火力發(fā)電廠煙囪涂料防腐的檢測評價方法的分析.doc

火力發(fā)電廠煙囪涂料防腐的檢測評價方法的分析(1)北極星電力網技術頻道 作者:鄧宇強，王志剛，曹杰玉1，張祥金1，龍國軍，倪瑞濤，祁東東 2013-1-9 11:02:20(閱27次) 所屬頻道: 火力發(fā)電 關鍵詞: 煙囪火力發(fā)電廠脫硫 摘 要 隨著煙氣脫硫技術在火力發(fā)電廠的普及，煙氣對煙囪的腐蝕性加強，因此煙囪的防腐已成為發(fā)電廠重點關注的防腐設備之一。通過分析脫硫后煙囪的腐蝕環(huán)境和運行環(huán)境，以及目前采用的防腐材料應用情況，探討和分析了一系列針對煙囪防腐涂料性能及質量檢測評價方法的可行性和必要性。為煙囪涂料防腐工程質量監(jiān)督和驗收的技術手段提供可操作的方法指出了進一步努力單位方向。引言火力發(fā)電廠煙囪的作用是將煤燃燒后的煙氣輸送至一定高度的大氣中排放，以增加煙氣的擴散范圍，降低煙氣對電廠局部區(qū)域的污染。煙囪結構主要包括外筒和內筒。外筒由鋼筋混凝土澆筑而成，起受力承重作用。內筒有耐酸耐火磚等砌成的磚內筒和整體鋼板焊結的鋼內筒兩種，起排煙保溫，隔離煙氣，避免煙氣對外筒腐蝕的作用。由于煙氣在未進行脫硫時其含水量低、排煙溫度高，內筒基本呈負壓，煙氣不會擴散至外筒，甚至有的煙囪僅設計一個煙筒而沒有內外筒設計。由于這種條件下的煙氣腐蝕性弱，對未進行煙氣脫硫的煙囪基本沒有考慮防腐方面的設計。隨著國內環(huán)保法規(guī)日益嚴格，目前運行機組基本都配套了以石灰石-石膏法為主的煙氣脫硫裝置(FGD)。由于脫硫后煙氣的濕度增加、溫度下降，且脫硫裝置對三氧化硫的脫除率較低，因此，煙氣易在煙囪內結露形成酸性冷凝液，比未脫硫時煙氣更具腐蝕性，因此，必須認真考慮煙囪的腐蝕與防護性能 1。1 煙氣脫硫后的腐蝕性雖然脫硫后煙氣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(僅有20%30%左右)。且經濕法脫硫后的煙氣濕度增加，溫度降低(通常為4555)，因而煙氣更容易在煙囪內壁結露，煙氣中殘余的三氧化硫溶解此時易形成腐蝕性很強的稀硫酸(pH值為34左右)。同時由于溫濕度的降低，使得煙囪處于正壓運行，從而增加了腐蝕性酸液對筒壁的滲透侵蝕2。針對這一問題，火力發(fā)電廠的FGD裝置中設計加裝了煙氣加熱裝置(GGH)，利用GGH將脫硫后的煙氣加熱至80左右，這在很大程度上減輕了煙氣在煙囪內表面結露的情況，并且能保護煙囪維持在一定的負壓下運行，不但降低了腐蝕產物的生成量和滲透性，同時還能增加煙氣的抬升排放高度和擴散范圍3。但是，由于GGH不僅增加了FGD設備的投資和運行維護費用，而且運行過程中容易出現(xiàn)結垢堵塞而影響FGD系統(tǒng)的正常運行，從而限制了GGH的大量使用，目前多數(shù)電廠的FGD系統(tǒng)均采用無GGH的運行方式，增大了煙囪遭受冷凝酸液腐蝕的風險。因此，電廠均對煙氣脫硫后的煙囪內表面進行了防腐處理。2 煙囪防腐需要考慮的問題煙囪的防腐需要根據(jù)其設計使用材料和運行溫度兩方面加以考慮，以選擇經濟性和防腐效果良好的防腐材料和施工工藝。2.1 煙囪設計使用材料火力發(fā)電廠的煙囪分為單筒式和套筒式兩種。單筒式煙囪由外層鋼筋混凝土澆筑外層和耐酸磚或耐酸澆筑料內層構成。套筒式煙囪主要由鋼筋混凝土澆筑受力承重外筒和耐酸耐火磚等砌成的磚內筒或整體鋼板焊結的鋼內筒構成。選擇防腐材料時，需要考慮其在不同結構材料表面的粘結附著力性能，以及與基體材料間由于溫度變化產生的形變差異大小。2.2 煙囪運行溫度煙氣經脫硫后的溫度為50左右，經GGH后的溫度為80左右。當FGD不能正常投運時的煙氣溫度為130左右，機組事故排煙時可達到200左右。所以防腐層在其壽命期內要承受上述不同溫度的反復作用。防腐層必須具有耐極限溫度老化的性能，以及在熱交變產生應力條件下不產生應力裂紋的性能。2.3 煙囪腐蝕環(huán)境脫硫系統(tǒng)不設置GGH時，煙氣水分含量高，濕度大，溫度低，重力密度大，煙囪自拔高度低，出口流速下降。進入煙囪的煙氣溫度約為50，會在煙囪內壁表面形成大量冷凝的酸液，并且這些酸液由于受煙氣正壓運行的影響，會在煙囪表面形成一定的滲透壓。所以選擇的防腐材料應為抗?jié)B透性能好，且耐酸性介質強度高的防腐材料，尤其是耐煙氣冷凝液條件下各種低濃度酸的侵蝕(如硫酸、鹽酸、硝酸、氫氟酸等)。3 煙囪的防腐材料類型電廠煙囪按設計建設所用材料可分為磚煙囪和鋼煙囪，按運行條件可分為干煙囪和濕煙囪。磚煙囪則包括單筒式和套筒式，其與煙氣接觸側均為耐火磚砌筑而成;鋼煙囪均是套筒式煙囪，即與煙氣接觸側的套筒均由鋼板焊接而成。干煙囪是未經脫硫或脫硫后設計有煙氣再熱設備(如GGH)，煙氣基本不出現(xiàn)結露或少量結露情況的煙囪;濕煙囪則是脫硫后的煙氣直接進入煙囪，煙氣結露情況嚴重的煙囪。針對不同類型的煙囪，需要選擇不同的防腐材料和防腐工藝。目前，火力發(fā)電廠的煙囪防腐采用的防腐方式按防腐所用材料主要可分為兩大類，即無機材料防腐和有機材料防腐。3.1 無機材料防腐火力發(fā)電廠采用的無機材料防腐及其工藝主要有：鋼煙囪表面襯貼耐蝕合金、鋼煙囪或磚煙囪表面襯貼發(fā)泡玻璃磚和澆筑無機耐酸耐熱混凝土或鉀水玻璃耐酸砂漿層等。1)鋼煙囪表面襯貼耐蝕合金目前國內外鋼煙囪表面襯貼的耐蝕合金主要有鈦和鎳基合金兩種。由于我國鈦資源豐富，鈦合金相對鎳基合金的價格較為便宜，因而國內以襯貼鈦合金板為主。而國外鋼煙囪則以襯貼鎳基合金板防腐為主。這兩種材料在煙氣中的各種溫度環(huán)境下都具有優(yōu)異的耐腐蝕性能。是目前煙囪防腐方式中適用范圍最寬的防腐材料，但其價格也是所有煙囪防腐方式中最高的一種，并且只能適用于鋼煙囪的防腐。由于目前還沒有一個針對鈦復合鋼板煙囪施工時連接縫進行焊接的質量監(jiān)督和控制驗收標準方法或指導性建議，多數(shù)采用鈦復合鋼板煙囪的電廠都出現(xiàn)了焊縫處的腐蝕穿孔情況。因此，采用鈦復合鋼板煙囪的電廠在施工和運行過程中要重點檢查焊縫處的缺陷和腐蝕情況。2)發(fā)泡玻璃磚襯貼目前，發(fā)泡玻璃磚襯貼在國內磚煙囪和鋼煙囪防腐中都有應用。主要分為進口的賓高德玻璃磚體系和國產玻璃磚體系兩大類。發(fā)泡玻璃磚主要成分是泡沫硼硅玻璃，具有良好的抗酸液滲透性、隔熱性、耐高溫性(20內)，以及熱膨脹系數(shù)低和重量輕等特點，滿足煙囪各種運行工況條件下的防腐，因而在國內外煙囪防腐中被大量采用。由于國內發(fā)泡玻璃磚及配套粘結劑的質量與國外同類材料間還存在一定的差異，其在國內電廠煙囪中的防腐效果不是很理想。而采用進口賓高德玻璃磚體系的防腐效果較好，但其費用較高，僅次于合金襯貼防腐的投資。由于采用發(fā)泡玻璃磚進行煙囪防腐以人工實施為主，對施工人員的技術和素質均有較高的要求，一旦在施工過程中出現(xiàn)偷工減料或施工不到位的情況，防腐體系就會受到破壞。3)耐酸耐熱澆筑料耐酸耐熱澆筑料一般有耐酸耐熱混凝土、鉀水玻璃耐酸砂漿層。由于其防腐層的抗?jié)B性和耐溫度變化的性能較差，因而這種防腐襯層在干煙囪的防腐中具有較好的效果。在濕煙囪防腐應用的效果不理想。3.2 有機材料防腐有機材料防腐是目前國內外各行各業(yè)防腐領域中使用最廣泛的防腐方式，在火力發(fā)電廠煙囪的防腐中，尤其是在濕煙囪的防腐中被大量采用。目前，火力發(fā)電廠煙囪防腐所采用的有機材料涉及種類較多，主要有VEGF鱗片膠泥體系、聚脲彈性體系、VP內襯體系、有機和無機的復合纖維內襯體系、樹脂玻璃鱗片體系等。這些防腐涂層體系主要是采用不同的有機高分子材料及聚合工藝，并在其中加入不同的填料，從而達到提高防腐層對基體材料的附著力、抗酸性冷凝液的滲透作用、耐煙氣沖擊作用、耐高溫老化性能等綜合性能。3.3 防腐材料現(xiàn)狀由于目前多數(shù)采用涂料防腐的煙囪均出現(xiàn)了不同程度的防腐層失效情況，而合金襯貼板和進口玻璃磚的情況則相對良好，但其造價卻比涂料防腐昂貴多倍。因此，雖然國內電力行業(yè)多傾向于采用合金襯貼板和進口玻璃磚。但由于防腐涂料的施工靈活性和造價較低，在電廠的煙囪防腐中應用仍較廣泛，尤其是在脫硫改造后的舊機組煙囪中應用最為廣泛。4 煙囪防腐涂料檢測評價分析目前，國內外防腐涂料相關性能的檢測評價方法都有相關標準，如國外的標準主要為ASTM和ISO，國內的標準主要為GB和SY。這些防腐涂料檢測方法的標準總計有數(shù)十種，提供的檢測方法主要都是針對防腐涂料不同使用條件下(如大氣、土壤、腐蝕性溶液中)的基本性能檢測，沒有專門針對煙囪防腐涂料使用條件下的相關性能檢測標準。雖然，DL/T 901-2004火力發(fā)電廠煙囪(煙道)內襯防腐材料中提供了煙囪防腐材料的相關性能指標，但其注重材料的耐溫性和密實性，且該標準制定時沒考慮到煙氣脫硫對煙囪腐蝕環(huán)境的影響，缺乏對防腐涂料在目前脫硫前后，煙囪環(huán)境中的防腐性能檢測評價依據(jù)。由此造成發(fā)電企業(yè)在進行煙囪涂料防腐工程中，沒有針對煙囪使用條件下防腐涂料的檢測評價體系，只能參考涂料供應商提供的相關檢測評價標準對防腐涂料性能評價。且對現(xiàn)場防腐涂層完工后的檢測評價手段也相對匱乏。從而造成多數(shù)不能滿足煙囪運行條件的防腐涂料使用到煙囪防腐工程。同時，由于不能對現(xiàn)場涂層施工質量進行有效的檢測評價，甚至將施工質量造成的防腐層失效，錯誤的判斷為涂料不適用于煙囪的運行環(huán)境。因此，需要研究出一整套用于煙囪防腐涂料的檢測評價體系，為發(fā)電企業(yè)在選擇涂料品種、原料驗收和施工質量驗收方面提供快速有效的手段。避免煙囪涂料防腐工程出現(xiàn)不該出現(xiàn)的失效問題。4.1 特殊檢測防腐涂料性能檢測結果在涂料說明書中均有提供，但發(fā)電企業(yè)在對煙囪防腐涂料進行常規(guī)性能檢測時，不可能將涂料的相關性能按標準方法進行逐一檢測，而是需要有針對性地選擇幾種方法，對煙囪防腐涂料的特殊性能進行檢測評價。通過前面對脫硫后煙囪運行條件的分析，認為附著力、熱老化、耐磨性、韌性、抗?jié)B性、耐酸性、耐熱交變應力等性能的優(yōu)劣，是確定煙囪防腐涂料能長期有效使用的關鍵因素。其中：1)附著力大小決定涂層是否會長期牢固地與基體粘結，以及涂層層間抗拉脫能力的大小。2)熱老化性能是檢測涂料在煙囪旁路長期開啟條件下，是否會出現(xiàn)老化引起的涂層開裂、脫落、粉化、發(fā)粘等失效情況。3)耐磨性是檢測涂層在煙氣高速沖刷，以及煙氣攜帶飛灰或石膏液滴等情況下，涂層耐磨損的性能。4)韌性好壞是決定涂層在頻繁的應力變化條件下，是否會出現(xiàn)脫層、開裂等缺陷。5)抗?jié)B性是檢測涂層在濕煙囪正壓運行條件下，耐酸性凝結液體的滲透能力;6)耐酸性是檢測涂層耐煙囪中酸性冷凝液侵蝕的性能。7)耐熱交變應力是檢測涂層在煙囪旁路頻繁開啟情況下，熱脹冷縮條件對涂層及涂層層間和基體附著的性能。這些評價方法有的可以選擇相關標準方法進行，有的則需要根據(jù)煙囪環(huán)境的特殊性，將相關標準方法進行組合應用，或者設計新的檢測評價方法來實現(xiàn)某些特殊性能的檢測。通過進行這些特殊性能的檢測，以確保發(fā)電企業(yè)所選擇的涂料產品能在煙囪運行條件下長期使用。4.2 原材料檢測在防腐施工中，涂料的質量問題是現(xiàn)場施工人員和質量檢查人員都無法控制的。因此，在涂料施工前必須打開涂料包裝對涂料成品進行常規(guī)檢查，避免施工過程中使用存在質量問題的涂料而影響施工質量和涂層防腐性能。這些常規(guī)的檢測方法都有相關標準參考，例如：取樣方法可參考GB/T 3186;檢測涂料是否出現(xiàn)結皮、膠凝、分層、沉淀、含有雜質等情況，可參考GB/T 6753和GB/T 1721等。從而把好原材料的質量關，確保施工中使用的涂料無明顯的質量問題或以次充好的情況。4.3 施工檢測涂料防腐工程的施工質量檢測，通常采用目視方法檢測涂層表面是否存在明顯的缺陷，如氣泡、流掛、漏涂等情況。但由于煙囪防腐工程施工面積巨大，施工環(huán)境多處于高空作業(yè)，單憑人力對這些缺陷進行檢測具有一定的局限性。因此，需要針對煙囪防腐施工特點制定配套的施工過程質量檢測體系，以及專業(yè)的檢測儀器和相關方法。從而確保煙囪防腐涂層的高質量施工。5 煙囪防腐的建議及展望1)由于現(xiàn)有的國家和行業(yè)標準和規(guī)范相對滯后，需要盡早出臺專門針對煙氣脫硫后煙囪的防腐設計及防腐施工質量控制方面的規(guī)范性文件，以便規(guī)范煙囪防腐的市場和確保工程質量。2)按廠家提供的防腐材料性能均能滿足煙囪運行使用環(huán)境，但電廠沒有系統(tǒng)、有效的測試評價方法和手段，不能從原材料上對防腐性能加以控制。3)多數(shù)發(fā)電企業(yè)對煙囪防腐工程的重視程度不夠，重價不重質而采用低價中標方式，使防腐原材料質量得不到保證，且施工過程出現(xiàn)偷工減料情況，從而造成防腐工程短期內出現(xiàn)大面積失效。4)發(fā)電企業(yè)目前沒有一個針對煙囪防腐工程行之有效的現(xiàn)場質量監(jiān)督控制指導性文件，對現(xiàn)場的原材料質量、施工質量、施工環(huán)境等方面的監(jiān)控手段有限。5)煙囪旁路的取消，可避免涂料長期耐受高低溫交變的條件。在這種情況下，多數(shù)防腐涂料均能滿足煙囪的運行條件。因此，隨著電廠煙囪旁路的逐步取消，煙囪采用涂料防腐的前景更加廣闊。參考文獻：1 孔華，高翔，駱仲泱，等. 濕法煙