廢堿法煙氣脫硫吸收塔和煙囪的腐蝕與防護

牟義慧，洪運武，劉振興

(中國石油天然氣股份有限公司大慶石化分公司，黑龍江 大慶 163711)

隨著國家對環境保護工作的日益重視，環境標準的相應提高，對于火電廠鍋爐的煙氣脫硫(FGD)工作提出了更高的要求。火電廠煙氣脫硫裝置是使用物理、化學的處理方法，除去煙氣中的SO2的裝置，吸收塔和煙囪是濕法煙氣脫硫工藝中的核心設備。中國石油天然氣股份有限公司大慶石化分公司(大慶石化分公司)熱電廠采用乙烯廢堿法煙氣脫硫技術，使用乙烯裝置產生的廢堿液作為煙氣脫硫吸收劑，達到“以廢治廢”的目的。但是，乙烯廢堿液的成分復雜，裝置正常運行時，塔內環境為溫度較高的堿性霧狀蒸汽和可溶性鹽沉積物，廢堿液入塔pH 值為13，反應后污水pH 值維持在6 左右，腐蝕性很強。吸收塔和煙囪采用“煙塔合一”方案，材質為Q345R，對防腐蝕的要求比較高。

1 腐蝕機理

大慶石化分公司熱電廠煙氣采用脫硫、脫硝和除塵一體化技術，煙氣進入吸收塔前已經過除塵和脫硝處理，進入吸收塔的煙氣主要含有:SO2，SO3和少量煙塵等。乙烯廢堿液的成分較復雜，主要有和 Cl-等，NaOH，Na2SO4和Cl-質量濃度分別為40，6 和27 mg/L。煙氣進入吸收塔溫度110 ℃，煙囪出口溫度45 ℃，脫硫塔入口煙氣中SO2質量濃度小于700 mg/m3，煙囪出口SO2質量濃度小于200 mg/m3。腐蝕類型主要是化學腐蝕、電化學腐蝕、結晶腐蝕和沖刷腐蝕［1］，而且這三種腐蝕相互影響，相互作用。

1.1 化學腐蝕

煙氣中的SO2和SO3與碳鋼直接發生化學反應，生成硫酸鹽和亞硫酸鹽，對鋼鐵產生腐蝕。在溫度較高的情況下，含硫氣體對普通碳鋼腐蝕更為嚴重，腐蝕速度更快［2］。煙氣脫硫后，煙囪排放的煙氣溫度為45 ℃，低于露點溫度，由于低溫的煙氣進入煙囪后，隨著煙氣溫度的降低，水蒸汽會結露成液滴，與煙氣中的含硫氣體化合，形成硫酸液膜，對煙囪筒體產生露點腐蝕。

1.2 電化學腐蝕

在縫隙、焊縫或表面缺陷等特殊結構處，由于缺氧、水解和離子擴散困難等原因的綜合作用，在碳鋼表面形成原電池，而產生電化學腐蝕。

1.3 結晶腐蝕

廢堿液吸收SO2后生成可溶性硫酸鹽或亞硫酸鹽，液相則滲入表面防腐蝕層的毛細孔內，若設備檢修停用時，在自然干燥下生成結晶型鹽，同時體積膨脹，使防腐蝕材料產生內應力，使其脫皮、粉化、疏松或裂縫損壞。

1.4 沖刷腐蝕

吸收塔中所使用的吸收劑(廢堿液)中含有固體顆粒物，以一定速度由噴淋管噴嘴噴出，流過金屬表面時，對吸收塔內壁及其內件產生沖刷磨損;另外，煙氣中含有的粉塵等固體顆粒物亦對吸收塔有磨損。

2 方案選擇

2.1 吸收塔防腐蝕方案

2.2 煙囪的防腐蝕方案

吸收塔煙囪直徑5.5 m，凈高74 m，正常情況是在低溫(45 ℃)和高濕的環境下運行。正常運行過程中，除了由于溫度變化產生的變形量外，還有因風載等因素引起的變形量。當脫硫裝置停工檢修等非正常情況下，煙氣溫度可達130 ℃左右，溫度變化在110 ℃左右，變形量更大，腐蝕情況較吸收塔更為嚴重。復雜的運行工況要求煙囪防腐蝕內襯材料不僅具有良好的抗腐蝕性，而且還需要具有很高的抗熱應變性(溫度交變性能)。

鈦板在耐腐蝕性及抗熱應變性等方面表現出優異的性能。鈦是具有強烈鈍化傾向的金屬，介質溫度在315 ℃以下鈦的氧化膜始終保持這一特性［6］。考慮到抗腐蝕性，抗熱應變性及更長的使用壽命和可靠性，吸收塔煙囪整體采用2 mm 鈦板制成煙囪內襯。

3 施工要點

施工方案和施工過程中的質量控制對吸收塔和煙囪的最終防腐蝕效果影響很大。施工過程中要認真執行施工方案，對各工序的質量要按規范要求嚴格控制。

3.1 玻璃鱗片施工要點

(1)防腐蝕前，吸收塔內壁金屬表面作噴砂除銹處理，噴砂除銹處理等級為Sa2.5 級。

(2)玻璃鱗片防腐蝕層必須完全封閉，涂抹均勻，每道工序、每個部位都要嚴格檢查，以防漏涂，濕度在85%以上或雨天要停止作業。

(3)為了防止應力集中，在端面、連接面及拐角處進行圓滑過渡，亦可采取玻璃布增強等補償措施。

(4)施工質量要全過程控制，最終檢驗項目要有外觀檢查、厚度測試、漏電檢查和錘擊檢查。

(5)對不合格處的處理:厚度不足處要補足厚度;表面傷痕、流掛、氣泡等在厚度不低于最低厚度標準的情況下打磨平滑;對漏電，鼓泡，剝離等要除去缺陷處后按修補要領進行修補。

3.2 硫化丁基橡膠施工要點

(1)金屬表面焊縫要平整，無焊瘤和咬邊，角焊縫要打磨圓滑，與平面成圓弧過渡;

(2)金屬表面作噴砂除銹處理，噴砂除銹處理等級為Sa2.5 級。粗糙度(Rz)不低于50 μm;

(3)在膠板黏結時，橡膠板要無張力粘貼在碳鋼基層上，要將粘貼界面內的空氣完全排凈，使膠板與金屬表面緊密貼合，膠板接縫烙實;

(4)施工時，注意環境溫度和濕度等條件的影響，橡膠板黏合劑在涂刷時，溫度不低于環境溫度，濕度不大于75%，以免空氣中的水蒸氣冷凝;

(5)膠板聯接處的接縫切勿互相交叉，搭接需避開十字縫。其搭邊采用對搭的方式，搭邊寬度一般在10～30 mm，搭邊部位用手動壓滾充分滾壓，不讓空氣滯留。膠板與膠板間的搭邊，需順液體及氣體流向搭接，不能逆向搭接;

(6)凡開口部位，涂上底、中涂、黏接劑及襯完橡膠板的，需用塑料布封好，防止異物、雨淋及陽光直射;

(7)施工質量要全過程控制，最終檢驗項目要有外觀檢查、厚度測試、硬度、漏電檢查、黏接力測試和錘擊檢查。

3.3 鈦板施工要點

根據煙囪的操作壓力、溫度、物料特性、濃度、流速以及開停車狀態和頻繁程度等，采用機械局部固定襯里按JB/T 4745-2002《鈦制焊接容器》執行。施工過程注意以下幾點:

(1)材料進場后，檢查卷筒周長、表面平整度、橢圓度等;

(2)施焊前，基層鋼和鈦板襯里層的坡口區應該潔凈，沒有污物;如加工的坡口被污染，必須進行清洗或用機械方法(如刮刀、不銹鋼絲刷)加以清理干凈;

(3)焊接環境應保證清潔，無灰塵和煙霧，相對濕度不高于80%，環境溫度不低于5 ℃;

(4)不得強行組對，定位焊縫不應有裂紋、氣孔、夾渣等缺陷，否則應清除重焊;

(5)焊縫要根據規范要求進行外觀、滲透(PT)、射線(RT)和超聲(UT)檢驗合格。

4 應用效果

2013 年8 月在大慶石化分公司熱電廠脫硫脫硝改造項目中對脫硫塔和煙囪采用玻璃鱗片、橡膠和鈦板防腐蝕組合方案。經過1.5 a 的運行，吸收塔玻璃鱗片外觀檢查無鼓泡、起皮等現象，整體完好;襯膠外觀整體完好，沒有鼓泡，搭邊翹起等現象;煙囪鈦板襯里無開裂、腐蝕等現象。各項檢測結果均在合格范圍內。結果表明:該方案的防護效果明顯是“煙塔合一”結構脫硫設備腐蝕與防護的一套可靠的解決方案。

［1］趙凱.玻璃鱗片樹脂和橡膠襯里在濕法脫硫吸收塔上的應用［J］.有色設備，2008(6):30-32.

［2］吳東亮，劉洪洋.電站鍋爐產生高溫硫腐蝕機理及預防措施［J］.華北電力技術，2007(12):52-54.

［3］牟義慧.煉油廠設備腐蝕與防護［D］.大慶:東北石油大學，2011.

［4］崔志峰，韓一純.在Cl-環境下金屬腐蝕行為和機理［J］.石油化工腐蝕與防護，2011，28(4):1-2.

［5］李登軍，劉在陽.玻璃鱗片涂料重防腐蝕機理及其應用(上)［J］.纖維復合材料，2000，17(2):45-47.

［6］羅峻峰，祝紅山.脫硫煙囪防腐技術及方案比選［J］.能源技術與管理，2009(4):125-126.