摘 要:防腐蝕是火電廠濕法煙氣脫硫（FGD）裝置中的一個重要環(huán)節(jié)，該裝置腐蝕環(huán)境苛刻，作為一種普遍采用的鱗片襯里材料，在國內(nèi)的一些應用案例中出現(xiàn)了一些防腐蝕失效的情況。本文就一些FGD裝置的防腐蝕失效情況進行了分析，找出原因并提出了對策。

關(guān)鍵詞:鱗片襯里,FGD脫硫裝置,防腐蝕失效

1 引言

火電廠濕法煙氣脫硫環(huán)保技術(shù)（FGD）因其脫硫率高、煤質(zhì)適用面寬、工藝技術(shù)成熟、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)周期長、負荷變動影響小、煙氣處理能力大等特點，廣泛應用于各大、中型火電廠，成為國內(nèi)外火電廠煙氣脫硫的主導工藝技術(shù)。但該工藝同時存在介質(zhì)腐蝕性強、處理煙氣溫度高、SO2吸收液固體含量大、磨損性強、設備防腐蝕區(qū)域大、施工技術(shù)質(zhì)量要求高、防腐蝕失效維修難等問題。因此，該裝置的腐蝕控制一直是影響裝置長周期安全運行的重點問題之一。國內(nèi)外長期的工程實踐表明，乙烯基樹脂鱗片材料是一種可靠的內(nèi)襯防腐蝕材料，尤其適用FGD裝置。

隨著國內(nèi)大量脫硫環(huán)保公司的涌現(xiàn)，脫硫技術(shù)逐步成熟，脫硫效率不斷提高，大量的電廠脫硫成功案例也見諸于媒體。與此同時市場競爭（包括防腐蝕施工分包市場）愈來愈激烈，單位造價也越來越低，工程的技術(shù)保障程度尤其是防腐蝕襯里的技術(shù)水平不斷降低，從而導致了一些非正常的情況出現(xiàn)：如一些工程運行了 1年左右，就發(fā)生了高溫煙道鱗片襯里的脫層等；一些 FGD脫硫裝置甚至在投入運行不到6個月的時間內(nèi)，就相繼出現(xiàn)內(nèi)襯防腐蝕失效（脫層、穿孔等）的情況。本文對工程應用中出現(xiàn)的防腐蝕失效情況進行了分析，并提出了解決對策。

2 濕法煙氣脫硫裝置的防腐蝕失效情況分析

近幾年FGD在實際運行中出現(xiàn)的防腐蝕失效案例，主要有以下表現(xiàn)：不耐腐蝕、與鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)脫層、穿孔等。這些失效情況出現(xiàn)的原因是多方面的，它涉及到工程設計、材料選擇及施工、裝置運行及維護等因素，下文就失效的可能性進行分析。

2.1 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設計

目前國內(nèi)FGD脫硫裝置的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)絕大部分是鋼結(jié)構(gòu)，只有部分電廠的少部分煙道結(jié)構(gòu)是采用混凝土的。而在鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設計中，由于沒有充分考慮內(nèi)襯材料的特性，因強度和結(jié)構(gòu)設計等方面的欠缺而導致了最后的防腐蝕失效。

在鋼結(jié)構(gòu)裝置中，若采用鱗片襯里結(jié)構(gòu)，襯層在下述條件下易產(chǎn)生震顫疲勞破壞：

（1）煙道等結(jié)構(gòu)設計的強度、剛性不足，特別是煙道布置受環(huán)境所限，其彎道、過流截面變化較大時，高速流動的煙氣在煙道中過流時會因彎道及過流截面變化的影響，產(chǎn)生較大的壓力變化，形成不穩(wěn)定流動，導致煙道結(jié)構(gòu)震顫，使本來就高溫失強的襯里形成疲勞腐蝕開裂，嚴重時會形成大面積剝落。

（2）在進行煙道結(jié)構(gòu)強度設計時，出于結(jié)構(gòu)補強的需要，采用細桿內(nèi)支承補強，但當高速流動的煙氣在煙道中過流時，會由于煙氣沖擊壓力作用引發(fā)支承細桿抖動變形，導致支承桿與煙道壁焊接區(qū)襯層開裂。

國內(nèi)外有關(guān)FGD裝置的設計要求及經(jīng)驗表明，鋼結(jié)構(gòu)設計應有足夠的強度，而在國內(nèi)的一些FGD裝置中，由于設計經(jīng)驗或?qū)Τ杀疽蛩氐目紤]，鋼結(jié)構(gòu)的厚度均較薄，在筆者經(jīng)歷的幾個工程中，有時發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)的厚度不到5mm，局部區(qū)域甚至只有3mm，而實際運行時的震顫幅度甚至達到5度（一般要求不能大于3度），這樣的結(jié)構(gòu)強度肯定是不夠的，在有人員行走踏踩時即可明顯感覺到煙道結(jié)構(gòu)震顫。

為了避免這些質(zhì)量隱患，可以考慮以下對策：

（1）要求提高鋼結(jié)構(gòu)的強度設計要求，包括可以采用支撐桿等措施。

（2）在設計中考慮一些其它因素，使氣流速度盡量平緩，比如彎道等不能太多或者采用更加平緩的彎道設計。

（3）為了更好地防止局部的質(zhì)量事故（脫層等情況）的蔓延與擴散，在一些部位采用膨脹節(jié)連接方式，如在進口煙道與吸收塔之間增加一膨脹節(jié)（至少應增加一連接法蘭），一是利用膨脹節(jié)的柔性連結(jié)松弛煙道震顫應力，減少使其對襯層的破壞性；二是利用膨脹節(jié)的法蘭連接，使煙道襯層與吸收塔襯層分斷，避免襯層剝離破壞的延伸。

（4）在需要支撐桿時，應該將內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)改為外支撐結(jié)構(gòu)，且結(jié)構(gòu)強度及剛性應符合相關(guān)設計標準規(guī)定，在拐彎區(qū)及導流板應適當增加厚度或增加支承補強筋排列密度，導流板聯(lián)接支承最好放置在外框架上，而不是直接焊接在煙道壁上，以避免因?qū)Я靼逭痤澮l(fā)的煙道壁震顫，導致內(nèi)襯層疲勞剝離。

（5）如上所述，結(jié)構(gòu)的震顫是不可避免的，同時在已施工安裝完畢的基礎(chǔ)上進行后續(xù)的鱗片施工時，由于不能對基礎(chǔ)進行返工，因此提高鱗片材料（底涂）與鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)的粘接性尤其重要，這也可能是一些工程中唯一現(xiàn)實、可行的措施。

而在采用混凝土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)時，尤其是原煙氣煙道，由于長期在高溫煙氣作用下，混凝土結(jié)構(gòu)會發(fā)生開裂等現(xiàn)象，從而導致在混凝土基礎(chǔ)上的鱗片襯里結(jié)構(gòu)也會受到破壞，因此，若采用混凝土結(jié)構(gòu)，發(fā)生這種情況是不可避免的。

2.2 鱗片材料

在防腐蝕工程項目中，防腐蝕材料的本身特性是關(guān)乎質(zhì)量的一個關(guān)鍵因素。而在這幾年中，隨著國內(nèi) FGD裝置的大量興建和市場容量的不斷擴大，大量公司進入FGD防腐蝕用材料（乙烯基鱗片）的生產(chǎn)，使得市場競爭越來越激烈，與此同時一些廠家在沒有任何技術(shù)研發(fā)支持、檢測條件、應用背景和技術(shù)服務的情況下，貿(mào)然生產(chǎn)鱗片材料，并采用低價手段，在一些FGD項目中應用，導致在不到半年的時間內(nèi)就出現(xiàn)了質(zhì)量問題，在市場中可以查到大量的失效案例，包括開裂、脫層等。目前適合于FGD裝置的鱗片類內(nèi)襯材料、施工及驗收的國家標準尚在制定中，而已有的行業(yè)標準與國外同類標準相比較，存在著技術(shù)要求過低、質(zhì)量指標不全等明顯不足。因此在目前的條件下，對鱗片材料基本特性的確立顯得尤為重要。而對于業(yè)主或脫硫環(huán)保公司而言，選擇技術(shù)過硬、質(zhì)量穩(wěn)定、產(chǎn)品可靠、有技術(shù)支撐能力的材料廠家就相當重要。在鱗片材料的基本特性中，可從以下幾方面進行考慮和選擇

（1）材料的基本特性

鱗片材料為一種高性能襯里材料，同時也是一種可靠的、適合FGD襯里防腐蝕的材料，作為一種防腐蝕材料，鱗片材料的耐腐蝕特性是足夠的，但材料的其它幾個關(guān)鍵特性是相當重要的，而且不同廠家生產(chǎn)的材料的特性差別較大。一是底涂料的粘接特性，建議底涂材料與鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的粘接力至少在10MPa以上；鱗片底涂應該采用一些高粘接特性的特種底涂，這種以乙烯基樹脂為主要原料的底涂是經(jīng)過特殊處理的，如果在技術(shù)不完全成熟的前提下只是簡單地采用純乙烯基樹脂，而沒有對材料進行任何的技術(shù)處理，雖然成本是降低了，但在一些FGD裝置中極易發(fā)生鱗片襯里脫層現(xiàn)象，這是大多數(shù)鱗片襯里脫層的主要原因之一。二是鱗片材料的耐溫特性（包括耐高溫特性和耐溫度沖擊特性）：在FGD裝置中，由于一些工藝設計上的或是其它的原因，一些煙氣溫度會在一段時間里較高，甚至達到180℃。因此要求高溫段材料的耐溫特性是相當高的，這一點可能與國外的成熟FGD工藝或裝置有一點不同。目前一些廠家生產(chǎn)的鱗片材料的耐高溫特性有所欠缺，故極易造成鱗片襯里在高溫條件或者是溫度沖擊下，發(fā)生開裂、脫層的現(xiàn)象。

為了避免襯里的脫層，提高底涂材料的粘接特性就顯得相當重要。在施工現(xiàn)場，建議采用現(xiàn)場拉開測試的方法以評估底涂材料的粘接特性，這種方法比一些實驗室的表征方案更加切實可行和符合工程實際需要。可采用符合ASTM D4541“便攜式附著力測定儀測試涂層附著力方法（拉開法）”的“液壓式粘合度測試儀HATE”，該儀器是一種手動式、粘接頭可復用的現(xiàn)場涂層附著力檢測儀，適用于鋼材、混凝土等不同基材，拉力范圍是 1～18MPa。VEGF底涂的測試強度一般要求達到10MPa以上，而目前國內(nèi)一些材料在現(xiàn)場測試中的粘接強度一般不會超過5MPa。

（2）材料的合成工藝

在鱗片材料的合成工藝過程中，影響最后制成品特性的因素較為復雜，包括在合成過程中是否采取真空攪拌工藝、鱗片表面是否進行耦連（coupling）處理等，這些工藝過程均會對最后的鱗片襯里性能造成很大的影響。國外廠商要求鱗片生產(chǎn)過程中一定采用真空攪拌工藝，這是因為在真空攪拌工藝下的材料具有更好的工藝性，材料的粘接性更好，同時施工過程中不易產(chǎn)生氣泡（鱗片襯里中氣泡的存在會對防腐蝕性能有很大的影響）。而目前國內(nèi)一些材料生產(chǎn)商會在現(xiàn)場進行簡單的混合即制得鱗片材料，這樣的鱗片材料沒有經(jīng)過真空攪拌工藝，性能上肯定會受較大的影響；另外，鱗片的表面處理是影響防腐蝕效果的一個關(guān)鍵因素，因為表面處理的是否良好會影響界面的結(jié)合性能，若沒有對鱗片表面進行耦連處理，腐蝕性的小分子就相對容易通過界面滲透到襯里，直至最后到達基礎(chǔ)表面。所以為了確保鱗片襯里的最后防腐蝕特性，在合成過程中，應該要求對鱗片進行良好的表面處理，同時應采用真空攪拌工藝。

（3）原材料

乙烯基樹脂鱗片材料的原材料主要是乙烯基樹脂、玻璃鱗片和一些功能性助劑。隨著目前國內(nèi)外樹脂合成技術(shù)的發(fā)展，樹脂的各項理化特性上沒有差異，而就原材料方面，結(jié)合目前一些防腐蝕失效工程項目的情況，影響材料特性的主要因素是鱗片與功能性助劑。不同工藝（吹制法、壓制法）生產(chǎn)出來的鱗片，其表面是否進行了預處理等，會使鱗片的成本判別差異較大。一些材料廠家為了爭取到材料供應合同，競相壓價，通過采用劣質(zhì)的鱗片來降低成本，甚至采用云母粉代替玻璃鱗片，利用這樣的低成本所謂的鱗片制成的襯里材料的性能是可想而知的；鱗片表面是否進行了預處理等工藝，也會使鱗片的成本差異較大；助劑在合成過程中的所用比例雖然相對較少，但是成本較高，而是否采用助劑，或者是否采用高性能的助劑可能會導致最后鱗片襯里特性的不同。

2.3 FGD裝置中鱗片襯里設計技術(shù)方案

對一個重視防腐蝕性質(zhì)的工程而言，材料的本身特性是一個基礎(chǔ)保障，如何運用高性能的襯里材料包括設計方案更是一個高要求的技術(shù)性工作。在玻璃鱗片襯里工程中，也發(fā)現(xiàn)了即使采用進口的材料，但最后工程防腐蝕失效或役期縮短的情況也時有發(fā)生，在排除施工因素外，工程設計方案的不足也是一個主要原因。在 FGD裝置中，最容易出現(xiàn)技術(shù)問題的是吸收塔，許多公司設計方案的差異主要集中于鱗片耐磨結(jié)構(gòu)層的不同。國內(nèi)的一些公司在耐磨處理上，會采用簡單的玻璃鋼復合鱗片結(jié)構(gòu)（見圖1），即在1～2mm的鱗片結(jié)構(gòu)上再加襯1～2mm的玻璃鋼結(jié)構(gòu)，相當于FUCHEM-3或者是 FUCHEM-6結(jié)構(gòu)（材料造價相差100元/平米左右），因此建議采用圖 2 的耐磨結(jié)構(gòu)。

從技術(shù)角度分析，乙烯基鱗片材料的一個技術(shù)特點是與碳鋼的熱膨脹系數(shù)相近，而玻璃鋼的最大特點是整體性比較好，但耐磨性能相對較弱；所以在鱗片表面加襯玻璃鋼，并不能起到很好的耐磨效果，就耐磨性而言，不如采用純粹的鱗片加厚襯里結(jié)構(gòu)（如采用3mm厚度）。圖2中的耐磨結(jié)構(gòu)很好地結(jié)合了各種材料的特性，具體技術(shù)說明如下：

（1）利用鱗片材料的耐熱沖擊特性，在接觸鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的底層采用一定厚度的鱗片層，從而很好地避免了由于可能出現(xiàn)的溫度沖擊而導致的脫層。

（2）內(nèi)襯結(jié)構(gòu)中增加耐磨膠漿層以提高襯層抗介質(zhì)沖刷重度磨損的能力和提高襯層的抗熱應力，耐磨膠漿層是采用乙烯基樹脂與耐磨粉按一定比例混合調(diào)制而成的。

（3）耐磨膠漿層中間復合1～2層玻璃鋼層以提高耐磨膠漿層抗熱應力能力，這是利用了玻璃鋼的整體性的特點。

（4）根據(jù)不同的耐溫要求采用高溫材料或者是低溫材料，在吸收塔內(nèi)，主要應用于塔底、支撐梁、煙氣入口等部位。

另外，在一些支撐梁處或者是設計陰陽角處（如圖 1中的結(jié)構(gòu)），一些廠家沒有采取玻璃鋼加強的形式，最后可能會導致防腐蝕的失效和使用年限的縮短。

2.4 工程施工

在任何防腐蝕工程施工中，在正確設計、合理選材的基礎(chǔ)上，施工的好壞是最后決定防腐蝕工程質(zhì)量的關(guān)鍵。一些以刷漆、做地坪等土建防腐蝕為主業(yè)的施工隊伍，對于如FGD裝置的防腐蝕施工要求，往往由于技術(shù)、施工機械、檢測手段上的準備不足，導致了FGD裝置的防腐蝕襯里失效。施工方面主要會存在下列問題：

（1）表面噴砂質(zhì)量不達標。FGD防腐蝕襯里的主要工藝均是在鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進行襯里施工，所以表面噴砂除銹質(zhì)量的好壞在很大程度上決定了最后襯里結(jié)構(gòu)的附著力。對國內(nèi)眾多的失效工程和局部出現(xiàn)脫落等情況的工程進行分析與總結(jié)，可以發(fā)現(xiàn)噴砂質(zhì)量的隱患是最嚴重的，大多數(shù)工程的噴砂質(zhì)量均達不到Sa2.5級要求，在部分工程中還出現(xiàn)了局部脫層等情況；一些施工公司未采用高質(zhì)量的砂（如銅礦砂等），或者采用河砂等代替，造成已噴表面達不到要求，包括粗糙度等；有的在施工噴砂時未按有關(guān)國家標準要求進行，如在高濕度環(huán)境中（如在雨天噴砂等）或者低溫條件下噴砂，從而導致噴砂質(zhì)量達不到要求。因此在實際工程應用中為提高和確保防腐蝕效果，材料生產(chǎn)廠家的底涂的粘接性就顯得尤為重要。

（2）涂裝施工間隔過長。由于各方面的原因造成的施工間隔時間過長或長時間停工，影響了涂層的附著力，在復工后，沒有對已涂復的表面進行良好的處理就進行后續(xù)的工藝，造成涂層的剝離。

（3）不按材料的施工工藝要求，在環(huán)境溫度較低、濕度較大而又沒有采取保障措施的情況下施工，鱗片材料的固化質(zhì)量受到嚴重影響，給日后的使用帶來了隱患。

（4）材料用量不足。由于行業(yè)內(nèi)的惡性競爭，必然會造成材質(zhì)標準下降、用量或厚度的變薄，最終導致防腐蝕失效或服務年限的縮短。

（5）檢測手段落后。許多施工單位連厚度檢測儀、電火花檢孔儀等基本的自檢儀器都沒有，勢必影響了質(zhì)量的過程控制，而這是同“防腐蝕施工必須進行過程控制”的要求相違背的。

3 結(jié)語

在FGD被廣泛應用于各大、中型火力發(fā)電廠，并成為國內(nèi)火電廠煙氣脫硫主導工藝技術(shù)的同時，濕法煙氣脫硫裝置具有腐蝕環(huán)境苛刻、防腐蝕工程量大、裝置腐蝕維修困難等特點。從近幾年一些運行的煙氣脫硫裝置發(fā)生防腐蝕鱗片襯里失效的情況看，其原因是相當復雜的，涉及到基礎(chǔ)構(gòu)件設計、防腐蝕構(gòu)造設計、鱗片襯里的選材和合成、現(xiàn)場施工等諸多方面，給行業(yè)的健康發(fā)展帶來了不利影響。針對防腐蝕鱗片襯里的失效形式，本文分析了原因，總結(jié)了經(jīng)驗，提出了解決對策。

為了更好地規(guī)范行業(yè)的健康發(fā)展，從FGD裝置的設計開始，包括對材料供應商的選擇、施工公司的選擇和施工過程的質(zhì)量控制均是相當重要的，只有作好對每一環(huán)節(jié)有效全面的質(zhì)量控制，才能確保鱗片襯里在FGD裝置中的長效防腐，從而確保FGD工程和裝置的經(jīng)濟性和長效性。

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