮存、备用、过流系统。其主要腐蚀环境条件为:

1、该区烟气温度为45—60℃。脱硫液固体含量为30—40%。

2、高固体含量浆液排注引发的衬层轻度磨损。

4、石灰石浆液及残存的稀(亚)硫酸引发的内衬层渗透腐蚀。

1、   富树脂结构层(2层短切毡+1层玻璃布+1层表面毡构成)提高内衬防腐层抗介质渗透腐蚀。同时这个复合结构也符合防腐蚀设计要求中的“secondary bonding”)。树脂胶料可采用891树脂加衬。

2、   也在表面复合1mmVEGF-2层胶泥复合结构以提高衬层抗热应力及磨损能力。

区域

防腐蚀内衬结构图示

腐蚀环境条件

内衬结构防腐蚀特性

七、

FUCHEM-5类型

说明:

1、亦可采用高镍基合金如59合金,但应注意碳钢与59合金焊缝区的的防护措施,最好采用螺接联接结构。

含亚硫酸热蒸汽腐蚀区是指吸收塔原烟气进口烟道外延段。其主要腐蚀环境条件为:

1、该区环境温度为140-150℃(无烟气换热设备)或110-120℃。

2、SO2吸收过程中不断浓缩的新生态稀亚硫酸引发的衬层渗透腐蚀。

3、低固体含量、高流速引发的衬层中度磨损。

4、树脂高温失强,高温热应力引发的衬层重度力学龟裂失效。

5、间歇性交变高温热应力及热冲击引发的衬层重度力学开裂。

6、高温SO2湿烟气引发的衬层碳化烧蚀腐蚀(温度大于150℃时)。

7、烟气中夹杂的液滴引发的衬层空泡腐蚀。

8、进口烟道外延段结构钢性不足,因结构震颤引发的衬层重度力学开裂。

1、   防腐内衬各层均选用耐高温树脂(898)(其使用条件为:湿态SO2烟气150℃,干态SO2烟气180℃)以提高衬层抗高温新生态稀亚硫酸烧蚀腐蚀及树脂高温严重失强能力。

2、   内衬结构中增加耐磨胶浆贴衬玻璃钢结构层,以提高衬层抗介质磨损及耐热应力破坏能力,形成对冷热物料交汇区苛刻腐蚀环境的综合防护能力。

为了提高耐磨和耐温度冲击能力,也可采用以下结构方式,衬砖采用VEGF-1胶泥:


五、烟气脱硫装置的结构设计对腐蚀控制的影响

有关装置及设备的结构设计在本手册第四分册第一章中已有专门叙述,本章仅通过讨论结构设计实践中的几个具体事例,来分析装置结构设计对衬层失效的影响及改进措施。

1、事例一:某装置吸收塔进口烟道结构设计分析

     图5为某装置吸收塔进口烟道结构设计示意图

图5  某装置吸收塔进口烟道结构设计示意图

    该吸收塔进口区主要存在如下结构缺陷:

(1)进口烟道与吸收塔采用焊接刚性连接结构,而烟道壁厚仅5mm,且烟道拐弯区与吸收塔位置靠近,其间平直段较短,烟气高速经流弯道时对垂直阻挡面烟道弯壁及导流板产生不稳定作用力,由于其间无膨胀节柔性连结松弛震颤应力,使该区烟道震颤加剧。加之该区环境温度较高,树脂衬层力学性能下降,极易因烟道结构震颤引起内衬层开裂、剥离破坏。

(2)该区烟道采用碳钢材质,而与吸收塔连接烟道进口段采用不锈钢材质,不锈钢材质的最大缺点是与树脂界面粘接强度低,仅相当于碳钢的1/3,该段烟道虽因与吸收塔连接且外支撑较好,震颤并不严重,但前段内衬层一但因上述诸因素开裂脱粘,由于进口烟道是直接焊接到吸收塔塔体上,在过流烟气的剥离作用下,由于衬层与不锈钢界面粘接强度低,其延伸剥离破坏速度很快。又由于吸收塔衬层与该段衬层为连续体,故进口烟道衬层的破坏将不可避免的延伸至塔体。

(3)该区域防腐内衬层截止位置正好在烟道拐弯区中部,此区正好为烟道结构震颤、烟气过流冲刷、环境温度作用、喷淋水热交换蒸汽扩散破坏较恶劣区域,极易引发衬层端部起始开裂脱粘。一但因上述诸因素导致开裂脱粘形成,则在过流烟气的剥离作用下,其延伸剥离破坏将是非常迅速的。

(4)该区在进口段加设喷淋冷却系统,使过流烟汽形成双相流体系,增加了液滴对进口区衬层冲击腐蚀破坏的可能性。

改进结构的主要特点为:

(1)在进口烟道与吸收塔之间增加一膨胀节(至少亦应增加一连接法兰),作用有二。一是利用膨胀节的柔性连结松弛烟道震颤应力,使其对衬层的破坏性减少;二是利用膨胀节的法兰连接,使烟道衬层与吸收塔衬层分断,避免衬层延伸剥离破坏的形成。膨胀节安装位置应尽可能靠近吸收塔,以减少进口烟道与吸收塔焊接段长度,利用吸收塔大容积冷却环境及喷射浆液褂壁流动冷却作用缓解该段进口烟道的环境温度作用,提高使用寿命。

(2)吸收塔进口延长段采用碳钢,且该段进口烟道壁厚应与同部位吸收塔壁厚相同并设置足够的外支撑结构,以保证该段进口烟道刚性要求及保证衬层的粘接强度,防止因震颤引发衬层破坏。

(3)防腐蚀衬里层只做到膨胀节吸收塔一侧,且利用胀节吸法兰翻边将衬里端部放置在法兰联接处,避免介质冲刺作用。

(4)取消喷淋冷却系统。

2、事例二:某装置原烟气进口烟道结构设计分析

图6为某装置原烟气进口烟道及内支承结构设计示意图,从设计结构看,该烟道设计实际上是非衬里烟道结构,未考虑非金属衬里对烟道结构的设计要求,基本未执行衬里钢壳设计标准,因此此结构在装置使用中是非常危险的。

 

图6  某装置原烟气进口烟道及内支承结构设计示意图

该原烟气进口烟道及内支承结构主要存在如下结构缺陷:

(1)内支撑结构为钢管十字交叉、四点焊接定位、多层密集排列

该结构的主要特点为:正十字交叉的长达数米的细钢管(直径约60mm)构成的支撑架,经与长方形烟道壁四点焊接定位后,多层分体密集排列(间隔约800-1000mm)于烟道中形成内支撑结构体系。该结构的主要质量隐患在于:当烟气高速过流时,稳定性较差的正十字交叉结构支撑架受过流烟气的冲击作用影响,极易形成失稳性形变;当高速过流烟气流动不稳定时,则支撑架失稳性形变将进而发展为失稳性震颤。这类失稳性形变和震颤所产生的应力沿钢管传导并在支撑架焊接定位点处形成集中,引发定位点处烟道壁板的形变与震颤,进而导致衬层以焊接点为中心,形成环状开裂破坏,且支撑架迎风侧较背风侧开裂严重。

(2)烟道结构为多弯道、变截面、壁厚薄、刚度差

由于进口烟道的布置区域狭窄,为在小区域内实现生产设备的有效连接,整个烟道结构的设计特点为:a、拐弯多,从换热器至吸收塔连续拐了四道弯;b、变截面,既每段烟道断面面积均不一样;c、壁厚薄,整个烟道的设计壁厚仅5mm,实测仅4.7-4.9mm;d、刚性差,工作人员行走踏踩即可明显感觉到烟道结构震颤。

该结构的主要质量隐患在于:由于小区域布置烟道,在烟道的设计上又采用了多弯道、变截面结构,导致烟气流动严重不稳定,而烟道弯道顶部及导流板均为烟气直接受力面,在流动不稳定的烟气冲击作用下,使壁厚较薄、刚性较差的直接受力面极易产生结构震颤,非弯道区烟道亦因烟气的不稳定流动及支撑架失稳性震颤引发结构震颤。此类结构震颤产生的震颤应力作用于衬里层形成疲劳剥离应力,其对衬层的破坏必然是开裂脱粘。由于烟气引发的结构震颤是通过衬层传导给金属基体的,而衬层与基体是通过界面底漆粘接联接的,故此类破坏往往发生在界面底漆粘接层。

该烟道设计结构为原电力行业火电厂烟道通用标准设计结构,完全可满足电厂锅炉烟气过流排放的各种技术要求。问题在于,当烟气脱硫装置引入烟气处理过流排放体系后,由于脱硫装置的腐蚀环境,导致相关进出口烟道亦形成腐蚀环境,因此提出了进出口烟道的腐蚀控制问题。国外积数十年经验总结,提出了采用烟道外支撑补强结构,鳞片内衬防腐的腐蚀控制技术,且成为我国引进的各种烟气脱硫样板示范工程中唯一采用的进出口烟道腐蚀控制结构。即使是我国有关衬里钢壳结构设计标准中也对此作出明确规定。很遗憾,在我国个别自行设计的烟道结构中却忽略了此结构技术的借鉴及有关标准的执行。

改进方案一是将内支撑结构改为外支撑结构(见图7),且结构强度及刚性应符合相关设计标准规定,拐弯区及导流板应适当增加厚度或增加支承补强筋排列密度,最好导流板联接支承放置在外框架上,而不是直接焊接在烟道壁上,以避免因导流板震颤引发烟道壁震颤,导致内衬层疲劳剥离。近期国外设计公司亦有将导流板直接选用316L材料制作,不再采用碳钢衬防腐层结构,以避免因导流板震颤引发防腐层破裂失效这一常见事故发生。二是尽可能采用等截面、少弯道设计结构,使烟气流动尽可能稳定。

图7  烟道外槽钢支撑结构设计示意图

,     六、烟气脱硫装置配套设备及配件防腐蚀材料选择

    烟气脱硫装置除现场制造的主体设备及烟道采用鳞片或橡胶衬里防腐蚀技术外,其配套设备(如:真空带式过滤机、除雾器、料浆泵、脱硫风机等)及配件(如:脱硫浆液集管、脱硫浆液喷射管、氧化空气输送管、烟道膨胀节等)大多采用耐蚀材料本体制造或采用金属基胎外涂功能性涂料或橡胶衬里防腐。表5为烟气脱硫装置配套设备及配件现常用防腐蚀材料及技术。

表5  烟气脱硫装置配套设备及配件常用防腐蚀材料及技术表

序号

设备名称

防腐蚀材料或技术

序号

设备名称

防腐蚀材料或技术

1

浆液循环泵

碳钢衬胶

8

水力分离器

316L

2

工艺废水泵

碳钢衬胶、316L

9

真空过滤器

橡胶、PP、PVC等组合

3

水泵

铸铁

10

增压风机

前置碳钢、后置涂料防腐

4

除雾器

PP、PVC、FRP、316L1

11

氧化风机

碳钢

5

换热器

ND钢2、碳钢衬搪瓷3

12

膨胀节

四氟高强布复合带

6

阀门

316L

13

浆液喷头

碳化硅、刚玉、镍基合金

7

氧化搅拌浆

镍基合金、碳钢衬胶

14

浆液搅拌浆

碳钢衬胶

注:1、316L作为除雾器用材多在小型烟气脱硫装置使用,实际效果并不好。

2、ND钢作为换热器用材常发生酸液冷凝腐蚀。

3、翅片管采用碳钢衬搪瓷技术翅片端部易破损或漏衬。

烟气脱硫装置配管的防腐蚀技术种类较多,但大致有以下几类:衬胶管、内外衬胶管、FRP管、聚氨脂衬管、PVC、PP等。

七、烟气脱硫装置鳞片内衬防腐蚀施工技术

鉴于烟气脱硫装置庞大,内支承结构复杂,防腐蚀失效维修较难,腐蚀环境苛刻且各区域衬层复合结构不同,因此对防腐蚀衬里施工要求较高。表6列出了衬里施工各环节技术要求。

表6  烟气脱硫装置鳞片衬里施工技术条件表


火电厂烟气脱硫装置鳞片内衬防腐蚀工程施工及质检作业技术条件

作业程序

作业内容

施工技术控制要点

确认栏

一、开工前准备

1、明确设计图纸、说明书规定的防腐蚀内衬技术要求。

2、依据设计图纸、说明书,实地勘察现场确认待防腐施工范围。

3、了解设备结构,特别是局部复杂结构,对不符合衬里施工技术要求的设计结构提出修改建议。对难以修改的结构设计,提出防腐蚀衬里技术补偿方案,并以备忘录书面形式报甲方备存。

4、设备制造表面质量是否满足衬里施工技术要求,设备壳体联接焊缝有否漏焊,内焊缝是否满焊,所有焊接联接件是否全部安装到位。焊缝质量状态是否满足衬里施工要求,焊渣飞溅物、起弧点有否打磨除去。

5、注意内件支承架与内件联接方式,确认该部位防腐蚀衬里技术方案,避免发生无法安装或安装后防腐蚀有缺陷等质量事故。

6、明确接管尺寸,确定接管衬里施工方案及预制玻璃钢管数量、尺寸、厚度,避免贻误施工进度质量标准事故。

7、工程用材料、工机具、质检仪器、安环设施是否齐备完好。

8、依据HGJ33-91标准对待防腐设备实施开工质量验收。

9、编制施工日志、施工工序质检记录表。

10、提交开工报告。

1、材料保管应防雨、防潮、避免阳光直射。

2、施工工序质检记录表应含甲方确认签字栏。

3、内焊件是否有漏焊,内焊缝是否满焊。

4、所有焊接联接件是否全部安装到位。

5、预制玻璃钢管的数量、尺寸、厚度。

6、设计结构修改建议及备忘录。

7、内件支承架与内件联接方式及该部位防腐蚀衬里技术方案。

*参考标准:

HGJ33-91:《衬里钢壳设计技术规定》

二、脚手架组装

1、组装的脚手架应对衬里施工作业无妨碍。

技术要求:

1)脚手架作业宽度700-1000mm,单层架高1800mm,最小荷载2.0N/mm,底架高2m以上。

                   

2)脚手架与设备待衬侧表面间隙150-300mm。与内支承件周边间隙300mm以上。

1、确保设备待衬侧表面及内支承件衬里施工作业空间。

2、安全设施组装应同时到位。

3、脚手架、行梯、扶手扣件及踏板安装牢固稳定,符合国家安全规范标准。

4、施工照明设施配置合理,保证施工作业要求。

5、通风符合国家操作环境标准。

三、表面处理及涂底漆(两道)

1、基体表面打磨处理:

1)焊渣及飞溅物打磨:完全消除。

2)焊缝平整度打磨:光滑过渡。凸角R打磨。

3)钢壳表面非铁锈污染清除。

2、基体表面喷砂处理:

1)施工环境条件纪录。

2)除去铁锈及氧化皮层,增加基体表面粗糙度。

3)砂料使用粒度为本14-28目的干燥石英砂或铁矿,回收使用砂料粒度亦同。

4)喷砂压力在6.5-8Kg/cm2

5)对已喷砂面进行风力清扫。

6)对已清扫喷砂面实施质量检查,并对不合格部位实施修补性复喷至合格。

3、第一道底漆涂刷:

1)按规定量均匀配制无溶剂底漆施工料:底漆量170-200/m2;引发剂2-2.5%;促进剂3.5-4.5%。

2)将配制好的底漆料均匀的涂敷到已喷砂基体表面。

1、基体表面打磨处理:

1)凸角R>5mm。

2、基体表面喷砂处理:

1)温度:>5℃,湿度:<85%。

2)喷砂等级为Sa21/2以上。

3)控制喷砂对周边环境的影响。

4)不需衬里的部位预先防护。

5)喷砂基体表面应完全呈金属银白色本岸色。

6)若设备较大,实施分区喷砂时,在已涂敷底漆未固化前,不得对邻进区域基体表面实施喷砂作业。

3、第一道底漆涂刷:

1)喷砂基体表面应在6-8小时内涂敷底漆。

2)涂敷底漆应均匀致密无漏涂。

三、表面处理及涂底漆(二道)

4、第二道底漆涂刷:

1)待喷砂作业及第一道底漆涂刷全部完成后实施第二道底漆涂刷。

2)对已涂第一道底漆涂刷实施全面检查,对有返锈区域实施修补性复喷。

3)对设备作业区内的脚手架、内部支承件(梁)设备基体表面的残留砂粒、砂尘实施彻底清扫。

4)按规定量均匀配制无溶剂底漆施工料:底漆量120-150/m2;引发剂2-2.5%;促进剂3.5-4.5%,色浆适量。

5)将配制好的底漆料按垂直向交互涂刷原则均匀的涂敷到已喷砂基体表面。

4、第二道底漆涂刷:

1、硬化剂随色浆加入,通过底漆料颜色配制均匀度确定硬化剂分布均匀度

2、通过两道底漆颜色差别控制漏涂事故发生。

3、涂敷底漆表观不得有淤积、夹杂物、流淌痕迹。

四、底漆检测

1、成型后底漆触摸检查不得有未固化粘手区,若有则将该区域底漆全部清除,用溶剂认真擦洗后重涂。

2、成型后底漆表观检查若有淤积、夹杂物、流淌痕迹,用砂轮机将淤积物及流淌痕打磨平滑,将夹杂物清除后,清扫洁净重涂。

1、未固化底漆清除应特别注意彻底清除。

2、砂轮机打磨应特别注意不得伤及金属基体。

五、第一道玻璃鳞片衬里施工

FRP接管施工

1、施工前准备:

1)确认当天的气温及湿度并记录。

2)将当天待施工区域清扫洁净。

3)施工用工机具合理配置,整齐洁净。

4)对当天待使用衬里材料做确认并运抵配料现场。

5)ND150以下接管内衬FRP预制管确认。

6)底漆面检查,是否有返锈或漏涂。

2、鳞片衬里施工料配制:

1)称取规定量衬里材料6-8Kg/桶,引发剂1.5-2%;促进剂2-2.5%,色浆适量。按衬里材料+引发剂—搅拌—混有色浆促进剂—真空搅拌的次序,在真空搅拌机中配制施工料。

3、第一层衬里施工:

1)衬里施工作业周向自上而下实施。

2)施工作业组编为两抹一滚叁人制。

3)取适量施工料放在材料托板上用镘刀或刮板沿待施工表面单向推抹涂敷,严禁反向刮抹及用镘刀在托板上反复捣料,以防止界面气泡裹入衬层。

1、施工前准备:

1)温度:>5℃,湿度:<85%。如湿度<85%时,需停工或配置除湿机;温度>5℃时,需停工或配置鼓风式加热器。

2、鳞片衬里施工料配制:

1)真空搅拌机真空度控制为550-600mmHg,真空度下搅拌时间为>5分钟。

2)鳞片衬里施工料有效使用时间为30分钟。

3、第一层衬里施工:

1)施工中若发现施工料中有未着色料团,应即时清除,不得使用。

2)每道鳞片衬里施工厚度为1.0-0.2mm。施工厚度控制以底层颜色透视度判定:<0.5mm可见;0.6-0.8mm模糊可见;>0.9mm不可见。

五、第一道玻璃鳞片衬里施工

FRP接管施工

4)施工中若发现衬层涂敷后有流淌倾向,应即时通知配料组调整施工料。

5)衬层局部施工形成的端界面必须采用搭接结构,防止对接结构。中断施工时,衬层边缘端界面亦应按搭接结构预留。

4、衬层滚压作业:

作用:确保鳞片填料平行倒伏,衬层表面均匀、平滑、致密。

1)滚压作业时羊毛手滚应沾少许滚压液。

2)滚压作业时羊毛手滚应与涂敷衬层保持线施压接触状态,随机大范围滚压,直止全部衬层表面致密、均匀、平滑、光亮。

3)滚压液应随着滚压作业的进行不断少许浸沾。

3)中断施工时后,若边缘端界面未应按搭接结构预留坡面,接续施工时应用砂轮机打磨修复至搭接结构。

4)管径大于150mm的接管,直接涂敷鳞片衬里。

4、衬层滚压作业:

1)衬层滚压作业必需保证全部衬层表面均匀、平滑、光亮,任何漏滚将导致衬层耐蚀性能下降。

2)羊毛手滚浸沾过多,将导致衬层表面流淌,过少将导致羊毛手滚与衬层表面粘贴。

3)滚压作业时应注意衬层厚度控制,偏薄区应要求施工人员补涂。

五、第一道玻璃鳞片衬里施工

FRP接管施工

5、FRP预制接管插入作业:

作用:确保鳞片衬里难以施工的偏细接管内防腐质量,并提高接管抗冲刷磨蚀能力。

1)仅对ND150以下接管实施内衬FRP预制接管插入防腐作业。

2)FRP预制接管与钢接管间缝隙用鳞片胶泥充分填充粘接,填充缝隙厚度不应小于2mm。FRP预制接管内侧FRP端部封闭采用两层短切毡加一层表面毡。

3)接管外法兰插装到位后,用专用夹具牢固定位。                         

     

5、FRP预制接管插入作业:

1)为保证FRP预制接管与钢接管间缝隙用鳞片胶泥充分填充粘接,作业时应稍过量使用鳞片胶泥缓慢旋转插入并借助工具补充填充。

2)清除挤出的过量鳞片胶泥。

3)接管定位专用夹具,应待鳞片胶泥硬化后方可拆除。

注:插管按设计方亦可要求外延100-150mm。端部封闭采用鳞片胶泥充分填充粘接后采用两层短切毡加一层表面毡。

六、鳞片衬里施工中间检查

作用:确认第一道鳞片衬里施工各类质量缺陷。

1、表观检查:

1)通过目测及触摸检查衬层是否有漏涂、夹杂物、漏滚、表面流淌、未硬化区、碰伤等表观质量缺陷。

2、针孔检查:

1)使用电火花检测仪对已硬化衬里表面实施逐行扫描式检测。

2)蜂鸣器报警,电火花击大衬里点为漏电点。

3、厚度检查:

1)使用磁性测厚仪对已硬化衬里表面实施网格式控点测厚。网格点间距1m。

※确认第一道鳞片衬里硬化后,实施中间检查。

1、表观检查:

1)检测出的质量缺陷必须在衬里表面作出明确可区别标识以利修补。

2、针孔检查:

1)检查仪器是否满足使用要求。

2)衬里检测电压:3000V。

3)检测出的漏电点必须在衬里表面作出明确可区别标识以利修补。

3、厚度检查:

1)校对仪器是否满足测厚精度。

2)网格控制密度:约1m×1m。

3)衬里厚度检测标准:1-2mm

4)检测出的厚度不合格区必须在衬里表面作出明确可区别标识以利修补。

※检测出的质量缺陷必须在工序质检表中作出忠实记录。

七、鳞片衬里中间修补

作用:将第一道鳞片衬里施工质量缺陷完全消除。

1、填补型修补:

1)漏涂、厚度不合格质量缺陷为填补型修补。

2、挖除型修补:                    

1)未硬化、漏电点、夹杂物、碰伤质量缺陷为挖除型修补。

3、调整行修补:

1)漏滚、表面流淌质量缺陷为调整型修补。

          

1、填补型修补:

1)填平补齐,滚压合格即可。

2、挖除型修补:

1)衬里打磨边沿坡度为1/30。

2)按鳞片施工技术要求五修补。

3、调整行修补:

1)将漏滚麻面、流淌痕打磨平滑,填平补齐,滚压合格。

八、第二道玻璃鳞片衬里施工

1、第二层衬里施工:

1)衬里施工作业由上往下从右至左实施,以形成两层搭接缝交错覆盖封闭。                

2)第二道衬里施工使用色浆颜色与前道不同。

3)FRP预制接管端部封闭层外表面亦应涂敷鳞片衬里。

4)其它施工作业要求同作业程序五。

1、第二层衬里施工:

1)色浆颜色应与第一层衬里明显不同,以利厚度控制并防止漏涂。

2)FRP接管端部封闭层外表面涂敷鳞片衬里时应光滑过渡。

3)鳞片衬里厚度按防腐蚀设计要求:1.5-0.2mm或2.0-0.2mm

4)设计厚度大于2mm时需实施第三道衬里施工。

九、鳞片衬里施工中间检查

1、同作业程序六。

1、衬里检测电压:7000V。

2、衬里厚度检测标准:2-0.2mm

3、其余要求同作业程序六。

十、鳞片衬里中间修补

1、挖除型修补:

1)未硬化、夹杂物质量缺陷挖除型修补只需打磨去除第二道鳞片衬里后按作业程序七作业内容2修补即可。

2)漏电点、碰伤质量缺陷挖除型修补则需打磨至底漆按如下工序修补。

    

2、其余要求同作业程序七。

1、同作业程序七.

2、脚手架拆除修补同本工序。

十一、FRP、短切毡、表面毡局部补强

作用:防止成型残余应力、环境热应力形成的尖角应力集中引起的角裂,人孔区因人员及检修工具频繁进出引起的碰伤,物料注排湍流引起的磨损,冷热物料交汇区因热应力引起的缩涨开裂。

1、设备阴阳角结构区补强:

1)作业工序:刮涂找平胶浆—贴衬玻纤布或短切毡—刷涂衬布胶液—贴衬表面毡—刷涂衬布胶液。

 

补强材料:可采用玻纤布、短切毡、玻纤表面毡或其复合结构。

1、设备阴阳角结构区:

1)补强区范围:角结构两侧各外延>150mm。

2)毡层下不得有气泡存留。

3)补强区硬化后用砂轮机将补强层端部毛刺、翘边及表面附着的纤维丝团打磨干净、平滑。

4)纤维毡(布)浸胶充分无贫胶。

5)纤维毡(布)的搭接缝应大于100mm。

十一、FRP、短切毡、表面毡局部补强

2、设备接管区、人孔区补强:

1)仅对ND150以上接管实施内衬FRP局部补强。

2)作业工序与阴阳角结构区补强相同。

              

3、冷热物料交汇区应全结构补强。

4、设计要求的全结构补强区。

2、设备接管区、人孔区补强:

1)管长<250mm全结构补强,管长>250mm两端侧局部补强,补强区范围:接管端部两侧各外延>100mm。

2)其余要求与本作业程序1要求相同。

3、冷热物料交汇区补强。

1)以交汇点上下3m区作为结构补强区。

2)作业工序要求与本作业程序1相同。

十二、耐磨胶浆层涂敷

作用:提高衬里抗高固体含量物料磨蚀及喷射冲蚀能力。

1、作业工序同鳞片涂敷

1、施工厚度:≥0.5mm。

2、表观要求:致密、平滑、均匀。

十三、面漆涂敷(两道)

1、待全部上述防腐施工作业完成且质检合格后实施面漆涂敷作业。

2、面漆配制及涂敷作业技术要求同作业程序三。

1、技术控制要点要求同作业程序三。

十四、终检验收

1、施工方应向甲方提交的技术文件:

1)工程项目施工验收申请报告。

2)工程项目施工技术总结报告。

3)施工工序过程(隐蔽工序)质检记录。

4)工程项目施工质检报告。

2、终检验收:

1)终检验收组成方为:施工方、业主、甲方、监理方。

2)终检内容同作业程序九。

3)终检验收合格后形成工程项目施工验收报告。

1、衬里检测电压:7000V。

2、衬里厚度检测标准:2-0.2mm

3、其余要求同作业程序六。

4、终检验收不合格项按作业程序十修补并复检验收

 
 
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