脫硫塔內(nèi)襯花崗巖防腐應(yīng)用研究

梁 磊

(江蘇中軼環(huán)保集團(tuán)有限公司，江蘇 宜興 214214)

雙堿法是采用鈉基脫硫劑進(jìn)行塔內(nèi)脫硫，由于鈉基脫硫劑堿液和煙氣中酸酐溶解于水生成的酸液會(huì)對(duì)設(shè)備、管道等造成腐蝕，脫硫工藝中的防腐問(wèn)題一直是煙氣脫硫領(lǐng)域研究中的重要課題[1－4]。脫硫塔作為脫硫系統(tǒng)的核心設(shè)備，做好防護(hù)保養(yǎng)工作勢(shì)在必行[5－6]。目前，濕法脫硫中脫硫塔的防腐技術(shù)主要有整體玻璃鋼或合金鋼、碳鋼襯合金、襯膠或襯玻璃鱗片膠泥防腐等，內(nèi)襯花崗巖防腐還鮮為報(bào)道。在工程實(shí)踐基礎(chǔ)上，結(jié)合某化工企業(yè)雙堿法脫硫系統(tǒng)脫硫塔防腐工程實(shí)例，總結(jié)研究花崗巖作為脫硫塔防腐襯里的應(yīng)用情況，為今后工程實(shí)踐提供參考。

1 脫硫塔防腐工藝確定

某化工企業(yè)新建2×55 t/h三廢鍋爐，年運(yùn)行7000 h。煙氣處理選擇鈉鈣雙堿法脫硫工藝，脫硫系統(tǒng)采用一爐一塔，脫硫塔規(guī)格為φ5.2 m×21.2 m，處理煙氣量為2×170 dam3/h(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。脫硫塔本體采用碳鋼結(jié)構(gòu)，工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 雙堿法煙氣脫硫工藝流程Fig.1 Technology process of double alkali flue gas desulfurization

脫硫塔腐蝕主要有縫隙腐蝕、點(diǎn)腐蝕、應(yīng)力開裂腐蝕、氣泡腐蝕、接觸腐蝕、酸(堿)液腐蝕、露點(diǎn)腐蝕、結(jié)晶腐蝕及鹵化物腐蝕等[7－9]，其中以脫硫劑堿液和煙氣中酸酐溶解于水生成的酸液[10]所引起的麻點(diǎn)腐蝕最為突出。

由于鍋爐燃料為煤氣摻燒少量煤渣，成分不穩(wěn)定，含水率較高，且燃燒后煙氣中含有SO2，HCl及HF等強(qiáng)酸性氣體，鍋爐出煙溫度較低，約為90℃，經(jīng)噴淋后溫度降至約40℃，極易產(chǎn)生低溫露點(diǎn)腐蝕，因此，脫硫塔的防腐必須重視。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析探討后，決定采用花崗巖防腐?；◢弾r與脫硫塔本體用不銹鋼釘固定，環(huán)氧樹脂膠泥澆灌黏合。

2 材料

2.1 花崗巖

花崗巖是一種由巖漿在地殼深處逐漸冷卻凝固形成的構(gòu)造巖，本工程采用的花崗巖化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 花崗巖化學(xué)成分Table1 Chemical composition of granite w，%

由表1可知，花崗巖中SiO2含量較高，因此花崗巖具有較強(qiáng)的耐酸性，經(jīng)檢測(cè)耐酸度高達(dá)97.5%;其次，花崗巖中還含有大量 Al2O3，CaO，MgO及Fe2O3等金屬氧化物，因此也具有較好的耐堿性。此外，花崗巖耐磨性能好，比鑄鐵高5～10倍;莫氏硬度為6，比普通鋼板高1～2;其熱穩(wěn)定性好，隨外界溫度的變化甚微;花崗巖的線膨脹系數(shù)為 4.61 ×10－6m/(m·℃)，僅為鋼鐵的40%?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，花崗巖更適于作為工況條件復(fù)雜多變的脫硫塔內(nèi)襯防腐材料。

2.2 環(huán)氧樹脂膠泥

環(huán)氧樹脂作為防腐蝕材料不但具有密實(shí)、抗水、抗?jié)B漏好、強(qiáng)度高等特點(diǎn)，同時(shí)還具有附著力強(qiáng)、常溫操作、施工簡(jiǎn)便等良好的工藝性能。環(huán)氧樹脂膠泥是以環(huán)氧樹脂為膠結(jié)材料，加入固化劑和填料配置而成。本工程采用環(huán)氧值在0.4以上的618環(huán)氧樹脂為膠結(jié)材料，固化劑為T31，填料為200目的石英粉，配合比為100∶5～20∶30。膠泥配置時(shí)依次加入樹脂和石英粉，攪拌均勻后加入固化劑。配置時(shí)若環(huán)氧樹脂過(guò)稠，可適當(dāng)加入丙酮調(diào)勻后再加石英粉，膠泥宜隨配隨用。

2.3 防腐材料性價(jià)比分析

目前國(guó)內(nèi)常用的雙堿法脫硫塔防腐形式主要有乙烯基酯樹脂鱗片、橡膠襯里、鎳基合金板襯里及鈦基合金板襯里等，本工程防腐面積約800 m2，其防腐經(jīng)濟(jì)性見(jiàn)表2。

表2 幾種防腐類型經(jīng)濟(jì)性對(duì)比Table2 Economy comparison of several anti－corrosion form

由表2可知，采用鎳基合金板襯里、鈦基合金板襯里一次性投入成本較高，其優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行中維護(hù)很少，目前使用較為廣泛，但其使用壽命一直未見(jiàn)報(bào)道。橡膠襯里和乙烯基酯樹脂鱗片無(wú)論造價(jià)還是使用壽命均不及花崗巖襯里，因此，脫硫塔內(nèi)襯花崗巖防腐在雙堿法脫硫系統(tǒng)中具有更好的性價(jià)比，更具適用性。

3 施工工藝流程及措施

3.1 施工工藝流程

基體驗(yàn)收→表面打磨→噴砂除銹→不銹鋼釘焊接→花崗巖開孔→花崗巖支模固定→配制環(huán)氧樹脂膠泥→灌漿→排氣壓實(shí)→補(bǔ)縫→重復(fù)以上步驟→最終檢查→驗(yàn)收。

3.2 施工措施

脫硫塔內(nèi)襯花崗巖的施工范圍主要包括脫硫塔底板、壁板、頂板、設(shè)備接管及內(nèi)支撐梁等。針對(duì)脫硫塔各部位的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采取有效施工措施是保證工程質(zhì)量的關(guān)鍵。

3.2.1 底 板

本工程采用塔內(nèi)漿液循環(huán)，運(yùn)行時(shí)，塔內(nèi)底板需長(zhǎng)期承受酸或堿溶液的浸泡，該區(qū)防腐必須慎重。為簡(jiǎn)化施工操作，節(jié)約材料，底板花崗巖鋪砌方式排版見(jiàn)圖2。中幅板為整塊規(guī)格φ2000 mm×500 mm×25 mm的花崗巖，邊緣板可根據(jù)底板尺寸將花崗巖切割成弧狀條形。底板花崗巖采用鋪漿法分塊施工，每一砌筑塊必須邊鋪10 mm厚樹脂膠泥底漿、邊擺花崗巖、邊灌豎縫，各工序交替進(jìn)行。

圖2 脫硫塔底板內(nèi)襯花崗巖排版Fig.2 Layout chart of desulfurization tower plate lined with granite

3.2.2 壁 板

脫硫塔壁板內(nèi)襯花崗巖(見(jiàn)圖3)防腐工程量大，大部分為高空作業(yè)，花崗巖支模固定難度較大，該區(qū)防腐必須采取有效施工措施。

圖3 脫硫塔壁板內(nèi)襯花崗巖示意(mm)Fig.3 Schematic of desulfurizing tower siding lined with granite

由圖3可知，規(guī)格為500 mm×200 mm×25 mm的花崗巖表面開4個(gè)φ6 mm的圓孔，孔橫向間距為100 mm，縱向間距為250 mm?；◢弾r與金屬基體用40 mm長(zhǎng)的SUS304不銹鋼釘固定，超出部分彎至花崗巖表面。花崗巖與金屬基體之間預(yù)留10 mm灌漿縫，沿塔壁板固定一圈后澆灌環(huán)氧樹脂膠泥。澆灌完畢后，用木錘敲擊花崗巖表面將膠泥排氣壓實(shí)，接縫及開孔處用膠泥填實(shí)。下層澆筑完畢待膠泥固化后方可進(jìn)行上層施工，直至塔頂。鑒于塔內(nèi)多為高空作業(yè)，施工時(shí)需搭設(shè)腳手架及架板，配用卷?yè)P(yáng)機(jī)作為材料提升工具。另外塔內(nèi)密閉陰暗不通風(fēng)，需設(shè)置照明及軸流風(fēng)機(jī)，確保施工有條不紊地進(jìn)行。

3.2.3 頂 板

為減小煙氣對(duì)脫硫塔產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)震顫，塔頂板與壁板設(shè)計(jì)時(shí)通常有一弧形過(guò)渡區(qū)，該區(qū)及塔頂面花崗巖支模固定及膠泥澆灌較為困難，若花崗巖固定不牢，則易脫落，塔體檢修人員及塔內(nèi)件存在嚴(yán)重的安全隱患，因此，塔頂應(yīng)采用玻璃布防腐(見(jiàn)圖4)。

圖4 脫硫塔頂板防腐示意Fig.4 Schematic of desulfurizing tower roof corrosion

由圖4可知，花崗巖與塔頂拐角用膩?zhàn)犹钇讲⑿纬蓤A滑過(guò)渡。塔頂玻璃布防腐為三布四涂，纖維布為無(wú)堿無(wú)捻纖維紗。施工完畢后，花崗巖與塔頂拐角處應(yīng)增加兩層玻纖布補(bǔ)強(qiáng)層，防止對(duì)接處應(yīng)力疲勞開裂，補(bǔ)強(qiáng)范圍自拐角外延300 mm。

3.2.4 設(shè)備接管及支撐梁

脫硫塔內(nèi)件有3層噴淋層、2層除霧器及3層沖洗水層，接管或內(nèi)支撐梁(見(jiàn)圖5)數(shù)量多，施工相對(duì)繁瑣，花崗巖應(yīng)根據(jù)接管或內(nèi)支撐梁的寬度進(jìn)行切割?；◢弾r支模后應(yīng)加上對(duì)應(yīng)的補(bǔ)貼塊，并用不銹鋼釘固定，而后進(jìn)入下步工序。

4 施工重要事項(xiàng)

圖5 設(shè)備接管及內(nèi)支撐梁Fig.5 Device to take over and within the support beam

(1)為確保環(huán)氧樹脂膠泥與金屬基體粘結(jié)的牢固性以及提高膠泥層抗陰極剝離能力，金屬基體表面除銹采用噴砂除銹，除銹等級(jí)達(dá)到GB/T 8923—1998《涂裝前鋼材表面銹蝕等級(jí)和涂裝等級(jí)》Sa 2.5 以上;

(2)施工環(huán)境溫度15～30℃為宜，相對(duì)濕度不宜大于85%，當(dāng)施工環(huán)境溫度低于15℃時(shí)，應(yīng)采取加熱保溫措施，原材料使用時(shí)其本身溫度不應(yīng)低于環(huán)境溫度;

(3)樹脂膠泥在施工或固化期間嚴(yán)禁與水或水蒸氣接觸;

(4)膠泥隨配隨用，充分?jǐn)噭?，一次配量不宜過(guò)多，避免因放熱過(guò)多使膠泥過(guò)早固化;

(5)注意塔內(nèi)照明、通風(fēng)及人員防護(hù)，狹小空間封閉施工時(shí)必須采取強(qiáng)制通風(fēng)。

5 質(zhì)量控制

脫硫塔內(nèi)襯花崗巖防腐工藝質(zhì)量直接決定了其防腐性能和使用壽命，但目前國(guó)內(nèi)煙氣脫硫系統(tǒng)中沒(méi)有統(tǒng)一的質(zhì)量控制規(guī)范，各企業(yè)對(duì)防腐襯里質(zhì)量控制差異較大，防腐襯里的檢查主要憑借技術(shù)人員肉眼觀察進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)判斷。僅靠這些是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，為便于工程技術(shù)人員對(duì)防腐襯里進(jìn)行質(zhì)量把關(guān)控制驗(yàn)收，需要有針對(duì)性地進(jìn)行質(zhì)量要點(diǎn)控制(見(jiàn)表3)。

表3 防腐層質(zhì)量控制要點(diǎn)Table3 Key points of quality control of anti－corrosion layer

6 結(jié)論

(1)花崗巖熱穩(wěn)定性好，隨外界溫度的變化甚微，用于脫硫塔內(nèi)襯時(shí)，塔外部無(wú)需設(shè)置保溫，可節(jié)約投資成本;

(2)正確選材、加強(qiáng)原材料控制與科學(xué)施工是確保防腐工程質(zhì)量、減少腐蝕危害的關(guān)鍵;

(3)花崗巖襯里與乙烯基酯樹脂鱗片、橡膠襯里、鎳基合金板襯里、鈦基合金板襯里等相比，具有更好的性價(jià)比，適合在雙堿法煙氣脫硫系統(tǒng)中應(yīng)用;

(4)雙堿法脫硫所用脫硫劑為鈉堿液，堿性較強(qiáng)，脫硫塔要同時(shí)承受煙氣中酸酐溶解于水生成的酸液以及鈉堿液的侵蝕，其防腐不同于單一的酸液或堿液貯槽防腐。本工程為花崗巖+環(huán)氧樹脂膠泥復(fù)合防腐，一般短期內(nèi)不需維護(hù)，可為同類雙堿法或氨法脫硫塔內(nèi)防腐所借鑒。

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