FRP材料在煙囪防腐中的應(yīng)用

卞海兵　李旭海（華電鄭州機(jī)械設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450000）

FRP材料在煙囪防腐中的應(yīng)用

卞海兵李旭海
（華電鄭州機(jī)械設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450000）

FRP（Fiberglass Reinforced Plastics），即玻璃纖維增強(qiáng)塑料，是一種以高分子環(huán)氧樹脂為基體，玻璃鋼或碳纖維等為增強(qiáng)體，經(jīng)過復(fù)合工藝而制成的復(fù)合材料。其中，玻璃纖維提供整體材料的強(qiáng)度和剛性，樹脂提供FRP的化學(xué)性和韌性，形成一種綜合性能都很好的復(fù)合體。它具有輕質(zhì)高強(qiáng)，耐腐蝕，絕熱、絕緣，設(shè)計(jì)靈活，工藝性優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。

FRP材料；煙囪防腐；應(yīng)用

20世紀(jì)70年代開始，玻璃鋼煙囪就因其優(yōu)良的耐腐蝕性能而在美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的電力行業(yè)中得到應(yīng)用。玻璃鋼在國(guó)外，廣泛應(yīng)用于化工﹑冶金﹑船舶和航天等防腐設(shè)備和工程中，國(guó)外玻璃鋼排煙筒在電力行業(yè)的應(yīng)用始于FGD開始應(yīng)用的20世紀(jì)70年代。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止到2009年FRP排煙筒在美國(guó)的電廠煙囪工程中已經(jīng)占到60%以上，美國(guó)政府能源部礦物燃料辦公室DOE/FE-0400號(hào)燃煤電廠推薦性設(shè)計(jì)方案，將“鋼筋混凝土外筒+FRP內(nèi)筒”作為美國(guó)燃煤電廠脫硫煙囪的唯一推薦方案。最近十幾年來，“鋼筋混凝土外筒+FRP內(nèi)筒”的脫硫煙囪形式，已成為美國(guó)燃煤電廠脫硫煙囪的主要結(jié)構(gòu)形式，在歐洲和日本也有同樣的發(fā)展趨勢(shì)。

由于我國(guó)早期火電廠的煙氣溫度較高，玻璃鋼材料在高溫下性能衰減很快，所以在國(guó)內(nèi)始終未能得到大范圍推廣。應(yīng)環(huán)保要求，目前國(guó)內(nèi)大型發(fā)電廠的煙氣脫硫系統(tǒng)一般都引入濕法脫硫技術(shù)，煙氣經(jīng)過脫硫系統(tǒng)后，轉(zhuǎn)變?yōu)槌睗駸煔夂蜐駸煔猓睗駸煔庵饕笣穹摿蚣釉O(shè)GGH系統(tǒng)后產(chǎn)生的煙氣，濕煙氣主要指濕法脫硫不加設(shè)GGH產(chǎn)生的煙氣。濕法脫硫后的濕煙氣和潮濕煙氣及其產(chǎn)生的冷凝液均具有強(qiáng)腐蝕性。根據(jù)華電電力科學(xué)研究院2012年5月做的《中國(guó)華電集團(tuán)公司燃煤電廠煙囪防腐調(diào)研情況總結(jié)》以及河南省內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況，目前國(guó)內(nèi)不設(shè)GGH或GGH運(yùn)行不正常的脫硫濕煙囪防腐蝕出問題的比例較大，達(dá)到40%，其中問題嚴(yán)重的需要盡快進(jìn)行改造的達(dá)到30%以上。

國(guó)內(nèi)研究和開發(fā)性能良好的FRP排煙筒防腐配套技術(shù)（包括整體纏繞和預(yù)制玻璃鋼襯套）也成為一種趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)目前“煙塔合一”的玻璃鋼煙道投運(yùn)﹑在建的工程已有20多案例，煙管直徑已達(dá)6.0m—8.5m。對(duì)于整體纏繞FRP玻璃鋼煙道的設(shè)計(jì)和施工積累了大批成熟的經(jīng)驗(yàn)。近幾年在小型熱力工程中也成功建造了一批FRP小煙囪。

2006年辛店發(fā)電廠作為國(guó)內(nèi)第一個(gè)FRP排煙筒（高度180m，內(nèi)徑6.6m）.不幸的是，在交工前一天補(bǔ)焊時(shí)引燃了118m平臺(tái)上堆積的玻璃絲隔熱棉，造成火災(zāi)。這次災(zāi)難雖然是施工現(xiàn)場(chǎng)管理失誤，但讓這個(gè)很有前途的方案在5年時(shí)間內(nèi)無人敢問津。

玻璃鋼煙囪具有以下優(yōu)勢(shì)：

耐蝕性優(yōu)越，優(yōu)于鈦板和輕質(zhì)泡沫磚，耐酸﹑堿﹑酸堿交替﹑氧化性介質(zhì)﹑有機(jī)溶劑等復(fù)雜化學(xué)條件環(huán)境下的防腐蝕要求，屬于超級(jí)耐腐蝕材料。

成型工藝簡(jiǎn)單，整體結(jié)構(gòu)﹑密閉性能好，能夠達(dá)到整體不漏煙氣﹑不漏酸液，無腐蝕薄弱點(diǎn)，無腐蝕薄弱點(diǎn)，無焊縫﹑接縫﹑氫裂；絕熱體，無需保溫；

強(qiáng)度和形狀可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，可按需任意設(shè)計(jì)；

工廠化加工程度高，現(xiàn)場(chǎng)安裝接頭數(shù)量少，易于質(zhì)量控制；

耐老化性能好﹑壽命長(zhǎng)（與機(jī)組等壽命或更長(zhǎng)），耐高溫性能可滿足排煙筒要求，防火達(dá)到B級(jí)阻燃性能；

良好力學(xué)性能，強(qiáng)度高﹑高模量﹑抗疲勞性能高，適合復(fù)雜工況，運(yùn)行安全可靠性高；

輕質(zhì)，重量約為鋼材的1/4-1/5，便于設(shè)計(jì)安裝酸液收集與排放裝置，控制煙囪雨；

其不足之處在于：

（1）要求專業(yè)的結(jié)構(gòu)鋪層設(shè)計(jì)；

（2）耐高溫性：不及鈦板和賓高德磚，長(zhǎng)期使用溫度低于120℃，短時(shí)耐溫可達(dá)200℃，但在150℃高溫下強(qiáng)度保持率不理想，耐蝕性也大打折扣；

（3）阻燃性：遇明火會(huì)燃燒，但明火熄滅后不會(huì)自燃；

現(xiàn)在，隨著火電廠脫硫后的煙氣溫度大幅度降低，已低于玻璃鋼材料的最高適用溫度。因此，F(xiàn)RP復(fù)合材料在新的工況條件下具有極大的應(yīng)用潛力，且依靠其在國(guó)外電廠煙囪防腐領(lǐng)域中的優(yōu)秀表現(xiàn)，一定可以快速占領(lǐng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。

目前玻璃鋼材料防腐蝕領(lǐng)域較為常用的環(huán)氧玻璃鋼﹑聚酯玻璃鋼﹑環(huán)氧乙烯基樹脂等多種組分的FRP，在實(shí)際應(yīng)用中通過動(dòng)電位極化﹑線性極化﹑EIS等電化學(xué)測(cè)試手段，借助SEM﹑EDX等微觀實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)手段和材料宏觀物理性能測(cè)試，并考慮老化性﹑耐溫防火等綜合性能，篩選出最適于脫硫后濕煙囪工況條件使用的樹脂成分。

應(yīng)用于大型燃煤機(jī)組的玻璃鋼排煙筒，其結(jié)構(gòu)形式主要有：整筒式玻璃鋼排煙筒，弧片拼接式整體玻璃鋼排煙筒，弧片拼接式鋼構(gòu)架整體玻璃鋼排煙筒。

其中，整筒式玻璃鋼排煙筒是指現(xiàn)場(chǎng)工廠化制作成筒節(jié)，然后進(jìn)入煙囪外筒后組裝成整筒，玻璃鋼厚度在20mm左右，可采用分段懸掛安裝方式及自立式。安裝整筒式玻璃鋼排煙筒需部分或整體拆除現(xiàn)有排煙筒，并且煙囪外筒的開口要足以進(jìn)入玻璃鋼筒。而弧片拼接式整體玻璃鋼排煙筒是為了方便進(jìn)入煙囪外筒內(nèi)，同樣要求在工廠預(yù)制成弧片，一節(jié)玻璃鋼筒由若干個(gè)弧片拼接而成，安裝弧片拼接式整體玻璃鋼有利于克服原有煙囪外筒進(jìn)口尺寸過小等問題，其厚度與整筒式保持一致，但內(nèi)筒施工工作量增大，工程過程控制要求提高?；∑唇邮戒摌?gòu)架整體玻璃鋼排煙筒同樣是為了方便進(jìn)入煙囪內(nèi)，要求施工單位在工廠預(yù)制成弧片，弧片通過鋼架拼接成筒節(jié)，結(jié)構(gòu)力學(xué)功能主要由鋼構(gòu)架提供，防腐功能主要由玻璃鋼提供。玻璃鋼弧片相比上述兩種方案有了很大的材料節(jié)省，其厚度約5-10mm，降低了整個(gè)工程項(xiàng)目造價(jià)，另外安裝弧片拼接式鋼構(gòu)架整體玻璃鋼排煙筒無需拆除現(xiàn)有排煙筒，對(duì)煙囪外筒的開口尺寸也沒有特別要求，但由于是在原有內(nèi)筒懸掛，造成煙囪內(nèi)筒直徑減小，致使煙氣流速提高，對(duì)鍋爐和風(fēng)機(jī)產(chǎn)生一定影響，因此在采用該類方案時(shí)需重新核定煙氣流速對(duì)風(fēng)機(jī)和脫硫系統(tǒng)的影響，該類方案由于煙氣流速升高，不利于煙囪石膏雨的搜集，在后期運(yùn)行中也需要定期維護(hù)檢查未拆除的原有內(nèi)筒。

項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)﹑社會(huì)效益及市場(chǎng)推廣應(yīng)用的前景：

與現(xiàn)有煙囪防腐方案相比，按照相同使用壽命折算，單個(gè)工程可節(jié)約成本約200-600萬元。每年僅華電集團(tuán)內(nèi)煙囪新建及改造項(xiàng)目，即可節(jié)省2000-5000萬元。據(jù)市場(chǎng)調(diào)研過程中的不完全統(tǒng)計(jì)，電力行業(yè)中每年需要新建和改造的煙囪防腐項(xiàng)目有60-80個(gè)，以此估算，若其中1/6選用FRP防腐方案，每年可節(jié)約成本至少在2000萬元以上。

[1]崔永忠，廖永進(jìn)．火電廠脫硫系統(tǒng)及煙囪腐蝕情況分析[J]．廣西電力，2010 （06）：47-49．

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