海水脱硫系统烟道防腐蚀失效原因分析

华能大连电厂 宫家宏 罗云岭 白世群

1 海水脱硫系统简介

海水脱硫工艺是以海水作为吸收剂，采用适当的液气比在脱硫塔内对烟气进行洗涤，以达到去除烟气中SO2的技术方法。其原理是海水靠其天然碱度（海水通常呈碱性，PH值为7.8～8.3）吸收烟气中酸性的SO2生成SO32-，在吸收SO2后的海水中通入大量的空气，使其中有害的SO32-与空气中的氧气反应生成稳定无害的SO42-，海水再吸收SO2最终生成无害的硫酸盐。

图1 海水脱硫系统工艺流程图

锅炉排出的烟气经除尘和冷却后，由增压风机增压，从吸收塔底部送入吸收塔，与由塔顶均匀喷淋的纯海水逆向充分接触混合，将气相SO2转化为液相，可溶解的SO2立刻与海水反应生成SO32-。脱硫后的干净烟气经除雾器除去携带的雾滴后自塔顶排出，通过换热器加热或直接经烟囱排入大气。

海水恢复系统的主体结构是曝气池，来自吸收塔的酸性海水与凝汽器排出的碱性水在曝气池中充分混合，同时通过曝气风机向池中鼓入适量的空气，使海水中的亚硫酸盐转化为稳定无害的硫酸盐，同时释放出CO2，使海水PH值升到6.5以上，达标后排入大海。

2 海水脱硫系统烟道防腐蚀失效情况

华能大连电厂先后对4台350MW机组全部实施脱硫改造，采用海水脱硫工艺对锅炉尾部烟气进行脱硫。#3、#4机组海水脱硫系统于2008年底投入运行，#1、#2机组海水脱硫系统于2009年底投入运行。

脱硫系统烟道分为原烟道、净烟道二大部分，也是海水脱硫系统中腐蚀较为严重的区域，根据各部分烟道工况的不同，采用了不同的防腐蚀措施。

原烟道介质为高温烟气，虽然温度较高，但温度变化范围较小，腐蚀性不是很高，采用刷涂防腐蚀油漆防腐蚀；在原烟道进入脱硫塔入口处，受脱硫喷淋海水的影响，腐蚀性较强，采用高温型乙烯基脂树脂玻璃鳞片（VEGF-1）涂料防腐蚀；净烟道中的介质是经海水洗涤过的烟气，具有很强的腐蚀性，采用VEGF-1涂料防腐蚀。

经过一段时间运行后，检查发现净烟道的VEGF-1涂料完好，没有开裂、起皮、脱壳、剥落等现象；脱硫塔入口原烟道处的VEGF-1涂料有较多的开裂、起皮、脱壳、剥落现象，面积约占防腐面积的45%，防腐蚀失效现象较为严重。

3 高温型乙烯基脂树脂玻璃鳞片（VEGF-1）失效原因分析

3.1 VEGF-1介绍

VEGF-1是鳞片涂料中的一种，是由酚醛环氧乙烯基酯树脂为主要成膜物，并辅以玻璃鳞片、颜料、专用助剂以及引发剂、促进剂等组成，其性能主要取决于选用的乙烯基酯树脂类型、玻璃鳞片及制造工艺。

酚醛环氧乙烯基酯树脂能提供杰出的耐强氧化性酸、有机酸、溶剂和酸／漂白剂溶液等，在热酸和氧化性酸中能更好的工作；VEGF-1 涂料中加入经过化学处理的优质玻璃鳞片，厚度仅3～8μ，在1mm 厚的涂膜中可有上百层平行的玻璃鳞片相互交叉排列，形成了独特的屏蔽结构，大大增强了树脂的抗渗透性能和耐腐蚀蚀性能。

3.2 VEGF-1的耐腐蚀机理

一般情况下，防腐蚀层的防蚀失效主要是树脂基体受到腐蚀，基体树脂首先产生失重、变色等情况，之后引起材料的鼓泡、分层、剥离或开裂等情况，最后导致防腐蚀层失效，尤其由于渗透等因素，加速了具有腐蚀性的化学介质渗入到防护层的内部。

3.2.1 有效防止腐蚀介质的物理渗透

VEGF-1涂料含有10%～40%片径不等的玻璃鳞片，施工完毕后，扁平型的玻璃鳞片在树脂连续相中呈平行重叠排列，从而形成致密的防渗层结构。腐蚀介质的渗透必须经过无数条曲折的途径，因此在一定厚度的耐腐蚀层中，腐蚀渗透的距离大大的延长，客观上相当于有效地增加了防腐蚀层的厚度，参见图2。

图2 防腐蚀渗透原理图

3.2.2 消除部分基体树脂缺陷

在无玻璃鳞片增强情况下，树脂基体连续相中会存在大量的所谓的“缺陷”，如微孔、气泡及其它微缝等，这些缺陷的存在会加速或加快腐蚀介质的渗透过程，因为一旦介质渗透到这些缺陷中，渗透的速度在得到提高的同时，接触具有腐蚀性的介质的基体连续相的面积也随之会加大，从而更加速了物理渗透和化学腐蚀过程。

在VEGF-1涂料中，由于平行排列的玻璃鳞片能够有效的分割基体树脂连续相中的这些“缺陷”，从而能够有效的抑制腐蚀介质的渗透速度。

3.2.3 良好的防渗透或减渗效果

若基础材料是碳钢时，水蒸汽由于渗透而达到碳钢表面后，并在氧气存在情况下，会由于电化学反应而生锈。在VEGF-1涂料中，由于乙烯基酯树脂的高交联密度可以有效的减弱水蒸汽和腐蚀性化学介质的渗透，并且其独特结构更能达到防渗透或减渗的效果。

3.2.4 降低残余内应力和收缩率

在树脂基体中不规则分布的玻璃鳞片是一具有较大比面积的分散体，树脂由于固化收缩而产生的界面收缩内应力可以被玻璃鳞片所稀释或松弛，因此有效的减弱了内应力影响；同时，虽然玻璃鳞片在树脂基体连续相中是近乎平行排列，但还是存在一定的倾角，该倾角的存在可以有效的分割树脂基体连续相为几个小区域，使应力不能相互影响或传递，正是由于玻璃鳞片的存在，可以起到降低固化后的残余内应力的作用。

3.3 VEGF-1的失效原因分析

3.3.1 烟道结构震颤疲劳破坏

目前国内FGD 脱硫装置的烟道结构绝大部分是钢结构，若设计强度、刚性不足，特别是烟道布置受环境所限，其弯道、过流截面变化较大时，高速流动的烟气在烟道中过流时会因弯道及过流截面变化的影响，产生较大的压力变化，形成不稳定流动，导致烟道结构震颤，使本来就高温失强的衬里形成疲劳腐蚀开裂，严重时形成大面积剥落。

华能大连电厂海水脱硫系统由于场地所限，脱硫塔入口处原烟道纵剖面为S形，烟气在烟道中连续切变，冲击较大，同时烟道与脱硫塔接口处没有膨胀节，为刚性连接，缺乏振动缓冲，烟道振动较为明显，是涂料失效的重要原因之一。

3.3.2 温度的冲击

脱硫塔原烟气入口处于高温烟气和海水的交汇区，工况较为复杂，当负荷发生变化或事故状态下时，工况就更加复杂，这一区域始终处在温度的急冷急热和干湿交替状态下运行，对涂料的耐温度冲击要求高。

当处于急热状态时，涂料的膨胀率没有烟道的钢基面膨胀率大，钢基面的膨胀量要大于涂料的膨胀量，涂料层被强制拉伸；反之处于急冷状态时，涂料的收缩率没有烟道的钢基面收缩率大，钢基面的收缩量要大于涂料的收缩量，涂料层被强制压缩。急冷急热不断交替，涂料也在不断地被强制拉伸和压缩，很容易造成涂料层断裂，直至同烟道钢基面脱层剥落。温度的冲击是VEGF-1涂料防腐蚀失效的最主要原因。

3.3.3 防腐蚀施工质量不高

在任何防腐蚀施工中，材料的性能只是其中的一环，施工质量的好坏很大程度上会最后决定防腐蚀工程的质量。

基体表面喷砂质量不达标。VEGF-1涂料防腐蚀主要工艺是在钢结构基础上进行衬里施工，所以表面喷砂除锈质量的好坏很大程度上决定了最后衬里结构的附着力，未采用高质量的砂（如铜矿砂等），或者采用河砂等代替，造成已喷表面达不到Sa2.5级要求，施工中喷砂质量的隐患是最重要的。

不严格执行施工工艺。不按VEGF-1涂料的施工工艺要求，在环境温度低、湿度大而又没有采取保障措施的情况下赶工，使涂料的固化质量受到严重影响；施工间隔过长或长时间停工，在复工后没有对已涂复的表面进行良好的处理就进行后续的工艺，造成涂层的剥离或分层，影响附着力。

4 烟道防腐蚀失效的应对措施

海水脱硫系统烟道防腐蚀失效，高腐蚀性湿烟气会对烟道产生严重的腐蚀，轻则酸性脱硫水外泄，污染环境，重则使烟道失稳坍塌，国内电厂就曾经发生过这样的事故，因此必须从防腐蚀设计、材料的选用、施工等各方面着手，采取有效的应对措施，解决防腐蚀失效情况的发生，保证电厂脱硫系统的安全运行。

4.1 优化烟道结构设计

烟道结构设计决定了烟气流场，直接影响到烟道所受冲击的大小和烟道振动，因此在设计时应进行优化，尽量减少烟道振动，应从以下几个方面优化：

减少烟道弯道设计。尽量采用较为平缓的弯道设计，减小烟气流的切变方向和降低烟气流的切变速度，使烟道中烟气流的冲击和烟道振动降至最低。

减少烟道变截面设计。烟道截面的变化会引起烟道中烟气流速的变化，局部地方会产生较大的紊流现象，应尽量减少烟道的变截面设计，使烟气流速度尽量平缓。

合理加装膨胀节。在烟道系统中合理安装膨胀节，可以有效地降低烟道振动，减小因烟道振动对防腐蚀衬层的破坏性作用，也是保证烟道防腐蚀效果的途径之一。

烟道应保证足够的刚性。烟道结构强度及刚性应符合相关设计标准规定，在拐弯区及导流板应适当增加厚度或增加支承，导流板联接支承最好放置在外框架上，而不是直接焊接在烟道壁上，以避免因导流板震颤引发烟道壁震颤，导致防腐蚀内衬层疲劳剥离。

4.2 合理选用防腐蚀材料

海水脱硫系统净烟道虽然腐蚀性较大，烟气湿度也较大，但烟温低，温度变化范围小，热冲击小。VEGF-1涂料不仅树脂基体与其中的玻璃鳞片之间的粘结强度较高，而且与碳钢基材之间的粘结强度较高，在净烟道工作温度不高、温度变化范围小的条件下，不易产生龟裂、分层或剥离，从而保证较好的耐蚀性。

4.3 提高防腐蚀施工质量

4.3.1 控制基体表面质量

脱硫烟道钢基体表面处理质量的好坏，直接影响防腐蚀材料的附着力，也是施工中较容易出现问题的地方，必须严格控制基体表面质量。

目前钢基体表面处理方法均是金属表面喷砂（丸），喷砂（丸）所达到的质量等级为GB 8923-88《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》Sa2.5，要求完全除去金属表面上的油脂、氧化皮、锈蚀产物等一切杂物，充分清扫并完全除去喷砂残余物和灰尘，残存的锈斑、氧化皮等引起轻微变色的面积在任何100×100mm2的面积上不得超过5%，粗糙度应达到40～70μm。

4.3.2 严格执行施工工艺

目前脱硫系统中应用最多的材料为VEGF-1涂料，其施工工艺具有一定的代表性，主要要求如下。

刷底涂：均匀将配制好的底涂涂刷到已处理的待衬基体表面上，待第一道底涂涂刷12h后涂刷第二道底涂，且第二道底涂配制其色差应明显不同于第一道底涂，两道底涂涂刷方向应相互垂直，底涂应无淤积、流挂或厚度不匀引起的光泽变化等。

第一层鳞片衬里施工：确认施工环境湿度在85%以下或无结露发生，下雨天须停止作业。将施工料均匀的刮涂或喷涂在已凝胶底涂表面，施工厚度（初凝后）为1.0mm，确认刷完底涂后衬里面上是否有粉尘或其它异物附着等。衬层表面不允许有胶泥流淌痕迹，若有则施工料配制时应添加黏度调整剂，同时将流淌滚压平整或固化后打磨平整。

衬层中间修补：衬层中间修补是将经检测确认的第一层衬里施工质量缺陷完成消除。

第二层鳞片衬里施工：确认施工环境湿度在85%以下或无结露发生，下雨天须停止作业，确认第一层鳞片的硬化。第二层道鳞片衬里刮涂或喷涂技术要求与第一道基本相同，但施工料颜色应有明显区别，以便于发现漏涂，施工厚度仍为1.0mm，检测厚度为2.0mm。

衬层修补：衬层修补是将经检测确认的鳞片衬里施工质量缺陷完全消除。

涂面涂：各层鳞片施工完成后，按检查要领进行漏电、厚度、外观检查，全部合格后用刷子或辊筒涂上一层面涂层，注意涂刷均匀。面涂刷1～2道，涂刷方向应相互垂直，两道面涂的涂刷时间间隔12h。

养护：一般情况下，施工完毕后养护1周即可，但若环境较差，如温度低于5℃或湿度大于85%，则应酌情延长。

4.3.3 加强质量检测

质量检测是防腐蚀质量的最后一道关口，目前应用最广泛的脱硫系统防腐蚀材料VEGF-1涂料涂层的最终检测项目主要有：外观缺陷、硬度、针孔测试、厚度测试、锤击检查等，确认涂层应均匀，无鼓泡、针眼、微裂纹、伤痕、流挂、凹凸、硬化不良等缺陷，也不允许存在泛白或固化不完全。

要求表面的硬度值不低于材料性能指标提供值的90%；使用高压电漏电检测仪全面扫描衬里面，确认有无孔眼缺陷；使用磁石式或电磁式厚度计检测，平均厚度要达到设计要求；用木锤轻击涂层表面，任意取点测试，根据有无异常声响确认衬里无鼓泡或衬里不实。

海水脱硫系统烟道腐蚀性大，但只要优化设计，正确地选用防腐蚀材料，提高防腐蚀施工质量，烟道腐蚀问题可以很好的解决，保证海水脱硫系统的安全稳定运行，为火力发电厂脱硫减排任务的完成提供可靠的保证。

4.4 加强运行调整和检修维护

海水脱硫系统烟道防腐蚀完成使用后，运行调整及设备检修中的防护也是影响防腐蚀失效的重要因素。

一方面，脱硫系统在运行中尽量避免烟道的气动冲击和温度巨烈变化冲击，保证防腐蚀材料的效能。

另一方面，在设备检修中要十分注意防腐蚀的保护，如在烟道中搭设脚手架时要在脚手架与防腐蚀衬层的接触部分采取保护措施，避免防腐蚀衬层的机械损伤；严禁在已做防腐蚀烟道的外侧进行电焊或气割作业，因为此类作业的高温能使同部位烟道内侧防腐蚀材料变质失效，如不加以处理或处理不当，投入运行后会很快扩展，造成烟道防腐蚀的大面积失效。

5 结束语

海水脱硫系统烟道腐蚀性大，但只要优化设计，正确地选用防腐蚀材料，提高防腐蚀施工质量，烟道腐蚀问题可以很好的解决，保证海水脱硫系统的安全稳定运行，为火力发电厂脱硫减排任务的完成提供可靠的保证。