脫硫塔內襯花崗巖防腐應用研究

梁 磊

(江蘇中軼環保集團有限公司，江蘇 宜興 214214)

雙堿法是采用鈉基脫硫劑進行塔內脫硫，由于鈉基脫硫劑堿液和煙氣中酸酐溶解于水生成的酸液會對設備、管道等造成腐蝕，脫硫工藝中的防腐問題一直是煙氣脫硫領域研究中的重要課題[1－4]。脫硫塔作為脫硫系統的核心設備，做好防護保養工作勢在必行[5－6]。目前，濕法脫硫中脫硫塔的防腐技術主要有整體玻璃鋼或合金鋼、碳鋼襯合金、襯膠或襯玻璃鱗片膠泥防腐等，內襯花崗巖防腐還鮮為報道。在工程實踐基礎上，結合某化工企業雙堿法脫硫系統脫硫塔防腐工程實例，總結研究花崗巖作為脫硫塔防腐襯里的應用情況，為今后工程實踐提供參考。

1 脫硫塔防腐工藝確定

某化工企業新建2×55 t/h三廢鍋爐，年運行7000 h。煙氣處理選擇鈉鈣雙堿法脫硫工藝，脫硫系統采用一爐一塔，脫硫塔規格為φ5.2 m×21.2 m，處理煙氣量為2×170 dam3/h(標準狀況)。脫硫塔本體采用碳鋼結構，工藝流程見圖1。

圖1 雙堿法煙氣脫硫工藝流程Fig.1 Technology process of double alkali flue gas desulfurization

脫硫塔腐蝕主要有縫隙腐蝕、點腐蝕、應力開裂腐蝕、氣泡腐蝕、接觸腐蝕、酸(堿)液腐蝕、露點腐蝕、結晶腐蝕及鹵化物腐蝕等[7－9]，其中以脫硫劑堿液和煙氣中酸酐溶解于水生成的酸液[10]所引起的麻點腐蝕最為突出。

由于鍋爐燃料為煤氣摻燒少量煤渣，成分不穩定，含水率較高，且燃燒后煙氣中含有SO2，HCl及HF等強酸性氣體，鍋爐出煙溫度較低，約為90℃，經噴淋后溫度降至約40℃，極易產生低溫露點腐蝕，因此，脫硫塔的防腐必須重視。根據實際經驗進行分析探討后，決定采用花崗巖防腐?；◢弾r與脫硫塔本體用不銹鋼釘固定，環氧樹脂膠泥澆灌黏合。

2 材料

2.1 花崗巖

花崗巖是一種由巖漿在地殼深處逐漸冷卻凝固形成的構造巖，本工程采用的花崗巖化學成分見表1。

表1 花崗巖化學成分Table1 Chemical composition of granite w，%

由表1可知，花崗巖中SiO2含量較高，因此花崗巖具有較強的耐酸性，經檢測耐酸度高達97.5%;其次，花崗巖中還含有大量 Al2O3，CaO，MgO及Fe2O3等金屬氧化物，因此也具有較好的耐堿性。此外，花崗巖耐磨性能好，比鑄鐵高5～10倍;莫氏硬度為6，比普通鋼板高1～2;其熱穩定性好，隨外界溫度的變化甚微;花崗巖的線膨脹系數為 4.61 ×10－6m/(m·℃)，僅為鋼鐵的40%。基于上述特點，花崗巖更適于作為工況條件復雜多變的脫硫塔內襯防腐材料。

2.2 環氧樹脂膠泥

環氧樹脂作為防腐蝕材料不但具有密實、抗水、抗滲漏好、強度高等特點，同時還具有附著力強、常溫操作、施工簡便等良好的工藝性能。環氧樹脂膠泥是以環氧樹脂為膠結材料，加入固化劑和填料配置而成。本工程采用環氧值在0.4以上的618環氧樹脂為膠結材料，固化劑為T31，填料為200目的石英粉，配合比為100∶5～20∶30。膠泥配置時依次加入樹脂和石英粉，攪拌均勻后加入固化劑。配置時若環氧樹脂過稠，可適當加入丙酮調勻后再加石英粉，膠泥宜隨配隨用。

2.3 防腐材料性價比分析

目前國內常用的雙堿法脫硫塔防腐形式主要有乙烯基酯樹脂鱗片、橡膠襯里、鎳基合金板襯里及鈦基合金板襯里等，本工程防腐面積約800 m2，其防腐經濟性見表2。

表2 幾種防腐類型經濟性對比Table2 Economy comparison of several anti－corrosion form

由表2可知，采用鎳基合金板襯里、鈦基合金板襯里一次性投入成本較高，其優點是運行中維護很少，目前使用較為廣泛，但其使用壽命一直未見報道。橡膠襯里和乙烯基酯樹脂鱗片無論造價還是使用壽命均不及花崗巖襯里，因此，脫硫塔內襯花崗巖防腐在雙堿法脫硫系統中具有更好的性價比，更具適用性。

3 施工工藝流程及措施

3.1 施工工藝流程

基體驗收→表面打磨→噴砂除銹→不銹鋼釘焊接→花崗巖開孔→花崗巖支模固定→配制環氧樹脂膠泥→灌漿→排氣壓實→補縫→重復以上步驟→最終檢查→驗收。

3.2 施工措施

脫硫塔內襯花崗巖的施工范圍主要包括脫硫塔底板、壁板、頂板、設備接管及內支撐梁等。針對脫硫塔各部位的結構特點，采取有效施工措施是保證工程質量的關鍵。

3.2.1 底 板

本工程采用塔內漿液循環，運行時，塔內底板需長期承受酸或堿溶液的浸泡，該區防腐必須慎重。為簡化施工操作，節約材料，底板花崗巖鋪砌方式排版見圖2。中幅板為整塊規格φ2000 mm×500 mm×25 mm的花崗巖，邊緣板可根據底板尺寸將花崗巖切割成弧狀條形。底板花崗巖采用鋪漿法分塊施工，每一砌筑塊必須邊鋪10 mm厚樹脂膠泥底漿、邊擺花崗巖、邊灌豎縫，各工序交替進行。

圖2 脫硫塔底板內襯花崗巖排版Fig.2 Layout chart of desulfurization tower plate lined with granite

3.2.2 壁 板

脫硫塔壁板內襯花崗巖(見圖3)防腐工程量大，大部分為高空作業，花崗巖支模固定難度較大，該區防腐必須采取有效施工措施。

圖3 脫硫塔壁板內襯花崗巖示意(mm)Fig.3 Schematic of desulfurizing tower siding lined with granite

由圖3可知，規格為500 mm×200 mm×25 mm的花崗巖表面開4個φ6 mm的圓孔，孔橫向間距為100 mm，縱向間距為250 mm?；◢弾r與金屬基體用40 mm長的SUS304不銹鋼釘固定，超出部分彎至花崗巖表面?；◢弾r與金屬基體之間預留10 mm灌漿縫，沿塔壁板固定一圈后澆灌環氧樹脂膠泥。澆灌完畢后，用木錘敲擊花崗巖表面將膠泥排氣壓實，接縫及開孔處用膠泥填實。下層澆筑完畢待膠泥固化后方可進行上層施工，直至塔頂。鑒于塔內多為高空作業，施工時需搭設腳手架及架板，配用卷揚機作為材料提升工具。另外塔內密閉陰暗不通風，需設置照明及軸流風機，確保施工有條不紊地進行。

3.2.3 頂 板

為減小煙氣對脫硫塔產生的結構震顫，塔頂板與壁板設計時通常有一弧形過渡區，該區及塔頂面花崗巖支模固定及膠泥澆灌較為困難，若花崗巖固定不牢，則易脫落，塔體檢修人員及塔內件存在嚴重的安全隱患，因此，塔頂應采用玻璃布防腐(見圖4)。

圖4 脫硫塔頂板防腐示意Fig.4 Schematic of desulfurizing tower roof corrosion

由圖4可知，花崗巖與塔頂拐角用膩子填平并形成圓滑過渡。塔頂玻璃布防腐為三布四涂，纖維布為無堿無捻纖維紗。施工完畢后，花崗巖與塔頂拐角處應增加兩層玻纖布補強層，防止對接處應力疲勞開裂，補強范圍自拐角外延300 mm。

3.2.4 設備接管及支撐梁

脫硫塔內件有3層噴淋層、2層除霧器及3層沖洗水層，接管或內支撐梁(見圖5)數量多，施工相對繁瑣，花崗巖應根據接管或內支撐梁的寬度進行切割?；◢弾r支模后應加上對應的補貼塊，并用不銹鋼釘固定，而后進入下步工序。

4 施工重要事項

圖5 設備接管及內支撐梁Fig.5 Device to take over and within the support beam

(1)為確保環氧樹脂膠泥與金屬基體粘結的牢固性以及提高膠泥層抗陰極剝離能力，金屬基體表面除銹采用噴砂除銹，除銹等級達到GB/T 8923—1998《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和涂裝等級》Sa 2.5 以上;

(2)施工環境溫度15～30℃為宜，相對濕度不宜大于85%，當施工環境溫度低于15℃時，應采取加熱保溫措施，原材料使用時其本身溫度不應低于環境溫度;

(3)樹脂膠泥在施工或固化期間嚴禁與水或水蒸氣接觸;

(4)膠泥隨配隨用，充分攪勻，一次配量不宜過多，避免因放熱過多使膠泥過早固化;

(5)注意塔內照明、通風及人員防護，狹小空間封閉施工時必須采取強制通風。

5 質量控制

脫硫塔內襯花崗巖防腐工藝質量直接決定了其防腐性能和使用壽命，但目前國內煙氣脫硫系統中沒有統一的質量控制規范，各企業對防腐襯里質量控制差異較大，防腐襯里的檢查主要憑借技術人員肉眼觀察進行經驗判斷。僅靠這些是遠遠不夠的，為便于工程技術人員對防腐襯里進行質量把關控制驗收，需要有針對性地進行質量要點控制(見表3)。

表3 防腐層質量控制要點Table3 Key points of quality control of anti－corrosion layer

6 結論

(1)花崗巖熱穩定性好，隨外界溫度的變化甚微，用于脫硫塔內襯時，塔外部無需設置保溫，可節約投資成本;

(2)正確選材、加強原材料控制與科學施工是確保防腐工程質量、減少腐蝕危害的關鍵;

(3)花崗巖襯里與乙烯基酯樹脂鱗片、橡膠襯里、鎳基合金板襯里、鈦基合金板襯里等相比，具有更好的性價比，適合在雙堿法煙氣脫硫系統中應用;

(4)雙堿法脫硫所用脫硫劑為鈉堿液，堿性較強，脫硫塔要同時承受煙氣中酸酐溶解于水生成的酸液以及鈉堿液的侵蝕，其防腐不同于單一的酸液或堿液貯槽防腐。本工程為花崗巖+環氧樹脂膠泥復合防腐，一般短期內不需維護，可為同類雙堿法或氨法脫硫塔內防腐所借鑒。

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