烟囱防腐技术应用及可行性研究

ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院烟囱防腐技术应用及可行性研究华电电力科学研究院2013.3ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院烟囱运行面临的问题烟囱防腐项目的技术路线烟囱防腐技术应用面临的问题烟囱防腐技术分类与发展典型烟囱防腐技术的应用研究主要内容烟囱防腐技术选型的简单介绍ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院烟气经湿法脱硫后温度显著降低至露点附近形成PH值1.3~2.5的强腐蚀性冷凝液，对于无GGH烟囱，600MW机组每小时冷凝液量高达8~10吨，同时低温烟气形成正压加速冷凝液向内壁腐蚀湿烟气进入烟囱形成湍流，携带液滴与粉尘对烟囱内壁产生强烈冲刷，伴随着腐蚀性冷凝液的腐蚀作用，内壁损伤更加严重机组运行中会有多种原因使得烟气温度发生起伏导致烟囱内衬面受热冲击的影响（或干湿变化），同时内衬材料可能因为烟气温度超出材料许用温度导致失效低温腐蚀烟气冲刷温度起伏一、烟囱运行面临的问题ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院腐蚀明显或严重的烟囱29%华电集团79根烟囱腐蚀情况统计分析无GGH烟囱腐蚀情况严重有GGH烟囱亦面临腐蚀问题一、烟囱运行面临的问题ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院1.板材类2.贴面类3.涂料类主要形式形式可选材料板材类钛钢复合板、玻璃钢（FRP）贴面类泡沫玻璃砖、玻化陶瓷砖涂料类GD-APC杂化聚合结构层、玻璃鳞片、聚脲、萨伟真、RHF涂料、OM涂料、VP等■钛钢复合板、贴面类内衬、FRP内筒、GD-APC杂化聚合结构层二、烟囱防腐技术的发展与分类新的技术标准缺乏；专业人才、技术、经验缺少；产品技术混杂、招标实施不合理。市场情况ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院国内电厂现场调研36根采用不同防腐技术的烟囱，21根存在不同程度的腐蚀、磨损或渗液现象。受调研防腐技术主要为目前应用较为广泛的三大类材料类中的钛钢复合板、泡沫玻璃砖、玻化陶瓷砖、APC杂化聚合等586944012345678910钛钢复合板#1玻璃砖#2玻璃砖#3玻璃砖玻化陶瓷砖APC杂化聚合三、典型烟囱防腐技术的应用研究ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院3.1钛金防腐技术钛金的应用发展1958年国内钛金工业开始建立20世纪80年代美国等国家开始应用于烟囱2003年漳州厚石电厂防腐原理钛的耐蚀性来源于钝化膜表面处于稳定状态的介质。钛金属表面氧化性介质构成的钝化膜，在湿气、空气和许多含氧环境中几乎瞬间就形成且能自我快速修复。氧化膜的氧化程度越高，表面防腐能力越强。氧化条件钝化膜的可能结构氧化程度俗称空气，6min~100hTiO~TiO2TiO低、TiO2高金红石5%H2SO4,18~20℃,10dTi5O9~Ti6O11较高—5%HCl,10dTi5O9~Ti6O11较高—6%HNO3,10dTi5O9~Ti6O11较高—ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院技术面临的问题：钛合金在腐蚀环境中形成的钝化膜具有良好的抗腐蚀能力，但其腐蚀寿命还需考证。钛钢复合板在运输、卷板、吊装以及焊接过程中均可能出现缺陷，1.2mm厚的钛层出现缺陷后很容易面临腐蚀；焊缝质量难以控制，易发生冷裂纹或焊透等缺陷；一次投资成本相对较高；改造项目施工工期过长。国外最新试验结果显示：在50℃、10%的H2SO4溶液腐蚀条件下，Ti的腐蚀速率约为0.13mm每年，80-100℃条件下Ti的腐蚀速率将提高到0.2mm每年，所以按此数据来看，1.2mm厚的钛钢复合板防腐寿命是有限的。同时在HF等还原性酸的环境下腐蚀速率将大大加快ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院钛材的选择工业纯钛牌号与化学成分性能：GB/T8547-2006焊接材料：GB/T3623厚度应满足30年使用ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院4根基建设计，1根改造设计，其中改造项目工期较长，总工期约为14个月。均采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺，均未设置GGH，烟囱入口烟温均在45-60℃之间，其中最长运行时间为6年。每平米造价均在3000元至4000元左右。调研烟囱目前运行状态良好，尚未发生严重的泄漏事故。经了解，最近大唐黄岛电厂钛钢复合板发生泄露事故应用情况调研ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院3.2FRP内筒防腐技术玻璃钢（FRP）是一种纤维增强塑料，是由高级玻璃纤维和热固性树脂复合而成的兼具结构性和功能性的新型复合材料，其中玻璃纤维为增强相提供FRP的强度和韧性，树脂为基体相提供FRP的耐化学性。FRP材料具有优良的防腐能力，对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐以及多种油类和溶剂都有较好的抵抗能力。材料概述应用发展情况FRP内筒目前是美国等国家的新建烟囱的主流防腐形式，截止到目前，美国90%的新建烟囱均采用的FRP内筒进行防腐，国内由于2006年使用FRP内筒的山东辛店某新建电厂施工失误导致整个内筒失火燃烧后，至今无大型电厂使用FRP内筒案例。目前FRP内筒主要用于小型发电厂以及部分电厂的烟塔合一项目。但最近已有某集团的新建电厂已经批准了采用玻璃钢内筒进行基建烟囱防腐，目前并未投产。ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院■FRP树脂与纤维的选择非常重要；■FRP缠绕过程的控制非常重要；■由于FRP的成型特点（FRP为分段整体成型），目前不太适用于改造烟囱；■FRP内容对温度要求较高，对于温度可能出现起伏的烟囱来说，该内筒可能不太适用；技术面临的问题：ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院材料的选择液体树脂指标：GB/T8237阻燃性能：LOI≥28/32（树脂含量大于35%）富树脂层玻璃纤维短切毡质量：GB/T17470结构层玻璃纤维缠绕纱、单向布：E型玻璃纤维布，GB/T18369，GB/18370项目数值项目数值环向抗拉强度标准值≥220MPa轴向抗拉强度标准值≥190MPa环向抗弯强度标准值≥420MPa轴向抗弯强度标准值≥140MPa轴向抗压强度标准值≥140MPa剪切弹性模量≥7000MPa轴向拉伸弹性模量≥16000MPa环向拉伸弹性模量≥28000MPa轴向弯曲弹性模量≥8000MPa环向弯曲弹性模量≥20000MPaChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院3.3泡沫玻璃砖防腐技术泡沫玻璃砖防腐形式泡沫玻璃砖防腐内衬主要由泡沫玻璃砖、粘胶剂与底胶构成，底胶解决表面处理后的防锈与粘结功能，粘胶剂提供阻断气液内渗以及系统柔性的作用，泡沫玻璃砖为防腐系统的骨架，提供保温、防冲刷以及一定的防渗作用（抗HF酸之外的腐蚀）。材料的分类泡沫玻璃砖：含硼泡沫玻璃砖（宾高德、振申），废玻璃泡沫玻璃砖；粘胶剂：改性聚氨酯沥青胶（宾高德），改性硅橡胶（硅宝，富硅）。ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院第一种：硼酸泡沫玻璃砖与聚氨酯沥青胶构成的防腐内衬（简称#1内衬，宾高德属于该形式的代表），#1防腐内衬采样5家电厂14台机组8根烟囱；第二种：硼酸泡沫玻璃砖与改性硅橡胶构成的防腐内衬（简称#2内衬），#2防腐内衬采样4家电厂10台机组6根烟囱；第三种：国产废玻璃制造的泡沫玻璃砖与改性硅橡胶构成的防腐内衬（简称#3内衬），#3防腐内衬采样7家电厂16台机组9根烟囱。3.3泡沫玻璃砖防腐技术泡沫玻璃砖内衬的分类ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院■国内应用较为广泛，施工时间短，造价低，适用于改造电厂；■#1内衬（宾高德为代表），聚氨酯沥青胶许用温度较低（一般要求烟气温度低于93℃），对于入口温度较大的烟囱，该系统会出现缺陷；■玻璃砖抗压强度与抗弯强度不高，存在磨损等力学方面的问题；尤其#3内衬使用的国产废玻璃制造的泡沫玻璃砖，其实际抗压强度与抗弯强度远低于硼酸泡沫玻璃砖，所以#3内衬砖体更容易出现裂纹以及磨损的现象；■用胶量对泡沫玻璃砖防腐内衬有重大影响，用胶量不够导致酸液直接通过缝隙与钢筒接触导致腐蚀；■由于贴面类内衬是由数万块砖构成，在施工控制不严的情况下，难免会出现缺陷，这是贴面类内衬共有问题之一；■贴面类内衬关键节点施工设计非常重要，这亦是贴面类内衬共有问题之一，特别是膨胀节等接口附近位置。技术面临的问题：ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院泡沫玻璃砖内衬的选择泡沫玻璃砖：尽量选择含硼泡沫玻璃砖胶粘剂：聚氨酯沥青或改性硅胶（硅宝）序号项目单位标识性能指标检测方法1外观质量/符合JB/T647要求GB/T5486.12体积密度kg/m3≤350JB/T6473抗压强度MPa≥2.5GB/T5486.24抗折强度MPa≥1.6GB/T5486.25导热系数（35℃）w/m.k≤0.15GB/T102946体积吸水率%≤0.5(仅表面)JB/T6477线性热膨胀系数（160℃）1/℃重要≤5.0×10-6GB/T7320.18耐160℃温度急变性℃重要≥40次见本规定9耐80℃，20%的硫酸浸泡7d℃重要抗压强度保留率：≥90%见本规定10耐磨性（试验时间30分钟）重要相同条件下测试，择优选用见本规定泡沫玻璃砖的性能指标ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院泡沫玻璃砖内衬的选择序号项目单位性能指标检测方法或试验条件1抗拉强度MPa≥1.3GB/T528哑铃Ⅰ型，500mm/min2拉断伸长率%≥100GB/T528哑铃Ⅰ型，500mm/min3硬度（邵氏A）HA40～50GB/T5314密度g/cm31.1～1.5GB/T13477.25剪切强度MPa≥1.2GB/T71245mm/min，钢板与钢板6耐水剪切强度（7d）MPa≥1.0GB/T71245mm/min,钢板与钢板750℃5%H2SO4浸泡14d%外观无明显变化，抗拉强度保持率：≥80GB/T528哑铃Ⅰ型，500mm/min8烟囱耐热性（100℃，24h）%外观无明显变化，抗拉强度保持率：≥90GB/T528哑铃Ⅰ型，500mm/min9热老化性（100℃，30d）%外观无明显变化，抗拉强度保持率：≥75GB/T3512-2001/GB/T528哑铃Ⅰ型，500mm/min10耐80℃2%H2SO4、0.1%HCl、0.1%HNO3和0.1%H3PO4混合酸腐蚀性14d%外观无明显变化，抗拉强度保持率：≥65GB/T528哑铃Ⅰ型，500mm/min11粘结强度（钢板-钢板）MPa≥1.0GB/T50212胶粘剂的性能指标ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院泡沫玻璃砖施工要点■表面处理应到位：GB/T8923，GB/50212（钢基底），砖基底宜采用喷砂处理，表面含水率应不高于3%，酸碱度应在PH6~PH8；■玻璃砖背胶应涂抹完全饱满，最好在基底整体涂胶后再粘贴玻璃砖；■根据调研结果分析，泡沫玻璃砖底