濕法煙氣脫硫裝置的腐蝕與防護(hù)
2019-03-06 12:28:47
作者：本網(wǎng)整理 來源：百度文庫
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1 引言
火電廠濕法煙氣脫硫環(huán)保技術(shù)因其脫硫率高、煤質(zhì)適用面寬、工藝技術(shù)成熟、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)周期長、負(fù)荷變動影響小、煙氣處理能力大等特點，被廣泛地應(yīng)用于各大、中型火電廠，成為國內(nèi)外火電廠煙氣脫硫的主導(dǎo)工藝技術(shù)。但該工藝同時具有介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)、處理煙氣溫度高、SO2吸收液固體含量大、磨損性強(qiáng)、設(shè)備防腐蝕區(qū)域大、施工技術(shù)質(zhì)量要求高、防腐蝕失效維修難等特點。因此，該裝置的腐蝕控制一直是影響裝置長周期安全運行的重點問題之一。本文力求通過對火電廠濕法脫硫裝置腐蝕介質(zhì)及環(huán)境的分析，明確濕法煙氣脫硫裝置腐蝕介質(zhì)及環(huán)境的特點，結(jié)合我國現(xiàn)有防腐蝕技術(shù)水平，總結(jié)國內(nèi)外濕法脫硫裝置防腐蝕實踐經(jīng)驗，提出實用、經(jīng)濟(jì)、安全的防腐蝕對策。
2 濕法煙氣脫硫裝置的腐蝕機(jī)理
煙氣脫硫裝置中的腐蝕源主體為煙氣中所含的SO2。當(dāng)含硫煙氣處于脫硫工況時，在強(qiáng)制氧化環(huán)境作用下，煙氣中的SO2首先與水生成H2SO3及H2SO4，再與堿性吸收劑反應(yīng)生成硫酸鹽沉淀分離。而此階段，工藝環(huán)境溫度正好處于稀硫酸活化腐蝕溫度狀態(tài)，其腐蝕速度快，滲透能力強(qiáng)，故其中間產(chǎn)物H2SO3及H2SO4是導(dǎo)致設(shè)備腐蝕的主體。此外，煙氣中所含NOX、吸收劑漿液中的水及水中所含的氯離子（海水法氯離子腐蝕影響更大）對金屬基體也具有腐蝕能力。
稀硫酸屬非氧化性酸，此類酸對金屬材料的腐蝕行為宏觀表現(xiàn)為金屬對氫的置換反應(yīng)。從腐蝕學(xué)理論上可解釋為氫去極化腐蝕過程（亦稱析氫腐蝕）。就常用材料碳鋼及不銹鋼而言，兩種材料在稀硫酸環(huán)境中均處于活化腐蝕狀態(tài)，但腐蝕機(jī)理又略有不同。碳鋼在稀硫酸或其它非氧化性酸溶液中的腐蝕屬于陽極極化及陰極極化混合控制過程。這是因為鐵的溶解反應(yīng)活化極化較大，同時氫在鐵表面析出反應(yīng)的過電位也較大，故兩者同時對腐蝕過程起促進(jìn)作用， 導(dǎo)致腐蝕速度加快。而不銹鋼在稀硫酸中的腐蝕屬于陽極極化控制過程，這是因為不銹鋼在稀硫酸介質(zhì)中仍能產(chǎn)生一定程度的鈍化，金屬離子必須穿透氧化膜才能進(jìn)入溶液，因此陽極極化作用大于陰極極化。但在煙氣脫硫中，仍有幾種變化影響：一是在濕法煙氣脫硫中，為保證生成物結(jié)晶效果，必須強(qiáng)制氧化。當(dāng)介質(zhì)中有富氧存在時，不銹鋼表面上的鈍化膜缺陷易被修復(fù)，因而腐蝕速率降低。但因同時具有固體顆粒磨損作用及介質(zhì)Clˉ存在，其鈍化膜易被Clˉ或固體顆粒磨損作用破壞，從而使腐蝕速率大大增加。Clˉ的破壞原因可能是由于Clˉ具有的易氧化性質(zhì)導(dǎo)致的。Clˉ容易在氧化膜表面吸附，形成含氯離子的表面化合物，由于這種化合物晶格缺陷較多，且具有較大的溶解度，故會導(dǎo)致氧化膜的局部破裂。此外，吸附在電極表面的離子具有排斥電子能力，也促使金屬的離子化，但陽極極化仍是主要的。故通常的碳鋼或不銹鋼在此環(huán)境中均不適用。國外經(jīng)多年對金屬材料的篩選試驗，最后將適用金屬材料定位在鎳基合金上，并建設(shè)了若干中、小裝置。但由于鎳基合金價格昂貴，大型煙氣脫硫設(shè)備制做成本太高，其用材開發(fā)逐漸轉(zhuǎn)到碳鋼—有機(jī)非金屬襯里復(fù)合材料技術(shù)路線上來，并獲得了實用性成果。因此，討論有機(jī)非金屬襯里在煙氣脫硫裝置的腐蝕與防護(hù)問題非常必要。鑒于化學(xué)腐蝕在非金屬材料腐蝕設(shè)計選材正確的前提下，是較緩慢的過程，而物理腐蝕破壞則是常見的襯里失效破壞，故本文主要討論有機(jī)非金屬襯里的物理腐蝕破壞。
3 火電廠濕法煙氣脫硫裝置腐蝕區(qū)域及設(shè)備構(gòu)成
盡管濕法煙氣脫硫技術(shù)種類很多，但就其腐蝕環(huán)境區(qū)域構(gòu)成而言，主要分為三個部分：一是煙氣輸送及熱交換系統(tǒng)；二是煙氣含SO2的吸收及氧化系統(tǒng)；三是吸收劑（石灰石漿液）傳輸及回收系統(tǒng)。圖1為濕法空塔吸收煙氣脫硫裝置工藝流程示意圖。
本文僅以空塔吸收工藝為例，說明濕法煙氣脫硫裝置各腐蝕區(qū)域的防腐蝕設(shè)備構(gòu)成。
3.1 煙氣輸送及熱交換系統(tǒng)：
該系統(tǒng)主要包括：換熱器及原煙氣進(jìn)口煙道、換熱器原煙氣出口至吸收塔進(jìn)口煙道、吸收塔凈煙氣出口至除霧器、除霧器至換熱器凈煙氣進(jìn)口煙道、換熱器凈煙氣出口煙道至煙囪、原煙氣旁路煙道至煙氣擋板、煙氣增壓風(fēng)機(jī)。
3.2 SO2吸收及氧化系統(tǒng)：
該系統(tǒng)主要包括：吸收塔、氧化池、氧化空氣注入管、塔內(nèi)支撐架。
3.3 吸收劑（石灰石漿液）傳輸及回收系統(tǒng)：
該系統(tǒng)主要包括：石灰石漿液儲罐、漿液集管、漿液噴射頭、石膏漿液儲罐、廢水儲罐、過濾水儲罐、事故漿池、漿液排放溝、廢水排放溝、真空帶式過濾機(jī)、水力分離器、漿液循環(huán)管、漿液泵，循環(huán)泵等。
4 濕法煙氣脫硫裝置各腐蝕區(qū)域的腐蝕分析
4.1 煙氣輸送及熱交換系統(tǒng)
4.1.1 該系統(tǒng)主要腐蝕介質(zhì)及腐蝕環(huán)境
該系統(tǒng)主要腐蝕介質(zhì)及腐蝕環(huán)境為兩類：一是經(jīng)流換熱器原煙氣進(jìn)口煙道、換熱器降溫段、換熱器原煙氣出口至吸收塔進(jìn)口煙道、原煙氣旁路煙道、煙氣擋板的高溫（170-110℃）含塵（3-5%）含SO2（1-4%）原煙氣；二是經(jīng)流吸收塔凈煙氣出口至除霧器、除霧器至換熱器凈煙氣進(jìn)口煙道、煙氣增壓風(fēng)機(jī)、換熱器升溫段的低溫（45-90℃）除塵（0.3-0.5%）脫SO2（3×10-4-4×10-4）凈煙氣。
4.1.2 該系統(tǒng)主要腐蝕特點分析
（1） 亞硫酸露點腐蝕：高溫原煙氣在正常運行條件下因無水份存在，對裝置幾乎無腐蝕，但在三種情形下將導(dǎo)致腐蝕。一是列管式換熱器管程因某種原因穿孔，導(dǎo)致冷卻水泄漏，致使高溫原煙氣所含SO2與水反應(yīng)生成亞硫酸，形成高溫亞硫酸還原性腐蝕。二是回轉(zhuǎn)式蓄熱換熱器清洗水外瀉或蓄集形成高溫亞硫酸還原性腐蝕。三是在裝置開停車時，因環(huán)境大氣濕度影響，裝置內(nèi)殘留的氣態(tài)SO2被鋼基體表面凝聚水吸收生成亞硫酸，形成亞硫酸露點腐蝕（雖然煙道外保溫可延遲鋼基體表面凝聚水生成時間，但無法完全防止該類腐蝕的形成）。低溫凈煙氣雖只殘存少量SO2且經(jīng)除霧器除去大部分水霧，但微量水和SO2的存在及環(huán)境大氣濕度在裝置開停車時形成的鋼基體表面凝聚水仍會形成緩慢的亞硫酸還原性露點腐蝕（如重慶珞璜除霧器出口凈煙氣煙道，原設(shè)計不防腐，經(jīng)多年運行可看到明顯腐蝕現(xiàn)象，現(xiàn)已實施鱗片防腐）。
（2） 防腐蝕襯層高溫?zé)釕?yīng)力失效：鑒于上述腐蝕因素的存在，通常在原煙氣流經(jīng)區(qū)域采用1.2～1.5mm厚耐高溫鱗片涂料防腐，但在實際使用中該區(qū)防腐蝕襯層時常發(fā)生龜裂、開裂、剝落等腐蝕失效現(xiàn)象，其原因主要有三：一是由于火電廠環(huán)保脫硫裝置開停車較頻繁，使生成的熱應(yīng)力處于間歇性交變狀態(tài)中，加速襯層的熱應(yīng)力腐蝕失效；四是鱗片涂層屬脆性材料，襯層內(nèi)熱應(yīng)力的長期存在，特別是在熱應(yīng)力交變期內(nèi)易導(dǎo)致涂層龜裂、開裂、剝落等物理腐蝕失效；二是襯里材料選擇不合理，樹脂耐溫能力不足，在高溫?zé)釕?yīng)力作用下形成熱應(yīng)力開裂。三是在襯層施工中，存在有襯層厚薄不均、界面粘接不良、固化劑分布不均等局部質(zhì)量缺陷，使環(huán)境熱應(yīng)力易于在襯層薄弱處形成應(yīng)力集中，導(dǎo)致襯層熱應(yīng)力破壞。
（3） 防腐蝕襯層煙塵磨損失效：在配套有電除塵設(shè)備的火力發(fā)電裝置中，該類腐蝕失效雖有但并不嚴(yán)重，若無電除塵設(shè)備，由于煙氣中含有大量粉塵，則磨損較嚴(yán)重。低溫凈煙氣煙道因含塵量極小，此類腐蝕失效可不作重點考慮。
（4） 防腐蝕襯層高溫碳化燒蝕失效：正常情況下從電除塵排出的原煙氣溫度為140～150℃，此溫度不足以使耐高溫鱗片襯里高溫碳化燒蝕，但當(dāng)鍋爐的蒸汽預(yù)熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器等設(shè)備運行不正常時，電除塵排出的原煙氣溫度將達(dá)160℃以上，此溫度將導(dǎo)致大多數(shù)耐高溫鱗片襯里材料由表及里緩慢高溫碳化，此類襯里材料碳化并不嚴(yán)重影響襯里的完整性及耐蝕性，但襯里一旦因熱應(yīng)力作用形成開裂，則裂紋的發(fā)展加快，介質(zhì)沿裂紋滲透速度加快，導(dǎo)致襯里局部整塊剝離。當(dāng)溫度超過180℃時，長期高溫作用會導(dǎo)致大多數(shù)耐高溫鱗片襯里由表及里燒蝕煙化，此種情形將導(dǎo)致襯里嚴(yán)重失強(qiáng)減薄，其腐蝕破壞是致命的。
（5） 液滴沖擊磨蝕：當(dāng)高速流動的煙氣中夾帶水滴（形成雙相流）時，易對煙道壁襯里，特別是對迎風(fēng)面煙道壁襯里（如導(dǎo)流板及彎煙道壁）產(chǎn)生液滴沖擊磨蝕（即空泡腐蝕），形成力學(xué)疲勞破壞。水相來源一是換熱器的清洗水，二是列管式換熱器的泄漏水。因液滴在煙氣中分布的隨機(jī)性和液滴的獨立存在特點，使襯層承受著連續(xù)點擊交變沖擊作用，導(dǎo)致襯層力學(xué)疲勞破壞。
（6） 襯里震顫疲勞破壞：襯層在下述條件下易產(chǎn)生震顫疲勞破壞：一是該區(qū)煙道結(jié)構(gòu)設(shè)計強(qiáng)度、剛性不足，特別是煙道布置受環(huán)境所限彎道、過流截面變化較大時，高速流動的煙氣在煙道中過流時會因彎道及過流截面變化的影響，產(chǎn)生較大的壓力變化，形成不穩(wěn)定流動，導(dǎo)致煙道結(jié)構(gòu)震顫，使本來就高溫失強(qiáng)的襯里形成疲勞腐蝕開裂，嚴(yán)重時形成大面積剝落。二是在煙道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計時，出于結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)需要，采用細(xì)桿內(nèi)支承補(bǔ)強(qiáng)，當(dāng)高速流動的煙氣在煙道中過流時，因煙氣沖擊壓力作用引發(fā)支承細(xì)桿抖動變形，導(dǎo)致支承桿與煙道壁焊接區(qū)襯層開裂。由于煙氣引發(fā)的結(jié)構(gòu)震顫是通過襯層傳導(dǎo)給金屬基體的，而襯層與基體是通過界面底漆粘接聯(lián)接的，故此類破壞往往發(fā)生在界面底漆粘接層，其對襯層的破壞是非常致命的。
4.2 SO2吸收及氧化系統(tǒng)：
4.2.1 該系統(tǒng)主要腐蝕介質(zhì)及腐蝕環(huán)境
該系統(tǒng)主要腐蝕介質(zhì)及腐蝕環(huán)境為三類：一是煙氣中所含的SO2。當(dāng)含硫煙氣處于脫硫工況時，在強(qiáng)制氧化環(huán)境作用下，煙氣中的SO2首先與水反應(yīng)生成H2SO3及H2SO4，再與堿性吸收劑反應(yīng)生成亞硫酸鹽，經(jīng)強(qiáng)制氧化生成硫酸鹽沉淀分離。而此階段，工藝環(huán)境溫度正好處于稀（亞）硫酸活化腐蝕溫度狀態(tài)，其腐蝕速度快，滲透能力強(qiáng)，故其中間產(chǎn)物H2SO3及H2SO4是導(dǎo)致設(shè)備腐蝕的主體。二是煙氣中所含NOX、吸收劑漿液中的水及石灰石、水中所含的氯離子對金屬基體具有一定腐蝕能力。三是吸收塔入口煙道及噴漿區(qū)環(huán)境溫度急變，吸收劑漿液中固體含量大，其溫差熱應(yīng)力及固態(tài)料對襯層具有較強(qiáng)的腐蝕破壞能力。
4.2.2 該系統(tǒng)主要腐蝕特點分析
（1） 防腐蝕襯層稀（亞）硫酸滲透失效：導(dǎo)致介質(zhì)滲透腐蝕失效原因有三：一是室溫條件下固化成型的有機(jī)非金屬樹脂均為非致密體，固化樹脂基體中存有大量的分子級空穴；二是襯里材料均為復(fù)合材料，不同相材料界面間總存在有界面孔隙；三是襯里材料在混配、施工過程中，必然會生成微氣泡、微裂紋等缺陷。這就為介質(zhì)遷移性滲透提供了通道。可以說，正是襯里自身具有的這些固有缺陷，導(dǎo)致腐蝕介質(zhì)滲透的不可避免性。橡膠及鱗片襯里之所以被選擇為煙氣脫硫裝置的適用防腐蝕襯里技術(shù)，鱗片襯里是因其具有優(yōu)異的抗?jié)B透能力，橡膠是因其為壓延成型故膠板致密性好。
（2） 防腐蝕襯層熱應(yīng)力腐蝕失效：導(dǎo)致該區(qū)應(yīng)力腐蝕失效原因除上述原因外，還應(yīng)特別注意吸收塔內(nèi)噴漿區(qū)環(huán)境狀態(tài)，該區(qū)為高溫原煙氣與低溫吸收劑漿液交匯區(qū)（溫度由120～110℃降至45～50℃），對該區(qū)防腐襯層而言，溫度急變將導(dǎo)致處于不同溫度區(qū)的襯層熱膨脹狀態(tài)不一樣，形成不均勻熱應(yīng)力，其破壞性較恒定熱環(huán)境下的熱應(yīng)力大得多。應(yīng)力的存在增加了襯層內(nèi)及界面間微裂紋及界面孔隙等缺陷，且為缺陷發(fā)展及介質(zhì)滲透創(chuàng)造了條件。吸收塔非噴漿區(qū)及氧化區(qū)，由于環(huán)境溫度較低，熱應(yīng)力小，襯層的應(yīng)力腐蝕失效易較小。
（3） 防腐蝕襯層固體物料磨損腐蝕失效：在脫硫氧化體系中，固體物料除煙氣所帶粉塵外還有作為吸收劑的石灰石漿液及脫硫生成物硫酸鈣。導(dǎo)致襯層固體物料磨損腐蝕失效的原因有五：一是石灰石漿液經(jīng)漿液泵從噴漿管帶壓噴出，在與煙氣中SO2反應(yīng)過程中，同時沖刷襯層表面；二是吸收漿液自重落體對襯層產(chǎn)生較強(qiáng)的磨損能力。三是在高溫環(huán)境下，樹脂具有高溫失強(qiáng)，橡膠具有高溫?zé)崂匣忍匦裕挂r層本體強(qiáng)度降低或材質(zhì)硬化，使磨損更為嚴(yán)重。四是吸收塔為現(xiàn)場拼焊制作，表面凹凸不平，其凸起部位更易因磨損而破壞。五是吸收塔氧化池底部因工藝機(jī)械攪拌及空氣攪拌作用亦產(chǎn)生較強(qiáng)的磨損。
（4） 防腐蝕襯層機(jī)械力損傷失效：此種情形主要發(fā)生在設(shè)備內(nèi)件吊裝及檢修時，特別應(yīng)關(guān)注吸收塔氧化池底部氧化空氣對底部襯層的吹沖破壞及空氣管檢修時人為機(jī)械損傷。
（5） 含亞硫酸熱蒸汽腐蝕區(qū)：該區(qū)指吸收塔原煙氣入口延長段，在該區(qū)域，高溫原煙氣與低溫吸收劑漿液交匯，漿液中的水被汽化并吸收原煙氣中的SO2生成含H2SO3水蒸汽，受汽化擴(kuò)散能的作用向入口延長段擴(kuò)散并進(jìn)一步被高溫原煙氣加熱，經(jīng)一段時間后達(dá)到平衡，在此區(qū)形成具有熱沖擊、間歇性交變熱應(yīng)力作用特征的含亞硫酸熱蒸汽腐蝕環(huán)境，特別是當(dāng)該區(qū)設(shè)有冷卻噴淋水時，該區(qū)還同時伴隨著空泡腐蝕作用，其腐蝕環(huán)境十分苛刻。橡膠襯里耐熱性不足易熱老化破壞，一般不銹鋼因Clˉ及H2SO3的存在易不耐腐蝕。采用鱗片襯里必須充分考慮其熱沖擊、間歇性交變熱應(yīng)力及空泡腐蝕作用特點，實施有效補(bǔ)強(qiáng)措施。國內(nèi)許多業(yè)主及設(shè)計方出于對非金屬襯里技術(shù)的擔(dān)心，往往在該區(qū)域選擇價格昂貴的高鎳基合金（如59合金等）純金屬結(jié)構(gòu)。
4.3 吸收劑（石灰石漿液）傳輸及回收系統(tǒng)
4.3.1 該系統(tǒng)主要腐蝕介質(zhì)及腐蝕環(huán)境
該系統(tǒng)主要腐蝕介質(zhì)及腐蝕環(huán)境為兩類：一是經(jīng)流石灰儲槽、石灰石漿液儲槽（含石灰石制備廢水儲坑及排水溝）、石灰石料漿泵、輸漿管、吸收塔內(nèi)料漿集管、料漿噴射管的低溫（30-40℃）、高固體含量（20-30%）的石灰石漿液制備輸送系統(tǒng)；二是經(jīng)流石膏料漿泵、輸漿管（槽）、漿液循環(huán)管及循環(huán)泵、水力分離器、真空帶式過濾機(jī)、（含過濾水儲槽、排水溝、排水儲槽、氧化池漿液備用儲槽）低溫（45-50℃）、高固體含量（40-50%）的石膏漿液輸送處理系統(tǒng)。
4.3.2 該系統(tǒng)主要腐蝕特點分析：
（1） 石灰石漿液制備輸送系統(tǒng)的主要腐蝕介質(zhì)為CaCO3、水及微量Cl-和OH-，對襯里而言腐蝕條件并不苛刻。石膏漿液處理輸送系統(tǒng)的主要腐蝕介質(zhì)為CaSO4·2H2O、水及微量Cl-、H2SO3和H2SO4，對襯里而言腐蝕條件也不苛刻。
（2） 防腐蝕襯層固體物料磨損腐蝕失效：由于腐蝕環(huán)境溫度較低，襯里本體強(qiáng)度高，盡管固體物料含量大，但磨損腐蝕失效并不十分嚴(yán)重，故襯里磨損余量適度考慮即可。
真空帶式過濾機(jī)、石膏料漿泵、漿液循環(huán)管及循環(huán)泵、石灰石料漿泵、輸漿管、吸收塔內(nèi)料漿集管、料漿噴射管等設(shè)備，在制造商供貨時其材料選擇中已考慮腐蝕磨損問題，本文將在材料選擇章節(jié)中列出并加以討論，此處不在贅述。
5 煙氣脫硫裝置結(jié)構(gòu)的防腐蝕設(shè)計
吸收塔作為煙氣脫硫裝置的主要工作設(shè)備，因其承載較大，在設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計中，其結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、剛性往往考慮的較充分，設(shè)備的運行狀態(tài)對防腐蝕襯里的影響不大，在其長周期運行中很少損壞，如果有損傷的話，也主要表現(xiàn)為局部磨損或氧化池底部的機(jī)械物理損傷。但煙道，特別是高溫原煙氣煙道，則由于其僅僅作為煙氣過流的承載體，其結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度和剛性設(shè)計往往并未引起設(shè)計人員的足夠重視，以往的防腐蝕內(nèi)襯失效多發(fā)生在該區(qū)域。雖然我國早在1991年就頒布實施了《襯里鋼殼設(shè)計技術(shù)規(guī)定》（HGJ 33-91）的化工部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但該標(biāo)準(zhǔn)主要適用于內(nèi)襯設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計，對在運行狀態(tài)中具有振動特點的煙道類襯里鋼殼結(jié)構(gòu)設(shè)計并不完全適用。本文僅以日本川崎工業(yè)株式會社（以下簡稱KHI）為安順電廠二期2×300MW煙氣脫硫裝置所提出的防腐蝕結(jié)構(gòu)設(shè)計為例說明此問題。事實上KHI并未就煙道詳圖設(shè)計提供相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，但在煙道的總體設(shè)計的要求中明確規(guī)定了相關(guān)技術(shù)要求。而在其明確規(guī)定的總體設(shè)計技術(shù)要求中，可明顯看出其煙道結(jié)構(gòu)設(shè)計中考慮防腐蝕設(shè)計這一要素。
5.1 襯里煙道殼體結(jié)構(gòu)的防腐蝕設(shè)計
安順電廠二期2×300MW煙氣脫硫裝置主體重腐蝕區(qū)襯里煙道殼體結(jié)構(gòu)均采用底部等標(biāo)高直線設(shè)計布置（具體結(jié)構(gòu)設(shè)計見圖3）。內(nèi)置設(shè)備區(qū)（如除霧器區(qū)、原煙側(cè)GGH區(qū)、凈煙側(cè)GGH區(qū)）煙道則采用大深度漸開式兩側(cè)及頂部加寬、加高過渡結(jié)構(gòu)（見圖2、圖3）。吸收塔進(jìn)出口煙道采用大深度漸開式寬截面結(jié)構(gòu)設(shè)計（見圖3）。該煙道結(jié)構(gòu)設(shè)計布置的最大特點是：
5.1.1 底部等標(biāo)高直線設(shè)計有利于煙氣流動主方向穩(wěn)定，易于形成主體氣流的穩(wěn)態(tài)流動，減少因煙氣不穩(wěn)定流動對煙道壁形成的力學(xué)作用導(dǎo)致的煙道結(jié)構(gòu)震顫。
5.1.2 大深度漸開式加寬、加高過渡結(jié)構(gòu)設(shè)計有利于避免因煙道過流截面突然增大，致使煙氣內(nèi)壓急劇減小形成的側(cè)向煙氣渦旋導(dǎo)致的煙道壁強(qiáng)烈的結(jié)構(gòu)震顫。
5.1.3 吸收塔進(jìn)出口煙道采用大深度漸開式寬截面結(jié)構(gòu)設(shè)計（見圖6吸收塔進(jìn)出口煙道）。雖然該結(jié)構(gòu)有利于煙氣在較低的流速及壓力下沿吸收塔壁切線方向均勻進(jìn)入塔內(nèi)，最大可能的實現(xiàn)煙氣與脫硫漿液的全面有效接觸。但采用該結(jié)構(gòu)更重要的原因一是使煙氣的流速及壓力在進(jìn)、出口煙道區(qū)均勻的過渡降低或增加，防止煙氣因壓力驟降或驟升產(chǎn)生側(cè)向渦旋及急劇擴(kuò)散或收縮形成的煙道壁強(qiáng)烈震顫對防腐蝕內(nèi)襯的疲勞腐蝕破壞；二是為了有效分散因脫硫漿液濺射進(jìn)入進(jìn)口煙道區(qū)，與高溫原煙氣形成冷熱交匯，致使?jié){液水加熱汽化引發(fā)煙氣擾動和水蒸汽膨脹力對煙道壁形成的不規(guī)則沖擊破壞作用。許多國外專業(yè)化脫硫公司主張吸收塔進(jìn)口煙道采用高鎳基合金制造的原因就是因該區(qū)域內(nèi)襯結(jié)構(gòu)頻繁損壞。
圖2、防腐蝕襯里煙道的防腐蝕結(jié)構(gòu)設(shè)計立面結(jié)構(gòu)示意圖
5.2 煙道變截面區(qū)采用外加固筋與粗大內(nèi)支撐復(fù)合加強(qiáng)結(jié)構(gòu)
盡管在煙氣過流煙道的結(jié)構(gòu)設(shè)計中已充分考慮了防腐蝕襯里材料的特性與煙道的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、鋼性的匹配關(guān)系。但煙道的結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在煙道變截面的結(jié)構(gòu)設(shè)計中為確保其強(qiáng)度、鋼性對防腐蝕襯里材料的影響降到盡可能底的程度，仍采用了外加固筋加粗大內(nèi)支撐復(fù)合加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。該區(qū)域煙道結(jié)構(gòu)防腐蝕設(shè)計的最大特點是：
5.2.1 煙道變截面區(qū)外支撐結(jié)構(gòu)采用密集橫向環(huán)狀H型鋼（I25a）復(fù)合局部縱向H型鋼（I20a）外支撐結(jié)構(gòu)。眾所周知，當(dāng)煙道過流截面變化時，過流煙氣的內(nèi)壓將發(fā)生變化，特別是當(dāng)煙道截面一側(cè)或幾側(cè)（本裝置煙道一般是兩側(cè)或三側(cè)）增大時，過流煙氣內(nèi)壓降低，煙道截面增大側(cè)附近區(qū)煙氣將形成向煙道壁的側(cè)向渦旋擴(kuò)散，而該側(cè)向渦旋擴(kuò)散將形成對煙道壁的不規(guī)則力學(xué)作用。當(dāng)煙道壁板較薄（本裝置煙道厚度設(shè)計為5mm）時，由于其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、鋼性不足，側(cè)向渦旋擴(kuò)散形成的不規(guī)則力學(xué)作用將促使煙道壁產(chǎn)生結(jié)構(gòu)震顫。導(dǎo)致防腐蝕內(nèi)襯層疲勞破壞，其宏觀表現(xiàn)為內(nèi)襯層開裂、剝離、脫粘（見圖3）。采用該結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要原因就是為了彌補(bǔ)煙道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及鋼性的不足，以提高煙道整體抗結(jié)構(gòu)震顫能力，保證防腐蝕內(nèi)襯的使用安全。
5.2.2 在煙道變截面區(qū)與外支撐結(jié)構(gòu)同截面位置增加了粗大內(nèi)支撐復(fù)合加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。其立向支撐梁采用200×200×6.3方形空心鋼，橫向內(nèi)撐桿采用φ159×7鋼管（見圖3）。其作用與外支撐結(jié)構(gòu)相同。之所以采用粗大方形空心鋼作內(nèi)支撐梁及φ159鋼管作內(nèi)撐桿，其主要原因是為了防止因內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及鋼性不足，在不穩(wěn)定煙氣流動作用下產(chǎn)生形變或結(jié)構(gòu)震顫，導(dǎo)致內(nèi)支撐梁及梁與煙道壁板的焊接區(qū)防腐蝕內(nèi)襯結(jié)構(gòu)破壞。
圖3、煙道變截面區(qū)內(nèi)外支撐結(jié)構(gòu)示意圖
5.2.3 所有內(nèi)支撐梁與煙道壁板的焊接點均加設(shè)5mm厚補(bǔ)強(qiáng)過渡焊接鋼制墊板（見圖3）。該結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要目的是加強(qiáng)梁與煙道壁板的焊接區(qū)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，其主要原因是為了防止因因內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)輕微震顫引發(fā)的焊接區(qū)較薄的煙道壁結(jié)構(gòu)形變導(dǎo)致該區(qū)域防腐蝕內(nèi)襯結(jié)構(gòu)破壞。
5.2.4在內(nèi)置設(shè)備安裝區(qū)（如除霧器區(qū)、GGH區(qū)）內(nèi)支撐梁兩排間均增加連接框架，形成框架支撐結(jié)構(gòu)。其作用與上述原因相同，將兩排相對獨立的平行排列的內(nèi)支撐梁用內(nèi)撐桿連接成框架內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)體系，無疑有效的提高了內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及鋼性。
5.3 90°彎道區(qū)導(dǎo)流板采用垂向不等距結(jié)構(gòu)設(shè)計
KHI為安順電廠煙氣脫硫裝置設(shè)計的煙道90°彎道區(qū)導(dǎo)流板區(qū)具有四大特點：一是導(dǎo)流板采用垂向立式結(jié)構(gòu)；二是數(shù)塊導(dǎo)流板采取不等距結(jié)構(gòu)配置；三是導(dǎo)流板設(shè)計厚度為10mm；四是在彎道區(qū)煙道壁板增加縱向外支撐結(jié)構(gòu)。不言而喻，煙道90°彎道區(qū)導(dǎo)流板采用垂向立式結(jié)構(gòu)其強(qiáng)度及鋼性較橫向懸掛結(jié)構(gòu)要大的多，導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)厚度及煙道壁板增加縱向外支撐結(jié)構(gòu)的作用亦是為了提高其強(qiáng)度及鋼性。但導(dǎo)流板采用不等距結(jié)構(gòu)配置讓筆者產(chǎn)生很大困惑，為此曾與KHI現(xiàn)場代表專門請教，對方不肯就設(shè)計計算及依據(jù)理論進(jìn)行深談，但提出如下觀點還是說明了一定問題：一是采用不等距結(jié)構(gòu)配置是使煙氣在彎道導(dǎo)流板分隔區(qū)形成不等量過流；二是煙氣在90°彎道區(qū)將產(chǎn)生較嚴(yán)重的不穩(wěn)定過流現(xiàn)象，形成對煙道壁及導(dǎo)流板側(cè)向渦旋作用，致使該區(qū)域煙道壁及導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)震顫導(dǎo)致該區(qū)域防腐蝕內(nèi)襯結(jié)構(gòu)破壞；三是彎道的內(nèi)彎區(qū)通常側(cè)向渦旋作用較大，因此減少該區(qū)煙氣過流量有利于降低因煙氣不穩(wěn)定過流產(chǎn)生的側(cè)向渦旋作用，從而提高防腐蝕內(nèi)襯使用安全，因此導(dǎo)流板間距設(shè)計由內(nèi)彎向外彎逐漸變寬（見圖4）。由此可見KHI對襯里煙道不僅在結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及鋼性上注重防腐蝕設(shè)計，同時還十分注重?zé)煔饬鲃訝顟B(tài)對防腐蝕襯里的影響作用，并在煙道結(jié)構(gòu)設(shè)計中給出相應(yīng)處置措施。前面所論及的主體襯里煙道等底標(biāo)高直線設(shè)計布置、大深度漸開式變截面結(jié)構(gòu)設(shè)計均充分說明此設(shè)計思想。
圖4、不等距與等距設(shè)置導(dǎo)流板側(cè)向渦旋作用示意圖
有資料表明KHI對橫向懸掛結(jié)構(gòu)導(dǎo)流板的結(jié)構(gòu)設(shè)計也采用了強(qiáng)大的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計。如定洲電廠橫向懸掛結(jié)構(gòu)導(dǎo)流板設(shè)計就表現(xiàn)出三大特點：一是導(dǎo)流板采用10mm厚鋼板制造；二是導(dǎo)流板采用框架式結(jié)構(gòu)增強(qiáng)；三是導(dǎo)流板采用粗大鋼管內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)體系，且將幾塊導(dǎo)流板經(jīng)內(nèi)支撐連接成整體結(jié)構(gòu)。
5.4 襯里鋼殼局部結(jié)構(gòu)設(shè)計
襯里鋼殼局部結(jié)構(gòu)設(shè)計的提出主要是由于兩個原因，一是避免因設(shè)備局部結(jié)構(gòu)在正壓或負(fù)壓作用下產(chǎn)生塑性變形導(dǎo)致襯里層破壞；二是對不適合襯里作業(yè)的局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整，以滿足防腐蝕技術(shù)要求。
5.4.1 方形煙道角焊結(jié)構(gòu)
方形煙道角焊結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能避免采用在拐角點區(qū)直焊結(jié)構(gòu)，特別是厚板結(jié)構(gòu)或容易因振動而變形的結(jié)構(gòu)都應(yīng)采用下圖所示的形式。
圖5、煙道角焊結(jié)構(gòu)圖示
5.4.2 支腿、起吊鉤環(huán)、支撐或橫梁焊接結(jié)構(gòu)
因該類結(jié)構(gòu)區(qū)均為設(shè)備局部負(fù)荷區(qū)，易因負(fù)荷應(yīng)力作用產(chǎn)生塑性變形導(dǎo)致襯層破壞，因此應(yīng)在該區(qū)域增加補(bǔ)強(qiáng)墊板以防止局部變形。
圖6、支腿、起吊鉤環(huán)、支撐或橫梁焊接結(jié)構(gòu)圖示
5.4.3 罐底焊接形變
罐底焊接形變是大型罐體設(shè)備內(nèi)襯防腐蝕襯里破壞的主因，必須加以有效消除。采用的方法主要是二次搗灌砂漿，以防止罐底板反向變形。
圖7、罐底焊接形變的消除
5.4.4 小內(nèi)徑接管結(jié)構(gòu)設(shè)計
小內(nèi)徑接管因不適合襯里作業(yè)應(yīng)采用插管結(jié)構(gòu)（FRP、不銹鋼材質(zhì)）或耐蝕不銹鋼直焊結(jié)構(gòu)（見圖8）
圖8、小內(nèi)徑接管結(jié)構(gòu)設(shè)計
綜上所述，從KHI煙道結(jié)構(gòu)設(shè)計特點看，KHI煙道結(jié)構(gòu)設(shè)計始終緊扣確保防腐蝕襯里安全使用這一基本點，圍繞著提高煙道整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及鋼性這一導(dǎo)致煙道區(qū)防腐蝕襯里失效的基本要素實施煙道防腐蝕結(jié)構(gòu)設(shè)計。從安順電廠煙氣脫硫裝置煙道的使用效果看，此類結(jié)構(gòu)設(shè)計可有效緩解或防止煙道區(qū)防腐蝕襯里的疲勞腐蝕破壞。至于高溫原煙氣溫度、腐蝕環(huán)境及非底部等標(biāo)高、非直線結(jié)構(gòu)設(shè)計布置對防腐蝕襯里材料性能及其疲勞腐蝕破壞的影響筆者在其它文章中已有討論，本文不再贅述。以上所述的所有煙道結(jié)構(gòu)設(shè)計特點，在煙道無需采用防腐蝕內(nèi)襯時均無必要，正是因為煙道的防腐蝕內(nèi)襯要求，上述煙道結(jié)構(gòu)設(shè)計才成為必然。從而也說明了襯里煙道結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及鋼性與非襯里煙道結(jié)構(gòu)的區(qū)別。
6 煙氣脫硫裝置的防腐蝕襯里結(jié)構(gòu)總體設(shè)計
煙氣脫硫裝置的總體防腐蝕結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)在充分認(rèn)識裝置各區(qū)域腐蝕環(huán)境和設(shè)備運行狀態(tài)對腐蝕的影響作用的基礎(chǔ)上，針對不同的腐蝕區(qū)域提出不同的防腐蝕襯里結(jié)構(gòu)設(shè)計；在充分認(rèn)識防腐蝕襯里材料特性和待襯設(shè)備的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、剛性及裝置運行狀態(tài)對襯里材料的影響作用的基礎(chǔ)上，有效兼顧鱗片防腐蝕襯里材料與待襯設(shè)備的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、剛性及運行狀態(tài)的匹配關(guān)系。實現(xiàn)腐蝕控制與防腐蝕成本控制的有效結(jié)合。
為便于具體直觀說明，本文僅以安順電廠煙氣脫硫裝置防腐蝕襯里工程總體設(shè)計（見圖9、圖10）為例。
圖9、吸收塔防腐蝕內(nèi)襯區(qū)域及襯里結(jié)構(gòu)要求
圖10、煙道防腐蝕襯里區(qū)域、襯里結(jié)構(gòu)要求及平面結(jié)構(gòu)示意圖要求
圖9、圖10所示各區(qū)域腐蝕環(huán)境分析和襯里結(jié)構(gòu)構(gòu)成見表1。
|
FGL 類型 |
普通型 |
耐磨型A |
耐磨型B |
耐熱型 |
耐熱耐磨型 |
混凝土+FGL |
|||||||||
|
結(jié)構(gòu)層 |
型號 |
結(jié)構(gòu)層 |
型號 |
結(jié)構(gòu)層 |
型號 |
結(jié)構(gòu)層 |
型號 |
結(jié)構(gòu)層 |
型號 |
結(jié)構(gòu)層 |
|||||
|
耐 溫 |
≤100 |
≤100 |
≤100 |
≤160 |
≤160 |
≤100 |
|||||||||
|
耐腐蝕 |
◎ |
◎ |
◎ |
◎ |
◎ |
◎ |
|||||||||
|
耐 磨 |
〇 |
⊙ |
◎ |
〇 |
◎ |
〇 |
|||||||||
|
襯 里 結(jié) 構(gòu) 層 |
底漆層 |
TH—300D |
底漆層 |
TH—300D |
底漆層 |
TH-300D |
底漆層 |
TH-400D |
底漆層 |
TH-400D |
底漆層 |
||||
|
普通型FGL層 |
TH-300J |
普通型FGL層 |
TH-300J |
普通型FGL層 |
TH-300J |
耐熱型FGL層 |
TH-400J |
耐熱型FGL層 |
TH-400J |
普通FGL層 |
|||||
|
普通型FGL層 |
TH-300J |
普通型FGL層 |
TH-300J |
普通型FGL層 |
TH-300J |
耐熱型FGL層 |
TH-400J |
耐熱型FGL層 |
TH-400J |
普通FGL層 |
|||||
|
面漆層 |
TH-300M |
耐磨面漆層 |
TH-300MN |
耐磨層 |
TH-300N |
耐熱面漆層 |
TH-400M |
耐熱耐磨層 |
TH-400N |
面漆層 |
|||||
|
耐磨面漆層 |
TH-300MN |
耐熱耐磨面漆層 |
TH-400MN |
||||||||||||
|
厚度 |
|||||||||||||||
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