煙囪脫硫

概述

火電廠濕法煙氣脫硫環(huán)保技術因其脫硫率高、煤質適用面寬、工藝技術成熟、穩(wěn)定運轉周期長、負荷變動影響小、煙氣處理能力大等特點，被廣泛地應用于各大、中型火電廠，成為國內外火電廠煙氣脫硫的主導工藝技術。但該工藝同時具有介質腐蝕性強、處理煙氣溫度高、SO2吸收液固體含量大、磨損性強、設備防腐蝕區(qū)域大、施工技術質量要求高、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。本文力求通過對火電廠濕法脫硫裝置腐蝕介質及環(huán)境的分析，明確濕法煙氣脫硫裝置腐蝕介質及環(huán)境的特點，結合我國現(xiàn)有防腐蝕技術水平，總結國內外濕法脫硫裝置防腐蝕實踐經驗，提出實用、經濟、安全的防腐蝕對策。; E! ~! c3 K B' v6 Z" `9 J5 F

腐蝕機理

煙氣脫硫裝置中的腐蝕源主體為煙氣中所含的SO2。當含硫煙氣處于脫硫工況時，在強制氧化環(huán)境作用下，煙氣中的SO2首先與水生成H2SO3及H2SO4，再與堿性吸收劑反應生成硫酸鹽沉淀分離。而此階段，工藝環(huán)境溫度正好處于稀硫酸活化腐蝕溫度狀態(tài)，其腐蝕速度快，滲透能力強，故其中間產物H2SO3及H2SO4是導致設備腐蝕的主體。此外，煙氣中所含NOX、吸收劑漿液中的水及水中所含的氯離子(海水法氯離子腐蝕影響更大)對金屬基體也具有腐蝕能力。5 s0 w7 P" W# m4 q

稀硫酸屬非氧化性酸，此類酸對金屬材料的腐蝕行為宏觀表現(xiàn)為金屬對氫的置換反應。從腐蝕學理論上可解釋為氫去極化腐蝕過程(亦稱析氫腐蝕)。就常用材料碳鋼及不銹鋼而言，兩種材料在稀硫酸環(huán)境中均處于活化腐蝕狀態(tài)，但腐蝕機理又略有不同。碳鋼在稀硫酸或其它非氧化性酸溶液中的腐蝕屬于陽極極化及陰極極化混合控制過程。這是因為鐵的溶解反應活化極化較大，同時氫在鐵表面析出反應的過電位也較大，故兩者同時對腐蝕過程起促進作用, 導致腐蝕速度加快。而不銹鋼在稀硫酸中的腐蝕屬于陽極極化控制過程，這是因為不銹鋼在稀硫酸介質中仍能產生一定程度的鈍化，金屬離子必須穿透氧化膜才能進入溶液，因此陽極極化作用大于陰極極化。但在煙氣脫硫中，仍有幾種變化影響:一是在濕法煙氣脫硫中，為保證生成物結晶效果，必須強制氧化。當介質中有富氧存在時，不銹鋼表面上的鈍化膜缺陷易被修復，因而腐蝕速率降低。但因同時具有固體顆粒磨損作用及介質Clˉ存在，其鈍化膜易被Clˉ或固體顆粒磨損作用破壞，從而使腐蝕速率大大增加。Clˉ的破壞原因可能是由于Clˉ具有的易氧化性質導致的。Clˉ容易在氧化膜表面吸附，形成含氯離子的表面化合物，由于這種化合物晶格缺陷較多，且具有較大的溶解度，故會導致氧化膜的局部破裂。此外，吸附在電極表面的離子具有排斥電子能力，也促使金屬的離子化，但陽極極化仍是主要的。故通常的碳鋼或不銹鋼在此環(huán)境中均不適用。國外經多年對金屬材料的篩選試驗，最后將適用金屬材料定位在鎳基合金上，并建設了若干中、小裝置。但由于鎳基合金價格昂貴，大型煙氣脫硫設備制做成本太高，其用材開發(fā)逐漸轉到碳鋼-有機非金屬襯里復合材料技術路線上來，并獲得了實用性成果。因此，討論有機非金屬襯里在煙氣脫硫裝置的腐蝕與防護問題非常必要。鑒于化學腐蝕在腐蝕設計選材正確的前提下，是較緩慢的過程，而物理腐蝕破壞則是常見的襯里失效破壞，故本文主要討論有機非金屬襯里的物理腐蝕破壞。兼顧動態(tài)設備耐蝕材料選擇。( |6 S- n& T5 R$ H

防腐蝕技術

表1 國外公司濕法煙氣脫硫裝置防腐蝕技術應用狀況 s( b; H2 W, j

公司名稱 脫硫劑及其形態(tài) 吸收塔內襯 循環(huán)泵 塔內漿液管 塔外漿液管' }% T0 Q- N& R9 O8 e

三菱重工

日立公司

川崎重工) _# k7 V' x' k) E. {

IHI; j6 }& i" C% q

巴高克

比肖夫

ABB2 A0 V4 C8 ?( o; P: K

GESSI

霍高文 b' j$ v. P1 V+ _; p

千代田 石灰石漿液 ]- [0 v+ l. [* n

石灰石漿液

石灰石漿液/ g. }% O+ D* r. K" S* ^" w

石灰石漿液

石灰石漿液

石灰石漿液

石灰石漿液

石灰石漿液

石灰石漿液

石灰石漿液 玻璃鱗片襯里

玻璃鱗片襯里) X7 M" T# p B; G+ A; J

鱗片或橡膠襯里5 B) z0 H/ J2 D0 d; I) Q# ?

鱗片或橡膠襯里

橡膠襯里

鱗片或橡膠襯里- T& g' S# p0 _ v E, ]

橡膠襯里" c' G1 t4 a$ m- _( D, G4 Y. L: J

鱗片或橡膠襯里9 }$ B, ?$ j, K' R7 d* o$ D

橡膠襯里

玻璃鱗片襯里 襯膠/金屬離心泵

襯膠離心泵

襯膠離心泵

襯膠離心泵7 A6 P, Y1 A7 b1 J& C

合金葉輪 FRP

外鱗片內襯膠5 H3 z( l; q4 z7 X

外鱗片內襯膠

碳鋼內外襯膠" E* O9 I+ A5 ?9 O( b

碳鋼內外襯膠& b6 |1 l1 @ w! w

碳鋼內外襯膠

碳鋼內外襯膠

同徑玻璃鋼管 碳鋼內襯膠! X, N! y( ?% `8 Q P9 c e

碳鋼內襯膠- f; Q( ~! [* t2 C

碳鋼內襯膠! A* e# x9 n& G% }5 a

碳鋼內襯膠

碳鋼內襯膠# j! L: p5 {% Y& z" A

碳鋼內襯膠: l. ?2 I |8 _$ H. f# a4 \

碳鋼內襯膠8 }$ e' F3 l/ T

碳鋼內襯膠! V! C6 Q3 C+ t& z

碳鋼內襯膠; h5 ~" N8 x9 C9 t: I/ T

動態(tài)設備有泵、攪拌器、風機等。吸收塔再循環(huán)泵、吸收塔排出泵、濾液泵、拋漿泵等泵殼及葉輪等，考慮到介質的腐蝕和固體物料的磨損，國外公司大多采用鑄鐵+橡膠襯里結構的離心泵，而石灰石漿泵、水系統(tǒng)用泵因腐蝕問題較輕，一般采用鑄鐵離心泵。襯膠泵在使用中也出現(xiàn)橡膠襯里失效現(xiàn)象，主要原因是:襯里質量差;漿液中的異物引起的力學損傷;由于空載引起的氣蝕;帶有大顆粒的漿液造成的異常磨損;泵的過載等。攪拌器大部分采用碳鋼+橡膠襯里結構。氧化風機只鼓入空氣，因無腐蝕介質，碳鋼制造即可。增壓風機、節(jié)流板在再熱器之后凈煙道區(qū)，雖然煙氣有一定的腐蝕性，但由于其結構大，防腐措施難以實施，故用碳鋼或COR-TEN鋼制造，亦有采用涂料防腐技術的實例, V, k& K" B5 B8 H6 U% B8 `9 }

裝置腐蝕區(qū)域

盡管濕法煙氣脫硫技術種類很多，但就其腐蝕環(huán)境區(qū)域構成而言，主要分為三個部分:一是煙氣輸送及熱交換系統(tǒng);二是煙氣含SO2的吸收及氧化系統(tǒng);三是吸收劑(石灰石漿液)傳輸及回收系統(tǒng)。圖1為濕法空塔吸收煙氣脫硫裝置工藝流程示意圖。4 K1 m7 h. } e: n

7 q4 ^) E( e* [ g+ j. A

圖1 濕法空塔吸收煙氣脫硫裝置工藝流程示意

本文僅以空塔吸收工藝為例，說明濕法煙氣脫硫裝置各腐蝕區(qū)域的防腐蝕設備構成。1 C% j) h- j) t3 y; z8 \) A

1、 煙氣輸送及熱交換系統(tǒng):

該系統(tǒng)主要包括:換熱器及原煙氣進口煙道、換熱器原煙氣出口至吸收塔進口煙道、吸收塔凈煙氣出口至除霧器、除霧器至換熱器凈煙氣進口煙道、換熱器凈煙氣出口煙道至煙囪、原煙氣旁路煙道至煙氣擋板、煙氣增壓風機。

2 、SO2吸收及氧化系統(tǒng):' g; n! x1 v; r

該系統(tǒng)主要包括:吸收塔、氧化池、氧化空氣注入管、塔內支撐架。1 W: r9 k9 n4 I( R

3 、吸收劑(石灰石漿液)傳輸及回收系統(tǒng):- z6 h. f/ ^, ^* _9 L: i5 b

該系統(tǒng)主要包括:石灰石漿液儲罐、漿液集管、漿液噴射頭、石膏漿液儲罐、廢水儲罐、過濾水儲罐、事故漿池、漿液排放溝、廢水排放溝、真空帶式過濾機、水力分離器、漿液循環(huán)管、漿液泵，循環(huán)泵等。

濕法腐蝕分析

1、 煙氣輸送及熱交換系統(tǒng)6 w5 ~1 A( |' E6 Q( ^

(1)該系統(tǒng)主要腐蝕介質及腐蝕環(huán)境' z' ]! L- ?1 U+ w" s2 } j

一是經流換熱器原煙氣進口煙道、換熱器降溫段、換熱器原煙氣出口至吸收塔煙道、原煙氣旁路煙道、煙氣擋板的高溫(170-110℃)含塵(3-5%)含SO2(1-4%)原煙氣(冶煉廠進口煙氣溫度僅為70-90℃);二是經流吸收塔凈煙氣出口至除霧器、除霧器至換熱器凈煙氣進口煙道、煙氣增壓風機、換熱器升溫段的低溫(45-90℃)除塵(0.3-0.5%)脫SO2(3×10-4-4×10-4)凈煙氣。

(2)該系統(tǒng)主要腐蝕特點分析 + V: y" o6 t* ?7 m. ^

① 亞硫酸露點腐蝕:高溫原煙氣在正常運行條件下因無水份存在，對裝置幾乎無腐蝕，但在兩種情形下將導致腐蝕。一是列管式換熱器管程因某種原因穿孔，導致冷卻水泄漏，致使高溫原煙氣所含SO2與水反應生成亞硫酸，形成高溫亞硫酸還原性腐蝕。二是在裝置開、停車時，因環(huán)境大氣濕度影響，裝置內殘留的氣態(tài)SO2被鋼基體表面凝聚水吸收生成亞硫酸，形成亞硫酸露點腐蝕(雖然煙道外保溫可延遲鋼基體表面凝聚水生成時間，但無法完全防止該類腐蝕的形成)。低溫凈煙氣雖只殘存少量SO2且經除霧器除去大部分水霧，但微量水和SO2的存在及環(huán)境大氣濕度在裝置開停車時形成的鋼基體表面凝聚水仍會形成緩慢的亞硫酸還原性露點腐蝕(如重慶珞璜除霧器出口凈煙氣煙道，原設計不防腐，經多年運行可看到明顯腐蝕現(xiàn)象，現(xiàn)已實施鱗片防腐)。4 S% y8 ?. |+ T6 `

② 防腐蝕襯層高溫熱應力失效:鑒于上述腐蝕因素的存在，通常在原煙氣流經區(qū)域采用1.2~1.5mm厚耐高溫鱗片涂料防腐，但在實際使用中該區(qū)防腐襯層常常發(fā)生龜裂、開裂、剝落等腐蝕失效現(xiàn)象，究其原因主要有六:一是在襯里本體固化時，大分子間因固化反應形成新的化學鍵，使得大分子的聚集態(tài)及構象發(fā)生變化，分子間距離縮短，樹脂體積收縮。但因襯里材料構成中有多種不同相材料共存且受鋼基體表面粘附制約，導致襯層內及界面間形成收縮殘余應力;二是鱗片涂料與鋼基體熱膨脹系數(shù)不同，在熱環(huán)境下，二者間因粘接相互制約導致涂層內及界面間生成較大的熱應力;三是由于火電廠環(huán)保脫硫裝置開停車較頻繁，使生成的熱應力處于間歇性交變狀態(tài)中，加速襯層的熱應力腐蝕失效;四是鱗片涂層屬脆性材料，襯層內熱應力的長期存在，特別是在熱應力交變期內易導致涂層龜裂、開裂、剝落等物理腐蝕失效;五是在襯層施工中，不可避免存在氣泡、微裂紋、粘貼不良等局部質量缺陷，而此類缺陷正是導致襯層介質滲透、熱應力破壞等物理腐蝕失效的起因。六是襯里材料選擇不合理，樹酯耐溫能力不足，在高溫熱應力作用下形成熱應力開裂。故裝置正確的防腐蝕設計，應采用厚漿型鱗片涂料加表面氈復合內襯結構，以力學性能好、殘余應力小的纖維錨固鱗片涂料，以耐蝕性、抗?jié)B性好的鱗片涂料提高襯層耐腐蝕性以提高區(qū)域抗介質腐蝕、抗高溫熱應力腐蝕失效能力。且襯層厚度應控制在1.5±0.2mm內，低溫凈煙氣煙道因熱應力較小，此類腐蝕失效可不作重點考慮。

③ 防腐蝕襯層煙塵磨損失效:在配套有電除塵設備的火力發(fā)電裝置中，該類腐蝕失效雖有但并不嚴重，若無電除塵設備，由于煙氣中含有大量粉塵，則磨損較嚴重。提高襯層抗磨損性能的措施是加一層耐磨膠漿貼襯的表面氈，以力學性能好的纖維錨固耐磨膠漿，以耐磨性能好的耐磨膠漿提高襯層抗磨損性。低溫凈煙氣煙道因含塵量極小，此類腐蝕失效可不作重點考慮。3 S. I' S0 P6 C9 k3 |5 `1 Q

④ 防腐蝕襯層高溫碳化燒蝕失效:正常情況下從電除塵排出的原煙氣溫度為145~150℃，此溫度不足以使耐高溫鱗片襯里高溫碳化燒蝕，但當鍋爐的蒸汽預熱器、省煤器、空氣預熱器等設備運行不正常時，電除塵排出的原煙氣溫度將達160℃以上，此溫度將導致大多數(shù)耐高溫鱗片襯里材料由表及里緩慢高溫碳化，此類襯里材料碳化并不嚴重影響襯里的完整性及耐蝕性，但襯里一旦因熱應力作用形成開裂，則裂紋的發(fā)展加快，介質沿裂紋滲透速度加快，導致襯里局部整塊剝離。當溫度超過180℃時，長期高溫作用會導致大多數(shù)耐高溫鱗片襯里由表及里燒蝕煙化，此種情形將導致襯里嚴重失強減薄，其腐蝕破壞是致命的。8 Z' [( F, u7 T" i

⑤ 液滴沖擊磨蝕:當高速流動的煙氣中夾帶水滴(形成雙相流)時，易對煙道壁襯里，特別是對迎風面煙道壁襯里(如導流板及彎煙道壁)產生液滴沖擊磨蝕(即空泡腐蝕)，形成力學疲勞破壞。水相來源一是換熱器的清洗水，二是列管式換熱器的泄漏水。因液滴在煙氣中分布的隨機性和液滴的獨立存在特點，使襯層承受著連續(xù)點擊交變沖擊作用，導致襯層力學疲勞破壞。/ p# k' w& \1 C

⑥ 襯里震顫疲勞破壞:襯層在下述條件下易產生震顫疲勞破壞:一是該區(qū)煙道結構設計強度、剛性不足，特別是煙道布置受環(huán)境所限彎道、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，產生較大的壓力變化，形成不穩(wěn)定流動，導致煙道結構震顫，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。二是在煙道結構強度設計時，出于結構補強需要，采用細桿內支承補強，當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，導致支承桿與煙道壁焊接區(qū)襯層開裂。由于煙氣引發(fā)的結構震顫是通過襯層傳導給金屬基體的，而襯層與基體是通過界面底漆粘接聯(lián)接的，故此類破壞往往發(fā)生在界面底漆粘接層，其對襯層的破壞是非常致命的。

2、 SO2吸收及氧化系統(tǒng):

(1)該系統(tǒng)主要腐蝕介質及腐蝕環(huán)境

一是煙氣中所含的SO2。當含硫煙氣處于脫硫工況時，在強制氧化環(huán)境作用下，煙氣中的SO2首先與水反應生成H2SO3及H2SO4，再與堿性吸收劑反應生成亞硫酸鹽，經強制氧化生成硫酸鹽沉淀分離。而此階段，工藝環(huán)境溫度正好處于稀(亞)硫酸活化腐蝕溫度狀態(tài)。二是煙氣中所含NOX、吸收劑漿液中的水、石灰石、水中所含的氯離子(海水法氯離子腐蝕影響更大)對金屬基體也具有腐蝕能力。三是吸收塔內噴漿區(qū)溫度環(huán)境急變，吸收劑漿液中固體含量大，其溫差熱應力及固態(tài)料對襯層具有較強的腐蝕破壞能力。+ r9 s+ j. L1 @2 U: h7 M

(2)該系統(tǒng)主要腐蝕特點分析

① 防腐蝕襯層稀(亞)硫酸滲透失效:導致介質滲透腐蝕失效原因有三:一是室溫條件下固化成型的有機非金屬樹脂均為非致密體，固化樹脂基體中存有大量的分子級空穴;二是襯里材料均為復合材料，不同相材料界面間總存在有界面孔隙;再三是襯里材料在混配、施工過程中，必然會生成微氣泡、微裂紋等缺陷。這就為介質遷移性滲透提供了通道?？梢哉f，正是襯里自身具有的這些固有缺陷，導致腐蝕介質滲透的不可避免性。橡膠及鱗片襯里之所以被選擇為煙氣脫硫裝置的適用防腐蝕襯里技術，鱗片襯里是因其具有優(yōu)異的抗?jié)B透能力，橡膠是因其為壓延成型故膠板致密性好。

② 防腐蝕襯層熱應力腐蝕失效:導致該區(qū)應力腐蝕失效原因除16.3.1節(jié)已述原因外，還應特別注意吸收塔內噴漿區(qū)環(huán)境狀態(tài)，該區(qū)為高溫原煙氣與低溫吸收劑漿液交匯區(qū)(溫度由120~110℃降至45~50℃)，對該區(qū)防腐襯層而言，溫度急變將導致處于不同溫度區(qū)的襯層熱膨脹狀態(tài)不一樣，形成不均勻熱應力,其破壞性較恒定熱環(huán)境下的熱應力大得多。應力的存在增加了襯層內及界面間微裂紋及界面孔隙等缺陷，且為缺陷發(fā)展及介質滲透創(chuàng)造了條件。吸收塔非噴漿區(qū)及氧化區(qū)，由于環(huán)境溫度較低，熱應力小，襯層的應力腐蝕失效較小。

③ 防腐蝕襯層固體物料磨損腐蝕失效:在脫硫介質體系中，固體物料除煙氣所帶粉塵外還有作為吸收劑的石灰石漿液及脫硫生成物硫酸鈣。特別是石灰石漿液經漿液泵從噴漿管帶壓噴出，在與煙氣中SO2反應過程中，同時沖刷襯層表面，對吸收塔漿液自重落體區(qū)的襯層有較強的磨損能力。對高溫環(huán)境而言，由于樹脂的高溫失強及橡膠的高溫熱老化等特性，磨損更為嚴重。加之大型金屬設備為現(xiàn)場拼焊制作，表面凹凸不平，其凸起部位更易因磨損而破壞。此外吸收塔氧化池底部因工藝機械攪拌及空氣攪拌作用亦產生較強的磨損。# o* q, X/ N7 Y- \" W6 ?, |. N

④ 防腐蝕襯層機械力損傷失效:此種情形主要發(fā)生在設備內件吊裝及檢修時，特別應關注吸收塔氧化池底部氧化空氣對底部襯層的吹沖破壞及空氣管檢修時人為機械損傷。4 Z s5 m+ x, o; }) C% Q! h0 N

⑤ 含亞硫酸熱蒸汽腐蝕區(qū):該區(qū)指吸收塔原煙氣入口延長段，在該區(qū)域，高溫原煙氣與低溫吸收劑漿液交匯，漿液中的含微量氯離子水被汽化并吸收原煙氣中的SO2生成含H2SO3水蒸汽，受汽化擴散能的作用向入口延長段擴散并進一步被高溫原煙氣加熱，經一段時間后達到平衡，在此區(qū)形成具有熱沖擊、間歇性交變熱應力作用特征的含亞硫酸、微量氯離子熱蒸汽腐蝕環(huán)境，特別是當該區(qū)設有冷卻噴淋水時，該區(qū)還同時伴隨著空泡腐蝕作用，其腐蝕環(huán)境十分苛刻。橡膠襯里耐熱性不足易熱老化破壞，一般不銹鋼因Clˉ及H2SO3的存在不耐腐蝕。采用鱗片襯里必須充分考慮其熱沖擊、間歇性交變熱應力及空泡腐蝕作用特點，實施有效補強措施。國內許多業(yè)主及設計方出于對非金屬襯里技術的擔心，往往在該區(qū)域選擇價格昂貴的高鎳基合金純金屬結構(如C276、59合金等)。1 |7 N3 [/ ?4 B& W# _- W

3 、吸收劑(石灰石漿液)傳輸及回收系統(tǒng)

(1)該系統(tǒng)主要腐蝕介質及腐蝕環(huán)境

一是經流石灰儲槽、石灰石漿液儲槽(含石灰石制備廢水儲坑及排水溝)、石灰石料漿泵、輸漿管、吸收塔內料漿集管、料漿噴射管的低溫(30-40℃)、高固體含量(20-30%)的石灰石漿液制備輸送系統(tǒng);二是經流石膏料漿泵、輸漿管(槽)、漿液循環(huán)管及循環(huán)泵、水力分離器、真空帶式過濾機、(含過濾水儲槽、排水溝、排水儲槽、氧化池漿液備用儲槽)低溫(45-50℃)、高固體含量(40-50%)的石膏漿液輸送處理系統(tǒng)。7 b$ |/ r0 h3 U h! v+ i

(2)、該系統(tǒng)主要腐蝕特點分析:

①、石灰石漿液制備輸送系統(tǒng)的主要腐蝕介質為CaCO3、水及微量Cl-和OH-，對襯里而言腐蝕條件并不苛刻。石膏漿液輸送處理系統(tǒng)的主要腐蝕介質為CaSO4o2H2O、水及微量Cl-、H2SO3和H2SO4，對襯里而言腐蝕條件也不苛刻。: ^9 T' I( X2 t4 D6 n0 Y

②、防腐襯層固體物料磨損腐蝕失效:由于腐蝕環(huán)境溫度較低，襯里本體強度高，盡管固體物料含量大，但磨損腐蝕失效并不十分嚴重，故襯里磨損余量適度考慮即可。+ F, O+ p. C+ Y1 J0 H" b

真空帶式過濾機、石膏料漿泵、漿液循環(huán)管及循環(huán)泵、石灰石料漿泵、輸漿管、吸收塔內料漿集管、料漿噴射管等設備，在制造商供貨時其材料選擇中已考慮腐蝕磨損問題，本文將在材料選擇章節(jié)中列出并加以討論，此處不在贅述。' h& G! |8 B: p7 k# j

襯里技術架構

1、濕法煙氣脫硫裝置防腐蝕襯里技術分析

鱗片襯里技術及冷襯橡膠襯里技術作為火電廠煙氣脫硫裝置兩大主流防腐蝕襯里技術已為國內外相關行業(yè)界普遍認同。原因有三:一是電力行業(yè)在早期引進的煙氣脫硫環(huán)保裝置樣板示范項目中，國外技術承包商均以該兩類技術作為防腐蝕襯里選擇，其中鱗片襯里技術在國內實際使用先于橡膠襯里技術進十年;二是該兩類技術在國內已形成產業(yè)化基礎，具有良好的國產化條件，特別是國產鱗片襯里技術在該領域成功應用也已進八年;三是該兩類技術在煙氣脫硫裝置中使用具有良好的性能/價格比，為保證該裝置的長周期底成本運行提供了可靠的技術保證。+ G" B6 q/ C% `7 j

(1)、抗熱應力破壞性:6 r6 u! ?/ R5 j5 s

熱應力破壞對鱗片襯里而言是由于襯層材料與鋼基體線膨漲系數(shù)不同引起的大分子間的力學能破壞，但對橡膠而言則是由于作用于橡膠大分子的熱能為大分子吸收轉化成化學能引起的大分子本體的深度交聯(lián)(表現(xiàn)為膠板熱老化變硬脆化)及大分子本體的斷鏈降階(表現(xiàn)為膠板表面龜裂)，二者間具有本質區(qū)別。有資料證明，環(huán)境溫度超過80℃時，丁基橡膠在一定的使用時間后具有明顯的硬化龜裂現(xiàn)象。/ I( {8 y7 q: C8 B/ W. b* C

(2)、抗介質滲透性試驗:從試驗結果看(見圖2 圖中:1-丁基橡膠、腐蝕;2-富士鱗片6H、無異常;3-鎳基合金C、腐蝕;4-鈦、腐蝕;5-不銹鋼、腐蝕。試驗條件30%H2SO4、80℃):丁基橡膠的增重遠大于鱗片襯里，這說明丁基橡膠對介質的吸收能力遠大于鱗片襯里， 圖16-2鱗片涂料與耐蝕金屬和橡膠的耐蝕性能比較5 S/ i1 J+ x+ |+ w

也就是說介質在丁基橡膠中的滲透能力遠大于鱗片襯里。 , D* e, Q& {8 l3 B

(3)、耐磨性:

試驗證明:在無腐蝕環(huán)境條件下，鱗片' V. q8 j6 J+ ?6 p5 U6 {

襯里的耐磨性優(yōu)于丁基橡膠及天然橡膠,略

差于氯丁橡膠。然而在經腐蝕介質浸泡后橡" D( R( d: ~, k

膠的耐磨性急劇下降，而鱗片襯里的耐磨性- j9 O3 w9 x; J5 Z" ?

卻幾乎無變化(見圖3，圖中1-富士鱗片

6RUoAC;2-富士鱗片6RUoAR;3-氯丁橡膠;

4-丁基橡膠。試驗條件5%H2SO4、80℃)

圖3鱗片涂料與橡膠的耐磨性比較9 I* f$ s P: _. K6 F

(4)、鱗片及冷襯橡膠襯里的綜合性能比較 表2:鱗片襯里和冷襯橡膠性能優(yōu)劣比較表

序號 對比指標 鱗片襯里 冷襯橡膠, Y. @2 g2 r; G0 ]' p& e. N

1 抗介質滲透性 很好 好 H3 \+ @* P% M& Z: \

2 界面粘接強度 好 良

3 抗應力腐蝕 好(熱應力環(huán)境需補強) 好(>80℃環(huán)境不可用)$ G: N2 I0 q8 q: ~. F! ^- c

4 抗熱老化 好 差

5 耐溫性 好(適用于全環(huán)境溫度) 低溫(≤80℃):好、高溫:差

6 抗擴散性底蝕 好 差0 S4 M. P6 b: x

7 本體強度 好 好

8 襯層修補性 好 差( C1 e( C9 G9 M2 s0 V+ M. H

9 施工性 好 差

10 施工成本 適中 較高

11 質檢性 好 良0 x1 P' [& N1 N% c/ a

12 對環(huán)境要求 較高 高: _4 ^$ b; ` @

13 施工周期 短 長$ Y; k x! |- I4 j

14 對基體要求 適中 較高# _. J) k6 N9 {0 P+ R- O+ [% E

15 質量控制要點 針孔，厚度(可查) 膠縫,粘貼界面(不可查)3 X* C7 c2 g4 K2 ^ `

16 耐磨性 好 低溫(≤60℃):好 高溫:差

防腐蝕材料性能比較說明:橡膠與鱗片襯里之間的許多性能間的比較如:耐溫性、施工性、修補性、耐熱老化性、本體強度、抗擴散性底蝕能力、施工周期性等性能鱗片較優(yōu)是不言而喻的。但其抗介質滲透性、抗熱應力能力及耐磨性優(yōu)于橡膠是許多人疑惑的，但實踐及試驗均證明了此結論。

2、煙氣脫硫裝置非金屬防腐蝕襯里材料體系選擇及結構設計

(1)、冷襯橡膠防腐蝕襯里材料體系及結構設計3 P) [+ r% L5 N7 q4 q3 B# G' J, i

①、冷襯橡膠防腐蝕襯里的材料體系:由于冷襯丁基橡膠材料的最高使用溫度為90℃(國產材料長期使用溫度控制在80℃為宜)，不足以滿足裝置溫度環(huán)境的要求，故以橡膠為主導材料的防腐蝕內襯通常在高溫原煙氣煙道配套采用耐高溫鱗片涂料。又由于裝置低溫凈煙氣煙道腐蝕環(huán)境較緩和，采用厚襯層防腐性能/價格比不合適。加之煙道鋼基體壁板較薄，剛性不足，膠板粘貼滾壓時易因鋼板形變而導致膠板受壓不足，影響界面粘貼質量，故該區(qū)域防腐蝕內襯通常也配套采用耐低溫厚漿型鱗片涂料。目前在我國引進裝置中，以橡膠作為防腐蝕內襯技術選擇的裝置均采用此防腐材料體系。! E3 [5 S( g; K! H9 Y9 J3 r+ M, Q

②、冷襯橡膠防腐蝕襯里的襯層結構設計:; D- R% W% c- X4 J: y

目前在吸收塔襯膠防腐設計中,多采用3-4mm厚膠板單層結構,膠縫采用搭接或壓膠條結構(如圖4a、b所示)。該結構最大缺陷一是膠縫一旦為介質破壞或施工質量有缺陷，介質將直接沿膠縫滲透腐蝕金屬基體并形成擴散性底蝕。二是搭接膠縫或所壓膠條高出襯層表面，易于被含固體物料介質磨損破壞，導致膠縫破損形成滲透腐蝕。建議襯膠防腐設計采用圖4c所示結構。該結構是采用2mm厚膠板兩層貼襯，兩層膠板的膠縫錯位坡面對接，且坡面對接縫與介質流動方向相同，避免形成介質啃邊破壞。) ^# B N' C2 Q" b+ n

圖4襯膠結構設計示意圖% H% W! X9 ?' n* H: A/ K

橡膠襯里對熱蒸汽的抗?jié)B性較差，易于形成熱蒸汽性擴散滲透鼓泡破壞，因此至少在吸收塔煙氣入口熱蒸汽豐富區(qū)應采用雙層膠板襯里結構防腐。1 k0 O# u' j5 q) [3 k

煙道區(qū)鱗片防腐結構在鱗片防腐結構中說明，此處不再贅述。

(2)、鱗片防腐蝕內襯材料體系及結構設計

盡管鱗片襯里材料在煙氣脫硫裝置中已有近三十年的實際應用，但其單獨作為煙氣脫硫裝置的防腐蝕襯里技術仍存在著耐磨損及抗熱應力破壞性不足兩大缺陷。我國自二十世紀九十年代引進煙氣脫硫樣板示范裝置以來，此兩大缺陷即成為業(yè)主的心病，也成為行業(yè)科技人員關注的焦點。經十多年不懈地研究實踐，在充分認識煙氣脫硫裝置腐蝕環(huán)境特點的基礎上，提出了依環(huán)境溫度及磨損程度劃分裝置防腐蝕區(qū)域，依區(qū)域腐蝕重度確定復合襯里結構的腐蝕控制對策。即以鱗片結構層(抗?jié)B層)、纖維鱗片結構層(抗?jié)B、抗熱應力層)、鱗片纖維耐磨膠漿結構層(抗?jié)B、抗磨、抗熱應力層)、鱗片耐磨膠漿結構層(抗?jié)B、抗磨)作為復合襯里結構的基本結構層，按區(qū)域腐蝕重度加以復配選用，實現(xiàn)高性能/價格比條件下的控制腐蝕。試驗與實踐證明，該腐蝕控制對策是有效的。

①、鱗片防腐蝕襯里材料體系

表3:煙氣脫硫裝置用鱗片襯里材料性能表:$ S5 |. l4 h3 |* [* V% Z1 |4 V$ W

型號

性能 YZJ-3 YZJ-2 YNM-3 YZD-3 YZM-3 YZD-2 YZM-2, p2 U% J7 f( |( F( E

高溫膠泥 低溫膠泥 耐磨膠漿 高溫底漆 高溫面漆 低溫底漆 低溫面漆

抗拉強度 MPa 36 35 ) b& k1 s4 U! b0 V! k! j& i

彎曲強度 MPa 82 79 69 - L9 D1 j2 m. b

抗壓強度 MPa 13、4 12、8 98 # o& N8 y( \8 ?8 A, h+ _

沖擊強度 J/cm2 0、43 0、52 0、38 # O$ p4 U% F8 E$ v( t

比重 g/cm3 1、47 1、52 1、32 1、1 1、1 1、1 1、14 A' Z8 C W* B4 z+ Q* }

樹酯含量 重量% 49 48 45 90 80 90 80

孔隙率 % 1、41 1、43 1、30

巴氏硬度 54 52 58

線膨脹系數(shù)×10-6K-1 1.04× 1.06× 1.07×

固化收縮率 % ≤0.5 ≤0.5 ≤0.5 5 W2 ~) P( S* p0 H

磨損系數(shù) 59 57 80 74 68

使用溫度 ℃ 160 90 160 160 160 90 90+ n) r4 W) s5 p4 H! |- z

不可溶份含量 % 88 86 90

粘度 mpa.s(25℃) 膠泥狀 膠泥狀 膠泥狀 ≈5 ≈10 ≈5 ≈10& _! t$ R" a+ h8 ?; n9 V

施工料使用時間hr 40-50 40-50 40-50 40-50 40-50 40-50 40-50! P8 H% M6 o- u5 B4 N

單層施工厚度 mm 1-0.2 1-0.2 0.3-0.5 ≈50μm ≈100μm ≈50μm ≈100μm5 ?/ @4 i1 a ]8 L6 _0 t% r* w! Q. d, `

單層涂敷料量g/m2 2250 2250 1100 ≈180 ≈300 ≈180 ≈300 A" X( G) j! T5 f: z

涂敷間隔時間 hr 4 4 4 4 4 4 4& z/ R4 Y. m/ ~

纖維鱗片結構層指采用厚漿型耐高溫鱗片涂料貼襯的短切粗纖氈，該結構層的性能特點是利用纖維的高強度錨固鱗片涂料防止其熱應力開裂;利用短切氈纖維對應力的兩維松弛性防止熱應力傳導疊加形成薄弱環(huán)節(jié)導致應力集中破壞;利用鱗片涂料的抗?jié)B性防止腐蝕介質的滲透破壞。$ Y6 V' c; S/ j+ G j

鱗片纖維耐磨膠漿結構層指采用耐磨膠漿貼襯的短切粗纖氈，該結構層的性能特點是利用耐磨膠漿的耐磨損性防止腐蝕介質的磨損破壞，纖維及鱗片的作用同纖維鱗片結構層。+ s7 y! z& ^, f7 j

鱗片耐磨膠漿結構層建議主要使用在底溫磨損區(qū)。

②、鱗片防腐蝕襯里結構設計

鑒于上述腐蝕環(huán)境及防腐蝕襯里材料特性分析，兼顧防腐蝕設計的實用性、可靠性、科學性及經濟性，根據(jù)裝置各區(qū)域腐蝕特點，特提出下列襯里結構設計，以滿足裝置防腐蝕要求。