海水脫硫系統(tǒng)煙道防腐蝕失效原因分析

華能大連電廠 宮家宏 羅云嶺 白世群

1 海水脫硫系統(tǒng)簡介

海水脫硫工藝是以海水作為吸收劑，采用適當(dāng)?shù)囊簹獗仍诿摿蛩?nèi)對煙氣進(jìn)行洗滌，以達(dá)到去除煙氣中SO2的技術(shù)方法。其原理是海水靠其天然堿度（海水通常呈堿性，PH值為7.8～8.3）吸收煙氣中酸性的SO2生成SO32-，在吸收SO2后的海水中通入大量的空氣，使其中有害的SO32-與空氣中的氧氣反應(yīng)生成穩(wěn)定無害的SO42-，海水再吸收SO2最終生成無害的硫酸鹽。

圖1 海水脫硫系統(tǒng)工藝流程圖

鍋爐排出的煙氣經(jīng)除塵和冷卻后，由增壓風(fēng)機(jī)增壓，從吸收塔底部送入吸收塔，與由塔頂均勻噴淋的純海水逆向充分接觸混合，將氣相SO2轉(zhuǎn)化為液相，可溶解的SO2立刻與海水反應(yīng)生成SO32-。脫硫后的干凈煙氣經(jīng)除霧器除去攜帶的霧滴后自塔頂排出，通過換熱器加熱或直接經(jīng)煙囪排入大氣。

海水恢復(fù)系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)是曝氣池，來自吸收塔的酸性海水與凝汽器排出的堿性水在曝氣池中充分混合，同時(shí)通過曝氣風(fēng)機(jī)向池中鼓入適量的空氣，使海水中的亞硫酸鹽轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定無害的硫酸鹽，同時(shí)釋放出CO2，使海水PH值升到6.5以上，達(dá)標(biāo)后排入大海。

2 海水脫硫系統(tǒng)煙道防腐蝕失效情況

華能大連電廠先后對4臺350MW機(jī)組全部實(shí)施脫硫改造，采用海水脫硫工藝對鍋爐尾部煙氣進(jìn)行脫硫。#3、#4機(jī)組海水脫硫系統(tǒng)于2008年底投入運(yùn)行，#1、#2機(jī)組海水脫硫系統(tǒng)于2009年底投入運(yùn)行。

脫硫系統(tǒng)煙道分為原煙道、凈煙道二大部分，也是海水脫硫系統(tǒng)中腐蝕較為嚴(yán)重的區(qū)域，根據(jù)各部分煙道工況的不同，采用了不同的防腐蝕措施。

原煙道介質(zhì)為高溫?zé)煔?，雖然溫度較高，但溫度變化范圍較小，腐蝕性不是很高，采用刷涂防腐蝕油漆防腐蝕；在原煙道進(jìn)入脫硫塔入口處，受脫硫噴淋海水的影響，腐蝕性較強(qiáng)，采用高溫型乙烯基脂樹脂玻璃鱗片（VEGF-1）涂料防腐蝕；凈煙道中的介質(zhì)是經(jīng)海水洗滌過的煙氣，具有很強(qiáng)的腐蝕性，采用VEGF-1涂料防腐蝕。

經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行后，檢查發(fā)現(xiàn)凈煙道的VEGF-1涂料完好，沒有開裂、起皮、脫殼、剝落等現(xiàn)象；脫硫塔入口原煙道處的VEGF-1涂料有較多的開裂、起皮、脫殼、剝落現(xiàn)象，面積約占防腐面積的45%，防腐蝕失效現(xiàn)象較為嚴(yán)重。

3 高溫型乙烯基脂樹脂玻璃鱗片（VEGF-1）失效原因分析

3.1 VEGF-1介紹

VEGF-1是鱗片涂料中的一種，是由酚醛環(huán)氧乙烯基酯樹脂為主要成膜物，并輔以玻璃鱗片、顏料、專用助劑以及引發(fā)劑、促進(jìn)劑等組成，其性能主要取決于選用的乙烯基酯樹脂類型、玻璃鱗片及制造工藝。

酚醛環(huán)氧乙烯基酯樹脂能提供杰出的耐強(qiáng)氧化性酸、有機(jī)酸、溶劑和酸／漂白劑溶液等，在熱酸和氧化性酸中能更好的工作；VEGF-1 涂料中加入經(jīng)過化學(xué)處理的優(yōu)質(zhì)玻璃鱗片，厚度僅3～8μ，在1mm 厚的涂膜中可有上百層平行的玻璃鱗片相互交叉排列，形成了獨(dú)特的屏蔽結(jié)構(gòu)，大大增強(qiáng)了樹脂的抗?jié)B透性能和耐腐蝕蝕性能。

3.2 VEGF-1的耐腐蝕機(jī)理

一般情況下，防腐蝕層的防蝕失效主要是樹脂基體受到腐蝕，基體樹脂首先產(chǎn)生失重、變色等情況，之后引起材料的鼓泡、分層、剝離或開裂等情況，最后導(dǎo)致防腐蝕層失效，尤其由于滲透等因素，加速了具有腐蝕性的化學(xué)介質(zhì)滲入到防護(hù)層的內(nèi)部。

3.2.1 有效防止腐蝕介質(zhì)的物理滲透

VEGF-1涂料含有10%～40%片徑不等的玻璃鱗片，施工完畢后，扁平型的玻璃鱗片在樹脂連續(xù)相中呈平行重疊排列，從而形成致密的防滲層結(jié)構(gòu)。腐蝕介質(zhì)的滲透必須經(jīng)過無數(shù)條曲折的途徑，因此在一定厚度的耐腐蝕層中，腐蝕滲透的距離大大的延長，客觀上相當(dāng)于有效地增加了防腐蝕層的厚度，參見圖2。

圖2 防腐蝕滲透原理圖

3.2.2 消除部分基體樹脂缺陷

在無玻璃鱗片增強(qiáng)情況下，樹脂基體連續(xù)相中會存在大量的所謂的“缺陷”，如微孔、氣泡及其它微縫等，這些缺陷的存在會加速或加快腐蝕介質(zhì)的滲透過程，因?yàn)橐坏┙橘|(zhì)滲透到這些缺陷中，滲透的速度在得到提高的同時(shí)，接觸具有腐蝕性的介質(zhì)的基體連續(xù)相的面積也隨之會加大，從而更加速了物理滲透和化學(xué)腐蝕過程。

在VEGF-1涂料中，由于平行排列的玻璃鱗片能夠有效的分割基體樹脂連續(xù)相中的這些“缺陷”，從而能夠有效的抑制腐蝕介質(zhì)的滲透速度。

3.2.3 良好的防滲透或減滲效果

若基礎(chǔ)材料是碳鋼時(shí)，水蒸汽由于滲透而達(dá)到碳鋼表面后，并在氧氣存在情況下，會由于電化學(xué)反應(yīng)而生銹。在VEGF-1涂料中，由于乙烯基酯樹脂的高交聯(lián)密度可以有效的減弱水蒸汽和腐蝕性化學(xué)介質(zhì)的滲透，并且其獨(dú)特結(jié)構(gòu)更能達(dá)到防滲透或減滲的效果。

3.2.4 降低殘余內(nèi)應(yīng)力和收縮率

在樹脂基體中不規(guī)則分布的玻璃鱗片是一具有較大比面積的分散體，樹脂由于固化收縮而產(chǎn)生的界面收縮內(nèi)應(yīng)力可以被玻璃鱗片所稀釋或松弛，因此有效的減弱了內(nèi)應(yīng)力影響；同時(shí)，雖然玻璃鱗片在樹脂基體連續(xù)相中是近乎平行排列，但還是存在一定的傾角，該傾角的存在可以有效的分割樹脂基體連續(xù)相為幾個(gè)小區(qū)域，使應(yīng)力不能相互影響或傳遞，正是由于玻璃鱗片的存在，可以起到降低固化后的殘余內(nèi)應(yīng)力的作用。

3.3 VEGF-1的失效原因分析

3.3.1 煙道結(jié)構(gòu)震顫疲勞破壞

目前國內(nèi)FGD 脫硫裝置的煙道結(jié)構(gòu)絕大部分是鋼結(jié)構(gòu)，若設(shè)計(jì)強(qiáng)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(shí)，高速流動的煙氣在煙道中過流時(shí)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(qiáng)的襯里形成疲勞腐蝕開裂，嚴(yán)重時(shí)形成大面積剝落。

華能大連電廠海水脫硫系統(tǒng)由于場地所限，脫硫塔入口處原煙道縱剖面為S形，煙氣在煙道中連續(xù)切變，沖擊較大，同時(shí)煙道與脫硫塔接口處沒有膨脹節(jié)，為剛性連接，缺乏振動緩沖，煙道振動較為明顯，是涂料失效的重要原因之一。

3.3.2 溫度的沖擊

脫硫塔原煙氣入口處于高溫?zé)煔夂秃Ｋ慕粎R區(qū)，工況較為復(fù)雜，當(dāng)負(fù)荷發(fā)生變化或事故狀態(tài)下時(shí)，工況就更加復(fù)雜，這一區(qū)域始終處在溫度的急冷急熱和干濕交替狀態(tài)下運(yùn)行，對涂料的耐溫度沖擊要求高。

當(dāng)處于急熱狀態(tài)時(shí)，涂料的膨脹率沒有煙道的鋼基面膨脹率大，鋼基面的膨脹量要大于涂料的膨脹量，涂料層被強(qiáng)制拉伸；反之處于急冷狀態(tài)時(shí)，涂料的收縮率沒有煙道的鋼基面收縮率大，鋼基面的收縮量要大于涂料的收縮量，涂料層被強(qiáng)制壓縮。急冷急熱不斷交替，涂料也在不斷地被強(qiáng)制拉伸和壓縮，很容易造成涂料層斷裂，直至同煙道鋼基面脫層剝落。溫度的沖擊是VEGF-1涂料防腐蝕失效的最主要原因。

3.3.3 防腐蝕施工質(zhì)量不高

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。

基體表面噴砂質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。VEGF-1涂料防腐蝕主要工藝是在鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)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，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(dá)不到Sa2.5級要求，施工中噴砂質(zhì)量的隱患是最重要的。

不嚴(yán)格執(zhí)行施工工藝。不按VEGF-1涂料的施工工藝要求，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，使涂料的固化質(zhì)量受到嚴(yán)重影響；施工間隔過長或長時(shí)間停工，在復(fù)工后沒有對已涂復(fù)的表面進(jìn)行良好的處理就進(jìn)行后續(xù)的工藝，造成涂層的剝離或分層，影響附著力。

4 煙道防腐蝕失效的應(yīng)對措施

海水脫硫系統(tǒng)煙道防腐蝕失效，高腐蝕性濕煙氣會對煙道產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕，輕則酸性脫硫水外泄，污染環(huán)境，重則使煙道失穩(wěn)坍塌，國內(nèi)電廠就曾經(jīng)發(fā)生過這樣的事故，因此必須從防腐蝕設(shè)計(jì)、材料的選用、施工等各方面著手，采取有效的應(yīng)對措施，解決防腐蝕失效情況的發(fā)生，保證電廠脫硫系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

4.1 優(yōu)化煙道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

煙道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定了煙氣流場，直接影響到煙道所受沖擊的大小和煙道振動，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化，盡量減少煙道振動，應(yīng)從以下幾個(gè)方面優(yōu)化：

減少煙道彎道設(shè)計(jì)。盡量采用較為平緩的彎道設(shè)計(jì)，減小煙氣流的切變方向和降低煙氣流的切變速度，使煙道中煙氣流的沖擊和煙道振動降至最低。

減少煙道變截面設(shè)計(jì)。煙道截面的變化會引起煙道中煙氣流速的變化，局部地方會產(chǎn)生較大的紊流現(xiàn)象，應(yīng)盡量減少煙道的變截面設(shè)計(jì)，使煙氣流速度盡量平緩。

合理加裝膨脹節(jié)。在煙道系統(tǒng)中合理安裝膨脹節(jié)，可以有效地降低煙道振動，減小因煙道振動對防腐蝕襯層的破壞性作用，也是保證煙道防腐蝕效果的途徑之一。

煙道應(yīng)保證足夠的剛性。煙道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及剛性應(yīng)符合相關(guān)設(shè)計(jì)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，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)致防腐蝕內(nèi)襯層疲勞剝離。

4.2 合理選用防腐蝕材料

海水脫硫系統(tǒng)凈煙道雖然腐蝕性較大，煙氣濕度也較大，但煙溫低，溫度變化范圍小，熱沖擊小。VEGF-1涂料不僅樹脂基體與其中的玻璃鱗片之間的粘結(jié)強(qiáng)度較高，而且與碳鋼基材之間的粘結(jié)強(qiáng)度較高，在凈煙道工作溫度不高、溫度變化范圍小的條件下，不易產(chǎn)生龜裂、分層或剝離，從而保證較好的耐蝕性。

4.3 提高防腐蝕施工質(zhì)量

4.3.1 控制基體表面質(zhì)量

脫硫煙道鋼基體表面處理質(zhì)量的好壞，直接影響防腐蝕材料的附著力，也是施工中較容易出現(xiàn)問題的地方，必須嚴(yán)格控制基體表面質(zhì)量。

目前鋼基體表面處理方法均是金屬表面噴砂（丸），噴砂（丸）所達(dá)到的質(zhì)量等級為GB 8923-88《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》Sa2.5，要求完全除去金屬表面上的油脂、氧化皮、銹蝕產(chǎn)物等一切雜物，充分清掃并完全除去噴砂殘余物和灰塵，殘存的銹斑、氧化皮等引起輕微變色的面積在任何100×100mm2的面積上不得超過5%，粗糙度應(yīng)達(dá)到40～70μm。

4.3.2 嚴(yán)格執(zhí)行施工工藝

目前脫硫系統(tǒng)中應(yīng)用最多的材料為VEGF-1涂料，其施工工藝具有一定的代表性，主要要求如下。

刷底涂：均勻?qū)⑴渲坪玫牡淄客克⒌揭烟幚淼拇r基體表面上，待第一道底涂涂刷12h后涂刷第二道底涂，且第二道底涂配制其色差應(yīng)明顯不同于第一道底涂，兩道底涂涂刷方向應(yīng)相互垂直，底涂應(yīng)無淤積、流掛或厚度不勻引起的光澤變化等。

第一層鱗片襯里施工：確認(rèn)施工環(huán)境濕度在85%以下或無結(jié)露發(fā)生，下雨天須停止作業(yè)。將施工料均勻的刮涂或噴涂在已凝膠底涂表面，施工厚度（初凝后）為1.0mm，確認(rèn)刷完底涂后襯里面上是否有粉塵或其它異物附著等。襯層表面不允許有膠泥流淌痕跡，若有則施工料配制時(shí)應(yīng)添加黏度調(diào)整劑，同時(shí)將流淌滾壓平整或固化后打磨平整。

襯層中間修補(bǔ)：襯層中間修補(bǔ)是將經(jīng)檢測確認(rèn)的第一層襯里施工質(zhì)量缺陷完成消除。

第二層鱗片襯里施工：確認(rèn)施工環(huán)境濕度在85%以下或無結(jié)露發(fā)生，下雨天須停止作業(yè)，確認(rèn)第一層鱗片的硬化。第二層道鱗片襯里刮涂或噴涂技術(shù)要求與第一道基本相同，但施工料顏色應(yīng)有明顯區(qū)別，以便于發(fā)現(xiàn)漏涂，施工厚度仍為1.0mm，檢測厚度為2.0mm。

襯層修補(bǔ)：襯層修補(bǔ)是將經(jīng)檢測確認(rèn)的鱗片襯里施工質(zhì)量缺陷完全消除。

涂面涂：各層鱗片施工完成后，按檢查要領(lǐng)進(jìn)行漏電、厚度、外觀檢查，全部合格后用刷子或輥筒涂上一層面涂層，注意涂刷均勻。面涂刷1～2道，涂刷方向應(yīng)相互垂直，兩道面涂的涂刷時(shí)間間隔12h。

養(yǎng)護(hù)：一般情況下，施工完畢后養(yǎng)護(hù)1周即可，但若環(huán)境較差，如溫度低于5℃或濕度大于85%，則應(yīng)酌情延長。

4.3.3 加強(qiáng)質(zhì)量檢測

質(zhì)量檢測是防腐蝕質(zhì)量的最后一道關(guān)口，目前應(yīng)用最廣泛的脫硫系統(tǒng)防腐蝕材料VEGF-1涂料涂層的最終檢測項(xiàng)目主要有：外觀缺陷、硬度、針孔測試、厚度測試、錘擊檢查等，確認(rèn)涂層應(yīng)均勻，無鼓泡、針眼、微裂紋、傷痕、流掛、凹凸、硬化不良等缺陷，也不允許存在泛白或固化不完全。

要求表面的硬度值不低于材料性能指標(biāo)提供值的90%；使用高壓電漏電檢測儀全面掃描襯里面，確認(rèn)有無孔眼缺陷；使用磁石式或電磁式厚度計(jì)檢測，平均厚度要達(dá)到設(shè)計(jì)要求；用木錘輕擊涂層表面，任意取點(diǎn)測試，根據(jù)有無異常聲響確認(rèn)襯里無鼓泡或襯里不實(shí)。

海水脫硫系統(tǒng)煙道腐蝕性大，但只要優(yōu)化設(shè)計(jì)，正確地選用防腐蝕材料，提高防腐蝕施工質(zhì)量，煙道腐蝕問題可以很好的解決，保證海水脫硫系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，為火力發(fā)電廠脫硫減排任務(wù)的完成提供可靠的保證。

4.4 加強(qiáng)運(yùn)行調(diào)整和檢修維護(hù)

海水脫硫系統(tǒng)煙道防腐蝕完成使用后，運(yùn)行調(diào)整及設(shè)備檢修中的防護(hù)也是影響防腐蝕失效的重要因素。

一方面，脫硫系統(tǒng)在運(yùn)行中盡量避免煙道的氣動沖擊和溫度巨烈變化沖擊，保證防腐蝕材料的效能。

另一方面，在設(shè)備檢修中要十分注意防腐蝕的保護(hù)，如在煙道中搭設(shè)腳手架時(shí)要在腳手架與防腐蝕襯層的接觸部分采取保護(hù)措施，避免防腐蝕襯層的機(jī)械損傷；嚴(yán)禁在已做防腐蝕煙道的外側(cè)進(jìn)行電焊或氣割作業(yè)，因?yàn)榇祟愖鳂I(yè)的高溫能使同部位煙道內(nèi)側(cè)防腐蝕材料變質(zhì)失效，如不加以處理或處理不當(dāng)，投入運(yùn)行后會很快擴(kuò)展，造成煙道防腐蝕的大面積失效。

5 結(jié)束語

海水脫硫系統(tǒng)煙道腐蝕性大，但只要優(yōu)化設(shè)計(jì)，正確地選用防腐蝕材料，提高防腐蝕施工質(zhì)量，煙道腐蝕問題可以很好的解決，保證海水脫硫系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，為火力發(fā)電廠脫硫減排任務(wù)的完成提供可靠的保證。