國外某燃?xì)饴?lián)合循環(huán)電站項(xiàng)目硫酸罐的修復(fù)及啟示獲獎科研報告

國外某燃?xì)饴?lián)合循環(huán)電站項(xiàng)目硫酸罐的修復(fù)及啟示獲獎科研報告

摘要：國外某燃?xì)饴?lián)合循環(huán)電站項(xiàng)目的循環(huán)水加藥裝置分為濃硫酸加藥系統(tǒng)、次氯酸鈉加藥系統(tǒng)和阻垢劑加藥系統(tǒng)。其中濃硫酸加藥系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，硫酸罐及管道的內(nèi)部襯膠出現(xiàn)了嚴(yán)重腐蝕問題。本文通過對該問題進(jìn)行了分析，并介紹了修復(fù)方法，希望對類似罐體的處理有參考價值。

關(guān)鍵詞：硫酸;硫酸罐;鈍化膜

1.引言

國外某燃?xì)饴?lián)合循環(huán)電站采用二拖一方式布置，主要設(shè)備為兩臺西門子生產(chǎn)的SGT6-5000F（4）型燃?xì)廨啓C(jī)，兩臺西門子提供的SGen-1000A開放式空冷發(fā)電機(jī)，兩臺杭州鍋爐廠生產(chǎn)的三壓、無補(bǔ)燃、自然循環(huán)余熱鍋爐，型號NG-SGT6-5000F，一臺哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的LN183-12.5/2.56/0.45/565/565/316型汽輪機(jī)，一臺哈爾濱電機(jī)廠生產(chǎn)的QFKN-200-2-60型空冷發(fā)電機(jī)。機(jī)組在燃油模式下額定出力為470MW，在燃?xì)饽Ｊ较骂~定出力為540MW。該燃?xì)饴?lián)合循環(huán)電站的凝汽器冷卻水為循環(huán)水，采用機(jī)械通風(fēng)冷卻塔來冷卻循環(huán)水回水。循環(huán)水的水源來自井水，硬度相對較高，容易結(jié)垢。該聯(lián)合循環(huán)電站的循環(huán)水系統(tǒng)配置了硫酸加藥系統(tǒng)、緩蝕劑和阻垢劑加藥系統(tǒng)、次氯酸鈉加藥系統(tǒng)。

本文介紹和分析了該燃?xì)饴?lián)合循環(huán)機(jī)組的硫酸加藥系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的硫酸罐內(nèi)部襯膠腐蝕問題，并簡單介紹了修復(fù)方法，希望對類似罐體問題的處理有參考價值。

2.硫酸加藥系統(tǒng)概述

該硫酸加藥系統(tǒng)包括一個15m3硫酸罐、兩臺硫酸泵及控制裝置、泵入口濾網(wǎng)、管道、閥門、儀表等。該硫酸罐的設(shè)計儲存能力為滿足機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行1個月，根據(jù)循環(huán)水的流量和PH值等參數(shù)，該硫酸加藥系統(tǒng)能夠自動連續(xù)地向循環(huán)水冷卻塔水池加藥。該硫酸加藥系統(tǒng)的硫酸罐由碳鋼襯膠，硫酸罐頂部有干燥器、超聲波液位計、硫酸加藥口、溢流口，底部有排污管道及閥門，硫酸罐側(cè)面有就地磁翻板液位計。硫酸加藥系統(tǒng)的工藝流程示意圖如下。

該硫酸加藥系統(tǒng)的介質(zhì)為濃硫酸，設(shè)計質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%。硫酸是一種高沸點(diǎn)難揮發(fā)的強(qiáng)酸，易溶于水，能以任意比例與水混溶。在濃硫酸中含有大量未電離的硫酸分子，這使得濃硫酸具有吸水性、脫水性和強(qiáng)氧化性等性質(zhì)。硫酸罐內(nèi)的濃硫酸被局部稀釋后，在罐內(nèi)會產(chǎn)生氫氣，因此，硫酸罐的儲存管理要求較高。

3.硫酸加藥系統(tǒng)在運(yùn)行中出現(xiàn)的問題

該硫酸加藥系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行一段時間后，出現(xiàn)了硫酸泵及管道堵塞問題，在進(jìn)一步檢查后，發(fā)現(xiàn)硫酸罐出口管道也存在堵塞，堵塞的物質(zhì)主要為黑色的橡膠雜質(zhì)。將硫酸罐底部的出口管道疏通后，從管道里流出黑色液體。

將硫酸罐內(nèi)的濃硫酸液體倒換到其他容器后，檢查發(fā)現(xiàn)濃硫酸液體已經(jīng)變成黑色，且含有大量的黑色雜質(zhì)。硫酸罐的內(nèi)部下半部分的襯膠全部腐蝕，腐蝕形成的雜質(zhì)沉淀在硫酸罐的底部。這些雜質(zhì)通過硫酸罐出口管道進(jìn)入道硫酸加藥系統(tǒng)中，造成了整個硫酸加藥系統(tǒng)的堵塞。

下圖為硫酸罐的下半部分的內(nèi)襯膠腐蝕后的照片：

4.硫酸罐內(nèi)部襯膠腐蝕嚴(yán)重的原因分析

4.1硫酸罐選材

碳鋼在硫酸中的速度受硫酸濃度、溫度等影響。在常溫下，碳鋼在濃硫酸中，能夠發(fā)生硫酸中的腐蝕速率見下圖所示：

從上圖中可以看到，在38℃以下，碳鋼在濃度為93%-98%的硫酸中的腐蝕率在一個很低的水平。該項(xiàng)目的環(huán)境溫度為33℃，在該氣溫下，碳鋼在濃度為98%的濃硫酸中的腐蝕率小于5mpy（0.125mmpy）。

該硫酸加藥系統(tǒng)的硫酸罐由碳鋼制造，內(nèi)壁上有襯膠。目前國內(nèi)市場上，大部分的硫酸罐也都采用碳鋼制造。這是因?yàn)闈饬蛩峋哂袕?qiáng)氧化性，會與鐵等金屬發(fā)生鈍化作用，在金屬表面形成致密的鈍化膜，起到隔絕反應(yīng)物的作用，保護(hù)膜內(nèi)的金屬。

設(shè)計院在硫酸罐的碳鋼內(nèi)壁又設(shè)計了襯膠，厚度為3/16英寸，設(shè)計院考慮利用內(nèi)襯氟橡膠，能耐濃硫酸，也能適用濃硫酸水稀釋后濃度下降。

4.2硫酸罐內(nèi)部襯膠腐蝕嚴(yán)重的原因分析

該項(xiàng)目在出現(xiàn)了硫酸罐內(nèi)部襯膠腐蝕問題后，經(jīng)過對該問題進(jìn)行核查，發(fā)現(xiàn)造成硫酸罐內(nèi)部襯膠腐蝕的原因主要有幾個：

一個主要原因是硫酸罐內(nèi)襯材質(zhì)問題，設(shè)計文件只提到碳鋼襯膠，未明確為氟橡膠，硫酸罐廠家在硫酸罐內(nèi)襯橡膠的材質(zhì)上存在問題，采用的是丁腈橡膠，未使用耐濃硫酸的氟橡膠。氟橡膠可以一定程度上耐濃硫酸，其他大部分橡膠，如丁腈橡膠、丁基橡膠、氯丁膠、硅橡膠等均不耐濃硫酸。

另一個可能的原因是，橡膠有一定使用壽命，硫酸罐經(jīng)過長時間使用后，硫酸罐內(nèi)壁襯膠就有可能需要損壞。

4.3選擇硫酸罐修復(fù)方案需要的考慮因素

根據(jù)濃硫酸的特性，以及碳鋼在濃硫酸中的腐蝕速率的影響因素，在選擇硫酸罐修復(fù)方

案時需要考慮如下幾點(diǎn)：

由于濃硫酸具有吸水性，需要對硫酸罐頂上的干燥器，之前的舊的干燥器已經(jīng)無法起到作用，且該干燥器還需要定期更換。

需要考慮由于硫酸罐戶外布置，硫酸罐在陽光曝曬下，硫酸罐外壁和內(nèi)部的溫度要比環(huán)境溫度高很多，能超過50℃以上。隨著溫度上升，加快了碳鋼在硫酸中的腐蝕速率，影響到硫酸罐的使用壽命。

5.硫酸罐修復(fù)

5.1硫酸罐修復(fù)方案選擇

根據(jù)對硫酸罐內(nèi)部襯膠嚴(yán)重腐蝕的問題的評估分析，以及結(jié)合硫酸罐實(shí)際的工作環(huán)境，項(xiàng)目各方經(jīng)過討論，提出了三個處理方案。方案1是在現(xiàn)有的硫酸罐里，內(nèi)壁除銹，拋光后，利用膠把四氟板粘在罐內(nèi)壁上。方案2是取消循環(huán)水的硫酸加藥系統(tǒng)。方案3是清理硫酸罐內(nèi)壁襯膠，給硫酸罐新建一個硫酸罐頂棚。

由于上述方案1工藝復(fù)雜，成本較高，且當(dāng)?shù)責(zé)o能力進(jìn)行罐內(nèi)襯四氟工藝，又考慮到氟橡膠使用壽命也不太長，所以方案1未采用。

方案2為取消循環(huán)水的硫酸加藥系統(tǒng)系統(tǒng)。在很多項(xiàng)目的循環(huán)水的加藥系統(tǒng)中都沒有采用硫酸加藥系統(tǒng)。該項(xiàng)目之所以采用濃硫酸，主要是因?yàn)樵O(shè)計院考慮到當(dāng)?shù)氐乃炊紒碜跃?，硬度較高。加硫酸可以起到軟化作用，同時還可以調(diào)整循環(huán)水的PH值。所以方案3也沒有采用。

方案3為清理硫酸罐內(nèi)壁上的襯膠，更換硫酸罐頂部的干燥器，并且給硫酸罐新建一個硫酸罐頂棚。由于該硫酸罐為臥式的小型硫酸罐，碳鋼厚度也有12mm，滿足GB150和ASME標(biāo)準(zhǔn)要求，可以用繼續(xù)用來儲存98%的濃硫酸。新建硫酸罐頂棚可以保持硫酸罐周圍的溫度在33℃左右，可以有效降低碳鋼在濃硫酸中的腐蝕速度。

該項(xiàng)目組經(jīng)過綜合評估，選擇了上面的方案3來實(shí)施硫酸罐的修復(fù)。

5.2硫酸罐修復(fù)施工

在明確了硫酸罐修復(fù)方案后，該項(xiàng)目進(jìn)行了硫酸罐修復(fù)施工。主要的展開的修復(fù)工作有以下方面：

1）徹底清理硫酸罐內(nèi)部的襯膠，同時對內(nèi)壁清理除銹;

2）更換硫酸罐的干燥器;

3）對硫酸加藥系統(tǒng)的管道、閥門等進(jìn)行更換，把碳鋼襯膠的材質(zhì)的管道、閥門等全部更換為碳鋼;

4）聯(lián)系當(dāng)?shù)毓咎幚硪呀?jīng)變壞的濃硫酸，同時重新采購濃硫酸;

5）設(shè)計新增的硫酸罐頂棚圖紙，并完成土建和安裝工作;

6）加強(qiáng)硫酸加藥系統(tǒng)的生產(chǎn)管理，

5.3硫酸罐修復(fù)后的效果

該項(xiàng)目的硫酸罐經(jīng)過修復(fù)后重新投用，經(jīng)過一段時間觀察，循環(huán)水的硫酸加藥系統(tǒng)運(yùn)行正常，已經(jīng)很少再發(fā)生堵塞情況，這證明了硫酸罐修復(fù)工作是成功的。硫酸罐的修復(fù)，一方面確保了循環(huán)水的加藥系統(tǒng)正常運(yùn)行，有效改善了循環(huán)水的水質(zhì)，保證了機(jī)組的安全運(yùn)行。另一方面，相比硫酸罐修復(fù)以前，大大降低了人工維修成本，收到了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

6.硫酸罐修復(fù)的啟示

從該項(xiàng)目的硫