脫硫裝置中鱗片襯里防腐蝕失效原因探討
摘 要:防腐蝕是火電廠濕法煙氣脫硫（FGD）裝置中的一個重要環節，該裝置腐蝕環境苛刻，作為一種普遍采用的鱗片襯里材料，在國內的一些應用案例中出現了一些防腐蝕失效的情況。本文就一些FGD裝置的防腐蝕失效情況進行了分析，找出原因并提出了對策。
關鍵詞:鱗片襯里,FGD脫硫裝置,防腐蝕失效
1 引言
火電廠濕法煙氣脫硫環保技術（FGD）因其脫硫率高、煤質適用面寬、工藝技術成熟、穩定運轉周期長、負荷變動影響小、煙氣處理能力大等特點，廣泛應用于各大、中型火電廠，成為國內外火電廠煙氣脫硫的主導工藝技術。但該工藝同時存在介質腐蝕性強、處理煙氣溫度高、SO2吸收液固體含量大、磨損性強、設備防腐蝕區域大、施工技術質量要求高、防腐蝕失效維修難等問題。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。國內外長期的工程實踐表明，乙烯基樹脂鱗片材料是一種可靠的內襯防腐蝕材料，尤其適用FGD裝置。
隨著國內大量脫硫環保公司的涌現，脫硫技術逐步成熟，脫硫效率不斷提高，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的技術水平不斷降低，從而導致了一些非正常的情況出現：如一些工程運行了 1年左右，就發生了高溫煙道鱗片襯里的脫層等；一些 FGD脫硫裝置甚至在投入運行不到6個月的時間內，就相繼出現內襯防腐蝕失效（脫層、穿孔等）的情況。本文對工程應用中出現的防腐蝕失效情況進行了分析，并提出了解決對策。
2 濕法煙氣脫硫裝置的防腐蝕失效情況分析
近幾年FGD在實際運行中出現的防腐蝕失效案例，主要有以下表現：不耐腐蝕、與鋼結構基礎脫層、穿孔等。這些失效情況出現的原因是多方面的，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，下文就失效的可能性進行分析。
2.1 基礎結構設計
目前國內FGD脫硫裝置的基礎結構絕大部分是鋼結構，只有部分電廠的少部分煙道結構是采用混凝土的。而在鋼結構基礎設計中，由于沒有充分考慮內襯材料的特性，因強度和結構設計等方面的欠缺而導致了最后的防腐蝕失效。
在鋼結構裝置中，若采用鱗片襯里結構，襯層在下述條件下易產生震顫疲勞破壞：
（1）煙道等結構設計的強度、剛性不足，特別是煙道布置受環境所限，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，產生較大的壓力變化，形成不穩定流動，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，嚴重時會形成大面積剝落。
（2）在進行煙道結構強度設計時，出于結構補強的需要，采用細桿內支承補強，但當高速流動的煙氣在煙道中過流時，會由于煙氣沖擊壓力作用引發支承細桿抖動變形，導致支承桿與煙道壁焊接區襯層開裂。
國內外有關FGD裝置的設計要求及經驗表明，鋼結構設計應有足夠的強度，而在國內的一些FGD裝置中，由于設計經驗或對成本因素的考慮，鋼結構的厚度均較薄，在筆者經歷的幾個工程中，有時發現鋼結構的厚度不到5mm，局部區域甚至只有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），這樣的結構強度肯定是不夠的，在有人員行走踏踩時即可明顯感覺到煙道結構震顫。
為了避免這些質量隱患，可以考慮以下對策：
（1）要求提高鋼結構的強度設計要求，包括可以采用支撐桿等措施。
（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采用更加平緩的彎道設計。
（3）為了更好地防止局部的質量事故（脫層等情況）的蔓延與擴散，在一些部位采用膨脹節連接方式，如在進口煙道與吸收塔之間增加一膨脹節（至少應增加一連接法蘭），一是利用膨脹節的柔性連結松弛煙道震顫應力，減少使其對襯層的破壞性；二是利用膨脹節的法蘭連接，使煙道襯層與吸收塔襯層分斷，避免襯層剝離破壞的延伸。
（4）在需要支撐桿時，應該將內支撐結構改為外支撐結構，且結構強度及剛性應符合相關設計標準規定，在拐彎區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，以避免因導流板震顫引發的煙道壁震顫，導致內襯層疲勞剝離。
（5）如上所述，結構的震顫是不可避免的，同時在已施工安裝完畢的基礎上進行后續的鱗片施工時，由于不能對基礎進行返工，因此提高鱗片材料（底涂）與鋼結構的基礎的粘接性尤其重要，這也可能是一些工程中唯一現實、可行的措施。
而在采用混凝土基礎結構時，尤其是原煙氣煙道，由于長期在高溫煙氣作用下，混凝土結構會發生開裂等現象，從而導致在混凝土基礎上的鱗片襯里結構也會受到破壞，因此，若采用混凝土結構，發生這種情況是不可避免的。
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質量的一個關鍵因素。而在這幾年中，隨著國內 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，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支持、檢測條件、應用背景和技術服務的情況下，貿然生產鱗片材料，并采用低價手段，在一些FGD項目中應用，導致在不到半年的時間內就出現了質量問題，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裝置的鱗片類內襯材料、施工及驗收的國家標準尚在制定中，而已有的行業標準與國外同類標準相比較，存在著技術要求過低、質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得尤為重要。而對于業主或脫硫環保公司而言，選擇技術過硬、質量穩定、產品可靠、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，可從以下幾方面進行考慮和選擇
（1）材料的基本特性
鱗片材料為一種高性能襯里材料，同時也是一種可靠的、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，但材料的其它幾個關鍵特性是相當重要的，而且不同廠家生產的材料的特性差別較大。一是底涂料的粘接特性，建議底涂材料與鋼結構基礎的粘接力至少在10MPa以上；鱗片底涂應該采用一些高粘接特性的特種底涂，這種以乙烯基樹脂為主要原料的底涂是經過特殊處理的，如果在技術不完全成熟的前提下只是簡單地采用純乙烯基樹脂，而沒有對材料進行任何的技術處理，雖然成本是降低了，但在一些FGD裝置中極易發生鱗片襯里脫層現象，這是大多數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，由于一些工藝設計上的或是其它的原因，一些煙氣溫度會在一段時間里較高，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工藝或裝置有一點不同。目前一些廠家生產的鱗片材料的耐高溫特性有所欠缺，故極易造成鱗片襯里在高溫條件或者是溫度沖擊下，發生開裂、脫層的現象。
為了避免襯里的脫層，提高底涂材料的粘接特性就顯得相當重要。在施工現場，建議采用現場拉開測試的方法以評估底涂材料的粘接特性，這種方法比一些實驗室的表征方案更加切實可行和符合工程實際需要？刹捎梅螦STM D4541“便攜式附著力測定儀測試涂層附著力方法（拉開法）”的“液壓式粘合度測試儀HATE”，該儀器是一種手動式、粘接頭可復用的現場涂層附著力檢測儀，適用于鋼材、混凝土等不同基材，拉力范圍是 1～18MPa。VEGF底涂的測試強度一般要求達到10MPa以上，而目前國內一些材料在現場測試中的粘接強度一般不會超過5MPa。
（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、鱗片表面是否進行耦連（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。國外廠商要求鱗片生產過程中一定采用真空攪拌工藝，這是因為在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生氣泡（鱗片襯里中氣泡的存在會對防腐蝕性能有很大的影響）。而目前國內一些材料生產商會在現場進行簡單的混合即制得鱗片材料，這樣的鱗片材料沒有經過真空攪拌工藝，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合性能，若沒有對鱗片表面進行耦連處理，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。
（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。隨著目前國內外樹脂合成技術的發展，樹脂的各項理化特性上沒有差異，而就原材料方面，結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因素是鱗片與功能性助劑。不同工藝（吹制法、壓制法）生產出來的鱗片，其表面是否進行了預處理等，會使鱗片的成本判別差異較大。一些材料廠家為了爭取到材料供應合同，競相壓價，通過采用劣質的鱗片來降低成本，甚至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；鱗片表面是否進行了預處理等工藝，也會使鱗片的成本差異較大；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，而是否采用助劑，或者是否采用高性能的助劑可能會導致最后鱗片襯里特性的不同。
2.3 FGD裝置中鱗片襯里設計技術方案
對一個重視防腐蝕性質的工程而言，材料的本身特性是一個基礎保障，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，也發現了即使采用進口的材料，但最后工程防腐蝕失效或役期縮短的情況也時有發生，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，最容易出現技術問題的是吸收塔，許多公司設計方案的差異主要集中于鱗片耐磨結構層的不同。國內的一些公司在耐磨處理上，會采用簡單的玻璃鋼復合鱗片結構（見圖1），即在1～2mm的鱗片結構上再加襯1～2mm的玻璃鋼結構，相當于FUCHEM-3或者是 FUCHEM-6結構（材料造價相差100元/平米左右），因此建議采用圖 2 的耐磨結構。
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從技術角度分析，乙烯基鱗片材料的一個技術特點是與碳鋼的熱膨脹系數相近，而玻璃鋼的最大特點是整體性比較好，但耐磨性能相對較弱；所以在鱗片表面加襯玻璃鋼，并不能起到很好的耐磨效果，就耐磨性而言，不如采用純粹的鱗片加厚襯里結構（如采用3mm厚度）。圖2中的耐磨結構很好地結合了各種材料的特性，具體技術說明如下：
（1）利用鱗片材料的耐熱沖擊特性，在接觸鋼結構基礎的底層采用一定厚度的鱗片層，從而很好地避免了由于可能出現的溫度沖擊而導致的脫層。
（2）內襯結構中增加耐磨膠漿層以提高襯層抗介質沖刷重度磨損的能力和提高襯層的抗熱應力，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制而成的。
（3）耐磨膠漿層中間復合1～2層玻璃鋼層以提高耐磨膠漿層抗熱應力能力，這是利用了玻璃鋼的整體性的特點。
（4）根據不同的耐溫要求采用高溫材料或者是低溫材料，在吸收塔內，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 1中的結構），一些廠家沒有采取玻璃鋼加強的形式，最后可能會導致防腐蝕的失效和使用年限的縮短。
2.4 工程施工
在任何防腐蝕工程施工中，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量的關鍵。一些以刷漆、做地坪等土建防腐蝕為主業的施工隊伍，對于如FGD裝置的防腐蝕施工要求，往往由于技術、施工機械、檢測手段上的準備不足，導致了FGD裝置的防腐蝕襯里失效。施工方面主要會存在下列問題：
（1）表面噴砂質量不達標。FGD防腐蝕襯里的主要工藝均是在鋼結構基礎上進行襯里施工，所以表面噴砂除銹質量的好壞在很大程度上決定了最后襯里結構的附著力。對國內眾多的失效工程和局部出現脫落等情況的工程進行分析與總結，可以發現噴砂質量的隱患是最嚴重的，大多數工程的噴砂質量均達不到Sa2.5級要求，在部分工程中還出現了局部脫層等情況；一些施工公司未采用高質量的砂（如銅礦砂等），或者采用河砂等代替，造成已噴表面達不到要求，包括粗糙度等；有的在施工噴砂時未按有關國家標準要求進行，如在高濕度環境中（如在雨天噴砂等）或者低溫條件下噴砂，從而導致噴砂質量達不到要求。因此在實際工程應用中為提高和確保防腐蝕效果，材料生產廠家的底涂的粘接性就顯得尤為重要。
（2）涂裝施工間隔過長。由于各方面的原因造成的施工間隔時間過長或長時間停工，影響了涂層的附著力，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的工藝，造成涂層的剝離。
（3）不按材料的施工工藝要求，在環境溫度較低、濕度較大而又沒有采取保障措施的情況下施工，鱗片材料的固化質量受到嚴重影響，給日后的使用帶來了隱患。
（4）材料用量不足。由于行業內的惡性競爭，必然會造成材質標準下降、用量或厚度的變薄，最終導致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，勢必影響了質量的過程控制，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 結語
在FGD被廣泛應用于各大、中型火力發電廠，并成為國內火電廠煙氣脫硫主導工藝技術的同時，濕法煙氣脫硫裝置具有腐蝕環境苛刻、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生防腐蝕鱗片襯里失效的情況看，其原因是相當復雜的，涉及到基礎構件設計、防腐蝕構造設計、鱗片襯里的選材和合成、現場施工等諸多方面，給行業的健康發展帶來了不利影響。針對防腐蝕鱗片襯里的失效形式，本文分析了原因，總結了經驗，提出了解決對策。
為了更好地規范行業的健康發展，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量控制均是相當重要的，只有作好對每一環節有效全面的質量控制，才能確保鱗片襯里在FGD裝置中的長效防腐，從而確保FGD工程和裝置的經濟性和長效性。
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