玻璃熔窑烟气湿法脱硫系统的防腐蚀对策

2013-03-22张志刚何义斌

建材世界 2013年4期

王彬，张志刚，朱建，何义斌

（1.蚌埠玻璃工业设计研究院，蚌埠233018；2.江苏中建材环保研究院，盐城224051）

据初步统计，截止到2012年12月，我国浮法玻璃生产线增加至284条。而玻璃熔窑所使用的燃料多种多样，有重油、天然气、发生炉煤气、焦炉煤气、石油焦粉等，其含硫率因燃料的来源不同而变化很大，大气污染物排放问题较为严重。对于SO2产生浓度较高、SO2总量又比较少的生产线，高祛除率的湿法脱硫工艺仍是首选，但该工艺同时具有介质腐蚀性强、设备防腐蚀区域大、施工技术质量要求高、防腐蚀失效维修难等特点。因此，湿法脱硫系统的防腐蚀控制一直是影响脱硫工艺装置长期稳定安全运行的重点因素之一。

1 湿法脱硫系统的腐蚀问题

1.1 腐蚀机理

SO2作为湿法脱硫系统中烟气的主要腐蚀介质，在脱硫系统运行的被动氧化环境中，首先会与H2O反应生成H2SO3和H2SO4，然后与碱性吸收剂反应生成硫酸盐经沉淀后被分离出来。但这一阶段的环境温度正好处于稀硫酸活化腐蚀的适宜温度区间，此时，稀硫酸的腐蚀速度比较快，且有较强的渗透能力。所以，这一阶段的中间产物H2SO3和H2SO4是导致腐蚀的主要介质。此外，烟气中含有的NOx形成的亚硝酸和硝酸对金属设备和阀门管件也有很强的腐蚀能力。

1.2 腐蚀种类

湿法脱硫系统的腐蚀种类通常包含：一般腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、电化腐蚀、物理机械腐蚀。一般腐蚀是金属表面的均匀腐蚀，它的危害性最小；点蚀局限于有限的面积之内，容易出现在金属表面的不均匀处、氧化保护膜的断裂处；缝隙腐蚀主要发生在沉积物下面、螺栓、垫片和内部金属构件的金属接触点的不流动区；电化腐蚀是指普通不锈钢焊接处理不当时析出的铬的碳化物形成微电池，易发生在不同金属之间的法兰连接处，在焊缝处也比较明显；物理机械腐蚀是由金属表面承受的应力、脱硫液中颗粒物的冲刷以及腐蚀介质的渗透、侵蚀等共同作用的结果。

1.3 腐蚀部位

湿法脱硫烟气中含有复杂组分，酸碱交替、冷热交替、干湿交替、腐蚀与磨损并存，脱硫设备、管道、阀门等承受着多种多样的物理、化学、温度和机械负荷。而玻璃工艺过程使用硅等原料，熔窑烟气黏附性较强；燃料多种多样造成烟气成分复杂，SO2、NOx含量较高，而颗粒物、HCl、HF含量不高。因此，玻璃熔窑烟气湿法脱硫系统的腐蚀部位一般发生在脱硫塔及出口烟道、脱硫液管道及阀门、脱硫水池等。

2 湿法脱硫系统的防腐对策

针对湿法脱硫系统的腐蚀介质、腐蚀环境以及发生腐蚀的部位，采用改变腐蚀环境、选择腐蚀材料、阻断腐蚀途径等一种或多种措施协同处理，同时还必须考虑造价、施工难度、修补复杂程度、安全运行时间等诸多因素。

2.1 脱硫塔的防腐对策

由于玻璃熔窑烟气量不大、SO2含量较高，余热利用后烟气温度一般为160～180℃，也有的达到230℃。湿法脱硫的脱硫塔很少采用火电行业的内衬玻璃鳞片碳钢塔，是因为玻璃熔窑烟气温度较高，烟气进塔前的降温装置一旦出现断水等事故，玻璃鳞片将彻底被烧坏，这样二次防腐的费用会太高，故脱硫塔多采用花岗石块砌筑。

脱硫塔砌筑用花岗石块要求材质均匀、内壁采用机械刨光；砌筑用防腐胶泥、砂浆应符合GB 50212中的相应规定，从原材料、砌筑施工、养护等阶段严把质量关。塔体砌筑完成后再外包钢板，中间缝隙采用耐酸水泥灌实，阻断腐蚀途径。这种耐腐蚀防泄露脱硫塔已在多条玻璃生产线脱硫工程中得到了成功应用，运行状况良好。

2.2 脱硫后烟道的防腐对策

湿法脱硫后烟气中含有大量的水分，而脱硫反应过程中部分SO2被氧化成SO3。如果烟气温度低于露点温度，SO3被凝结的水气吸收而生成硫酸，对脱硫后烟道的腐蚀非常严重。经过大量的试验、试用，玻璃钢已被证明是脱硫后烟道的最佳防腐蚀材料，多种防腐材料耐腐蚀性能比较见表1。

表1 不同材料在脱硫系统中的耐腐蚀性能表

玻璃钢材料也被应用在制作烟囱方面，世界上的第一根玻璃钢烟囱于1977年在美国建造成功，使用至今状态依然良好。因此，脱硫塔顶部增设玻璃钢烟囱直接排放也是一种很好的排放方式，这种排放方式已在多个玻璃熔窑烟气脱硫工程中得以应用，效果良好。

2.3 脱硫液管道及阀门的防腐对策

由于玻璃钢材料具有良好的耐腐性能，在脱硫液管道上也得到了广泛应用。但水泵出口正压管道使用钢塑复合管也越来越多，这是因为钢塑复合管既具有金属管道的强度，又具有耐腐性能。钢衬聚烯烃（PO）管道是采用无缝钢管作为基体，内衬化学稳定性优良的热塑性塑料管（PO）经冷拉复合或滚塑成型，公称通径为DN25～8 000mm，可承受PN－0.098～1.6MPa的压力，适宜－25～105℃的腐蚀性介质。

阀门的防腐措施也采用阻断腐蚀途径，衬氟阀门是利用聚四氟乙烯（F4）与钢材有极强的亲和性使衬里与阀门内壁粘结而成。聚四氟乙烯具有优异的化学稳定性，耐强酸、强碱、强氧化剂等，－200～180℃的使用温度完全满足脱硫工艺的防腐要求。

2.4 脱硫水池的防腐对策

脱硫水池的防腐措施采用内壁衬里的屏蔽方式，将脱硫液与水池完全隔开，是一种整体的防腐蚀做法。这种玻璃钢整体衬里比内贴耐腐蚀瓷砖更合理，因为从工程使用中来看，耐腐蚀瓷砖更容易脱落。玻璃钢防腐要达到良好的耐腐蚀效果，环氧树脂的选择是关键，双酚A环氧乙烯基酯树脂901在大部分酸、碱、盐性环境下表现出较好的耐腐蚀性能。其次，施工方法与质量更加重要，水池内壁应干洁、平整，转角处应抹成R＝5～10mm的圆弧形，个别位置还应做增强处理；每一层铺布都要反复滚压以彻底赶出气泡，环氧树脂的配制等都有严格要求。根据防腐蚀要求采用“7涂5布”或更厚，一般防腐层总厚度≥3mm。最后，养护阶段要防止雨淋，不得进行焊接作业，即设备安装完成后再进行防腐施工。