废碱法烟气脱硫吸收塔和烟囱的腐蚀与防护

牟义慧，洪运武，刘振兴

(中国石油天然气股份有限公司大庆石化分公司，黑龙江 大庆 163711)

随着国家对环境保护工作的日益重视，环境标准的相应提高，对于火电厂锅炉的烟气脱硫(FGD)工作提出了更高的要求。火电厂烟气脱硫装置是使用物理、化学的处理方法，除去烟气中的SO2的装置，吸收塔和烟囱是湿法烟气脱硫工艺中的核心设备。中国石油天然气股份有限公司大庆石化分公司(大庆石化分公司)热电厂采用乙烯废碱法烟气脱硫技术，使用乙烯装置产生的废碱液作为烟气脱硫吸收剂，达到“以废治废”的目的。但是，乙烯废碱液的成分复杂，装置正常运行时，塔内环境为温度较高的碱性雾状蒸汽和可溶性盐沉积物，废碱液入塔pH 值为13，反应后污水pH 值维持在6 左右，腐蚀性很强。吸收塔和烟囱采用“烟塔合一”方案，材质为Q345R，对防腐蚀的要求比较高。

1 腐蚀机理

大庆石化分公司热电厂烟气采用脱硫、脱硝和除尘一体化技术，烟气进入吸收塔前已经过除尘和脱硝处理，进入吸收塔的烟气主要含有:SO2，SO3和少量烟尘等。乙烯废碱液的成分较复杂，主要有和 Cl-等，NaOH，Na2SO4和Cl-质量浓度分别为40，6 和27 mg/L。烟气进入吸收塔温度110 ℃，烟囱出口温度45 ℃，脱硫塔入口烟气中SO2质量浓度小于700 mg/m3，烟囱出口SO2质量浓度小于200 mg/m3。腐蚀类型主要是化学腐蚀、电化学腐蚀、结晶腐蚀和冲刷腐蚀［1］，而且这三种腐蚀相互影响，相互作用。

1.1 化学腐蚀

烟气中的SO2和SO3与碳钢直接发生化学反应，生成硫酸盐和亚硫酸盐，对钢铁产生腐蚀。在温度较高的情况下，含硫气体对普通碳钢腐蚀更为严重，腐蚀速度更快［2］。烟气脱硫后，烟囱排放的烟气温度为45 ℃，低于露点温度，由于低温的烟气进入烟囱后，随着烟气温度的降低，水蒸汽会结露成液滴，与烟气中的含硫气体化合，形成硫酸液膜，对烟囱筒体产生露点腐蚀。

1.2 电化学腐蚀

在缝隙、焊缝或表面缺陷等特殊结构处，由于缺氧、水解和离子扩散困难等原因的综合作用，在碳钢表面形成原电池，而产生电化学腐蚀。

1.3 结晶腐蚀

废碱液吸收SO2后生成可溶性硫酸盐或亚硫酸盐，液相则渗入表面防腐蚀层的毛细孔内，若设备检修停用时，在自然干燥下生成结晶型盐，同时体积膨胀，使防腐蚀材料产生内应力，使其脱皮、粉化、疏松或裂缝损坏。

1.4 冲刷腐蚀

吸收塔中所使用的吸收剂(废碱液)中含有固体颗粒物，以一定速度由喷淋管喷嘴喷出，流过金属表面时，对吸收塔内壁及其内件产生冲刷磨损;另外，烟气中含有的粉尘等固体颗粒物亦对吸收塔有磨损。

2 方案选择

2.1 吸收塔防腐蚀方案

2.2 烟囱的防腐蚀方案

吸收塔烟囱直径5.5 m，净高74 m，正常情况是在低温(45 ℃)和高湿的环境下运行。正常运行过程中，除了由于温度变化产生的变形量外，还有因风载等因素引起的变形量。当脱硫装置停工检修等非正常情况下，烟气温度可达130 ℃左右，温度变化在110 ℃左右，变形量更大，腐蚀情况较吸收塔更为严重。复杂的运行工况要求烟囱防腐蚀内衬材料不仅具有良好的抗腐蚀性，而且还需要具有很高的抗热应变性(温度交变性能)。

钛板在耐腐蚀性及抗热应变性等方面表现出优异的性能。钛是具有强烈钝化倾向的金属，介质温度在315 ℃以下钛的氧化膜始终保持这一特性［6］。考虑到抗腐蚀性，抗热应变性及更长的使用寿命和可靠性，吸收塔烟囱整体采用2 mm 钛板制成烟囱内衬。

3 施工要点

施工方案和施工过程中的质量控制对吸收塔和烟囱的最终防腐蚀效果影响很大。施工过程中要认真执行施工方案，对各工序的质量要按规范要求严格控制。

3.1 玻璃鳞片施工要点

(1)防腐蚀前，吸收塔内壁金属表面作喷砂除锈处理，喷砂除锈处理等级为Sa2.5 级。

(2)玻璃鳞片防腐蚀层必须完全封闭，涂抹均匀，每道工序、每个部位都要严格检查，以防漏涂，湿度在85%以上或雨天要停止作业。

(3)为了防止应力集中，在端面、连接面及拐角处进行圆滑过渡，亦可采取玻璃布增强等补偿措施。

(4)施工质量要全过程控制，最终检验项目要有外观检查、厚度测试、漏电检查和锤击检查。

(5)对不合格处的处理:厚度不足处要补足厚度;表面伤痕、流挂、气泡等在厚度不低于最低厚度标准的情况下打磨平滑;对漏电，鼓泡，剥离等要除去缺陷处后按修补要领进行修补。

3.2 硫化丁基橡胶施工要点

(1)金属表面焊缝要平整，无焊瘤和咬边，角焊缝要打磨圆滑，与平面成圆弧过渡;

(2)金属表面作喷砂除锈处理，喷砂除锈处理等级为Sa2.5 级。粗糙度(Rz)不低于50 μm;

(3)在胶板黏结时，橡胶板要无张力粘贴在碳钢基层上，要将粘贴界面内的空气完全排净，使胶板与金属表面紧密贴合，胶板接缝烙实;

(4)施工时，注意环境温度和湿度等条件的影响，橡胶板黏合剂在涂刷时，温度不低于环境温度，湿度不大于75%，以免空气中的水蒸气冷凝;

(5)胶板联接处的接缝切勿互相交叉，搭接需避开十字缝。其搭边采用对搭的方式，搭边宽度一般在10～30 mm，搭边部位用手动压滚充分滚压，不让空气滞留。胶板与胶板间的搭边，需顺液体及气体流向搭接，不能逆向搭接;

(6)凡开口部位，涂上底、中涂、黏接剂及衬完橡胶板的，需用塑料布封好，防止异物、雨淋及阳光直射;

(7)施工质量要全过程控制，最终检验项目要有外观检查、厚度测试、硬度、漏电检查、黏接力测试和锤击检查。

3.3 钛板施工要点

根据烟囱的操作压力、温度、物料特性、浓度、流速以及开停车状态和频繁程度等，采用机械局部固定衬里按JB/T 4745-2002《钛制焊接容器》执行。施工过程注意以下几点:

(1)材料进场后，检查卷筒周长、表面平整度、椭圆度等;

(2)施焊前，基层钢和钛板衬里层的坡口区应该洁净，没有污物;如加工的坡口被污染，必须进行清洗或用机械方法(如刮刀、不锈钢丝刷)加以清理干净;

(3)焊接环境应保证清洁，无灰尘和烟雾，相对湿度不高于80%，环境温度不低于5 ℃;

(4)不得强行组对，定位焊缝不应有裂纹、气孔、夹渣等缺陷，否则应清除重焊;

(5)焊缝要根据规范要求进行外观、渗透(PT)、射线(RT)和超声(UT)检验合格。

4 应用效果

2013 年8 月在大庆石化分公司热电厂脱硫脱硝改造项目中对脱硫塔和烟囱采用玻璃鳞片、橡胶和钛板防腐蚀组合方案。经过1.5 a 的运行，吸收塔玻璃鳞片外观检查无鼓泡、起皮等现象，整体完好;衬胶外观整体完好，没有鼓泡，搭边翘起等现象;烟囱钛板衬里无开裂、腐蚀等现象。各项检测结果均在合格范围内。结果表明:该方案的防护效果明显是“烟塔合一”结构脱硫设备腐蚀与防护的一套可靠的解决方案。

［1］赵凯.玻璃鳞片树脂和橡胶衬里在湿法脱硫吸收塔上的应用［J］.有色设备，2008(6):30-32.

［2］吴东亮，刘洪洋.电站锅炉产生高温硫腐蚀机理及预防措施［J］.华北电力技术，2007(12):52-54.

［3］牟义慧.炼油厂设备腐蚀与防护［D］.大庆:东北石油大学，2011.

［4］崔志峰，韩一纯.在Cl-环境下金属腐蚀行为和机理［J］.石油化工腐蚀与防护，2011，28(4):1-2.

［5］李登军，刘在阳.玻璃鳞片涂料重防腐蚀机理及其应用(上)［J］.纤维复合材料，2000，17(2):45-47.

［6］罗峻峰，祝红山.脱硫烟囱防腐技术及方案比选［J］.能源技术与管理，2009(4):125-126.