國內(nèi)FGD裝置中鱗片襯里防腐蝕失效原因初探

國內(nèi)FGD裝置中鱗片襯里防腐蝕失效原因初探

(上海富晨化工有限公司 上海 200233）

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提供了可靠的技術借鑒。

關鍵詞：    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（FGD）因其脫硫率高、煤質(zhì)適用面寬、工藝技術成熟、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工藝技術。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、設備防腐蝕區(qū)域大、施工技術質(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，工程的技術保障程度尤其是防腐蝕襯里技術要求在不斷降低，從而導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)生了高溫煙道鱗片襯里的脫層等；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、修復方案的制定、修復施工的現(xiàn)場監(jiān)督和指導等工作。本文對遇到的工程應用中出現(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基礎結(jié)構(gòu)設計

目前國內(nèi)FGD脫硫裝置的基礎結(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)基礎設計中，由于沒有充分考慮內(nèi)襯材料的特性，因強度和結(jié)構(gòu)設計等方面的欠缺而導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)強度設計時，出于結(jié)構(gòu)補強需要，采用細桿內(nèi)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。

國內(nèi)外的有關FGD裝置的設計要求及經(jīng)驗表明，鋼結(jié)構(gòu)設計應有足夠的強度，而在國內(nèi)的一些FGD裝置中，由于設計經(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，在煙道的設計上又采用了多彎道、變截面結(jié)構(gòu)，從而導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)的強度設計要求，包括可以采用支撐桿的措施等；

2、 在設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)強度及剛性應符合相關設計標準規(guī)定，在拐彎區(qū)及導流板應適當增加厚度或增加支承補強筋排列密度，導流板聯(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上進行后續(xù)的鱗片施工時，由于不能對基礎進行返工的前提下，提高鱗片材料（底涂）與鋼結(jié)構(gòu)的基礎的粘接性是尤其重要，這也可能是一些工程中唯一現(xiàn)實、可行的措施。

而在采用混凝土基礎結(jié)構(gòu)時，尤其在原煙氣煙道，由于長期的高溫煙氣作用下，混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生開裂等現(xiàn)象報道，從而導致在混凝土基礎上鱗片襯里結(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乎最后質(zhì)量的一個關鍵因素。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研發(fā)支持、沒有檢測條件、沒有應用背景和沒有技術服務的情況下，貿(mào)然生產(chǎn)鱗片材料，并采用低價手段，在一些FGD項目中得到應用，導致在不到半年的應用中就出現(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準尚在制定中，而已有的行業(yè)標準與國外同類標準相比較，存在著技術要求過低、質(zhì)量指標不全等明顯不足。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，選擇技術過硬、質(zhì)量穩(wěn)定、產(chǎn)品可靠、有技術支撐能力的材料廠家就相當重要。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革新和研究，同時大量的應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，材料的其它幾個關鍵特性也是相當重要的，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)基礎的粘接力能夠至少達到期10MPa以上；鱗片底涂應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?？刹捎梅?span>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)廠家的技術交流過程中，也談及這個技術問題，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，應該要求對鱗片進行良好的表面處理，同時應采用真空攪拌工藝。

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?shù)?，而一些材料廠家為了爭取到材料供應合同，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致最后鱗片襯里的特性。

2、3FGD裝置中的鱗片襯里設計技術方案

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保障，但是如何運用高性能的襯里材料包括設計方案更是一個高要求的技術性工作，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)技術問題的吸收塔，筆者比較了許多公司的設計方案，發(fā)現(xiàn)各有差異，但一些公司提供的技術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)，相當于FUCHEM-3或者是FUCHEM-6結(jié)構(gòu)（材料造價相差100元/平米左右），而我們建議是以下結(jié)構(gòu)（圖3-2），而我們發(fā)現(xiàn)日本富士公司等技術資料也是采用后者的耐磨結(jié)構(gòu)。

SHAPE \* MERGEFORMAT

FRP層（短切氈+表面氈）

1mmVEGF層

1mmVEGF層

底涂層

1mm耐磨層

FRP層（玻璃布）

1mm耐磨層

1mmVEGF層

1mmVEGF層

底涂層

圖3-1  玻璃鋼復合鱗片結(jié)構(gòu)                圖3-2FUCHEM耐磨結(jié)構(gòu)

而從技術分析，乙烯基鱗片材料的一個技術特點是與碳鋼的熱膨脹系數(shù)的相近；而玻璃鋼的最大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》 耐磨膠漿層中間復合1-2層玻璃鋼層以提高磨膠漿層抗熱應力開裂能力，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，在正確設計，合理選材的基礎上，施工的好壞是最后決定防腐蝕工程質(zhì)量的關鍵。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裝置這樣重要設備的防腐蝕施工要求，往往在技術、施工機械、檢測手段上準備不足。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：FGD防腐蝕襯里的主要工藝均是在鋼結(jié)構(gòu)基礎上進行襯里施工，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國家標準要求進行，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，在復工后，沒有對已涂復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)標準；二是用量下降或厚度的減薄。導致的后果是防腐蝕失效或服務年限的縮短。

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（FGD）被廣泛應用于各大、中型火力發(fā)電廠，并成為國內(nèi)火電廠煙氣脫硫主導工藝技術的同時，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，其原因是相當復雜的，但無論如何，但對這個行業(yè)的健康發(fā)展帶來不利影響，有涉及到基礎構(gòu)件設計、防腐蝕構(gòu)造設計，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裝置的設計開始，包括對材料供應商的選擇、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。

The discussion & analysis of anti-corrosion default in FGD with glass flaked vinyl ester liner

Wang Tiantang  LuShiping Yang Huaping

（Shanghai Fuchen Chemicals Co.,LTD  Shanghai 200233）

Abstract: FGD is now the most common desulfric equipment inChinanow on the basis of its benefits, and glass flaked vinyl ester is most employed as anti-corroiosn lining thereby. However in these rapid booming market, some cases concerning the default lining were also ongoing. in this paper, we discussed and analyzed these default cases for some conclusion, which in return are of assistance to the sustained anti-corrosion lining in these FGD.

Keywords: VEGF lining FGD anti-corrosion default discussion and analysis

參考文獻：

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6、  上海富晨化工有限公司內(nèi)部資料