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    濕煙囪內筒壁防腐蝕材料性能分析
    日期:2009/4/7 23:30:17 編輯:信息中心 點擊次數:

    1. 國內套筒濕煙囪內壁防腐蝕案例簡要分析
      由于國內對火電煙氣進行濕法脫硫除塵的時間較短,套筒濕煙囪的案例較少,加上其它種種原因的影響,關于套筒濕煙囪方面的實際資料不夠完整。本文僅就國內已采用的幾種套筒濕煙囪:鋼煙囪內壁復合鈦合金、耐酸膠泥砌筑耐酸磚內筒、鋼煙囪內壁粘貼泡沫玻璃的防腐蝕性能、施工安裝性能以及造價情況進行簡要分析,參見表1所示。
        2. 玻璃鋼煙囪的應用技術介紹
      2.1 冷軋廠用玻璃鋼煙囪簡介
        在鋼鐵行業的冷軋廠,由于需要將熱軋鋼板放入濃度約25%左右、溫度85℃左右的鹽酸或者硫酸中進行酸洗作業,以徹底清除鋼板表面的鐵銹等雜質,從而制造出接近于鏡面光澤的冷軋鋼板。因此,冷軋廠的酸洗車間內部酸霧繚繞,廢氣腐蝕非常嚴重。在1965年以前,我們都是為冷軋廠制作鋼煙囪,然后進行內防腐,使用壽命一般為1年就需要進行維修。
        1965年,冶金部建筑研究總院(現中冶集團建筑研究總院)利用剛剛在我國出現的玻璃鋼材料,為鞍山鋼鐵公司冷軋廠制作了一座玻璃鋼煙囪,其基本尺寸為:Φ2,820×40,000mm,上口Φ1,200mm,自承重,無支撐,鋼絲牽拉固定。使用條件為:硫酸含量0.65~0.75%,排氣量為5~10×104m3/h,平時煙氣溫度為45℃,最高70℃,冬季外部溫度-30℃。由于煙氣溫度較低,在煙囪內壁經常有大量的煙氣冷凝成酸液流出。同時由于環境空氣中含有較多的硫酸煙霧,煙囪外壁也經常有酸液形成。
        該煙囪于1965年12月1日安裝就位后,立即投入實際使用。直到1976年鞍鋼冷軋廠酸洗車間進行擴產改造,原有的玻璃鋼煙囪排氣量不能達到實際需要,該玻璃鋼煙囪才被拆除,此時已安全使用達11年之久[10]。
        2.2 銅冶煉廠玻璃鋼煙囪簡介
        有色冶金工廠是我們冶金行業腐蝕最嚴重的。對于銅冶煉廠來說,嚴重的腐蝕主要來源于兩個方面:第一:銅礦均伴生著硫化物,因此,銅冶煉廠均副產硫酸。硫酸回收工段是冶煉廠腐蝕最嚴重的區域之一;第二,銅電解車間。是將溫度為85℃左右的硫酸銅,在高壓電的作用下,利用電場的作用而變成高純度的電解銅,由于溫度的作用,電解車間也會產生大量的硫酸酸霧。
        沈陽冶煉廠制酸尾氣的化學成分為:F-:30~50mg/m3,H2O:2~3%,SO2:0.2~0.5%,SO3:0.01~0.05%,煙氣溫度:70~80℃,最高120~140℃。
        原來的尾氣煙囪直徑2,200mm,高度40m,為8mm鋼板內襯2布環氧樹脂玻璃鋼,1969年投入使用。間斷使用兩年后發現,煙囪內襯變黑發脆,鋼板外殼腐蝕穿孔。
        我院于1975年采用當時新研制出來的高耐腐蝕性聚酯樹脂,用整體纏繞法,為沈陽冶煉廠制作出一座新的玻璃鋼煙囪,其尺寸為:Φ2500×102,000mm,鋼筋混凝土框架支撐[11][12][13]。
        該煙囪安裝就位后一直安全使用到1992年,因為沈陽冶煉廠進行擴建改造才被拆除。
       3. 當前火電煙囪防腐蝕方面存在的問題
      據中國工程院院士柯偉所領導的中國腐蝕損失調查項目組于2002年得出的結果,2001年我國的腐蝕損失約5000億元[14],約占當面國民經濟總量的5~6%!其中能源系統(電力、石油、煤炭)約170億元。而如果采取適當的防腐蝕措施,大約25~30%的腐蝕損失是可以避免的[14]!對能源系統來說,如果采取適當的防腐蝕措施,就意味著每年有40億以上的腐蝕損失可以避免,也就是說可以多出40億以上的利潤!
        但是,實際上防腐蝕問題一直未能得到很好的重視。僅就煙囪腐蝕問題來說,國內有眾多的干排氣煙囪腐蝕嚴重,某資料列舉的16座有嚴重腐蝕問題的煙囪中[12],有12座是電站干排氣煙囪。目前,隨著濕法脫硫裝置的加裝,煙氣的腐蝕問題更為嚴重,如果不采取適當的防腐蝕措施,肯定會帶來更為嚴重的煙囪腐蝕問題。
        4. 玻璃鋼整體煙囪用做火電廠套筒濕煙囪內筒的可行性分析
      4.1 綜合性能分析
        由前面的資料介紹,可以很方便的推導出如下結論:玻璃鋼整體煙囪完全可以用于當前的濕法脫硫除塵后的套筒濕煙囪。主要基于如下幾點:
        (1)防腐蝕材料技術的不斷進步。
        冶建總院早在1965年~1976年之間,在我國玻璃鋼技術剛剛起步、技術人員還處于10年動亂階段不能安心從事技術開發的條件下,所研制的玻璃鋼煙囪,就能夠在腐蝕性比現在的濕法脫硫后的煙氣的腐蝕性嚴重得多的環境中,安全使用達15年之久而未見損壞,那么,在我院防腐蝕新材料不斷進步的今天,完全有能力做好濕煙氣用的玻璃鋼煙囪。
        我院于1983年研制成功并不斷進行技術改進的YJ系列呋喃樹脂,其長期液態使用溫度可達140℃,短期可達180℃,耐腐蝕性能則為:可耐30~40%的苯、40~50%的硫酸與15~18%的氫氧化鈉在120~140℃的交替作用[15]。從材料的防腐蝕性能來說,用于FGD法脫硫后的煙氣排放,其防腐蝕性能、耐溫性能擁有巨大的裕量空間,完全可以放心使用。
        例如,吉林化學工業公司污水處理廠將YJ呋喃樹脂用于污泥焚燒系統煙囪內壁防腐就取得了成功,到1994年時已經使用7年而煙囪內壁仍然完好,(以當時的價格計算)不僅節約資金20多萬元,而且保證了整體設備的安全運行[16]。
        濟南裕興化工總廠酸解煙囪的使用環境條件為:正常工作溫度70℃,瞬間180℃;工作壓力為煙囪段常壓,彎頭段0.15MPa;工作介質為0.65%的硫酸型酸水、酸霧;設計風速25m/s,抗震烈度為7級。其樹脂選擇為:下部集氣段及彎頭部位腐蝕嚴重,溫度較高,選用YJ呋喃樹脂,上部溫度較低,選用乙烯基酯樹脂[17]。
        (2)玻璃鋼結構設計技術的不斷完善。
        玻璃鋼作為一種在力學性能上的各向異性材料,在其出現初期,我們對它的各方面的特性還認識不足,在結構設計上要么留下了過大的裕量,造成浪費;要么剛度不足,導致各種問題的出現。但是,自從該材料于1958年在我國出現以來,經過近50年的不斷研究、探索,我們對其性能已有近似完美的掌握,各類玻璃鋼材料的結構設計、加工工藝設計,已不存在任何問題。
        在結構可設計性方面,玻璃鋼材料與傳統上的金屬材料相比,擁有巨大的優勢:玻璃鋼的比抗拉強度高于優質合金鋼,我們可以在其需要高強度的方向上,很方便地達到使用要求;玻璃鋼的弱點在于剛度不足,但是,我們可以利用其結構可設計性,在剛度不足的部位或者方向上設計出加強筋、中空結構、變形結構等,來提高其整體剛度。
        例如,我國當前航天飛行器的頭錐,均是采用碳纖維玻璃鋼材料制造,在火箭升空時超過7.8km/s的極高速度飛行時,完全可以抵擋空氣產生的超高氣壓而不產生破壞,可見我國當前的玻璃鋼結構設計技術,對于FGD脫硫后的濕煙筒內筒設計來說,無任何困難。
        (3)玻璃鋼制造技術方面的飛躍,為整體玻璃鋼套筒的制造提供了保障。
        早在近40年前,冶建總院的技術人員就可利用手糊法制造出40m高的無支撐玻璃鋼煙囪,并且安全使用11年而未見損壞。在近30年前,采用自制纏繞設備,生產出尺寸達Φ2500×102,000mm的整體玻璃鋼煙囪,安全使用15年之久未見損壞。當前,我們在大型回轉體玻璃鋼構件的制作方面,均采用電腦控制的自動纏繞設備,加工手段出現了天壤之別。
        現在,我們的機械纏繞設備可加工管道的最大直徑達15m,最大單根管道長度達12m,最大管道內壓可達24MPa(最大尺寸、最高性能不能同時達到)。
        那么,在原材料的防腐蝕性能、耐溫性能有著巨大性能裕量,設計技術完全可滿足需要,加工制造技術用上電腦控制的今天,采用玻璃鋼做套筒濕煙囪內筒,是完全不存在問題的。
        (4)現場安裝技術問題。
        玻璃鋼的抗拉強度決定于玻璃纖維,制造成玻璃鋼后,沿纖維方向上的抗拉強度可達300MPa以上;玻璃鋼的抗壓強度決定于樹脂,樹脂固化后的抗壓強度一般在80MPa以上。據我們以前的工程實踐經驗以及其他單位的工程經驗,玻璃鋼煙囪的自支撐高度可達40m左右[10],而實際上,目前混凝土煙囪內部的牛腿間距,一般在20多米,因此,無論采取懸掛法或者是下支法安裝玻璃鋼煙囪內筒,在玻璃鋼煙囪的抗拉強度、抗壓強度方面,均不存在任何問題。
        對于玻璃鋼煙囪的安裝就位問題,我們一般是將玻璃鋼制造成為10m左右的長度,采取普通鋼管內筒的頂升或者提升方式,在將玻璃鋼煙囪升至安裝高度后,用樹脂、玻璃纖維布帶以及配套的接頭,將兩根玻璃鋼管道連接起來,并通過混凝土煙囪的牛腿加以固定,隨即進行下一節玻璃鋼管的安裝施工。
       (5)玻璃鋼管道的特殊優點――內壁摩擦力極小,絕熱性能好。
        我們制造出來的玻璃鋼管道,由于采用特殊模具加工而成,使得玻璃鋼管道的內壁極為光滑,表面粗糙率可低至0.008,其水流摩阻損失系數f為0.000915,較鋼管(f=0.00179)能顯著減少沿程的流體壓力損失,提高輸送能力20%以上。非常有利于高含水煙氣的流動、排放。
        此外,玻璃鋼材料的導熱系數只有鋼材的0.5%左右,在一定的程度上,可以降低保溫費用。
        4.2 國內其他單位的玻璃鋼煙囪應用業績
        在國內,除了冶建總院于1965年研制出第一根玻璃鋼煙囪并取良好的使用效果外,其他單位也在玻璃鋼煙囪的研制、應用上有所作為,使用效果良好。
        例如:核工業部404廠的大型酸解罐煙囪、東北輕合金廠36m玻璃鋼煙囪、濟南裕興化工廠24m酸解煙囪等,均取得了良好的經濟效益和社會效益[17]。
        4.3 國外玻璃鋼煙囪的應用情況
        在國外,早就有采用玻璃纖維增強塑料(俗稱玻璃鋼,Fibers Reinforced Plastics)內筒[18]。例如,日本關西電力南港發電廠的煙囪內筒,即為玻璃鋼材料制造,該內筒由內徑5.3m,管段長度為11m,共計51根玻璃鋼管段組裝而成[19]。
        另據日本昭和高分子有限公司提供的內部資料介紹,1992年,由日本三井造船為泰國石油公司制造的電廠吸收塔、煙囪、PH控制槽等,均為玻璃鋼材料制造。
        4.4 玻璃鋼套筒濕煙囪與其他防腐蝕結構的經濟比較
        國內外幾種套筒濕煙囪的造價,參見表2。
        從上述國內、國外兩方面的材料造價比較,我們可以很方便地得出如下結論:
        (1)玻璃鋼整體套筒濕煙囪的造價,均只有鋼-鈦復合結構的60%以下;
        (2)玻璃鋼整體套筒濕煙囪的造價,不高于磚內襯煙囪。
        由此,通過國內外兩個方面的資料比較,可以看出,整體玻璃鋼套筒濕煙囪,完全具有實際推廣應用價值,可以為火電廠節約大約700萬元~1000萬元/座的基建費用,并且工程質量更有保證。
        5. 結論與建議
      通過以上內容中關于國內、外不同套筒濕煙筒的防腐蝕性能、存在問題以及工程造價等方面得比較,筆者提出如下建議,供國內各電力設計院、火電廠在進行加裝FGD裝置時參考:
        整體玻璃鋼套筒在防腐蝕性能、耐熱性能方面,是完全可以滿足套筒濕煙囪的長期運行要求的;
        整體玻璃鋼套筒的設計、加工技術是成熟的,整體玻璃鋼套筒的安裝,與普通鋼套筒沒有本質上的區別;
        在加裝FGD裝置后的舊煙囪改造或者新建煙囪時,采用整體玻璃鋼套筒,可為電廠節約巨額投資。

    編輯:江蘇宏順高空建筑防腐維修有限公司

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