烟气海水脱硫工程烟囱高空防腐脱硫塔防腐技术－江苏新大高空防腐工程有限公司

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烟气海水脱硫工程烟囱高空防腐脱硫塔防腐技术

发布时间：2009.07.18 新闻来源：江苏新大高空公司 浏览次数：

    海水脱硫与其他烟气脱硫技术相比，具有脱硫效率高、运行成本低、投资少、系统简单等特点，利用天然弱碱性海水作为脱硫剂，具有无添加物、无副产品、无固态废弃物等二次污染的优点。但烟气海水脱硫工程的高空防腐要求很高，施工难度较大。烟囱高空防腐、脱硫塔防腐、烟囱防腐的质量被喻为烟气海水脱硫工程的“生命线”，可见高空防腐的重要性。本文以厦门嵩屿电厂4×300MW燃煤机组烟气海水脱硫系统的防腐工程为例，探讨防止海水与酸性烟气腐蚀的设备选材与防腐工艺技术。
1 工艺过程
   嵩屿电厂4×300MW燃煤机组烟气海水脱硫的工艺流程主要由吸收塔、烟气系统和海水系统组成。其简要流程如图1所示。
    吸收塔的作用是利用汽轮机凝汽器冷却后排出的弱碱性海水吸收、中和烟气中的酸性SO₂，吸收塔的底部设有一个预曝气池，用于对吸收了SO₂的海水进行初步的氧化。吸收塔顶部的出口段设置了除雾器，以减少净烟气携带水雾。
    烟气系统的作用是将原烟气经气-气换热器（GGH）降温后引入吸收塔，净烟气再经GGH吸热后排至烟囱。烟气温度越低，SO₂吸收率越高，所以烟气进入吸收塔前必须降温，一般降至80℃左右。但80℃的烟气经吸收塔净化后，温度进一步降至40℃左右，低于酸性烟气的露点温度，容易出现酸性物质结露并造成烟道及烟囱的腐蚀。另外，低温不利于烟气的扩散，并且还会造成烟囱大量冒白烟，所以在烟气排出吸收塔后一般需要经过GGH加热。
    海水系统的作用是将海水吸收了SO₂形成的SO 经过深度曝气氧化成稳定的SO ，并驱出海水中生成的CO₂，从而提高排水的pH值和溶解氧。
2 腐蚀机理分析
    烟气海水脱硫系统的设备或构造物，长期处在海水与酸性烟气的环境中，并受到冷热温差、干湿介质的交替影响，同时还受到水流冲刷、强烈曝气等因素的作用，表2是对海水脱硫系统主要设备和部位的环境条件进行分析，从中可以看出，海水脱硫设备（构造物）所处的环境是相当恶劣的，诱发腐蚀的因素很多，腐蚀的原因也较复杂。下面就其主要原因作一简要分析。

表1 设计工况下烟气海水脱硫系统各设备（部位）所处的介质环境

系统	设备（部位）	温度 /℃	SO₂ /mg/Nm³	pH值	介质环境描述
烟气系统	原烟气烟道	≤130	≥1500	-	未结露的酸性烟气
	净烟气烟道（GGH前）	≥40	≤150	-	可结露的微酸性环境
	净烟气烟道（GGH后）	≥70	≤150	-	微酸性环境
	旁路烟道（挡板前）	≤130	≥1500	-	未结露的酸性烟气
	旁路烟道（挡板后）	≥70	≤150	-	微酸性环境
	GGH装置	70~130	150~1500	-	处于冷烟气（微酸）热烟气（酸性）交替的环境
吸收塔	吸收塔烟气入口处	75	1500	-	酸性烟气与海水飞沫的交汇区
	吸收塔除雾区	30~40	≤150	-	携带少量液滴及SO₂的净烟气
	吸收塔喷淋区	40~130	150~1500	3~8	酸性烟气与雾化海水交混区
	吸收塔氧化区	30~40	-	3~4	海水、SO 、SO 、H⁺、O₂介质交混区
曝气池	凝汽器至曝气池海水管	10~32	-	7.8~8.2	海水
	曝气池至吸收塔海水管	10~32	-	7.8~8.2	海水
	吸收塔至曝气池海水管	30~40	-	3~4	海水、SO 、SO 、H⁺、O₂介质交混区
	曝气池本体	30~40	-	4~6.8	海水、SO 、SO 、H⁺、O₂介质交混区

2.1 硫腐蚀
    原烟气中SO₂的含量一般在1500 mg/Nm³。SO₂在水膜中的溶解度比O₂大2000倍左右，因此可使金属表面吸附的水膜pH值大幅度降低，有时可达3~3.5。加之SO₂本身又是强极化剂，在阴极上可以进行还原反应，从而使金属构成腐蚀电池的阳极而加快腐蚀。另外，烟气中的水分和剩余氧，也会产生SO₂的露点腐蚀。经吸收塔后，烟气中绝大部分SO₂转入海水变成SO 和SO ，这些离子具有很强的化学活性，对钢铁的腐蚀主要表现为氧去极化腐蚀。可见，在烟气海水脱硫整个系统中，硫的化合物都会对设备产生较强的腐蚀作用。
2.2 氯腐蚀
    在海水脱硫工艺中，由于吸收系统和曝气池均使用大量的海水，因此对吸收塔、管道、泵以及曝气池系统的腐蚀，主要表现为氯离子的腐蚀。
    海水腐蚀属氧去极化腐蚀，海水中含氧量越高，腐蚀速度越快。海水脱硫工艺中所取海水均为含氧量接近饱和(约8 mg/l)的表层海水，这就使得海水对钢铁的腐蚀速度加快。另外，氯离子比氧更容易吸附在金属表面上，并从金属表面把氧排挤掉，甚至可以取代已被吸附的O^2-或OH^-，从而使金属的钝态遭到局部破坏而发生孔蚀。这种行为尤其在金属的不均匀表面更为明显，甚至不锈钢也难予幸免。因此对海水脱硫来讲，设备腐蚀是非常严重的问题。
2.3 其他腐蚀
    高速流动的海水及烟气，均会在不同程度造成设备的冲刷磨损，施工时的残余应力、热应力、施工质量以及设备的形式结构，也是可能造成脱硫设备及构造物腐蚀的因素。
3 防腐技术
    海水FGD的防腐方法有两大类，一是选用耐腐的合金钢复合材料，合金钢的抗腐蚀性能好、耐磨。另一类是防腐涂料，尤其是鳞片树脂，它衬在钢板内壁，主要用于吸收塔和净烟气烟道。
3.1 防腐材质的选用
(1) 烟气挡板
    原烟气挡板布置在脱硫岛的烟气最上游，作用是隔绝进入脱硫岛的烟气。叶片材质为Q235-A，门轴材质为#35钢，密封件材质为DIN 2.4605合金钢，成分为：C≤0.02、Cr15、Ni60、Mo16、Co2.5、W4、Fe3、V＜0.35。
    净烟气挡板布置在脱硫岛的烟气最下游，作用是隔绝离开脱硫岛的烟气。叶片材质为DIN 1.4529（奥氏体不锈钢），门轴材质#35钢包DIN 1.4529合金钢，密封件材质为DIN 2.4605奥氏体不锈钢。
    烟气旁路挡板属双叶片型式，靠原烟气侧叶片材质为Q235-A、靠净烟气侧叶片为DIN 1.4529，门轴材质#35钢包DIN 1.4529，密封件材质为DIN 2.4605。
(2) 烟道
    脱硫岛烟道全部采用内支撑钢板制作，烟道的膨胀补偿器全部采用非金属补偿节，以补偿烟道的热膨胀和吸收转动机械传递的震动波，非金属补偿节的优点是耐腐蚀性能好。
    对于吸收塔进口烟道，既烟气温度低又受吸收塔内喷淋海水和烟气涡流的影响，防腐要求更高，所以采用碳钢板内衬镍基合金复合材料。
(3) GGH
    GGH是原烟气与净烟气之间实现热量交换的设备，热量交换是通过蓄热元件来传递的，若干蓄热元件篮筐安装在转子仓格内，以确保获得足够量的换热面积。所有蓄热元件均为搪瓷表面材质。 (4) 吸收塔
    吸收塔高度30.80 m，直径13 m，壳体为碳钢制作，内壁采用玻璃鳞片防腐。吸收塔的最上方布置有除雾器，材质为聚丙烯。吸收塔的最下方布置有预曝气池，将部分亚硫酸氢根离子氧化成硫酸根离子。塔内氧化空气管采用FRP材料，塔外氧化空气管采用CS材料。
(5) 海水增压泵
    三台海水增压泵均为单级双吸离心式水泵，叶轮和轴的材质为316 L ( UNS S31603 )以钼为基础的奥氏体不锈钢，泵壳内壁涂有美国Belzona公司生产的陶瓷-不锈钢金属表面防腐涂层。
3.2 防腐涂料的选用
    与酸性烟气及海水接触的烟道、管池和吸收塔的内表面层，主要采用涂料防腐。选用的涂料有环氧煤沥青和玻璃鳞片树脂涂料。
3.3 混凝土基体表面防腐
    环氧煤沥青耐水性和防腐性好，漆膜坚韧、附着力强、机械强度高、抗微生物侵蚀性能好，是海水工程主要防腐材料。在该工程中主要用于海水管沟、配水井、各类水池及曝气池混凝土基体表面的防腐（见表2）。

表2 混凝土基体表面的防腐

涂料名称	涂层名称	层数	颜色	涂料厚度μm
环氧煤沥青涂料	底漆	1	红棕色	80
环氧煤沥青涂料	面漆	1	黑色	80
无碱平纹玻璃布	玻璃布	1	—	200
环氧煤沥青	面漆	2	黑色	160

3.4 烟道、吸收塔内壁防腐

玻璃鳞片树脂是指将一定片径(0.4~2.4mm)和一定厚度(6~40μm)的玻璃鳞片与树脂混合制成的胶泥或涂料，将其用涂抹或喷涂的方法涂敷于金属表面即成为防腐涂层。这种衬里具有优良的抗渗透性、良好的机械强度和耐高温性能，可安全使用100000 h以上。在该工程中，玻璃鳞片树脂主要用于烟道和吸收塔的钢基体内表面防腐（表3）。

表3 烟道、吸收塔内壁防腐的表面防腐

	防腐位置	选用衬里材料	厚度㎜	备注
烟道	增压风机至GGH烟道	耐温喷涂型乙烯基酯玻璃鳞片	1.2	考虑耐酸、耐热，耐烟气中灰尘磨损及振动因素。
	GGH至吸收塔烟道	耐温喷涂型乙烯基酯玻璃鳞片	1.2	考虑耐酸、耐热，耐烟气中灰尘磨损及振动因素。
	吸收塔至GGH烟道	喷涂型乙烯基酯玻璃鳞片	1.2	考虑耐酸、耐热因素
	GGH至净烟气挡板烟道	标准喷涂型乙烯基酯玻璃鳞片	1.2	考虑耐酸、耐热因素
	旁路挡板、净烟气挡板门后烟道	耐温喷涂型乙烯基酯玻璃鳞片	1.2	考虑耐酸、耐热，耐烟气中灰尘磨损及振动因素。
吸收塔	吸收塔底板、壁板(0~2.0m)	标准型树脂鳞片2mm+耐磨型树脂鳞片1.5mm	≥3.5	在氧气作用下，Cl^-的腐蚀作用加剧，海水此时呈酸性，因此必须提高耐腐标准。
	原烟气进吸收塔入口处	耐温镘涂型乙烯基酯玻璃鳞片	2.0	考虑耐酸、耐热，温度变化及振动因素。
	净烟气出吸收塔出口处	标准镘涂型乙烯基酯玻璃鳞片	2.0	主要考虑低温烟气湿腐蚀等因素
	喷淋层以下壁板	标准镘涂型乙烯基酯玻璃鳞片	≥1.8	主要考虑海水腐蚀因素
	喷淋层壁板	标准型树脂鳞片2mm+耐磨型树脂鳞片1.5mm	≥3.5	喷淋水的冲刷磨损较为严重，该部位的衬里必须采取耐磨措施
	喷淋层以上壁板	标准镘涂型乙烯基酯玻璃鳞片	≥1.8	主要考虑海水腐蚀因素
	喷淋层支撑	标准型树脂鳞片2mm+耐磨型树脂鳞片1.5mm	≥3.5	考虑烟气与海水的共同腐蚀作用
	人孔、接管等	标准型树脂鳞片2mm + FRP增强1.5mm	≥3.5	防腐、防磨损

注：烟道的内部件（支撑管、导流板）、人孔、接口法兰、角落、拐角部位采用FRP加强。
1 涂料的施工技术
1.1 对基体的要求
    (1) 所有焊缝必须是连续无间断的，且打磨成R＞3mm的圆滑过渡。钢板母材表面的凹坑、孔洞要补焊和打磨平整。
    (2)衬的钢基体表面的棱边、角（包括人孔、接管的内外沿、型钢的边沿）打磨成R＞3.0mm的圆滑过渡。
    (3) 喷砂表面粗糙度要求RZ≥60μm，喷砂除锈等级Sa≥2.5级。钢基体表面如果存在可见的锈斑或除锈等级不足时，须进行二次喷砂后方可进行涂装施工。
    (4) 混凝土至少养护28 d 方可进行表面处理施工，水泥砂浆或混凝土基体必须坚固、密实、平整。
    (5) 钢筋砼基体的坡度和强度应符合设计要求，不应有起砂、裂缝、蜂窝、麻面等现象。
    (6) 钢筋砼基体表面必须洁净、无浮灰、油污及水泥渣，含水率应不大于4 %。
    (7) 钢筋砼表面采用砂轮或钢丝轮打磨表面或喷砂处理，以除去水泥砂浆及其松动物、易碎的砼块，以及结构上的缺陷和其他有分离作用的物质(如油脂等)，然后用干净的软毛刷、压缩空气或吸尘器清理，直至达到施工要求为止。
4.2 喷砂要求
    (1) 所用磨料必须干燥，有棱角，有足够的硬度，粒度为0.5~2.5mm，本工程选用石英砂、铜熔渣等矿石作磨料,磨料的含盐量≤30ppm。
     (2) 压缩空气须是无油、无水的洁净空气，压力为0.6~0.8MPa。
4.3 施工要求
4.3.1 刷涂要求
    (1) 漆刷蘸漆不能太多，以免流挂和滴漏污染环境。
    (2) 漆刷走向应纵横交错，呈“十”字交叉，使涂漆均匀。
    (3) 刷涂时先难后易、先边缘后中间、先支撑拐角后大平面、先上后下。
4.3.2 镘涂要求
    (1) 泥盘一次性不能盛太多的胶泥。
    (2) 刮刀用力均匀，顺着一个方向刮涂，不要回刮，回刮易拉毛树脂胶泥表面。
4.3.3 喷涂要求
    (1) 喷涂设备、高压软管、喷枪、喷嘴选型要适宜，否则不能雾化鳞片材料。
    (2) 喷距要适宜，通常500~1000mm。
    (3) 一次性施工湿膜厚度不能超过700μm，否则易流坠。
    (4) 确保喷枪运行方向与工件表面平行。
5 检查与验收
5.1 钢基体喷砂检查
    (1) 喷砂清洁度不低于Sa2.5级，粗糙度Rz值不低于60μm。去除所有锈蚀、氧化皮及其它附着物，有争议时可借助5倍放大镜观察。
    (2) 粗糙度进行实测，每5 m²取3处测试，不满足要求须重新喷砂。
5.2 厚度检测
    (1) 湿膜厚度测试应在衬里施工期间进行，每10 m²随机抽查测量5个点，厚度不足或超厚应及时调整。
    (2) 干膜厚度用磁性测厚仪进行检测，测试时涂层必需硬干。每5 m²测3个点，每个点的数值由3个6mm²点的平均数构成。
5.3 电火花检测
    (1) 用直流电火花仪检测涂层针孔，测试电压根据涂层厚度变化而变化，可按4000v/mm厚计算，但最高不得超过16000V，测试区域为100%的涂层。
    (2) 被电火花击穿的点应用记号笔做好标记，及时修复，并重新测试，直至合格；
5.4 苯乙烯敏感性测试
    用蘸有苯乙烯的洁净棉布擦拭涂层一个小的区域（约16~64cm²），约30秒钟后，用手指擦一下湿润的部位，如果涂层表面变软或变粘，则证明涂层对苯乙烯敏感，可直接进行下一道涂层的施工；如涂层表面没有变化，说明涂层对苯乙烯不敏感，需全面打毛清洗后才能施工下一道涂层。