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濕電咨詢服務(wù)： 陶經(jīng)理18332815001 張經(jīng)理18633235200
摘要：濕法煙氣脫硫裝置因其處理煙氣量大、脫硫率高、運行周期長、運營成本適中，已成為國內(nèi)外火電廠煙氣脫硫的主導(dǎo)裝置。但該裝置腐蝕環(huán)境苛刻，防腐蝕是FGD裝置中的一個重要環(huán)節(jié)，而作為一種普通采用的鱗片襯里材料，在國內(nèi)的一些應(yīng)用案例，出現(xiàn)了一些防防腐蝕失效以至失敗的情況，本文就一些FGD裝置的失效情況進行分析和總結(jié)，找出一些原因以及對策，從而為后續(xù)煙氣脫硫裝置的防腐蝕技術(shù)提供了可靠的技術(shù)借鑒。
關(guān)鍵詞： 鱗片襯里 FGD脫硫裝置 防腐蝕 失效 分析 討論
1、引言
火電廠濕法煙氣脫硫環(huán)保技術(shù)（FGD）因其脫硫率高、煤質(zhì)適用面寬、工藝技術(shù)成熟、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)周期長、負荷變動影響小、煙氣處理能力大等特點，被廣泛地應(yīng)用于各大、中型火電廠，成為國內(nèi)外火電廠煙氣脫硫的主導(dǎo)工藝技術(shù)。但該工藝同時具有介質(zhì)腐蝕性強、處理煙氣溫度高、SO2吸收液固體含量大、磨損性強、設(shè)備防腐蝕區(qū)域大、施工技術(shù)質(zhì)量要求高、防腐蝕失效維修難等特點。因此，該裝置的腐蝕控制一直是影響裝置長周期安全運行的重點問題之一。而國內(nèi)外長期工程的實踐表明，乙烯基樹脂鱗片材料是一種可靠的內(nèi)襯防腐蝕材料，尤其適用在FGD裝置中。
隨著國內(nèi)大量脫硫環(huán)保公司的涌現(xiàn)，脫硫技術(shù)逐步成熟，脫硫效率在不斷提高，大量的電廠脫硫成功案例也見諸于媒體。與此同時市場競爭（包括防腐蝕施工分包市場）愈來愈激烈，單位造價也越來越低，工程的技術(shù)保障程度尤其是防腐蝕襯里技術(shù)要求在不斷降低，從而導(dǎo)致了一些非正常的情況出現(xiàn)：如在運行了1年左右，就發(fā)生了高溫?zé)煹厉[片襯里的脫層等；甚至一些FGD脫硫裝置在投入運行6個月不到的時間內(nèi)，就相繼出現(xiàn)內(nèi)襯防腐蝕失效（脫層、穿孔等）的情況。作者所在公司曾先后受邀參與了近10個在1-3年前投入運行的FGD脫硫裝置、煙道等防腐蝕失效的現(xiàn)場診斷和檢測、修復(fù)方案的制定、修復(fù)施工的現(xiàn)場監(jiān)督和指導(dǎo)等工作。本文對遇到的工程應(yīng)用中出現(xiàn)的防腐蝕失效情況進行了分析，并提出了解決對策，以期望在后續(xù)FGD的工程設(shè)計、選材、施工和使用中避免再出現(xiàn)類似的質(zhì)量隱患，對業(yè)主、脫硫設(shè)計、防腐蝕襯里施工、材料供貨等諸方面起到借鑒作用。
2、 濕法煙氣脫硫裝置的防腐蝕失效情況分析
這幾年的FGD實際運行中發(fā)現(xiàn)的防腐蝕失效案例，具體有以下幾下表現(xiàn)：不耐腐蝕、與鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)脫層、穿孔等情況。這些失效情況的出現(xiàn)，其原因是多方面的，它涉及到工程設(shè)計、材料選擇及施工、裝置運行及維護等因素，下面就失效的可能性加以分析。
2．1基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計
目前國內(nèi)FGD脫硫裝置的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)絕大部分是鋼結(jié)構(gòu)，只有部分電廠的少部分煙道結(jié)構(gòu)是采用混凝土的。而在鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計中，由于沒有充分考慮內(nèi)襯材料的特性，因強度和結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面的欠缺而導(dǎo)致最后的防腐蝕失效，已在國內(nèi)的幾個脫硫工程出現(xiàn)了。
在鋼結(jié)構(gòu)裝置中，若采用鱗片襯里結(jié)構(gòu)，襯層在下述條件下易產(chǎn)生震顫疲勞破壞：一是煙道等結(jié)構(gòu)設(shè)計強度、剛性不足，特別是煙道布置受環(huán)境所限，其彎道、過流截面變化較大時，高速流動的煙氣在煙道中過流時會因彎道及過流截面變化的影響，產(chǎn)生較大的壓力變化，形成不穩(wěn)定流動，導(dǎo)致煙道結(jié)構(gòu)震顫，使本來就高溫失強的襯里形成疲勞腐蝕開裂，嚴重時形成大面積剝落。二是在煙道結(jié)構(gòu)強度設(shè)計時，出于結(jié)構(gòu)補強需要，采用細桿內(nèi)支承補強，當(dāng)高速流動的煙氣在煙道中過流時，因煙氣沖擊壓力作用引發(fā)支承細桿抖動變形，導(dǎo)致支承桿與煙道壁焊接區(qū)襯層開裂。
國內(nèi)外的有關(guān)FGD裝置的設(shè)計要求及經(jīng)驗表明，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)有足夠的強度，而在國內(nèi)的一些FGD裝置中，由于設(shè)計經(jīng)驗或者成本上的因素考慮，鋼結(jié)構(gòu)的厚度均較薄，在筆者經(jīng)歷的幾個工程中，有時發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)的厚度不到5mm，局部區(qū)域甚至只有3mm，而實際運行時的震顫幅度甚至達到5度（一般要求不能大于3度），這樣的結(jié)構(gòu)強度是肯定是不夠的，在有人員行走踏踩即可明顯感覺到煙道結(jié)構(gòu)震顫。
由于場地等限制性因素，在煙道的設(shè)計上又采用了多彎道、變截面結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致最后鱗片襯里的脫層等質(zhì)量隱患。為了避免以上的質(zhì)量隱患，可以考慮以下對策：
1、 要求提高鋼結(jié)構(gòu)的強度設(shè)計要求，包括可以采用支撐桿的措施等；
2、 在設(shè)計中考慮一些其它因素，使氣流速度盡量平緩，比如彎道等不能太多或者更加平緩的彎道設(shè)計；
3、 為了更好的防止局部的質(zhì)量事故（脫層等情況）的蔓延與擴散，在一些部位采用膨脹節(jié)連接方式，如在進口煙道與吸收塔之間增加一膨脹節(jié)（至少亦應(yīng)增加一連接法蘭），作用有二。一是利用膨脹節(jié)的柔性連結(jié)松弛煙道震顫應(yīng)力，使其對襯層的破壞性減少；二是利用膨脹節(jié)的法蘭連接，使煙道襯層與吸收塔襯層分斷，避免襯層延伸剝離破壞的形成。
4、 在需要支撐桿時，應(yīng)該將內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)改為外支撐結(jié)構(gòu)，且結(jié)構(gòu)強度及剛性應(yīng)符合相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在拐彎區(qū)及導(dǎo)流板應(yīng)適當(dāng)增加厚度或增加支承補強筋排列密度，導(dǎo)流板聯(lián)接支承最好放置在外框架上，而不是直接焊接在煙道壁上，以避免因?qū)Я靼逭痤澮l(fā)煙道壁震顫，導(dǎo)致內(nèi)襯層疲勞剝離。
5、 正如上面所述，結(jié)構(gòu)的震顫是不可避免的，同時在已施工安裝回畢的基礎(chǔ)上進行后續(xù)的鱗片施工時，由于不能對基礎(chǔ)進行返工的前提下，提高鱗片材料（底涂）與鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)的粘接性是尤其重要，這也可能是一些工程中現(xiàn)實、可行的措施。
而在采用混凝土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)時，尤其在原煙氣煙道，由于長期的高溫?zé)煔庾饔孟�，混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生開裂等現(xiàn)象報道，從而導(dǎo)致在混凝土基礎(chǔ)上鱗片襯里結(jié)構(gòu)也受到破壞，筆者認為，若采用混凝土結(jié)構(gòu)，這種情況是不可避免發(fā)生的。
2、2鱗片材料
在防腐蝕工程項目中，防腐蝕材料的本身特性是關(guān)乎最后質(zhì)量的一個關(guān)鍵因素。而在這幾年中，隨著國內(nèi)FGD裝置的大量興建和市場容量的不斷擴大，大量公司進入FGD防腐蝕用材料（乙烯基鱗片）的生產(chǎn)，使得市場競爭越來越激烈，與此同時一些廠家在沒有任何技術(shù)研發(fā)支持、沒有檢測條件、沒有應(yīng)用背景和沒有技術(shù)服務(wù)的情況下，貿(mào)然生產(chǎn)鱗片材料，并采用低價手段，在一些FGD項目中得到應(yīng)用，導(dǎo)致在不到半年的應(yīng)用中就出現(xiàn)了質(zhì)量問題，在市場中可以查到大量的失效案例，包括開裂、脫層等。目前適合于FGD裝置的鱗片類內(nèi)襯材料、施工及驗收的國家標(biāo)準(zhǔn)尚在制定中，而已有的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與國外同類標(biāo)準(zhǔn)相比較，存在著技術(shù)要求過低、質(zhì)量指標(biāo)不全等明顯不足。因此在目前的條件下，對鱗片材料基本特性的確立顯的尤為重要。而對于業(yè)主或脫硫環(huán)保公司而言，選擇技術(shù)過硬、質(zhì)量穩(wěn)定、產(chǎn)品可靠、有技術(shù)支撐能力的材料廠家就相當(dāng)重要。在鱗片材料的基本特性中，我們可以從下面幾個方面進行考慮和選擇
2、2、1材料的基本特性：
鱗片材料作為一種高性能襯里材料，許多廠家和研究院對于這類材料進行了大量的技術(shù)革新和研究，同時大量的應(yīng)用案例也表明該材料是一種可靠的可適合FGD襯里防腐蝕的材料，作為一種防腐蝕材料，鱗片材料的耐腐蝕特性是足夠的，因為在FGD裝置中的腐蝕要求本身不是很高，但是正如前面所言，材料的其它幾個關(guān)鍵特性也是相當(dāng)重要的，不同的廠家的特性可能差別較大，一是底涂料的粘接特性：這在前面提過，我們建議底涂材料與鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的粘接力能夠至少達到期10MPa以上；鱗片底涂應(yīng)該采用一些高粘接特性的特種底涂，雖然也是以乙烯基樹脂為主要原料，但是這些底涂是經(jīng)過特殊處理的，但一些材料廠家的為了市場競爭需要，在技術(shù)不完全成熟的前提下只是簡單的采用純乙烯基樹脂，而沒有對材料進行任何的技術(shù)處理，這樣的底涂材料的粘接性是可想而知的，雖然成本是更加低了，從而極易發(fā)生鱗片襯里的脫層，尤其在一些GGH裝置中，這個是大多數(shù)鱗片襯里脫層的主要原因之一。二是鱗片材料的耐溫特性（包括耐高溫特性和耐溫度沖擊特性）：在FGD裝置中的，由于一些工藝設(shè)計上或者是其它方面的原因，一些煙氣的溫度會一段時間較高，甚至達到180℃。因此要求高溫段材料的耐溫特性是相當(dāng)高的，這一點可能與國外的成熟FGD工藝或裝置中有一點不同。目前一些廠家生產(chǎn)的鱗片材料的耐高溫特性方面有所欠缺，故極易造成鱗片襯里在高溫條件或者是溫度沖擊下，發(fā)生開裂、脫層的現(xiàn)象。
為了避免襯里的脫層，提高底涂材料的粘接特性就顯的相當(dāng)重要，在施工現(xiàn)場，我們建議采用現(xiàn)場拉開測試法以評估底涂材料的粘接特性，這種方法是方便可行，比一些實驗室表征方案更加切實可行和符合工程實際需要。可采用符合ASTM D4541“便攜式附著力測定儀測試涂層附著力方法（拉開法）”的美國產(chǎn)“液壓式粘合度測試儀HATE”，該儀器是一種手動式、粘接頭可復(fù)用的現(xiàn)場涂層附著力檢測儀。它適用于鋼材、混凝土等不同基材，拉力范圍是1～18Mpa。我們一般要求VEGF底涂的測試強度達到10Mpa以上。而目前國內(nèi)一些材料的現(xiàn)場測試過程中的粘接強度一般不會超過5Mpa。
2、2、2材料的合成工藝：
在鱗片材料的合成工藝過程中，影響最后制成品的特性的因素較為復(fù)雜，包括在合成過程中是否采取真空攪拌工藝、鱗片表面是否進行藕連（coupling）處理等，這些工藝過程均會對最后的鱗片襯里性能造成很大的影響。筆者與國外的同類材料生產(chǎn)廠家的技術(shù)交流過程中，也談及這個技術(shù)問題，國外廠商要求鱗片生產(chǎn)過程中一定要求采用真空攪拌工藝，我們對于同種配方前提下進行了對比性試驗，發(fā)現(xiàn)真空攪拌工藝下的材料具有更好的工藝性，材料的粘接性更好，同時施工過程中不易產(chǎn)生氣泡，眾所皆知，鱗片襯里中的氣泡的存在會對防腐蝕性能有很大的影響。而目前國內(nèi)一些材料生產(chǎn)商會在現(xiàn)場進行簡單的混合即制得鱗片材料，這樣的鱗片材料是沒有經(jīng)過真空攪拌工藝，性能上肯定會受較大的影響；另外，鱗片的表面處理是影響防腐蝕效果的一個關(guān)鍵因素，因為表面處理的是否良好會影響界面的結(jié)合性能，若沒有對鱗片表面進行藕連處理，腐蝕性的小分子就相對容易通過界面滲透到襯里，直至最后到達基礎(chǔ)表面。所以為了確保鱗片襯里的最后防腐蝕特性，在合成過程中，應(yīng)該要求對鱗片進行良好的表面處理，同時應(yīng)采用真空攪拌工藝。
2、 2、3原材料：
乙烯基樹脂鱗片材料的原材料主要是乙烯基樹脂、玻璃鱗片和一些功能性助劑，隨著目前國內(nèi)外的樹脂合成技術(shù)發(fā)展，樹脂的各項理化特性上沒有差異，而就原材料方面的因素，結(jié)合目前一些防腐蝕失效工程項目的情況，影響材料特性的主要進鱗片與功能性助劑上，而目前隨著一些工程項目承接過程中的競爭的加劇，一些脫硫公司和施工廠家競相壓價，所以造成最后的合同單價相當(dāng)?shù)停恍┎牧蠌S家為了爭取到材料供應(yīng)合同，盡量的降低成本，一是通過采用劣質(zhì)的鱗片來降低成本，不同工藝（吹制法、壓制法）生產(chǎn)出來的鱗片，鱗片表面是否進行預(yù)處理等情況的差異，會使鱗片的成本判別差異較大，甚至一些廠家采用云母粉代替玻璃鱗片，利用這樣的低成本所謂的鱗片制成的襯里材料的性能是可想而知的；二是鱗片表面是否進行預(yù)處理等工藝的差異，會使鱗片的成本差異較大；三是助劑，助劑在合成過程中的所用比例雖然相對較少，但是成本較高，但是是否采用助劑，或者是否采用高性能的助劑可能會導(dǎo)致最后鱗片襯里的特性。
2、3FGD裝置中的鱗片襯里設(shè)計技術(shù)方案
作為一個重防腐蝕性質(zhì)的工程而言，材料的本身特性是一個基礎(chǔ)保障，但是如何運用高性能的襯里材料包括設(shè)計方案更是一個高要求的技術(shù)性工作，在玻璃鱗片襯里工程中，也發(fā)現(xiàn)了即使采用進口的材料，但最后工程防腐蝕失效或者是役期縮短的情況也時有發(fā)生，在排除施工因素外，工程設(shè)計方案的不足也是一個主要原因。在FGD裝置中，最容易出現(xiàn)技術(shù)問題的吸收塔，筆者比較了許多公司的設(shè)計方案，發(fā)現(xiàn)各有差異，但一些公司提供的技術(shù)方案更多地是從成本方面考慮的，差異主要集中于對于鱗片耐磨結(jié)構(gòu)層的差異，國內(nèi)一些公司在耐磨處理上，會采用簡單的玻璃鋼復(fù)合鱗片結(jié)構(gòu)（圖3-1），就是在1-2mm的鱗片結(jié)構(gòu)上再加襯1-2mm的玻璃鋼結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于FUCHEM-3或者是FUCHEM-6結(jié)構(gòu)，而我們建議是以下結(jié)構(gòu)（圖3-2）。
圖3-1 玻璃鋼復(fù)合鱗片結(jié)構(gòu)
圖3-2FUCHEM耐磨結(jié)構(gòu)
而從技術(shù)分析，乙烯基鱗片材料的一個技術(shù)特點是與碳鋼的熱膨脹系數(shù)的相近；而玻璃鋼的特點是整體性比較好，但是耐磨性等是其相對弱項；所以在鱗片表面加襯玻璃鋼，根本不能起到很好的耐磨效果，就耐磨性而言，這樣的結(jié)構(gòu)還不如采用純粹的鱗片加厚襯里結(jié)構(gòu)（如采用3mm），而圖3-2中的耐磨結(jié)構(gòu)則是很好的結(jié)合各種材料的特性，具體技術(shù)說明如下：
1》 利用鱗片材料的耐熱沖擊特性，在接觸鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的底層采用一定厚度的鱗片層，從而很好的避免由于可能出現(xiàn)的溫度沖擊而導(dǎo)致的脫層；
2》 內(nèi)襯結(jié)構(gòu)中增加耐磨膠漿層以提高襯層抗介質(zhì)沖刷重度磨損能力和提高襯層抗熱應(yīng)力，耐磨膠漿層是采用乙烯基樹脂與耐磨粉按一定比例混合調(diào)制而成。
3》 耐磨膠漿層中間復(fù)合1-2層玻璃鋼層以提高磨膠漿層抗熱應(yīng)力開裂能力，這是利用了玻璃鋼的整體性的特點。
4》 根據(jù)不同的耐溫要求采用高溫材料或者是底溫材料，在吸收塔內(nèi)，主要應(yīng)用于塔底、支撐梁、煙氣入口等部位。
另外，在一些支撐梁處或者是設(shè)計陰陽角處（如圖3-1的結(jié)構(gòu)），一些廠家沒有采取玻璃鋼加強的形式，最后均可能導(dǎo)致防腐蝕的失效和使用年限的縮短。
2、4工程施工
在任何防腐蝕施工中，材料的性能只是其中的一環(huán)，施工質(zhì)量的好壞很大程度上會最后決定防腐蝕工程的質(zhì)量，在正確設(shè)計，合理選材的基礎(chǔ)上，施工的好壞是最后決定防腐蝕工程質(zhì)量的關(guān)鍵。我們的一些施工隊伍許多以刷漆，做地坪等土建防腐蝕為主業(yè)，對于如FGD裝置這樣重要設(shè)備的防腐蝕施工要求，往往在技術(shù)、施工機械、檢測手段上準(zhǔn)備不足。我們發(fā)現(xiàn)在FGD裝置的防腐蝕襯里失效的案例中，施工方面主要存在下列幾種情況:
1、 表面噴砂質(zhì)量不達標(biāo)：FGD防腐蝕襯里的主要工藝均是在鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進行襯里施工，所以表面噴砂除銹質(zhì)量的好壞很大程度上決定了最后襯里結(jié)構(gòu)的附著力，我們對國內(nèi)眾多的失效工程和局部出現(xiàn)脫落等情況的工程進行了詳細的分析與總結(jié)，發(fā)現(xiàn)噴砂質(zhì)量的隱患是最重的，大多數(shù)工程的質(zhì)量均達不到Sa2.5級要求，在部分工程中出現(xiàn)局部脫層等情況，一些施工公司未采用高質(zhì)量的砂（如銅礦砂等），或者采用河砂等代替，造成已噴表面達不到各種要求，包括粗糙度等，所以為了在實際工程應(yīng)用中提高和確保防腐蝕效果，因此材料生產(chǎn)廠家的底涂的粘接性更為重要；或者噴砂時未按有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)要求進行，如在高濕度環(huán)境中（如下雨天噴砂等）或者低溫條件下，從而導(dǎo)致噴砂質(zhì)量達不到要求；
2、 涂裝施工間隔過長：由于各方面的原因造成施工間隔過長或長時間停工，在復(fù)工后，沒有對已涂復(fù)的表面進行良好的處理就進行后續(xù)的工藝，造成涂層的剝離或分層，因為涂裝間隔過長會影響附著力；
3、 不按材料的施工工藝要求，在環(huán)境溫度低、濕度大而又沒有采取保障措施的情況下趕工，鱗片材料的固化質(zhì)量受到嚴重影響，給日后的使用帶來了隱患。
4、 材料用量不足：惡性競爭必然帶來2個后果，一是減低材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；二是用量下降或厚度的減薄。導(dǎo)致的后果是防腐蝕失效或服務(wù)年限的縮短。
5、 檢測手段落后：許多施工單位連厚度檢測儀、電火花檢孔儀等基本的自檢儀器都沒有，勢必自己放棄了質(zhì)量的過程控制，而這是同“防腐蝕施工必須進行過程控制”的要求相違背的
3、 綜述
在濕法煙氣脫硫環(huán)保技術(shù)（FGD）被廣泛應(yīng)用于各大、中型火力發(fā)電廠，并成為國內(nèi)火電廠煙氣脫硫主導(dǎo)工藝技術(shù)的同時，我們同樣也了解了濕法煙氣脫硫裝置具有腐蝕環(huán)境苛刻、防腐蝕工程量大、裝置腐蝕維修困難等特點。從近幾年一些運行的煙氣脫硫裝置發(fā)生防腐蝕鱗片襯里失效情況看，其原因是相當(dāng)復(fù)雜的，但無論如何，但對這個行業(yè)的健康發(fā)展帶來不利影響，有涉及到基礎(chǔ)構(gòu)件設(shè)計、防腐蝕構(gòu)造設(shè)計，鱗片襯里的選材和合成、現(xiàn)場施工等諸方面的不足。針對防腐蝕鱗片襯里的失效形式，本文分析了原因，總結(jié)了經(jīng)驗，提出了解決對策。如果能對后繼國內(nèi)火力發(fā)電廠煙氣脫硫裝置的防腐蝕鱗片襯里的成功應(yīng)用起到拋磚引玉作用，就達到本文的目的了。
總之為了更好的規(guī)范這個行業(yè)的有序健康的發(fā)展，從FGD裝置的設(shè)計開始，包括對材料供應(yīng)商的選擇、施工公司的選擇和施工過程的質(zhì)量控制均是相當(dāng)重要的，只有作好對每一環(huán)節(jié)的有效的全面的質(zhì)量控制，才能確保鱗片襯里在FGD裝置中的長效防腐，從而確保FGD工程和裝置的經(jīng)濟性、長效性和系統(tǒng)性。
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