国内FGD装置中鳞片衬里防腐蚀失效原因初探

    1、引言

    火电厂湿法烟气脱硫环保技术（FGD）因其脱硫率高、煤质适用面宽、工艺技术成熟、稳定运转周期长、负荷变动影响小、烟气处理能力大等特点，被广泛地应用于各大、中型火电厂，成为国内外火电厂烟气脱硫的主导工艺技术。但该工艺同时具有介质腐蚀性强、处理烟气温度高、SO2吸收液固体含量大、磨损性强、设备防腐蚀区域大、施工技术质量要求高、防腐蚀失效维修难等特点。因此，该装置的腐蚀控制一直是影响装置长周期安全运行的重点问题之一。而国内外长期工程的实践表明，乙烯基树脂鳞片材料是一种可靠的内衬防腐蚀材料，尤其适用在FGD装置中。

    随着国内大量脱硫环保公司的涌现，脱硫技术逐步成熟，脱硫效率在不断提高，大量的电厂脱硫成功案例也见诸于媒体。与此同时市场竞争（包括防腐蚀施工分包市场）愈来愈激烈，单位造价也越来越低，工程的技术保障程度尤其是防腐蚀衬里技术要求在不断降低，从而导致了一些非正常的情况出现：如在运行了1年左右，就发生了高温烟道鳞片衬里的脱层等；甚至一些FGD脱硫装置在投入运行6个月不到的时间内，就相继出现内衬防腐蚀失效（脱层、穿孔等）的情况。作者所在公司曾先后受邀参与了近10个在1-3年前投入运行的FGD脱硫装置、烟道等防腐蚀失效的现场诊断和检测、修复方案的制定、修复施工的现场监督和指导等工作。本文对遇到的工程应用中出现的防腐蚀失效情况进行了分析，并提出了解决对策，以期望在后续FGD的工程设计、选材、施工和使用中避免再出现类似的质量隐患，对业主、脱硫设计、防腐蚀衬里施工、材料供货等诸方面起到借鉴作用。

    2、湿法烟气脱硫装置的防腐蚀失效情况分析

    这几年的FGD实际运行中发现的防腐蚀失效案例，具体有以下几下表现：不耐腐蚀、与钢结构基础脱层、穿孔等情况。这些失效情况的出现，其原因是多方面的，它涉及到工程设计、材料选择及施工、装置运行及维护等因素，下面就失效的可能性加以分析。

    2.1基础结构设计

    目前国内FGD脱硫装置的基础结构绝大部分是钢结构，只有部分电厂的少部分烟道结构是采用混凝土的。而在钢结构基础设计中，由于没有充分考虑内衬材料的特性，因强度和结构设计等方面的欠缺而导致最后的防腐蚀失效，已在国内的几个脱硫工程出现了。

    在钢结构装置中，若采用鳞片衬里结构，衬层在下述条件下易产生震颤疲劳破坏：一是烟道等结构设计强度、刚性不足，特别是烟道布置受环境所限，其弯道、过流截面变化较大时，高速流动的烟气在烟道中过流时会因弯道及过流截面变化的影响，产生较大的压力变化，形成不稳定流动，导致烟道结构震颤，使本来就高温失强的衬里形成疲劳腐蚀开裂，严重时形成大面积剥落。二是在烟道结构强度设计时，出于结构补强需要，采用细杆内支承补强，当高速流动的烟气在烟道中过流时，因烟气冲击压力作用引发支承细杆抖动变形，导致支承杆与烟道壁焊接区衬层开裂。

    国内外的有关FGD装置的设计要求及经验表明，钢结构设计应有足够的强度，而在国内的一些FGD装置中，由于设计经验或者成本上的因素考虑，钢结构的厚度均较薄，在笔者经历的几个工程中，有时发现钢结构的厚度不到5mm，局部区域甚至只有3mm，而实际运行时的震颤幅度甚至达到5度（一般要求不能大于3度），这样的结构强度是肯定是不够的，在有人员行走踏踩即可明显感觉到烟道结构震颤。

    由于场地等限制性因素，在烟道的设计上又采用了多弯道、变截面结构，从而导致最后鳞片衬里的脱层等质量隐患。为了避免以上的质量隐患，可以考虑以下对策：

    1、要求提高钢结构的强度设计要求，包括可以采用支撑杆的措施等；

    2、在设计中考虑一些其它因素，使气流速度尽量平缓，比如弯道等不能太多或者更加平缓的弯道设计；

    3、为了更好的防止局部的质量事故（脱层等情况）的蔓延与扩散，在一些部位采用膨胀节连接方式，如在进口烟道与吸收塔之间增加一膨胀节（至少亦应增加一连接法兰），作用有二。一是利用膨胀节的柔性连结松弛烟道震颤应力，使其对衬层的破坏性减少；二是利用膨胀节的法兰连接，使烟道衬层与吸收塔衬层分断，避免衬层延伸剥离破坏的形成。

    4、在需要支撑杆时，应该将内支撑结构改为外支撑结构，且结构强度及刚性应符合相关设计标准规定，在拐弯区及导流板应适当增加厚度或增加支承补强筋排列密度，导流板联接支承最好放置在外框架上，而不是直接焊接在烟道壁上，以避免因导流板震颤引发烟道壁震颤，导致内衬层疲劳剥离。

    5、正如上面所述，结构的震颤是不可避免的，同时在已施工安装回毕的基础上进行后续的鳞片施工时，由于不能对基础进行返工的前提下，提高鳞片材料（底涂）与钢结构的基础的粘接性是尤其重要，这也可能是一些工程中唯一现实、可行的措施。

    而在采用混凝土基础结构时，尤其在原烟气烟道，由于长期的高温烟气作用下，混凝土结构发生开裂等现象报道，从而导致在混凝土基础上鳞片衬里结构也受到破坏，笔者认为，若采用混凝土结构，这种情况是不可避免发生的。

    2.2鳞片材料

    在防腐蚀工程项目中，防腐蚀材料的本身特性是关乎最后质量的一个关键因素。而在这几年中，随着国内FGD装置的大量兴建和市场容量的不断扩大，大量公司进入FGD防腐蚀用材料（乙烯基鳞片）的生产，使得市场竞争越来越激烈，与此同时一些厂家在没有任何技术研发支持、没有检测条件、没有应用背景和没有技术服务的情况下，贸然生产鳞片材料，并采用低价手段，在一些FGD项目中得到应用，导致在不到半年的应用中就出现了质量问题，在市场中可以查到大量的失效案例，包括开裂、脱层等。目前适合于FGD装置的鳞片类内衬材料、施工及验收的国家标准尚在制定中，而已有的行业标准与国外同类标准相比较，存在着技术要求过低、质量指标不全等明显不足。因此在目前的条件下，对鳞片材料基本特性的确立显的尤为重要。而对于业主或脱硫环保公司而言，选择技术过硬、质量稳定、产品可靠、有技术支撑能力的材料厂家就相当重要。在鳞片材料的基本特性中，我们可以从下面几个方面进行考虑和选择