脫硫系統腐蝕控制工程火災控制

姚廣平 鄧徐幀

（山東山大華特科技股份有限公司，山東 濟南 250061）

0 引言

縱觀我國燃煤電廠的建設與發展，配套脫硫裝置的工作可以分為四個階段：上世紀九十年代中期到2002年為工程示范階段；2002～2011年為新機組同步建設及舊機組改造增設階段；2011～2015年為提標改造（建設）階段；2015年至今，為超低排放改造（建設）階段。脫硫裝置的腐蝕控制在上世紀九十年代就被業內人士稱為脫硫的“生命線”而受到高度重視。由于煙氣排放標準的提高，脫硫裝置已經從原來單一的煙氣脫硫延伸為“低溫系統-脫硫-濕除-濕煙囪排放”為主構架的復雜系統（以下通稱為“脫硫系統”），這些過程都存在與腐蝕控制有關的防腐蝕要求。經過二十多年的探討、實踐，脫硫系統防腐蝕材料體系基本完善，內襯材料形成了以鱗片樹脂襯里為主的多元防腐構局，結構及設備材料形成了鎳基合金、超級奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼、工程塑料、FRP等組成的多元體系，煙囪材料形成了鈦合金、泡沫玻璃（陶瓷）磚、鱗片樹脂襯里及涂料等并舉現狀。總體講，這些體系的建設與應用，基本滿足了系統運行的要求。內襯防腐是脫硫系統最主要的防腐方式，防腐蝕過程的火災發生是脫硫系統建設中影響最大的安全事故，而在裝置建設、改造或檢修施工中引燃脫硫系統中聚合物材料制作的設備、部件（如涂層、除霧器、濕除陽極管等）成為引起火災的主因。在上述四個階段中除工程示范階段發生一例外，其他每個階段都有大量火災安全事故發生，給人民生命財產、國家及企業財產和安全生產帶來了嚴重影響和巨大損失。遺憾的是，在大量出現火災事故的十多年間，脫硫系統火災問題始終沒有給予實質性的重視，以至于屢屢發生。作者從參與處理國內第一例脫硫（吸收塔）火災事故到近年參與脫硫系統火災事故調查，一直在關注、呼吁重視脫硫系統施工過程的火災問題。在此，希望通過對有關問題的分析思考，引起業內的重視。

1 脫硫系統火災事故認識

1.1 火災的分類

按GB/T 4968-2008《火災分類》，脫硫系統火災應屬于A類火災（固體物資火災。這種物質通常具有有機物質，一般在燃燒時能產生灼熱的灰燼）或B類（液體或可熔化的固體物質火災）。

1.2 火災的發生

火災的發生須滿足可燃物、助燃物、著火源三個條件同時存在，脫硫系統施工過程中助燃物為空氣，自然存在，不可避免，有機氧化物類的引發劑既可燃也助燃。火源包括氣割火焰及金屬熔滴、焊接火花與熔滴等屬于生產性火源，電路短路火花、靜電火花等屬于非生產性火源，施工人員攜帶的打火機、火柴等屬于外來火源。防腐材料、防腐涂層、聚合物材料制作的設備與部件等屬于生產性可燃物，現場存在的其他可燃物質屬于非生產性可燃物。由此可以看出，要避免脫硫系統施工過程中的火災發生，關鍵是施工現場要杜絕非生產性火源、外來火源的出現和非生產性可燃物的存在，嚴控和規范生產性火源的使用，避免或隔絕生產性火源與生產性可燃物的接近與接觸。正是上述避免事項實施不到位，引起了火災事故的發生。

脫硫系統火災發生時，燃燒在裝置內部發生，失火部位一般較高，場地狹窄，消防設施很難伸到著火面，增加了滅火難度。脫硫系統與煙囪貫通并呈現負壓，“風洞”效應強，火災蔓延迅速，燃燒時間長，大部分火災是在過火區域的可燃物幾乎燃凈后完全熄滅的。

從發生火災的引起部位看，煙道、吸收塔、濕除、煙囪均有發生，吸收塔火災最多。

圖1是某電廠吸收塔著火過程的狀態圖，起火點為吸收塔脫硫與濕除交界處（吸收塔-濕除一體布置），經調查、勘驗和分析，確認系施工人員未辦理動火作業審批擅自焊接施工引燃可燃物所致。從起火（13分鐘后 119接到報警）到徹底撲滅，用時3小時14分鐘。

1.3 常見火災起因

（1）氣割有防腐層的鋼體；

（2）在未固化或固化襯里的鋼基體上焊接；

（3）焊接花火、熔滴或氣割鋼基體的熔滴跌落到防腐層（固化與未固化）或施工材料、除霧器、濕除陽極管等；

（4）焊接或氣割引燃其他易燃材料（溶劑、固化劑、包裝材料、保溫材料、木質跳板等）；

（5）電線短路起火引燃防腐材料；

（6）高能量電器（如碘鎢燈）烘烤或短路起火；

（7）施工區局部揮發性溶劑濃度過高遇靜電或火花引起爆燃；

（8）固化劑（引發劑）高溫露天放置爆燃；

（9）濕除空升時閃絡擊穿引燃濕除陽極管（非施工因素）。

圖1 某脫硫火災發展過程

2 防腐蝕材料的阻燃性評價

2.1 相關標準規范的使用

脫硫系統中內襯防腐以乙烯基樹脂鱗片為主，除霧器為增強聚丙烯，噴淋層為乙烯基樹脂玻璃鋼，濕式電除塵陽極管為乙烯基樹脂導電玻璃鋼，這些聚合物材料燃燒性能測試所可采用的國家標準如下：

GB/T 8924-2005 《纖維增強塑料燃燒性能試驗方法氧指數法》

GB/T 2406.1.2-2009 / ISO4589.1.2：1996 《塑料用氧指數法測定燃燒行為》

GB/T 2408-2008/IEC60695-11-10：1999 《塑料燃燒性能的測定 水平和垂直法》

GB/T 6011-2005 《纖維增強塑料燃燒性能試驗方法 熾熱棒法》

氧指數法（LimitedOxygenIndex, LOI）主要用于評定規定條件下材料的燃燒性能。上述測定標準中的LOI指在氮氣和氧氣混合氣體中（23±2℃）剛好維持材料燃燒的最小氧濃度（體積分數）。一般認為，材料LOI小于22屬于易燃材料，LOI在22-27之間屬于可燃材料，LOI大于27則屬于難燃材料。

水平法（HB）試驗即試驗樣品處于水平位置，水平燃燒，用于評價燃燒范圍和（或）火焰傳播速率。根據試驗結果，將材料分為HB、HB40、HB75三級。

垂直法試驗即試驗樣品處于垂直位置，處置燃燒，用于評價試驗火焰移去后燃燒程度。根據實驗結果，將材料分為V-0、V-1、V-2三級。

熾熱棒試驗是將試樣以規定的接觸力與恒定溫度（955±10℃）下的熾熱棒相接觸，達到規定的接觸時間后，測定試樣的燃燒時間、燒蝕長度及質量變化。

另外，ANSI UL-94與GB/T 2408-2008類似，是水平和垂直燃燒測試法，ASTM E84是用隧道法測定材料燃燒火焰傳播性和生煙性。個別企業在評定材料阻燃性時引用了這些標準。

不同的標準規范，測試的著重點不同。脫硫系統防腐蝕材料阻燃性測試引用最多的是氧指數法。在GB/T 37187-2018《脫硫煙囪用防腐蝕材料技術要求》對現場噴涂的玻璃纖維增強塑料、襯里用預制玻璃纖維塑料板的技術要求中提出，當有阻燃要求時氧指數應不小于32；DL/T 901-2017《火力發電廠煙囪（煙道）防腐蝕材料》對有機類防腐蝕材料提出應滿足氧指數不小于32的要求；DL/T 1844-2018《濕式靜電除塵器用導電玻璃鋼陽極檢驗規范》要求陽極管氧指數不小于32。脫硫噴淋管按GB/T 26735-2011《玻璃纖維增強熱固性樹脂噴淋管》執行，未提出阻燃性要求。內襯防腐材料及除霧器材料沒有脫硫系統針對性標準規范，由用戶或項目總包方自行決定。

另外，ASTM D5364-2008《燃煤電廠玻璃纖維增強塑料（FRP 玻璃鋼）煙囪內襯的設計、制造和安裝的標準指南》要求整個筒壁結構火焰傳播速度小于45mm/min，大多數的玻璃鋼煙囪選用阻燃樹脂或樹脂中添加阻燃劑；CICIND（國際煙囪工業協會）《玻璃鋼煙囪內襯規范》提出當需要或規定時應當通過使用阻燃樹脂或添加阻燃劑，對外部表面層或內部表面層或整體結構進行處理，以達到要求阻燃的效果。

2.2 用氧指數衡量阻燃性的局限性

上述標準規范中氧指數的測定在常溫（23±2℃）下進行，測定的氧指數表征常溫燃燒環境下材料燃燒性能。脫硫系統火災引發聚合物材料的燃燒一般經歷受熱升溫、點燃起火、火焰傳播、燃燒充分發展、火焰熄滅等階段。環境溫度的迅速升高使聚合物的燃燒性能提高。研究表明，環境溫度升高，材料的氧指數LOI下降。表1是某研究報告的ABS不同溫度下的LOI值，圖2是某研究報告的PE、EVA18、EVA45聚合物LOI隨溫度的變化規律（ISO4589.3規范）。由此表明，在聚合物環境溫度升高的狀態下，會在遠低于常溫氧指數的環境中起火燃燒，或者說，材料的氧指數隨著溫度的升高而下降，當氣溫升高而材料的氧指數降至21時，便會燃燒。因此，用常溫LOI值衡量聚合物在高溫環境下的阻燃性能存在局限性并且不可靠。

圖2 PE、EVA18和EVA45的LOI-T關系圖

表1 ABS不同溫度下的氧指數

脫硫系統對防腐蝕材料的阻燃性能沒有統一的要求，工程實際中，內襯乙烯基鱗片樹脂、除霧器及有關防腐涂料等幾乎沒有阻燃要求，大部分火災是生產性火源引燃上述材料產生。濕除陽極管（大部分與吸收塔一體式布置，在吸收塔上部）、煙囪材料盡管有阻燃性要求（室溫LOI值），但在起火后的整個火場環境中早已失去阻燃作用。

2.3 聚合物阻燃改性的可靠性

脫硫系統防腐材料聚合物多用溴系阻燃劑，也是國內應用最多的阻燃劑，以火災事故中最多引燃的乙烯基樹脂為例，多為反應型溴化環氧樹脂合成，而添加型阻燃劑的阻燃能力相對較低。溴系阻燃劑通過自由基捕捉、隔氧、吸熱等途徑起到阻燃作用。溴系阻燃劑受熱分解產生溴化物（如HBr），一方面由于其難燃、密度大稀釋了空氣中的氧，覆蓋于材料表面隔絕空氣致使材料燃燒速度降低或自熄；另一方面，HBr與聚合物燃燒產生的促進燃燒鏈式反應的高活性自由基如OH。反應生成活性較低的Br，起到阻燃作用。由于燃燒會產生一氧化碳、溴化物、溴代二噁英等有害氣體，生煙量大，一些阻燃劑還被列入POPs（持久性有機污染物）名單，國際有關組織已經限定了部分溴系阻燃劑的應用。

從目前情況看，溴系阻燃劑在脫硫系統聚合物材料中的使用對抑制火災事故的發生，其效果有待于進一步研究評估，燃燒產生的危害也應當予以關注。

3 火災防范的管理要求

每一起脫硫系統火災事故的發生，都有其發生的必然性。如果起初是對系統材料性能的認識不足、工程管理經驗缺乏導致火災的發生，那么在脫硫行業工程建設經歷二十年后仍然每年有數十起火災的發生是讓人費解的。在現有技術水平下，脫硫系統防腐材料即便有阻燃作用也無法阻擋其燃燒，因而避免火災發生的關鍵就在管理。工程管理方面的事項業內由很多人提出了看法和建議，討論較多，這里不做重復，僅對作者認為應當重點關注的一些問題加以討論。

3.1 行政管理

重點是安全生產的政策法規貫徹和監管。

這里提出一個從環境保護角度的管理問題。

每次火災的發生，從著火到熄滅，時間短則兩、三小時，長則四、五小時，期間大量聚合物材料燃燒后的黑煙排向大氣、排向城市上空，黑煙中有大量CO、HBr、二噁英等有毒有害氣體和炭黑，用于改善聚合物性能的無機物（粉料）燃燒后形成煙塵也進入大氣，以上均對大氣環境造成嚴重污染。圖3是火災濃煙排空示例。

圖3 脫硫系統火災濃煙排空示例

因此，除安全責任問責外，應建立火災污染環境損害追責和賠償機制，以此督促責任單位加強管理，形成倒逼。另外，建立對火災產生的各層責任單位的懲戒機制和行業準入考核也很有必要。

3.2 業主管理

火災發生后，損失最大的是業主方，但是，一些火災發生的源頭也在業主：低價中標及不合理的工期要求犧牲了科學、合理的施工程序，低價中標導致安全投入嚴重不足，趕工期被迫違章作業。另外，業主聘用的監理企業缺乏對脫硫系統施工安全監理經驗。個別業主發生脫硫系統火災不止一次，說明管理問題沒有得到根本解決。

業主應當重點做好在工期管理、動火票管理和監理管理工作。制定合理的工期對安全文明生產和工程質量控制至關重要，不因工期而給安全生產施加壓力，不安排或否決火災風險大的交叉施工作業。

另外，業主應當負責脫硫系統所有防腐蝕材料的總體阻燃體系設計或要求。

3.3 總包方管理

總包方是脫硫系統火災防范管理的主體，必須落實好主體責任。首先，應建立科學、完整、有效的火災防范體系及火情處置預案，要從引起火災的所有要素出發，編制要素控制清單，諸要素管控落實到具體負責人。堅決杜絕非生產性火源進入現場，配備充足的消防設施，做好各種起火的緊急撲救方案、器械材料配置及預防演練，做好現場逃生通道的設置、標識及逃生演練。避免襯里防腐與動火施工的交叉作業，杜絕在防腐層未完全固化的空間進行動火作業。安排和控制好工期，杜絕前松后緊擠壓襯里防腐時間。一些總包單位脫硫系統火災事故不斷，甚至還有人員傷亡，說明其缺乏完備可靠的火災控制體系，風險管控意識嚴重不足。

3.4 施工方管理

施工方（班組、人員）是所有安全管理規范及措施的終端執行者，也是安全責任的直接承擔者，不折不扣地執行施工標準、規范及業主方（監理）、總包方的相關要求是避免火災發生的關鍵。施工方應依上建立完整、可靠、有效、合理的火災安全防范與控制體系。要保證把安全要素控制清單逐項落實到施工人員并得到實施反饋。杜絕違章指揮、抵制違章作業。做好有火災風險隱患施工的安全保障工作，特別是氣割或焊接作業前務必對能夠引起燃燒的除霧器、陽極管、各種塑料或FRP沖洗水管、防腐層等進行可靠的防火隔離與保護。把好動火票審批關，動火必須做到持票作業，動火作業火災風險區域由專人值守（非單人配置），消防設施配置到位（非單一配置）。一些施工單位火災事故屢有發生，說明企業對此沒有引起足夠重視，安全意識極其淡薄。

對施工方而言，火災的發生趕工期是誘因、違章作業是主因，僥幸心里和麻痹思想是核心。

3.5 其他

脫硫系統火災發生后，從政府部門到相關企業都需要面對災情危局，事故調查、善后處理、問責等均依次展開。涉及到有人身傷亡、裝置損毀嚴重及重大財產損失的火災后續問題更復雜。在脫硫系統建設第二階段起開始出現的大量火災沒有從行業安全生產角度出發進行系統總結和規范，以至于到現在火災事故還不斷出現，甚至在一個廠、一個集團內火災事故反復發生。十多年來大量的火災事故給國家及社會財產造成了巨大損失，給一些家庭造成了巨大傷害，這不得不引起行業內乃至有關部門的反思。

4 建議

4.1 實施第三方評估

建立工程項目建設第三方評估機制，評估方獨立行使對項目建設從整體到分項的設計、質量、工期、安全、造價等的前期評估與后評估，并將出現類似火災安全事故等事項的調查分析研判納入其評估范圍。對評估發現的問題及時溝通反饋，對重大問題提出預警報告。

4.2 開展高阻燃防腐蝕材料研發

加強針對脫硫系統特點的防腐蝕材料燃燒性能的研究，加大對高效、環保阻燃劑及阻燃聚合物的開發。對聚合物進行阻燃改性，重點放在火災的早期防治，即改變聚合物的引燃性，延緩、改變或阻止在受熱升溫、點燃起火、火焰傳播階段聚合物發生的變化和反應，特別是阻止或延緩點燃過程的發生。

4.3 制訂標準體系

盡快起草GB/T 2406.3 《塑料 用氧指數法測定燃燒行為 第3部分：高溫試驗》標準；參照GB 8624-2012《建筑材料及制品燃燒性能分級》編制“防腐蝕材料及制品燃燒性能分級”標準；參照ASTM、ISO等相關規范，結合已有國標，建立適用于脫硫系統防腐蝕材料及制品阻燃性評價的標準體系和綜合評價指引，統一檢測和評價標準。

4.4 加強應急消防保護

在系統設計中同步考慮消防要求，設置應急消防系統。如：吸收塔除霧器沖洗水管、濕除沖洗水管由PP管改為不銹鋼或合金管，將沖洗水泵接入保安電源，火災發生時啟動沖洗水系統進行滅火；在吸收塔頂部、濕除頂部設置檢修消防噴淋系統及煙感報警，將其納入全廠消防系統。

5 結語

在當前技術發展現狀下，完全依靠改善材料性能防范或阻止火災的發生是不現實的，因此，脫硫系統火災的防控關鍵在管理，在嚴格按照規范、標準及相關要求進行項目各個環節的執行與控制。而針對脫硫系統的特點開展防腐蝕材料阻燃性的深度開發研究很有必要，同時，應完善相關試驗標準和規范，制訂統一的防腐蝕材料阻燃性評價體系，為行業各方執行提供明確的依據。