FRP材料在煙囪防腐中的應用

卞海兵　李旭海（華電鄭州機械設計研究院有限公司，河南 鄭州 450000）

FRP材料在煙囪防腐中的應用

卞海兵李旭海
（華電鄭州機械設計研究院有限公司，河南 鄭州 450000）

FRP（Fiberglass Reinforced Plastics），即玻璃纖維增強塑料，是一種以高分子環氧樹脂為基體，玻璃鋼或碳纖維等為增強體，經過復合工藝而制成的復合材料。其中，玻璃纖維提供整體材料的強度和剛性，樹脂提供FRP的化學性和韌性，形成一種綜合性能都很好的復合體。它具有輕質高強，耐腐蝕，絕熱、絕緣，設計靈活，工藝性優良等優點。

FRP材料；煙囪防腐；應用

20世紀70年代開始，玻璃鋼煙囪就因其優良的耐腐蝕性能而在美國等發達國家的電力行業中得到應用。玻璃鋼在國外，廣泛應用于化工﹑冶金﹑船舶和航天等防腐設備和工程中，國外玻璃鋼排煙筒在電力行業的應用始于FGD開始應用的20世紀70年代。據統計，截止到2009年FRP排煙筒在美國的電廠煙囪工程中已經占到60%以上，美國政府能源部礦物燃料辦公室DOE/FE-0400號燃煤電廠推薦性設計方案，將“鋼筋混凝土外筒+FRP內筒”作為美國燃煤電廠脫硫煙囪的唯一推薦方案。最近十幾年來，“鋼筋混凝土外筒+FRP內筒”的脫硫煙囪形式，已成為美國燃煤電廠脫硫煙囪的主要結構形式，在歐洲和日本也有同樣的發展趨勢。

由于我國早期火電廠的煙氣溫度較高，玻璃鋼材料在高溫下性能衰減很快，所以在國內始終未能得到大范圍推廣。應環保要求，目前國內大型發電廠的煙氣脫硫系統一般都引入濕法脫硫技術，煙氣經過脫硫系統后，轉變為潮濕煙氣和濕煙氣，潮濕煙氣主要指濕法脫硫加設GGH系統后產生的煙氣，濕煙氣主要指濕法脫硫不加設GGH產生的煙氣。濕法脫硫后的濕煙氣和潮濕煙氣及其產生的冷凝液均具有強腐蝕性。根據華電電力科學研究院2012年5月做的《中國華電集團公司燃煤電廠煙囪防腐調研情況總結》以及河南省內的現場調研情況，目前國內不設GGH或GGH運行不正常的脫硫濕煙囪防腐蝕出問題的比例較大，達到40%，其中問題嚴重的需要盡快進行改造的達到30%以上。

國內研究和開發性能良好的FRP排煙筒防腐配套技術（包括整體纏繞和預制玻璃鋼襯套）也成為一種趨勢。國內目前“煙塔合一”的玻璃鋼煙道投運﹑在建的工程已有20多案例，煙管直徑已達6.0m—8.5m。對于整體纏繞FRP玻璃鋼煙道的設計和施工積累了大批成熟的經驗。近幾年在小型熱力工程中也成功建造了一批FRP小煙囪。

2006年辛店發電廠作為國內第一個FRP排煙筒（高度180m，內徑6.6m）.不幸的是，在交工前一天補焊時引燃了118m平臺上堆積的玻璃絲隔熱棉，造成火災。這次災難雖然是施工現場管理失誤，但讓這個很有前途的方案在5年時間內無人敢問津。

玻璃鋼煙囪具有以下優勢：

耐蝕性優越，優于鈦板和輕質泡沫磚，耐酸﹑堿﹑酸堿交替﹑氧化性介質﹑有機溶劑等復雜化學條件環境下的防腐蝕要求，屬于超級耐腐蝕材料。

成型工藝簡單，整體結構﹑密閉性能好，能夠達到整體不漏煙氣﹑不漏酸液，無腐蝕薄弱點，無腐蝕薄弱點，無焊縫﹑接縫﹑氫裂；絕熱體，無需保溫；

強度和形狀可設計性強，可按需任意設計；

工廠化加工程度高，現場安裝接頭數量少，易于質量控制；

耐老化性能好﹑壽命長（與機組等壽命或更長），耐高溫性能可滿足排煙筒要求，防火達到B級阻燃性能；

良好力學性能，強度高﹑高模量﹑抗疲勞性能高，適合復雜工況，運行安全可靠性高；

輕質，重量約為鋼材的1/4-1/5，便于設計安裝酸液收集與排放裝置，控制煙囪雨；

其不足之處在于：

（1）要求專業的結構鋪層設計；

（2）耐高溫性：不及鈦板和賓高德磚，長期使用溫度低于120℃，短時耐溫可達200℃，但在150℃高溫下強度保持率不理想，耐蝕性也大打折扣；

（3）阻燃性：遇明火會燃燒，但明火熄滅后不會自燃；

現在，隨著火電廠脫硫后的煙氣溫度大幅度降低，已低于玻璃鋼材料的最高適用溫度。因此，FRP復合材料在新的工況條件下具有極大的應用潛力，且依靠其在國外電廠煙囪防腐領域中的優秀表現，一定可以快速占領國內市場。

目前玻璃鋼材料防腐蝕領域較為常用的環氧玻璃鋼﹑聚酯玻璃鋼﹑環氧乙烯基樹脂等多種組分的FRP，在實際應用中通過動電位極化﹑線性極化﹑EIS等電化學測試手段，借助SEM﹑EDX等微觀實驗評價手段和材料宏觀物理性能測試，并考慮老化性﹑耐溫防火等綜合性能，篩選出最適于脫硫后濕煙囪工況條件使用的樹脂成分。

應用于大型燃煤機組的玻璃鋼排煙筒，其結構形式主要有：整筒式玻璃鋼排煙筒，弧片拼接式整體玻璃鋼排煙筒，弧片拼接式鋼構架整體玻璃鋼排煙筒。

其中，整筒式玻璃鋼排煙筒是指現場工廠化制作成筒節，然后進入煙囪外筒后組裝成整筒，玻璃鋼厚度在20mm左右，可采用分段懸掛安裝方式及自立式。安裝整筒式玻璃鋼排煙筒需部分或整體拆除現有排煙筒，并且煙囪外筒的開口要足以進入玻璃鋼筒。而弧片拼接式整體玻璃鋼排煙筒是為了方便進入煙囪外筒內，同樣要求在工廠預制成弧片，一節玻璃鋼筒由若干個弧片拼接而成，安裝弧片拼接式整體玻璃鋼有利于克服原有煙囪外筒進口尺寸過小等問題，其厚度與整筒式保持一致，但內筒施工工作量增大，工程過程控制要求提高。弧片拼接式鋼構架整體玻璃鋼排煙筒同樣是為了方便進入煙囪內，要求施工單位在工廠預制成弧片，弧片通過鋼架拼接成筒節，結構力學功能主要由鋼構架提供，防腐功能主要由玻璃鋼提供。玻璃鋼弧片相比上述兩種方案有了很大的材料節省，其厚度約5-10mm，降低了整個工程項目造價，另外安裝弧片拼接式鋼構架整體玻璃鋼排煙筒無需拆除現有排煙筒，對煙囪外筒的開口尺寸也沒有特別要求，但由于是在原有內筒懸掛，造成煙囪內筒直徑減小，致使煙氣流速提高，對鍋爐和風機產生一定影響，因此在采用該類方案時需重新核定煙氣流速對風機和脫硫系統的影響，該類方案由于煙氣流速升高，不利于煙囪石膏雨的搜集，在后期運行中也需要定期維護檢查未拆除的原有內筒。

項目的經濟﹑社會效益及市場推廣應用的前景：

與現有煙囪防腐方案相比，按照相同使用壽命折算，單個工程可節約成本約200-600萬元。每年僅華電集團內煙囪新建及改造項目，即可節省2000-5000萬元。據市場調研過程中的不完全統計，電力行業中每年需要新建和改造的煙囪防腐項目有60-80個，以此估算，若其中1/6選用FRP防腐方案，每年可節約成本至少在2000萬元以上。

[1]崔永忠，廖永進．火電廠脫硫系統及煙囪腐蝕情況分析[J]．廣西電力，2010 （06）：47-49．

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