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湿法脱硫设备的腐蚀分析与防护措施周成宽

发表时间：2020/5/9 来源：《电力设备》2020年第2期作者：周成宽

[导读] 摘要：目前，石灰石-石膏湿法脱硫工艺由于适用的煤种范围广、脱硫效率高、吸收剂利用率高、设备运转率高、工作的可靠性高、脱硫剂-石灰石来源丰富且廉价等优点。

        (贵州西能电力建设有限公司贵州贵阳 550081)
        摘要：目前，石灰石-石膏湿法脱硫工艺由于适用的煤种范围广、脱硫效率高、吸收剂利用率高、设备运转率高、工作的可靠性高、脱硫剂-石灰石来源丰富且廉价等优点。已经成为火电厂最成熟的烟气脱硫工艺，而湿法脱硫设备较多长期处于pH较低的介质环境中，极易腐蚀，因此了解脱硫设备的腐蚀机理，选择合适的防腐蚀耐冲刷材料作为衬里，对于设备的长周期安全稳定运行至关重要。基于此，本文主要对湿法脱硫设备的腐蚀与防护措施进行分析探讨。
        关键词：湿法脱硫设备；腐蚀分析；防护措施
        前言
        石膏湿法烟气脱硫技术成熟、脱硫效率高，但其系统浆液和烟气腐蚀性强、冲刷磨损性强对系统的设备造成强烈的腐蚀和磨损。湿法脱硫机组运行三年80%以上的缺陷是腐蚀和磨损造成的，如何解决或减少脱硫系统的腐蚀和磨损问题是当前火力发电厂设备管理者主要考虑的问题。
        1、脱硫吸收塔入口处
        1.1腐蚀的原因分析
        脱硫吸收塔入口干湿界面处是脱硫系统腐蚀最严重的区域，高温烟气中的SO2、SO3、HCI等物质与低温的石灰石浆液接触时会在干/湿界面产生高浓度的酸雾，酸雾的腐蚀性比热烟气中的二氧化硫、三氧化硫、氟化氢等腐蚀性物质强很多，因此在靠近吸收塔入口处腐蚀较重，同时低温的浆液在高温烟气作用下水分蒸发后形成可溶性盐，沉积在入口烟道上，容易结垢形成垢下腐蚀。吸收塔入口干湿界面是气液接触区，此区域受的复杂性造成多种腐蚀因素集中在一起加速干湿界面的腐蚀程度。
        1.2常规防护措施
        我国300MW及以上机组在吸收塔入口区域防护措施有多种，常用的方法是合成树脂衬里，合成树脂涂层的鳞片常用的材料有玻璃、镍合金、云母及硅酸盐等。玻璃鳞片合成树脂涂层在我国被广泛使用。但随着使用年限的增多发现玻璃鳞片合成树脂涂层的抗腐蚀性能较差。以某电厂为例，吸收塔入口出采用的玻璃鳞片合成树脂涂层，机组运行一年时间玻璃鳞片树脂涂层腐蚀严重，每年对干湿界面进行一次重新防腐，清除原有衬里难度大、扬尘并伴有刺激性气体对工作人员伤害严重，建设及检修机组不建议采用此方案。
        1.3当前最有效的防护措施
        镍基合金具有很好的防腐性能，在脱硫吸收塔入口干湿界面区域安装镍基耐蚀合金有效防止干湿界面的腐蚀，但镍基合金比较昂贵，吸收塔入口区域面积大需要的镍基合金比较多，在我国多数火力发电企业不会选择整体耐蚀合金钢钢板。随着技术的发展和不断的尝试，镍基耐蚀合金钢贴覆技术开始应用到火力发电厂吸收塔干湿界面区域，华润盘锦电厂吸收塔入口干湿界面区域采用此项技术在运行两年后检查、测量，吸收塔入口区域合金钢光亮、牢固无分层现象无腐蚀和点蚀的发生。建设或检修项目吸收塔入口干湿界面推荐采用碳钢板贴覆镍基耐蚀合金的技术。
        2、吸收塔本体区域
        2.1腐蚀和冲刷的原因分析
        1）吸收塔浆液池的腐蚀
        吸收塔下部为石灰石浆液、石膏浆液及亚硫酸钙的混合浆液，亚硫酸钙的过饱和度在140%以下时，浆液结垢腐蚀性很低。混合浆液PH值控制在5.8—6.2之间，弱酸对吸收塔塔底及塔壁的腐蚀性破坏能力不强。
        2）浆液循环泵入口处塔壁的冲刷、磨损
        浆液循环泵的流量大，在浆液循环泵的入口管路塔内附近区高速流动的浆液对塔壁产生强烈的冲刷力，高速流体碰到浆液循环泵入口管由于流向的改变在入口附近会产生漩涡，固体颗粒在漩涡的作用下进一步加速吸收塔的冲刷和磨损。
        3）喷淋浆液对吸收塔的冲刷和腐蚀
        一是喷嘴距离吸收塔塔壁过近，二是规定喷淋的螺丝松动掉落致使喷嘴的方向改变浆液对吸收塔塔壁冲刷，三是，喷嘴的安装过程中喷嘴方向不正确，四是喷淋层在运行中损坏造成浆液对吸收塔的直接冲击。
        2.2控制措施
        1）施工过程控制
        建设或检修机组在吸收塔施工过程中必须严格按照工艺要求的标准施工，在防腐之前对打磨的焊缝细致检查，禁止在气温低或湿度大的天气开展吸收塔的防腐施工。防腐施工后对防腐内壁进行检验特别是吸收塔搅拌器附近区域发现问题必须重做。

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        2）优化系统运行
        运行时将吸收塔浆液的PH值控制在最佳范围内保证脱硫效率的同时减轻吸收塔的腐蚀，优化石膏排出泵的运行，跟踪吸收塔内浆液的密度控制和硫酸钙的过饱和度。
        3）易腐蚀部件增强防护措施
        建设或检修机组在吸收塔的设计上增厚吸收塔浆液循环泵入口管最高处以下部分防腐层的厚度。浆液循环泵入口管向吸收塔内伸进100mm，伸进部分有效防止浆液循环泵运行时产生的漩涡对吸收塔塔壁的冲刷和腐蚀。
        3、浆液输送管道腐蚀的原因及控制措施
        3.1烟气湿法脱硫系统浆液输送管路的基本情况
        当前大型火力发电厂脱硫系统浆液输送管道主要采用橡胶衬里，少部分电厂浆液管道的三通、弯头采用合金钢或陶瓷碳化硅等抗腐蚀材料。脱硫系统运行三年以上浆液输送管道弯头、三通、变径、法兰根部、泵类出入口等易磨损部位就会开始出现不同程度渗漏给系统带来不安全运行的威胁。
        3.2浆液管道腐蚀的原因
        1）脱硫浆液管道自身的特点
        对于在厂内制浆的电厂，脱硫石灰石供浆系统距离脱硫吸收塔较远，并且石灰石浆液容易沉积，需要浆液具有足够大的压力保证浆液能够连续不断的送入吸收塔。石灰石浆液泵出口压力过大造成出口处大小头、三通、弯头严重的冲刷及磨损。
        2）运行操作不合理
        脱硫运行操作员频繁起停脱硫浆液泵对浆液管道造成一定的损伤，冲洗供浆管道时间短或压力不足，管道内沉积浆液造成流体局部变化加剧管道磨损。
        3）衬胶管道质量不合格
        目前，国内生产衬胶管道的厂家很多，部分厂家在产品的生产过程中施工质量控制不严，造成胶层与金属管道之间没有紧密结合，或者存在气泡、针孔等缺陷，在使用过程中随着温度的变化，衬胶层脱落，浆液直接与碳钢管道接触，直接造成管道的磨损和腐蚀。
        4）施工质量引起的腐蚀
        当前，招标采购低价中标已经形成主流，部分企业为拿到项目恶意竞争压价价格，中标后施工单位的工作人员多数是廉价的临时工，施工单位施工质量不合格，造成衬胶管道法兰处衬胶损伤，在运行中损伤的部位抵御浆液的腐蚀破坏能力变弱，造成衬胶损坏浆液直接腐蚀碳钢管道。
        3.3控制腐蚀的措施
        1）减小供浆管道的压力
        一是，优化制浆系统的设备布置，最大程度的减少供浆管道的实际距离，从而减小石灰石供浆管道的压力。二是，改进石灰石共浆泵配置，由原来的工频定速水泵该进成变频可调水泵，此方案有效降低了供浆泵出口的压力，很大程度上减小了浆液对管道的冲刷和磨损。
        2）确定合适的冲洗水压力
        通过精准计算和反复的实际试运行，确定冲洗水的管径，做到即能对供浆管路冲洗干净不沉积浆液又使冲洗水的压力足够小达到对管路的冲刷磨损性最小。
        3）严控供货，严管施工减少管道投运前的损伤
        衬胶管路的供货选择选择信誉好、产品质量好的企业。在企业生产衬胶管道的过程中派专人到生产现场监督、检查，加强衬胶管道生产的过程控制，对于生产条件不合格或固化时间短的产品不予收货。衬胶管道运到施工现场在安装前用电火花仪对每根管道进行检查，管道中衬胶厚度不达标或衬胶中含有气泡的返厂重新生产。加强供浆管道安装队伍的培训和管理，安装过程中严格执行衬胶管道安装工艺标准，通过提高监督检查力度及制定奖惩办法，提升安装质量。
        4、结语
        本文详细的阐述了脱硫系统重点磨损、腐蚀区域腐蚀的原因，并对重点磨损、腐蚀的区域提出了当前最先进、最有效的防治措施。为建设和技改项目在脱硫系统的设计和防腐工艺和材料的选择上提供借鉴的思路，为投产后运行和维护人员了解脱硫系统易出现的问题和采取的控制措施提供借鉴的方法。
        参考文献：
        [1]孙克勤，钟秦火.电厂烟气脱硫系统设计、建造及运行[M].北京:化学工业出版社，2005.
        [2]赵凯.玻璃鳞片树脂和橡胶衬里在湿法脱硫吸收塔上的应用[J].开发应用，2008，(6).