火力发电厂烟囱涂料防腐及检测评价方法及分析.doc

火力发电厂烟囱涂料防腐的检测评价方法的分析(1)北极星电力网技术频道 作者:邓宇强，王志刚，曹杰玉1，张祥金1，龙国军，倪瑞涛，祁东东 2013-1-9 11:02:20(阅27次) 所属频道: 火力发电 关键词: 烟囱火力发电厂脱硫 摘 要 随着烟气脱硫技术在火力发电厂的普及，烟气对烟囱的腐蚀性加强，因此烟囱的防腐已成为发电厂重点关注的防腐设备之一。通过分析脱硫后烟囱的腐蚀环境和运行环境，以及目前采用的防腐材料应用情况，探讨和分析了一系列针对烟囱防腐涂料性能及质量检测评价方法的可行性和必要性。为烟囱涂料防腐工程质量监督和验收的技术手段提供可操作的方法指出了进一步努力单位方向。引言火力发电厂烟囱的作用是将煤燃烧后的烟气输送至一定高度的大气中排放，以增加烟气的扩散范围，降低烟气对电厂局部区域的污染。烟囱结构主要包括外筒和内筒。外筒由钢筋混凝土浇筑而成，起受力承重作用。内筒有耐酸耐火砖等砌成的砖内筒和整体钢板焊结的钢内筒两种，起排烟保温，隔离烟气，避免烟气对外筒腐蚀的作用。由于烟气在未进行脱硫时其含水量低、排烟温度高，内筒基本呈负压，烟气不会扩散至外筒，甚至有的烟囱仅设计一个烟筒而没有内外筒设计。由于这种条件下的烟气腐蚀性弱，对未进行烟气脱硫的烟囱基本没有考虑防腐方面的设计。随着国内环保法规日益严格，目前运行机组基本都配套了以石灰石-石膏法为主的烟气脱硫装置(FGD)。由于脱硫后烟气的湿度增加、温度下降，且脱硫装置对三氧化硫的脱除率较低，因此，烟气易在烟囱内结露形成酸性冷凝液，比未脱硫时烟气更具腐蚀性，因此，必须认真考虑烟囱的腐蚀与防护性能 1。1 烟气脱硫后的腐蚀性虽然脱硫后烟气中的二氧化硫含量大大降低，但少量三氧化硫的除去效果不是很理想(仅有20%30%左右)。且经湿法脱硫后的烟气湿度增加，温度降低(通常为4555)，因而烟气更容易在烟囱内壁结露，烟气中残余的三氧化硫溶解此时易形成腐蚀性很强的稀硫酸(pH值为34左右)。同时由于温湿度的降低，使得烟囱处于正压运行，从而增加了腐蚀性酸液对筒壁的渗透侵蚀2。针对这一问题，火力发电厂的FGD装置中设计加装了烟气加热装置(GGH)，利用GGH将脱硫后的烟气加热至80左右，这在很大程度上减轻了烟气在烟囱内表面结露的情况，并且能保护烟囱维持在一定的负压下运行，不但降低了腐蚀产物的生成量和渗透性，同时还能增加烟气的抬升排放高度和扩散范围3。但是，由于GGH不仅增加了FGD设备的投资和运行维护费用，而且运行过程中容易出现结垢堵塞而影响FGD系统的正常运行，从而限制了GGH的大量使用，目前多数电厂的FGD系统均采用无GGH的运行方式，增大了烟囱遭受冷凝酸液腐蚀的风险。因此，电厂均对烟气脱硫后的烟囱内表面进行了防腐处理。2 烟囱防腐需要考虑的问题烟囱的防腐需要根据其设计使用材料和运行温度两方面加以考虑，以选择经济性和防腐效果良好的防腐材料和施工工艺。2.1 烟囱设计使用材料火力发电厂的烟囱分为单筒式和套筒式两种。单筒式烟囱由外层钢筋混凝土浇筑外层和耐酸砖或耐酸浇筑料内层构成。套筒式烟囱主要由钢筋混凝土浇筑受力承重外筒和耐酸耐火砖等砌成的砖内筒或整体钢板焊结的钢内筒构成。选择防腐材料时，需要考虑其在不同结构材料表面的粘结附着力性能，以及与基体材料间由于温度变化产生的形变差异大小。2.2 烟囱运行温度烟气经脱硫后的温度为50左右，经GGH后的温度为80左右。当FGD不能正常投运时的烟气温度为130左右，机组事故排烟时可达到200左右。所以防腐层在其寿命期内要承受上述不同温度的反复作用。防腐层必须具有耐极限温度老化的性能，以及在热交变产生应力条件下不产生应力裂纹的性能。2.3 烟囱腐蚀环境脱硫系统不设置GGH时，烟气水分含量高，湿度大，温度低，重力密度大，烟囱自拔高度低，出口流速下降。进入烟囱的烟气温度约为50，会在烟囱内壁表面形成大量冷凝的酸液，并且这些酸液由于受烟气正压运行的影响，会在烟囱表面形成一定的渗透压。所以选择的防腐材料应为抗渗透性能好，且耐酸性介质强度高的防腐材料，尤其是耐烟气冷凝液条件下各种低浓度酸的侵蚀(如硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸等)。3 烟囱的防腐材料类型电厂烟囱按设计建设所用材料可分为砖烟囱和钢烟囱，按运行条件可分为干烟囱和湿烟囱。砖烟囱则包括单筒式和套筒式，其与烟气接触侧均为耐火砖砌筑而成;钢烟囱均是套筒式烟囱，即与烟气接触侧的套筒均由钢板焊接而成。干烟囱是未经脱硫或脱硫后设计有烟气再热设备(如GGH)，烟气基本不出现结露或少量结露情况的烟囱;湿烟囱则是脱硫后的烟气直接进入烟囱，烟气结露情况严重的烟囱。针对不同类型的烟囱，需要选择不同的防腐材料和防腐工艺。目前，火力发电厂的烟囱防腐采用的防腐方式按防腐所用材料主要可分为两大类，即无机材料防腐和有机材料防腐。3.1 无机材料防腐火力发电厂采用的无机材料防腐及其工艺主要有：钢烟囱表面衬贴耐蚀合金、钢烟囱或砖烟囱表面衬贴发泡玻璃砖和浇筑无机耐酸耐热混凝土或钾水玻璃耐酸砂浆层等。1)钢烟囱表面衬贴耐蚀合金目前国内外钢烟囱表面衬贴的耐蚀合金主要有钛和镍基合金两种。由于我国钛资源丰富，钛合金相对镍基合金的价格较为便宜，因而国内以衬贴钛合金板为主。而国外钢烟囱则以衬贴镍基合金板防腐为主。这两种材料在烟气中的各种温度环境下都具有优异的耐腐蚀性能。是目前烟囱防腐方式中适用范围最宽的防腐材料，但其价格也是所有烟囱防腐方式中最高的一种，并且只能适用于钢烟囱的防腐。由于目前还没有一个针对钛复合钢板烟囱施工时连接缝进行焊接的质量监督和控制验收标准方法或指导性建议，多数采用钛复合钢板烟囱的电厂都出现了焊缝处的腐蚀穿孔情况。因此，采用钛复合钢板烟囱的电厂在施工和运行过程中要重点检查焊缝处的缺陷和腐蚀情况。2)发泡玻璃砖衬贴目前，发泡玻璃砖衬贴在国内砖烟囱和钢烟囱防腐中都有应用。主要分为进口的宾高德玻璃砖体系和国产玻璃砖体系两大类。发泡玻璃砖主要成分是泡沫硼硅玻璃，具有良好的抗酸液渗透性、隔热性、耐高温性(20内)，以及热膨胀系数低和重量轻等特点，满足烟囱各种运行工况条件下的防腐，因而在国内外烟囱防腐中被大量采用。由于国内发泡玻璃砖及配套粘结剂的质量与国外同类材料间还存在一定的差异，其在国内电厂烟囱中的防腐效果不是很理想。而采用进口宾高德玻璃砖体系的防腐效果较好，但其费用较高，仅次于合金衬贴防腐的投资。由于采用发泡玻璃砖进行烟囱防腐以人工实施为主，对施工人员的技术和素质均有较高的要求，一旦在施工过程中出现偷工减料或施工不到位的情况，防腐体系就会受到破坏。3)耐酸耐热浇筑料耐酸耐热浇筑料一般有耐酸耐热混凝土、钾水玻璃耐酸砂浆层。由于其防腐层的抗渗性和耐温度变化的性能较差，因而这种防腐衬层在干烟囱的防腐中具有较好的效果。在湿烟囱防腐应用的效果不理想。3.2 有机材料防腐有机材料防腐是目前国内外各行各业防腐领域中使用最广泛的防腐方式，在火力发电厂烟囱的防腐中，尤其是在湿烟囱的防腐中被大量采用。目前，火力发电厂烟囱防腐所采用的有机材料涉及种类较多，主要有VEGF鳞片胶泥体系、聚脲弹性体系、VP内衬体系、有机和无机的复合纤维内衬体系、树脂玻璃鳞片体系等。这些防腐涂层体系主要是采用不同的有机高分子材料及聚合工艺，并在其中加入不同的填料，从而达到提高防腐层对基体材料的附着力、抗酸性冷凝液的渗透作用、耐烟气冲击作用、耐高温老化性能等综合性能。3.3 防腐材料现状由于目前多数采用涂料防腐的烟囱均出现了不同程度的防腐层失效情况，而合金衬贴板和进口玻璃砖的情况则相对良好，但其造价却比涂料防腐昂贵多倍。因此，虽然国内电力行业多倾向于采用合金衬贴板和进口玻璃砖。但由于防腐涂料的施工灵活性和造价较低，在电厂的烟囱防腐中应用仍较广泛，尤其是在脱硫改造后的旧机组烟囱中应用最为广泛。4 烟囱防腐涂料检测评价分析目前，国内外防腐涂料相关性能的检测评价方法都有相关标准，如国外的标准主要为ASTM和ISO，国内的标准主要为GB和SY。这些防腐涂料检测方法的标准总计有数十种，提供的检测方法主要都是针对防腐涂料不同使用条件下(如大气、土壤、腐蚀性溶液中)的基本性能检测，没有专门针对烟囱防腐涂料使用条件下的相关性能检测标准。虽然，DL/T 901-2004火力发电厂烟囱(烟道)内衬防腐材料中提供了烟囱防腐材料的相关性能指标，但其注重材料的耐温性和密实性，且该标准制定时没考虑到烟气脱硫对烟囱腐蚀环境的影响，缺乏对防腐涂料在目前脱硫前后，烟囱环境中的防腐性能检测评价依据。由此造成发电企业在进行烟囱涂料防腐工程中，没有针对烟囱使用条件下防腐涂料的检测评价体系，只能参考涂料供应商提供的相关检测评价标准对防腐涂料性能评价。且对现场防腐涂层完工后的检测评价手段也相对匮乏。从而造成多数不能满足烟囱运行条件的防腐涂料使用到烟囱防腐工程。同时，由于不能对现场涂层施工质量进行有效的检测评价，甚至将施工质量造成的防腐层失效，错误的判断为涂料不适用于烟囱的运行环境。因此，需要研究出一整套用于烟囱防腐涂料的检测评价体系，为发电企业在选择涂料品种、原料验收和施工质量验收方面提供快速有效的手段。避免烟囱涂料防腐工程出现不该出现的失效问题。4.1 特殊检测防腐涂料性能检测结果在涂料说明书中均有提供，但发电企业在对烟囱防腐涂料进行常规性能检测时，不可能将涂料的相关性能按标准方法进行逐一检测，而是需要有针对性地选择几种方法，对烟囱防腐涂料的特殊性能进行检测评价。通过前面对脱硫后烟囱运行条件的分析，认为附着力、热老化、耐磨性、韧性、抗渗性、耐酸性、耐热交变应力等性能的优劣，是确定烟囱防腐涂料能长期有效使用的关键因素。其中：1)附着力大小决定涂层是否会长期牢固地与基体粘结，以及涂层层间抗拉脱能力的大小。2)热老化性能是检测涂料在烟囱旁路长期开启条件下，是否会出现老化引起的涂层开裂、脱落、粉化、发粘等失效情况。3)耐磨性是检测涂层在烟气高速冲刷，以及烟气携带飞灰或石膏液滴等情况下，涂层耐磨损的性能。4)韧性好坏是决定涂层在频繁的应力变化条件下，是否会出现脱层、开裂等缺陷。5)抗渗性是检测涂层在湿烟囱正压运行条件下，耐酸性凝结液体的渗透能力;6)耐酸性是检测涂层耐烟囱中酸性冷凝液侵蚀的性能。7)耐热交变应力是检测涂层在烟囱旁路频繁开启情况下，热胀冷缩条件对涂层及涂层层间和基体附着的性能。这些评价方法有的可以选择相关标准方法进行，有的则需要根据烟囱环境的特殊性，将相关标准方法进行组合应用，或者设计新的检测评价方法来实现某些特殊性能的检测。通过进行这些特殊性能的检测，以确保发电企业所选择的涂料产品能在烟囱运行条件下长期使用。4.2 原材料检测在防腐施工中，涂料的质量问题是现场施工人员和质量检查人员都无法控制的。因此，在涂料施工前必须打开涂料包装对涂料成品进行常规检查，避免施工过程中使用存在质量问题的涂料而影响施工质量和涂层防腐性能。这些常规的检测方法都有相关标准参考，例如：取样方法可参考GB/T 3186;检测涂料是否出现结皮、胶凝、分层、沉淀、含有杂质等情况，可参考GB/T 6753和GB/T 1721等。从而把好原材料的质量关，确保施工中使用的涂料无明显的质量问题或以次充好的情况。4.3 施工检测涂料防腐工程的施工质量检测，通常采用目视方法检测涂层表面是否存在明显的缺陷，如气泡、流挂、漏涂等情况。但由于烟囱防腐工程施工面积巨大，施工环境多处于高空作业，单凭人力对这些缺陷进行检测具有一定的局限性。因此，需要针对烟囱防腐施工特点制定配套的施工过程质量检测体系，以及专业的检测仪器和相关方法。从而确保烟囱防腐涂层的高质量施工。5 烟囱防腐的建议及展望1)由于现有的国家和行业标准和规范相对滞后，需要尽早出台专门针对烟气脱硫后烟囱的防腐设计及防腐施工质量控制方面的规范性文件，以便规范烟囱防腐的市场和确保工程质量。2)按厂家提供的防腐材料性能均能满足烟囱运行使用环境，但电厂没有系统、有效的测试评价方法和手段，不能从原材料上对防腐性能加以控制。3)多数发电企业对烟囱防腐工程的重视程度不够，重价不重质而采用低价中标方式，使防腐原材料质量得不到保证，且施工过程出现偷工减料情况，从而造成防腐工程短期内出现大面积失效。4)发电企业目前没有一个针对烟囱防腐工程行之有效的现场质量监督控制指导性文件，对现场的原材料质量、施工质量、施工环境等方面的监控手段有限。5)烟囱旁路的取消，可避免涂料长期耐受高低温交变的条件。在这种情况下，多数防腐涂料均能满足烟囱的运行条件。因此，随着电厂烟囱旁路的逐步取消，烟囱采用涂料防腐的前景更加广阔。参考文献：1 孔华，高翔，骆仲泱，等. 湿法烟气脱硫后烟温变化对烟囱运行的影响J. 热力发电，2000，06：28-31.2 宋晓红，李刚. 湿式脱硫后烟气造成烟囱腐蚀的机理分析与预防措施J. 河北电力技术，2000，19(6)：28-30.3 杨佳珊，黄涛. 湿法脱硫装置对钢烟囱的腐蚀影响J. 东北电力技术，2004，02(6)：28-30.作者简介：邓宇强(1974-)，男，四川雅安人，西安热工研究院电站化学技术部新技术研究所副所长，硕士，高级工程师，从事火力发电厂防腐防垢研究工作。E-mail：dengyuqiangtpri.com.cn;电话：029-82102490。上一页12