燃煤電廠脫硫管道腐蝕失效分析及預防工藝的研究

1、燃煤電廠脫硫設備新型內襯材料的研制與應用劉軍' 朱正芳2（江蘇灤竹環(huán)境工程有限公司，江蘇常州，213135）摘 要：介紹了燃煤電廠脫硫系統(tǒng)漿液輸送設備在運行過程中腐蝕、磨損、疲勞失效的現狀，針對性 氣、固、液三相流體輸送的特征以及失效機理展開了較深入的分析研究，研制了一種新型的陶瓷/聚 合物復合內襯材料，并應用于電廠脫系統(tǒng)管道設備漿液輸送，有效地保障了脫硫設備的安全、經濟運 行。abstract： coal-fired power plant desulfurization system were introduced in this paper slurry transportati

2、on equipment in the running process of the status quo of corrosion, wear and fatigue invalidation targeted gas, solid and liquid phase fluid transfer characteristics and failure mechanism of the deeper analysis and research, has developed a new kind of ceramic/polymer composite lining materials, and

3、 applied to the power take off system slurry transportation pipeline equipment, effectively guaranteeing the safe and economic operation of desulfurization equipment.關鍵詞：燃煤電廠脫硫設備防腐耐磨 復合內襯keyword: coal-fired power plants, the desulfurization equipment, anticorrosive wearing, composite lining o引言目前，我國

4、電力生產以燃煤發(fā)電為主，燃煤發(fā)電廠是將煤炭燃燒所得的熱能通過適當的動力機械 轉換為機械能，再通過發(fā)電機將機械能轉換為電能的發(fā)電方式。燃煤電廠發(fā)電的生產工藝流程是將煤 炭破碎后經制粉設備制成煤粉，靠煤粉風機做功，將煤粉輸入粗細粉分離器進行分離，分離出來的合 格煤粉送入鍋爐燃燒。燃燒后的灰粉和渣再通過氣壓輸入電除塵設備收集貯存，而含有s02以及nox 污染氣體和部分粉塵則經過煙氣脫硫、脫硝等裝置進行化學轉化和沉降而被清除。在整個工藝過程川煤粉、灰、渣以及so?、no*等物料的輸送動力設備有風機、泵和螺旋管道輸 送機等設備。煤粉風機、漿液泵等設備所輸送的物料如煤粉、灰粉和灰渣、灰漿勢必對設備造成腐蝕

5、 和磨損。其磨損和腐蝕程度與粉塵顆粒直徑以及煤肝石含量，氧化硫含量等物料質量有關。管道是燃 煤發(fā)電廠生產工藝流程的紐帶。發(fā)電廠管道輸送物料是指煤灰粉、灰渣以及煙氣脫硫、脫硝過程中化 學腐蝕性混合漿液等，由于被輸送物料屬氣、固、液三相流體或氣、固二相流體輸送，設備輸送的物 料常伴有腐蝕和磨損共存，尤其是在高溫環(huán)境工況下運行的設備使用壽命極為有限。腐蝕、磨損和疲勞斷裂是設備材料在使用過程中導致功能失效的三大主要原因，腐蝕磨損出現的 條件首先是存在腐蝕介質，其次才是相對運動的（摩擦）表面。但在實際工況環(huán)境中，它們往往同時 1劉軍（1983-）,男，江蘇常州人，助工，總經理。主要從事企業(yè)管理及耐磨、抗

6、腐蝕、耐高溫材料的研究、開發(fā)與 應用工作。e-mail： 120704264 作者簡介：2朱正芳，（1947.9-）,男，湖南衡陽，教授級高工，主要從事電力工業(yè)耐磨耐蝕耐熱材料的研究、開發(fā)少應用工作。 e-mail: zhu0749（3） 。參與設備材料的加速破壞而失效。國內外在防磨耐腐蝕領域使用的防護材料有金屬材料、非金屬材料或者由兩種材料構成的復合材 料。由于在機械磨損、化學腐蝕介質以及腐蝕性氣體等復雜工況環(huán)境條件下運行，設備的使用壽命極 為有限，因此研究開發(fā)輸送、貯存腐蝕與磨損共存的多相流體物料的設備復合材料內襯也是當今新材 料開發(fā)的技術前沿，也是防磨耐腐蝕材料領域技術創(chuàng)新的一大關鍵，具

7、有十分顯著的社會經濟效益。 1燃煤電廠脫硫系統(tǒng)管道失效現狀及機理分析1.1脫硫系統(tǒng)管道設備失效現狀早期的燃煤發(fā)電廠煙氣脫硫防磨耐腐蝕管道及容器設備采用低碳和超低碳奧氏體不銹鋼如316 (00crl7nil4mo3)或317(0crl8nil2moti)不銹鋼。這類不銹鋼對于氧化介質有很好的耐腐蝕性能。 但是在實際應用中，發(fā)現有點蝕、縫隙腐蝕及沖刷磨損等現象。鈦合金是優(yōu)良的耐腐蝕抗磨材料，應用在煙氣系統(tǒng)的管道和容器上都表現良好的防磨耐腐蝕性 能，但是價格昂貴。鎳基合金的應用效果非常理想，但是價格昂貴。目前，也有電廠采用鑄石復合材料和抗磨白口耐磨鑄鐵復合材料制成管道及容器，缺點是重量大、 性脆，不

8、適宜在腐蝕性大的濕態(tài)工況條件下運行。采用鋁熱法和粘貼法制造的陶瓷復合管道及容器，耐磨性能十分好。其缺點是內襯脆性大、易裂, 在使用過程出現質量事故的機率較高，如果施工工藝過程屮稍有質量失控，會造成陶瓷片脫落。現有管道流體輸送技術小，一般采用橡塑復合材料制成的管道或容器，它既保持了鋼結構體的強 度，又發(fā)揮了橡塑的耐腐蝕性能，并且價格低廉。缺點是內襯抗老化性差，結合強度低，不耐有機溶 劑，部分塑膠有吸水性，現場修復質量難以控制。綜上所述，各燃煤發(fā)電廠現在應用物料輸送和貯存設備存在單一或復合材料制成，由于材料單一 功能的局限，致使采購的輸送管道等設備不具備耐磨耐腐蝕和內壁裝置結垢共存的環(huán)境下運行，尤

9、其 是在高溫、多相(汽、固、液)，高濃度物料輸送工況環(huán)境下，使用壽命極短，檢修頻繁嚴重影響了 電廠安全、經濟、高效運行和環(huán)境污染。1.2脫硫系統(tǒng)管道設備失效機理分析煙氣脫硫系統(tǒng)設備防腐蝕里材料運行中發(fā)生的物理破壞主要有溶脹、鼓泡、分層、剝離、脫黏、 龜裂和開裂等。引起這些防腐蝕襯里失效的因素很多，主要分析有以下幾個方面：1腐蝕介質的滲透作用。這是引起襯里破壞的前提因素。導致介質滲透有三個原因：首先在室溫 條件下成型的襯里材料，均為非致密體，其屮存在有大量的分子級空穴，更為嚴重的是，溶劑的揮發(fā) 使這種缺陷量進一步增大，這就為介質的遷移滲透提供了通道；其次，作為復合材料的襯里材料，界 面間總是存在

10、空隙；再則，襯里本體在混配成型過程中，必然會有微氣泡和微裂紋缺陷的產生。襯 里材料本身具有的這種固有缺陷導致了腐蝕介質滲透的不可避免性。例如某發(fā)電廠脫硫系統(tǒng)吸收塔和 管道襯膠由于滲透失效剝落的碎片造成堵管停機事故時有發(fā)生。2. 應力腐蝕。它是引起襯里材料物理腐蝕破壞的重要因素，主要有殘余應力、熱應力、交變應力 等。3. 殘余收縮應力。非金屬材料襯里本體在固化時，大分子間因固化反應形成的新化學鍵及物理鍵, 使得大分子的聚集態(tài)及構象發(fā)生變化，分子間距離的縮短導致樹脂體積收縮。襯里使用的多種上材料 屮，固相材料相對收縮率小，從而限制了樹脂的收縮，導致本體形成的收縮殘余應力。而且樹脂材料 本身，也會因

11、為固化反應速度及固化熱分布不均勻，導致構象及聚集態(tài)變化不完全而形成殘余收縮應 力。例如石灰石漿液罐及漿液處理系統(tǒng)的玻璃磷片襯里龜裂剝落時有發(fā)生。4. 熱膨脹系數不同。在熱壞境下使用的非金屬襯里材料，比金屬基體的熱膨脹系數要大得多，二 者不同的膨脹量導致二者界血處形成熱應力，在樹脂和填料i'可也存在這種熱應力。5. 鍋爐負荷的變化、氣流/液流的沖擊及其他地方也會帶來交變應力。6. 施工質量是保證防腐蝕涂層能有效地保護設備的可靠性能為前提。表而處理不好會降低黏結強 度、分層施工造成表面污染會降低界面的黏結強度，除泡不當會增加本體內的缺陷，固化不足會導致 襯里內聚強度不良等。提高設備防腐蝕襯

12、里的使用壽命，主要應該從優(yōu)化設備襯里研制，實施以可靠性為屮心的設備維 護管理、優(yōu)選防腐蝕材料、加厚防腐層、抑制介質滲透，減少襯里層內殘余應力、強化施工質量和再 制造工藝技術等方面入手。煙氣脫硫裝置防腐蝕材料的研制對于防腐蝕襯里起到關鍵性的作用，在設計中要充分考慮到設備 在各區(qū)域運行的腐蝕壞境，有效兼顧襯里材料與待襯設備結構、強度、剛性及運行狀態(tài)的匹配關系， 才能真正做到防腐襯里的安全、可靠。2煙氣脫硫設備新型內襯材料的制備工藝與技術特點陶瓷/聚合物復合材料是能夠在金屬和非金屬設備基體上通過特殊復合工藝而形成的復合材料 襯里，它具備防腐蝕、抗磨損、防結垢等功能。例如多元復合鋼管就是由金屈一陶瓷一

13、聚合物、丁基 橡膠等多層材料經過反應加工復合而成的高性能管道制品，其中外層無縫鋼管作為承載件，管道內襯 底層為聚合物纖維層，中間層微納米改性陶瓷作為抗磨耐蝕骨架層，內壁有機/無機拼混樹脂主要起 防腐、防結垢功能層。煙氣脫硫系統(tǒng)陶瓷/聚合物復合材料內襯制備時的技術創(chuàng)新工藝有效地解決了金屬（非金屬）一 陶瓷一聚合物，界面的結合力，陶瓷層材料的脆性開裂以及多層材料之間的熱膨脹系數的匹配性，設 備的新型陶瓷/聚合物復合材料構成的內襯充分發(fā)揮了單一材料的待有性能和拼混改性樹脂與微鈉米 材料的復合效應，從而即使在較高的運行溫度和惡劣的工況環(huán)境下，仍具有優(yōu)界的抗磨耐腐蝕性能和 緩結垢功能，使常規(guī)防腐蝕設備復

14、合內襯在腐蝕與磨損式結垢共存工況下使用壽命短問題得到了有效 解決。陶瓷/聚合物復合材料內襯技術性能指標：新型復合內襯管道和容器等設備工藝方案，構思獨特，極大地提高了管道及過流件設備耐磨抗 腐蝕性能，我們在多個燃煤電廠煙氣脫硫系統(tǒng)對現有的管道、設備進行了技術改造和維護，使用壽命 與現有技術相比提高了 36倍，可廣泛應用于燃煤發(fā)電廠脫硫、除灰、排渣系統(tǒng)多相物料輸送和排 放。將高分子重反應聚合物及陶瓷材料與鋼壁設備結合作為防磨耐腐蝕基礎構成由多種材料組成的 復合內襯管道和容器以及漿液循壞泵等設備。適用各種無機酸、堿、鹽類，部分有機物，各種粉體、顆粒懸浮液的輸送。使用工況溫度：在干燥環(huán)境屮可在135&

15、#176;c下連續(xù)使用，增強聚合物材料可在260°c380°c環(huán)境中 連續(xù)使用。在濕態(tài)環(huán)境屮，可在-30°c180°c工況環(huán)境屮使用；陶瓷硬度hra90,抗壓強度2200mp。，結合強度20mpa；使用工況壓力：0.116mpa；內襯密度：3. 656. 27g/ciih；內襯摩擦系數：0.04內襯與鋼基體結合強度20mpa以上，可在真空工況下長期使用。3結論采用該復合內襯裝置制成的內襯比常規(guī)襯橡塑、鋁熱法陶瓷、貼片陶瓷等復合內襯相比，具有以 下優(yōu)點：1膨脹系數8.7x10-7°c與鋼基外層熱膨脹系數lixiovc相差不大，兩者物理性能匹配，在工 況交變溫度作用下，內襯不鼓氣、塌癟、褶皺，法蘭翻邊處不開裂。內襯表面光滑，不結垢，水力阻 力小。2. 復合內襯產品具有特殊的耐磨蝕、耐化學腐蝕性能、抗老化和優(yōu)越的水力性能，抗拉強度 160mp260mpa；它還是熱和電的絕緣體。這不僅是一種防磨損、腐蝕和氣蝕的保護材料，還可用于 修復修補和處理腐蝕、氣蝕、銹蝕、沖蝕、機械磨損、變形、裂紋、孔洞、滲漏等各種缺陷和故障設 備防磨、耐腐蝕工作面的理想內襯裝置材料?？蓪σ呀泩髲U的耐磨彎管、變徑管、三通管等過流件壁 面進行修復，實現再