宁东烟囱防腐调研报告

宁夏京能宁东发电有限责任公司脱硫烟囱防腐技术调研报告-1-APC杂化聚合结构层防腐技术调研报告一、前言火力发电厂在采用湿法脱硫工艺（石灰石——石膏法脱硫、海水脱硫等）后，烟气对烟囱的腐蚀问题明显突出，特别是在不装GGH设备和有脱硫旁路的湿法脱硫机组中，无论采用泡沫玻璃砖、泡沫玻化砖等砖砌体类防腐还是采用合金钢类的钛钢板防腐，均出现了腐蚀问题。在大唐发电集团对本集团内的各电厂烟囱腐蚀情况做的调查中，采用砌体防腐工艺的某些电厂投运一年多就出现了酸液从混凝土外壳渗出的现象。华能集团大连发电厂、上海石洞口第二电厂等采用的发泡玻璃砖在6个月内就出现了烟囱腐蚀问题，最终被迫停机检修。采用钛钢板防腐的福建后石电厂的烟囱内筒已被腐蚀穿孔；普遍采用钛钢板烟囱防腐的华润集团的某些电厂，也已发现钛板出现了轻微点腐蚀。烟囱被腐蚀的问题愈来愈突出，全国各发电集团开始重新审视传统的烟囱防腐技术方案。中国电力工程顾问集团公司对此在2009年8月专门召开研讨会，并下发了《关于印发火力发电厂脱硫烟囱防腐技术研讨会议纪要的通知》，华电集团在铁岭发电厂召开1#、2#烟囱防腐方案研讨会、华能集团对钛板防腐性能委托兰州化学工业非金属材料和设备质量监督检验中心进行了检测。宁夏京能宁东发电有限责任公司脱硫烟囱防腐技术调研报告-2-无论烟囱是何种结构，一旦出现问题，势必造成停机检查或检修。在以上背景之下，我们通过暗访、咨询等形式针对国内电厂脱硫烟囱的防腐现状进行了了解，并重点对APC杂化聚合体脱硫烟囱防腐技术进行了考查，现将本次调研工作取得的成果汇报如下。二、APC杂化聚合结构层防腐技术介绍通过APC杂化聚合结构层防腐技术推广单位——大连顾德防腐工程有限公司的技术人员介绍和在生产现场的试验，现将APC杂化聚合结构层防腐技术介绍如下：（一）技术来源APC杂化聚合结构层是大连顾德防腐工程有限公司吸取美国聚合结构层材料（PolymerCoatings）技术,并与我国材料权威部门（中科院国家金属腐蚀控制工程技术研究中心）合作，研发的一种能满足目前国内烟囱防腐的新型GD-APC®杂化聚合结构层技术。该材料已经通过了中国玻璃钢质量检测中心、中国塑料质量检测中心的性能检测（检测报告见附件），且该材料已通过中国知识产权局的发明专利审查，进入通知书发文阶段，专利号为201010110089.9。下图1、图2、图3、图4为该公司APC杂化聚合结构层防腐工艺示意图：宁夏京能宁东发电有限责任公司脱硫烟囱防腐技术调研报告-3-图1:高速烟区耐磨抗冲刷防腐APC杂化聚合结构层示意图图2:烟囱主体及顶部APC杂化聚合结构层示意图图3:烟道与烟囱连接部位APC杂化聚合结构层示意图宁夏京能宁东发电有限责任公司脱硫烟囱防腐技术调研报告-4-图4:牛腿伸缩缝APC杂化聚合结构层示意图（二）技术特点和现场考证情况1、强耐腐蚀性和柔韧性APC杂化聚合材料是由不含羟基、酯基等薄弱基团，通过醚键连接的有机高分子化合物与无机材料杂化形成700多个交联环状立体空间结构材料。因此该材料具有很强的抗腐蚀特点和柔韧性。现场有一酸罐内长期浸泡着APC杂化聚合材料样品，酸罐内存放着盐酸、硝酸和硫酸的混合液。2、低吸水、高抗渗透性采用致密的杂化交联和表面封孔，以及由非亲水性材料合成，因此该材料具有斥水性和抗渗透性，可以抵制酸液的渗透破坏。我们在现场将水洒在材料面上，水自然形成水珠，具有明显的不相容特点。宁夏京能宁东发电有限责任公司脱硫烟囱防腐技术调研报告-5-3、强度高、抗冲刷由于结构层内使用了玻璃纤维和碳纤维等材料，增强了结构强度和柔韧性。同时高分子有机材料的使用，使其具有钢化玻璃般的耐磨性。我们对材料进行踩踏，使其来回弯曲，未发现任何破损之处。用刀具等利器试图从结合面处刨开，均未成功。说明该材料与钢基体有很强的粘结强度，自身具有很强柔韧性和硬度。4、耐高温和抗温变APC杂化聚合结构层的玻璃化温度高达200℃，在该温度下粘结强度仍能达10Mpa，这与醚键连接有关。耐200℃的高温和抗剧烈温变能满足不同温度环境下的安全使用。APC杂化聚合结构层及其他材料的热膨胀系数：结构材料热膨胀系数（α1/℃-1）备注APC杂化聚合结构层1.1×10-5钢结构1.0×10-5~1.2×10-5砼结构1.0×10-5~1.5×10-5砖砌体0.5×10-5~1.1×10-5鳞片（胶泥）2.0×10-5在现场，我们使用电加热干燥炉加热至200℃多次，该材料没有出现软化现象，每次加热至200℃后马上取出又放入常温水中冷却，检查未发现碳钢基体与该材料的结合面有裂痕的迹象，并用刀具从结合层处用力切，未能切开。表面洒水，依然能够宁夏京能宁东发电有限责任公司脱硫烟囱防腐技术调研报告-6-保持斥水的特点。经过该实验，说明该材料在极热极冷的环境下与钢基体具有相近的线性膨胀特点，具有在200℃的高温下保持性能不变的特点。5、阻燃性好该材料中含有硼和硅元素，使其具有很好的抗燃性。在现场，我们使用打火机烧炙该材料，添加阻燃剂的材料，在烧烤约7秒后，该材料只能显现有火星，火机移开后，火星马上能够熄灭。对没有添加阻燃剂的材料，约4秒后出现火苗并开始燃烧，火机移开，火苗燃烧6秒后逐渐熄灭。6、抗老化性高该材料可以长期在酸汽及液的状态下保持性能不变，使用寿命可达25年以上。7、整体性该材料可以在钢结构、混凝土结构、砖砌体等上一次浇注成型，无接缝、无支撑。8、施工和检修方便、可靠施工是采用机械化一次喷铸，效率高，可常温固化。可进行局部检修，无搭接缝。（三）权威机构检测大连顾德防腐工程有限公司委托中国玻璃钢制品质量检测中心站和中国塑料制品质量检测中心站对APC杂化聚合结构材料进行了26项性能测试，部分试验报告见附件《性能试验报告宁夏京能宁东发电有限责任公司脱硫烟囱防腐技术调研报告-7-复印件》。（四）应用情况根据大连顾德公司人员介绍，APC杂化聚合结构层的同类产品在美国沙索Ⅱ电厂、美国ELKRAFT电力系统公司等国外17家企业的脱硫烟囱与烟道上使用。在国内，目前在国华绥中发电厂、中电投抚顺热电有限公司（施家沟电厂）、辽电东方电厂有应用，类似产品在中石油抚顺石化有限公司洗涤剂厂、盘锦中际特种管材制造有限公司、沈阳鼓风机厂等8家石油化工企业有应用。下表为APC杂化聚合结构层及其同类产品在国内的部分应用业绩。序号应用企业安装部位/应用环境使用时间备注1神华集团国华绥中发电厂脱硫烟囱2009年已经通过高温烟气试验。2中电投抚顺热电有限公司（施家沟电厂）脱硫净烟道2009年已投入使用。3辽电东方电厂脱硫原烟道2009年已投入使用。4中石油抚顺石化有限公司洗涤剂厂反应釜、管道、容器2007年5盘锦中际特种管材制造有限公司采油管，介质压力10MPa，温度120℃-180℃2007年6沈阳鼓风机厂密封环，应用于石化行业的风机上，介质温度150℃-200℃，有5%的强氧化性酸汽和水汽，含SO2、HS。2006年7链花山钎具公司矿山开采钎具，介质温度70℃-220℃，有高浓度氯离子、SO2酸汽和矿物质。2007年高振动、高应力工况8中海油燃料油公司减压蒸馏装置，介质为高浓度油汽，温度80℃-200℃，含环烷酸、SO2等酸液与酸汽2005年强腐蚀介质宁夏京能宁东发电有限责任公司脱硫烟囱防腐技术调研报告-8-（五）对部分使用企业的咨询我们先后到抚顺热电厂、绥中发电厂、盘锦中际特种管材制造有限公司向技术人员咨询APC防腐材料的使用情况，现将咨询的情况说明如下：1、抚顺热电厂抚顺热电厂（施家沟电厂）2台30万供热机组脱硫出口水平净烟道上使用了APC杂化聚合结构层防腐，据负责脱硫的技术人员讲解，使用已快半年，未发现任何问题。到生产现场查看，在1#机水平主烟道进入烟囱段的伸缩器法兰连接处有滴水现象，该处保温板已破损，地面上积有20cm左右的冰台，是由于烟道内部的水流出冰冻形成，冰台呈透明、无色状态，没有铁的腐蚀产物浑浊锈红颜色，说明烟道内部尚未发生腐蚀。2、绥中发电厂神华集团国华绥中发电厂#4机组为1000MW容量，脱硫为带旁路无GGH的海水脱硫工艺，烟囱为混凝土外筒套悬挂式双内钢筒。据该公司工程部主任介绍，防腐层的施工质量也非常重要。该厂#1机组、#2机组、#3机组的烟囱均为发泡玻化砖粘附防腐层，由大连顾德施工安装。#1机组、#2机组已运行近2年，#3机组运行了1个多月，均未发生酸液渗流等腐蚀问题。签于大连顾德在烟囱施工中不盲目抢进度，对每人每天的施工量进行严格控制，并使用实时视频监控系统进行全过程监控，全部视宁夏京能宁东发电有限责任公司脱硫烟囱防腐技术调研报告-9-频资料均可追溯，有效保证了施工质量和进度，获得业主、监理的好评,因此，通过国华集团专家的评审，电厂试用了大连顾德推荐的APC杂化聚合结构层防腐，对4#机烟囱水平主烟道入口至钢内筒的第一个膨胀节（约39米长）进行了APC杂化聚合结构层防腐。如果使用效果良好，将在集团公司内推广使用。根据该主任介绍，该段防腐目前已完成通烟气试验，试验后业主单位、监理单位进行了详细检查，确认高温烟气通过后APC防腐层外观完好，无表面缺陷。3、盘锦中际特种管材制造有限公司据该公司人员介绍，辽河油田油井中使用的输油管道防腐，都采用了从中科院购进APC杂化聚合体同类产品，设计寿命为15年以上，目前已使用了3年多，未发现任何问题。该公司的高工王某还介绍说，APC的同类材料在石油系统上使用的环境更为恶劣，并说钛钢类材料不具备防腐的功能，他们以前在石化上用过，后经证明容易被腐蚀，根据经验，主要原因为特别不耐还原性的弱酸，而且在120℃以上高温时，对硫酸溶液和高氟离子溶液耐腐蚀性能降低。三、带脱硫旁路的湿法脱硫工艺运行环境分析目前的湿法脱硫工艺一般分为加GGH和不加GGH两种，不加GGH时“湿烟囱”腐蚀问题较明显，但加GGH时也存在烟气腐蚀问题。因烟气中残余的三氧化硫、二氧化硫、NOx和HF、HCL等在流通过程中遇冷凝结，在烟囱内壁结露成腐蚀性的酸液，同时湿烟气宁夏京能宁东发电有限责任公司脱硫烟囱防腐技术调研报告-10-排放时大多数在排烟筒内形成正压，加剧了腐蚀渗透，对烟囱造成腐蚀性危害。烟囱的运行工况概述如下。（一）湿烟气工况1、不加GGH时不加GGH时，40℃～50℃的湿烟气在流通过程中，烟气当中的水蒸汽遇冷凝结，以及烟气携带的雾滴（烟气携带的雾滴量最大可达75mg/m3），流经烟囱内表面结露成凝滴和凝结酸液。凝结酸液沿筒壁流淌，其酸性较强，一般为pH1.5～pH3.0的混合酸液。但由于局部的浓缩以及正压环境，长期停留在烟道内的酸液，充分溶解了酸性气体，使其pH更低，完全能达到强酸状态。由于烟气温度的降低，与外界温差较小，烟气的自拔力下降，这样烟囱内就形成了正压运行环境，使得含酸的水溶液缓慢渗透到防腐材料内，破坏了防腐材料的理化性能的稳定性。这就是过去在没有安装脱硫设备或者脱硫设备有GGH时，采用泡沫玻璃砖防腐还能安全运行，一旦安装了脱硫设备不装GGH设备时，泡沫玻璃砖防腐问题突出的原因，当然也与泡沫玻璃砖防腐使用的材料，特别是安装质量有很大关系。2、加GGH时加GGH时，烟温一般在80℃左右，烟囱内壁一般有轻微结露，根据排放烟气成分等条件的不同，结露状况有一定变化。经GGH加热升温后烟气中大部分冷凝物蒸发，而小部分的侵蚀性冷凝物保留了下来；这部分冷凝物的硫酸含量非常高，80℃左右的温度与高硫酸含量相结合，结果是冷凝液析出量少而侵蚀性强。据资料，经过脱硫装置宁夏京能宁东发电有限责任公司脱硫烟囱防腐技术调研报告-11-的气体中主要物质SO3的露点温度为150℃左右，这表明烟气在与烟囱内壁接触时极易结露，加GGH后虽然明显减少了酸液的析出量，但仍然不能避免烟囱的腐蚀。（二）干烟气工况（走旁路工况）未经脱硫的烟气，进入烟囱的烟气温度在120℃～160℃左右。在此条件下，烟囱内壁处于干燥状态，烟气中酸性气体对烟囱内壁材料仅产生气态腐蚀，腐蚀相当轻微，但对烟囱的防腐层产生明显的温度场突变，适成较大的热应力与热应变。（三）混合工况两炉（或多炉）共用排烟筒时，有一个炉排放干烟气，