海水脫硫系統煙道防腐蝕失效原因分析

華能大連電廠 宮家宏 羅云嶺 白世群

1 海水脫硫系統簡介

海水脫硫工藝是以海水作為吸收劑，采用適當的液氣比在脫硫塔內對煙氣進行洗滌，以達到去除煙氣中SO2的技術方法。其原理是海水靠其天然堿度（海水通常呈堿性，PH值為7.8～8.3）吸收煙氣中酸性的SO2生成SO32-，在吸收SO2后的海水中通入大量的空氣，使其中有害的SO32-與空氣中的氧氣反應生成穩定無害的SO42-，海水再吸收SO2最終生成無害的硫酸鹽。

圖1 海水脫硫系統工藝流程圖

鍋爐排出的煙氣經除塵和冷卻后，由增壓風機增壓，從吸收塔底部送入吸收塔，與由塔頂均勻噴淋的純海水逆向充分接觸混合，將氣相SO2轉化為液相，可溶解的SO2立刻與海水反應生成SO32-。脫硫后的干凈煙氣經除霧器除去攜帶的霧滴后自塔頂排出，通過換熱器加熱或直接經煙囪排入大氣。

海水恢復系統的主體結構是曝氣池，來自吸收塔的酸性海水與凝汽器排出的堿性水在曝氣池中充分混合，同時通過曝氣風機向池中鼓入適量的空氣，使海水中的亞硫酸鹽轉化為穩定無害的硫酸鹽，同時釋放出CO2，使海水PH值升到6.5以上，達標后排入大海。

2 海水脫硫系統煙道防腐蝕失效情況

華能大連電廠先后對4臺350MW機組全部實施脫硫改造，采用海水脫硫工藝對鍋爐尾部煙氣進行脫硫。#3、#4機組海水脫硫系統于2008年底投入運行，#1、#2機組海水脫硫系統于2009年底投入運行。

脫硫系統煙道分為原煙道、凈煙道二大部分，也是海水脫硫系統中腐蝕較為嚴重的區域，根據各部分煙道工況的不同，采用了不同的防腐蝕措施。

原煙道介質為高溫煙氣，雖然溫度較高，但溫度變化范圍較小，腐蝕性不是很高，采用刷涂防腐蝕油漆防腐蝕；在原煙道進入脫硫塔入口處，受脫硫噴淋海水的影響，腐蝕性較強，采用高溫型乙烯基脂樹脂玻璃鱗片（VEGF-1）涂料防腐蝕；凈煙道中的介質是經海水洗滌過的煙氣，具有很強的腐蝕性，采用VEGF-1涂料防腐蝕。

經過一段時間運行后，檢查發現凈煙道的VEGF-1涂料完好，沒有開裂、起皮、脫殼、剝落等現象；脫硫塔入口原煙道處的VEGF-1涂料有較多的開裂、起皮、脫殼、剝落現象，面積約占防腐面積的45%，防腐蝕失效現象較為嚴重。

3 高溫型乙烯基脂樹脂玻璃鱗片（VEGF-1）失效原因分析

3.1 VEGF-1介紹

VEGF-1是鱗片涂料中的一種，是由酚醛環氧乙烯基酯樹脂為主要成膜物，并輔以玻璃鱗片、顏料、專用助劑以及引發劑、促進劑等組成，其性能主要取決于選用的乙烯基酯樹脂類型、玻璃鱗片及制造工藝。

酚醛環氧乙烯基酯樹脂能提供杰出的耐強氧化性酸、有機酸、溶劑和酸／漂白劑溶液等，在熱酸和氧化性酸中能更好的工作；VEGF-1 涂料中加入經過化學處理的優質玻璃鱗片，厚度僅3～8μ，在1mm 厚的涂膜中可有上百層平行的玻璃鱗片相互交叉排列，形成了獨特的屏蔽結構，大大增強了樹脂的抗滲透性能和耐腐蝕蝕性能。

3.2 VEGF-1的耐腐蝕機理

一般情況下，防腐蝕層的防蝕失效主要是樹脂基體受到腐蝕，基體樹脂首先產生失重、變色等情況，之后引起材料的鼓泡、分層、剝離或開裂等情況，最后導致防腐蝕層失效，尤其由于滲透等因素，加速了具有腐蝕性的化學介質滲入到防護層的內部。

3.2.1 有效防止腐蝕介質的物理滲透

VEGF-1涂料含有10%～40%片徑不等的玻璃鱗片，施工完畢后，扁平型的玻璃鱗片在樹脂連續相中呈平行重疊排列，從而形成致密的防滲層結構。腐蝕介質的滲透必須經過無數條曲折的途徑，因此在一定厚度的耐腐蝕層中，腐蝕滲透的距離大大的延長，客觀上相當于有效地增加了防腐蝕層的厚度，參見圖2。

圖2 防腐蝕滲透原理圖

3.2.2 消除部分基體樹脂缺陷

在無玻璃鱗片增強情況下，樹脂基體連續相中會存在大量的所謂的“缺陷”，如微孔、氣泡及其它微縫等，這些缺陷的存在會加速或加快腐蝕介質的滲透過程，因為一旦介質滲透到這些缺陷中，滲透的速度在得到提高的同時，接觸具有腐蝕性的介質的基體連續相的面積也隨之會加大，從而更加速了物理滲透和化學腐蝕過程。

在VEGF-1涂料中，由于平行排列的玻璃鱗片能夠有效的分割基體樹脂連續相中的這些“缺陷”，從而能夠有效的抑制腐蝕介質的滲透速度。

3.2.3 良好的防滲透或減滲效果

若基礎材料是碳鋼時，水蒸汽由于滲透而達到碳鋼表面后，并在氧氣存在情況下，會由于電化學反應而生銹。在VEGF-1涂料中，由于乙烯基酯樹脂的高交聯密度可以有效的減弱水蒸汽和腐蝕性化學介質的滲透，并且其獨特結構更能達到防滲透或減滲的效果。

3.2.4 降低殘余內應力和收縮率

在樹脂基體中不規則分布的玻璃鱗片是一具有較大比面積的分散體，樹脂由于固化收縮而產生的界面收縮內應力可以被玻璃鱗片所稀釋或松弛，因此有效的減弱了內應力影響；同時，雖然玻璃鱗片在樹脂基體連續相中是近乎平行排列，但還是存在一定的傾角，該傾角的存在可以有效的分割樹脂基體連續相為幾個小區域，使應力不能相互影響或傳遞，正是由于玻璃鱗片的存在，可以起到降低固化后的殘余內應力的作用。

3.3 VEGF-1的失效原因分析

3.3.1 煙道結構震顫疲勞破壞

目前國內FGD 脫硫裝置的煙道結構絕大部分是鋼結構，若設計強度、剛性不足，特別是煙道布置受環境所限，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，產生較大的壓力變化，形成不穩定流動，導致煙道結構震顫，使本來就高溫失強的襯里形成疲勞腐蝕開裂，嚴重時形成大面積剝落。

華能大連電廠海水脫硫系統由于場地所限，脫硫塔入口處原煙道縱剖面為S形，煙氣在煙道中連續切變，沖擊較大，同時煙道與脫硫塔接口處沒有膨脹節，為剛性連接，缺乏振動緩沖，煙道振動較為明顯，是涂料失效的重要原因之一。

3.3.2 溫度的沖擊

脫硫塔原煙氣入口處于高溫煙氣和海水的交匯區，工況較為復雜，當負荷發生變化或事故狀態下時，工況就更加復雜，這一區域始終處在溫度的急冷急熱和干濕交替狀態下運行，對涂料的耐溫度沖擊要求高。

當處于急熱狀態時，涂料的膨脹率沒有煙道的鋼基面膨脹率大，鋼基面的膨脹量要大于涂料的膨脹量，涂料層被強制拉伸；反之處于急冷狀態時，涂料的收縮率沒有煙道的鋼基面收縮率大，鋼基面的收縮量要大于涂料的收縮量，涂料層被強制壓縮。急冷急熱不斷交替，涂料也在不斷地被強制拉伸和壓縮，很容易造成涂料層斷裂，直至同煙道鋼基面脫層剝落。溫度的沖擊是VEGF-1涂料防腐蝕失效的最主要原因。

3.3.3 防腐蝕施工質量不高

在任何防腐蝕施工中，材料的性能只是其中的一環，施工質量的好壞很大程度上會最后決定防腐蝕工程的質量。

基體表面噴砂質量不達標。VEGF-1涂料防腐蝕主要工藝是在鋼結構基礎上進行襯里施工，所以表面噴砂除銹質量的好壞很大程度上決定了最后襯里結構的附著力，未采用高質量的砂（如銅礦砂等），或者采用河砂等代替，造成已噴表面達不到Sa2.5級要求，施工中噴砂質量的隱患是最重要的。

不嚴格執行施工工藝。不按VEGF-1涂料的施工工藝要求，在環境溫度低、濕度大而又沒有采取保障措施的情況下趕工，使涂料的固化質量受到嚴重影響；施工間隔過長或長時間停工，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的工藝，造成涂層的剝離或分層，影響附著力。

4 煙道防腐蝕失效的應對措施

海水脫硫系統煙道防腐蝕失效，高腐蝕性濕煙氣會對煙道產生嚴重的腐蝕，輕則酸性脫硫水外泄，污染環境，重則使煙道失穩坍塌，國內電廠就曾經發生過這樣的事故，因此必須從防腐蝕設計、材料的選用、施工等各方面著手，采取有效的應對措施，解決防腐蝕失效情況的發生，保證電廠脫硫系統的安全運行。

4.1 優化煙道結構設計

煙道結構設計決定了煙氣流場，直接影響到煙道所受沖擊的大小和煙道振動，因此在設計時應進行優化，盡量減少煙道振動，應從以下幾個方面優化：

減少煙道彎道設計。盡量采用較為平緩的彎道設計，減小煙氣流的切變方向和降低煙氣流的切變速度，使煙道中煙氣流的沖擊和煙道振動降至最低。

減少煙道變截面設計。煙道截面的變化會引起煙道中煙氣流速的變化，局部地方會產生較大的紊流現象，應盡量減少煙道的變截面設計，使煙氣流速度盡量平緩。

合理加裝膨脹節。在煙道系統中合理安裝膨脹節，可以有效地降低煙道振動，減小因煙道振動對防腐蝕襯層的破壞性作用，也是保證煙道防腐蝕效果的途徑之一。

煙道應保證足夠的剛性。煙道結構強度及剛性應符合相關設計標準規定，在拐彎區及導流板應適當增加厚度或增加支承，導流板聯接支承最好放置在外框架上，而不是直接焊接在煙道壁上，以避免因導流板震顫引發煙道壁震顫，導致防腐蝕內襯層疲勞剝離。

4.2 合理選用防腐蝕材料

海水脫硫系統凈煙道雖然腐蝕性較大，煙氣濕度也較大，但煙溫低，溫度變化范圍小，熱沖擊小。VEGF-1涂料不僅樹脂基體與其中的玻璃鱗片之間的粘結強度較高，而且與碳鋼基材之間的粘結強度較高，在凈煙道工作溫度不高、溫度變化范圍小的條件下，不易產生龜裂、分層或剝離，從而保證較好的耐蝕性。

4.3 提高防腐蝕施工質量

4.3.1 控制基體表面質量

脫硫煙道鋼基體表面處理質量的好壞，直接影響防腐蝕材料的附著力，也是施工中較容易出現問題的地方，必須嚴格控制基體表面質量。

目前鋼基體表面處理方法均是金屬表面噴砂（丸），噴砂（丸）所達到的質量等級為GB 8923-88《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》Sa2.5，要求完全除去金屬表面上的油脂、氧化皮、銹蝕產物等一切雜物，充分清掃并完全除去噴砂殘余物和灰塵，殘存的銹斑、氧化皮等引起輕微變色的面積在任何100×100mm2的面積上不得超過5%，粗糙度應達到40～70μm。

4.3.2 嚴格執行施工工藝

目前脫硫系統中應用最多的材料為VEGF-1涂料，其施工工藝具有一定的代表性，主要要求如下。

刷底涂：均勻將配制好的底涂涂刷到已處理的待襯基體表面上，待第一道底涂涂刷12h后涂刷第二道底涂，且第二道底涂配制其色差應明顯不同于第一道底涂，兩道底涂涂刷方向應相互垂直，底涂應無淤積、流掛或厚度不勻引起的光澤變化等。

第一層鱗片襯里施工：確認施工環境濕度在85%以下或無結露發生，下雨天須停止作業。將施工料均勻的刮涂或噴涂在已凝膠底涂表面，施工厚度（初凝后）為1.0mm，確認刷完底涂后襯里面上是否有粉塵或其它異物附著等。襯層表面不允許有膠泥流淌痕跡，若有則施工料配制時應添加黏度調整劑，同時將流淌滾壓平整或固化后打磨平整。

襯層中間修補：襯層中間修補是將經檢測確認的第一層襯里施工質量缺陷完成消除。

第二層鱗片襯里施工：確認施工環境濕度在85%以下或無結露發生，下雨天須停止作業，確認第一層鱗片的硬化。第二層道鱗片襯里刮涂或噴涂技術要求與第一道基本相同，但施工料顏色應有明顯區別，以便于發現漏涂，施工厚度仍為1.0mm，檢測厚度為2.0mm。

襯層修補：襯層修補是將經檢測確認的鱗片襯里施工質量缺陷完全消除。

涂面涂：各層鱗片施工完成后，按檢查要領進行漏電、厚度、外觀檢查，全部合格后用刷子或輥筒涂上一層面涂層，注意涂刷均勻。面涂刷1～2道，涂刷方向應相互垂直，兩道面涂的涂刷時間間隔12h。

養護：一般情況下，施工完畢后養護1周即可，但若環境較差，如溫度低于5℃或濕度大于85%，則應酌情延長。

4.3.3 加強質量檢測

質量檢測是防腐蝕質量的最后一道關口，目前應用最廣泛的脫硫系統防腐蝕材料VEGF-1涂料涂層的最終檢測項目主要有：外觀缺陷、硬度、針孔測試、厚度測試、錘擊檢查等，確認涂層應均勻，無鼓泡、針眼、微裂紋、傷痕、流掛、凹凸、硬化不良等缺陷，也不允許存在泛白或固化不完全。

要求表面的硬度值不低于材料性能指標提供值的90%；使用高壓電漏電檢測儀全面掃描襯里面，確認有無孔眼缺陷；使用磁石式或電磁式厚度計檢測，平均厚度要達到設計要求；用木錘輕擊涂層表面，任意取點測試，根據有無異常聲響確認襯里無鼓泡或襯里不實。

海水脫硫系統煙道腐蝕性大，但只要優化設計，正確地選用防腐蝕材料，提高防腐蝕施工質量，煙道腐蝕問題可以很好的解決，保證海水脫硫系統的安全穩定運行，為火力發電廠脫硫減排任務的完成提供可靠的保證。

4.4 加強運行調整和檢修維護

海水脫硫系統煙道防腐蝕完成使用后，運行調整及設備檢修中的防護也是影響防腐蝕失效的重要因素。

一方面，脫硫系統在運行中盡量避免煙道的氣動沖擊和溫度巨烈變化沖擊，保證防腐蝕材料的效能。

另一方面，在設備檢修中要十分注意防腐蝕的保護，如在煙道中搭設腳手架時要在腳手架與防腐蝕襯層的接觸部分采取保護措施，避免防腐蝕襯層的機械損傷；嚴禁在已做防腐蝕煙道的外側進行電焊或氣割作業，因為此類作業的高溫能使同部位煙道內側防腐蝕材料變質失效，如不加以處理或處理不當，投入運行后會很快擴展，造成煙道防腐蝕的大面積失效。

5 結束語

海水脫硫系統煙道腐蝕性大，但只要優化設計，正確地選用防腐蝕材料，提高防腐蝕施工質量，煙道腐蝕問題可以很好的解決，保證海水脫硫系統的安全穩定運行，為火力發電廠脫硫減排任務的完成提供可靠的保證。