玻璃鱗片在600 MW機(jī)組煙囪防腐上的應(yīng)用

龔 峻，姜一青

（揚州第二發(fā)電有限公司，江蘇 揚州 225131）

揚州第二發(fā)電有限責(zé)任公司一期工程2臺600 MW燃煤發(fā)電機(jī)組，分別于1998年8月和1999年6月投產(chǎn)運行，為適應(yīng)國家日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，在原機(jī)組上增設(shè)脫硫系統(tǒng)，同期完成了煙囪的防腐工作。

一期機(jī)組煙囪形式為鋼筋混凝土套筒式雙管結(jié)構(gòu)，煙囪主要由承重的鋼筋混凝土外筒、支承平臺、排煙筒和保溫層組成。混凝土外筒內(nèi)有2只排煙筒，分別供1，2號鍋爐排放煙氣。煙囪高度240 m，排煙筒直徑6.5 m，材質(zhì)為上鋼一廠研發(fā)的NS1-2的耐硫酸露點鋼。

1 鋼煙筒防腐技術(shù)方案可行性研究

1.1 脫硫煙氣對煙囪的腐蝕性影響

對煙囪的鋼材進(jìn)行專題研究，將耐硫酸露點鋼懸掛在某電廠煙氣換熱器（GGH）后尾部煙道內(nèi)，經(jīng)測量腐蝕速率為0.4332 mm/a。以腐蝕余量2 mm計算，在脫硫系統(tǒng)運行條件下，預(yù)計煙囪壽命年限僅為4.6年。

根據(jù)“國際工業(yè)煙囪協(xié)會CICIND”的設(shè)計要求，按強(qiáng)腐蝕性煙氣來考慮煙囪安全性設(shè)計。通常煙氣的腐蝕性強(qiáng)弱用腐蝕性指數(shù)Ks衡量，其計算公式為：

式中：Ks為脫硫后煙氣腐蝕性指數(shù)；Sar為燃燒中應(yīng)用基含硫量；Tlds為脫硫后煙氣酸露點溫度；Ts為脫硫加熱后的煙氣溫度；n為脫硫系數(shù)；Aar為燃燒應(yīng)用基含灰量；∑RxO為燃煤灰份中4種堿性氧化物（CaO/MgO/K2O/Na2O）的總含量，%。

腐蝕性指數(shù)越大，表明對物體的腐蝕性越強(qiáng)，對比1號機(jī)組脫硫改造前后以及GGH停運后的參數(shù)，計算出不同運行工況下煙氣Ks指數(shù)。

改造前排煙溫度120℃，Ks為0.6，屬弱腐蝕性強(qiáng)度，說明原煙氣對煙囪的腐蝕作用很弱，鋼內(nèi)筒本身的材料10CaMnCu具有一定的抗腐蝕性，對煙囪不構(gòu)成威脅；改造后GGH正常運行時排煙溫度80℃，Ks為1.5，屬中等腐蝕性強(qiáng)度，說明脫硫后排煙溫度在80℃，高于酸的露點，此時的煙氣具有中等腐蝕強(qiáng)度；改造后GGH停運排煙溫度50℃，Ks為2.2，屬強(qiáng)腐蝕性強(qiáng)度，說明GGH停運排煙溫度50℃時，低于酸的露點，煙氣中產(chǎn)生了大量的含酸水汽，此時的煙氣具有強(qiáng)烈的腐蝕性。

1.2 脫硫煙氣的特點

采用濕法脫硫后煙氣中SO2的脫硫率達(dá)90%以上，但S03脫硫率只有50%，煙氣中仍有一定的含硫量，腐蝕性依然存在。同時由于煙氣濕度增加，排煙溫度下降，使煙氣極易在煙囪的內(nèi)壁結(jié)露，形成腐蝕性很強(qiáng)的酸液。因此脫硫煙氣具有以下特點：

（1）煙氣中水份含量高，煙氣濕度大。

（2）煙氣溫度低，一般在40～80℃。經(jīng)測試40～80℃時腐蝕速率是其它溫度點的3～8倍。

（3）煙氣中酸液濃度低，低濃度酸液比高濃度酸液的腐蝕性更強(qiáng)。

（4）煙氣濕度增大導(dǎo)致煙氣密度增加，煙囪處于正壓運行，對排煙筒筒壁產(chǎn)生滲透壓力，加快腐蝕進(jìn)程。

（5）煙氣溫度變化區(qū)間大。GGH運行時排煙溫度為80℃，GGH停運排煙溫度為40℃，煙氣走旁路時的排煙溫度為120℃，機(jī)組事故狀態(tài)下排煙溫度最高可達(dá)180℃。

由此可知，排放脫硫煙氣的煙囪比排放普通煙氣的煙囪對防腐蝕的設(shè)計要求更高，在選擇鋼內(nèi)筒防腐技術(shù)方案時應(yīng)充分考慮。

1.3 玻璃鱗片的性能特點

玻璃鱗片應(yīng)用最廣泛的是酚醛型乙烯基樹脂漆，它是以乙烯基樹脂材料為主，加入10%～40%片徑不等的玻璃鱗片，具有高交聯(lián)密度的特性，因而有良好的耐酸、耐溶劑和耐高溫性能。玻璃鱗片的厚度約5 μm，在涂層中與基體平行、疊壓排列，重疊排列的扁平玻璃鱗片形成致密的防滲層結(jié)構(gòu)，猶如迷宮效應(yīng)。在1 mm厚的涂層中有約100層迷宮密封，使腐蝕介質(zhì)在固化后的玻璃鱗片中的擴(kuò)散須經(jīng)過較長時間和復(fù)雜的路徑，從而能有效地抑制腐蝕介質(zhì)的滲透速度，如圖1所示。

1.4 玻璃鱗片的選型

圖1 玻璃鱗片防腐示意圖

國產(chǎn)和進(jìn)口的玻璃鱗片不僅價格差異較大，性能參數(shù)也存在較大差異。為確保玻璃鱗片的性能指標(biāo)滿足煙囪防腐，要求廠商按規(guī)定制作標(biāo)準(zhǔn)試樣，送往國家權(quán)威檢定機(jī)構(gòu)進(jìn)行樣本試驗，通過試驗真實反映各產(chǎn)品的性能，為最終確定產(chǎn)品供應(yīng)商和施工工藝方案提供科學(xué)決策依據(jù)。

根據(jù)市場應(yīng)用情況，選擇了2種進(jìn)口材料（產(chǎn)品1，2）和1種優(yōu)秀的國產(chǎn)材料（產(chǎn)品3），檢驗項目模擬脫硫煙氣工況和特殊運行工況，試驗結(jié)果如下：

（1）耐熱性試驗，升溫至160保溫24 h，然后做附著力試驗。首先檢驗玻璃鱗片的耐熱性能，再檢驗玻璃鱗片經(jīng)過極端溫度后與母材附著性能。耐熱試驗完成后，3個產(chǎn)品的試樣均產(chǎn)生變色，但表面無鼓泡、起皮現(xiàn)象。附著力試驗采用拉開法，4.1MPa時產(chǎn)品3面漆破壞底漆良好；7.1 MPa時產(chǎn)品2底漆與母材間破壞；7.7 MPa時產(chǎn)品1面漆破壞底漆良好。

（2）耐酸性試驗，將試樣放入50℃10%H2SO4溶液中浸泡168 h，然后做附著力試驗。首先檢驗玻璃鱗片的耐酸性能，再檢驗玻璃鱗片在強(qiáng)硫酸浸泡后與母材附著性能。耐酸性試驗完成后，3個產(chǎn)品均無變色，表面良好。附著力試驗采用拉開法，1.1 MPa時產(chǎn)品2底漆與母材間破壞；1.7 MPa時產(chǎn)品3底漆與母材間破壞；5.4 MPa時產(chǎn)品1面漆破壞底漆良好。

根據(jù)測試結(jié)果可以看出，產(chǎn)品1綜合性能良好，因此煙囪鋼內(nèi)筒防腐材料選擇產(chǎn)品1。

2 防腐煙囪應(yīng)用

2.1 不同運行條件下玻璃鱗片的防腐性能

煙囪防腐改造后經(jīng)歷了以下3個運行階段：

第1階段為脫硫系統(tǒng)未投產(chǎn)階段。煙氣從旁路進(jìn)入煙囪，此時的煙氣溫度120℃左右，在運行2個月后進(jìn)入煙囪檢查玻璃鱗片應(yīng)用情況。

拂去煙囪表面灰塵，發(fā)現(xiàn)玻璃鱗片面涂顏色經(jīng)高溫?zé)煔獾淖瓶?，由白色轉(zhuǎn)變成紅色，這和耐熱性試驗時的情況相吻合，顏色的變化對防腐性能不會產(chǎn)生影響。進(jìn)一步檢查，玻璃鱗片附著良好，無起殼、剝落現(xiàn)象。

第2階為脫硫系統(tǒng)投產(chǎn)GGH正常運行階段段。運行2年后進(jìn)入煙囪內(nèi)部檢查，玻璃鱗片顏色仍為紅色，表面涂層情況良好，未見鼓泡、剝落現(xiàn)象，對玻璃鱗片測厚檢查，涂層厚度為1592 μm，說明玻璃鱗片的耐磨性能很好。在煙囪內(nèi)部留有的1塊試樣一面涂有玻璃鱗片，另一面未作防腐，兩個面參照對比，檢查發(fā)現(xiàn)防腐面玻璃鱗片情況很好，未防腐面表面同樣情況良好，沒有嚴(yán)重銹蝕，同時在煙囪底部也未見有大量水跡。說明在GGH正常運行工況下，煙氣溫度在80℃以上，酸露點可以得到有效控制，煙囪表面沒有酸液流淌，煙氣中的水份大部分處于飽和狀態(tài)，對煙囪的影響微乎其微。

第3階段為GGH退出運行階段。由于GGH裝置在脫硫系統(tǒng)運行期間頻繁堵塞，需要定期退出進(jìn)行人工清洗，花費甚高而且效果不甚理想，同時GGH堵塞對脫硫效率也產(chǎn)生不利影響，因此將GGH傳熱元件拆除，GGH裝置出口煙氣溫度由80℃降至50℃左右，煙氣中含有大量水汽并凝結(jié)在煙囪、煙道內(nèi)，由于煙道阻力增加，煙氣壓力也有所上升。

2.2 出現(xiàn)的問題及處理措施

煙囪長期處于潮濕狀態(tài)下運行，逐漸暴露出一些問題：

（1）2010年2月檢查發(fā)現(xiàn)煙囪和煙道玻璃鱗片表面有少量鼓泡，用鏟刀使勁鏟除后，里面是一個空腔，界于底涂和面涂之間，底涂顏色鮮紅，鰭片痕跡明顯，附著良好未受影響。分析原因認(rèn)為與施工有關(guān)，由于施工作業(yè)面環(huán)境較差，在噴涂面涂層時表面粘有灰塵，造成面涂層存在少量微孔。GGH撤出后，煙囪內(nèi)部壓力增大，處于正壓運行狀態(tài)，水汽從面涂層的微孔向里滲透，進(jìn)入底涂和面涂之間，并在壓力的作用下逐漸擴(kuò)展，造成面涂和底涂剝離形成空腔，從而導(dǎo)致如圖2所示的鼓泡現(xiàn)象。但由于底涂玻璃鱗片附著力強(qiáng)、致密性好，仍然對煙囪金屬表面起到較好的防護(hù)作用，目前未發(fā)現(xiàn)煙道和煙囪被腐蝕的情況。對鼓泡點進(jìn)行物理清除，表面清潔后重新刷上面涂層，并安排后期復(fù)查。

圖2 鼓泡照片

（2）由于煙氣攜帶大量水汽，水汽中又含有少量石膏，在重力的作用下沉積在煙囪和煙道內(nèi)，使煙囪和煙道內(nèi)積存大量酸水和石膏，對煙道鋼結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重威脅。為此在煙囪底部和煙囪入口開設(shè)了5個疏水口，保證了酸水排放暢通。

（3）煙氣攜帶水汽后，在煙道轉(zhuǎn)向處對非金屬膨脹節(jié)產(chǎn)生沖刷磨損，造成煙囪入口膨脹節(jié)破損，運行期間水汽大量泄漏，為此在膨脹節(jié)表面覆蓋了1層3 mm厚的316L不銹鋼板，有效解決了這一問題。

（4）總體上看，在GGH停運后金屬腐蝕速率大大加快，通過煙囪內(nèi)留存的試樣可以看出整個腐蝕過程。2008年5月前的試樣表面情況良好，防腐和未防腐面均沒有腐蝕。2010年2月再檢查試樣時，未防腐面嚴(yán)重腐蝕（如圖3所示），表面附著大量化學(xué)結(jié)晶物，而防腐面則情況良好，經(jīng)測試附著力在7.9 MPa，與2006年剛施工完成時相比無明顯變化。

3 結(jié)論

（1）經(jīng)過4年不同運行工況的考驗，充分說明選擇玻璃鱗片防腐工藝對已投運機(jī)組煙囪鋼內(nèi)筒進(jìn)行防腐是可行的，證明在各種運行工況下玻璃鱗片的防腐性能能夠滿足要求。

（2）在GGH頻繁堵塞停運后，隨著煙囪運行工況的惡化逐漸暴露出一些問題，但采取有效措施后仍可保證煙囪的安全運行。

圖3 未防腐面的腐蝕情況

（3）鑒于玻璃鱗片的使用壽命較短，建議機(jī)組在運行10年左右，進(jìn)行全面檢查，為玻璃鱗片的壽命評估和維護(hù)提供依據(jù)。

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