湿法烟气脱硫装置的腐蚀与防护Word文档格式.docx
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但因同时具有固体颗粒磨损作用及介质Clˉ存在，其钝化膜易被Clˉ或固体颗粒磨损作用破坏，从而使腐蚀速率大大增加。
Clˉ的破坏原因可能是由于Clˉ具有的易氧化性质导致的。
Clˉ容易在氧化膜表面吸附，形成含氯离子的表面化合物，由于这种化合物晶格缺陷较多，且具有较大的溶解度，故会导致氧化膜的局部破裂。
此外，吸附在电极表面的离子具有排斥电子能力，也促使金属的离子化，但阳极极化仍是主要的。
故通常的碳钢或不锈钢在此环境中均不适用。
国外经多年对金属材料的筛选试验，最后将适用金属材料定位在镍基合金上，并建设了若干中、小装置。
但由于镍基合金价格昂贵，大型烟气脱硫设备制做成本太高，其用材开发逐渐转到碳钢—有机非金属衬里复合材料技术路线上来，并获得了实用性成果。
因此，讨论有机非金属衬里在烟气脱硫装置的腐蚀与防护问题非常必要。
鉴于化学腐蚀在腐蚀设计选材正确的前提下，是较缓慢的过程，而物理腐蚀破坏则是常见的衬里失效破坏，故本文主要讨论有机非金属衬里的物理腐蚀破坏。
兼顾动设备耐蚀材料选择。
2、国外公司湿法烟气脱硫装置防腐蚀技术及材料选择（见表1）
表1国外公司湿法烟气脱硫装置防腐蚀技术应用状况
公司名称
脱硫剂及其形态
吸收塔内衬
循环泵
塔内浆液管
塔外浆液管
三菱重工
日立公司
川崎重工
IHI
巴高克
比肖夫
ABB
GESSI
霍高文
千代田
石灰石浆液
玻璃鳞片衬里
鳞片或橡胶衬里
橡胶衬里
衬胶离心泵
合金叶轮
外鳞片内衬胶
碳钢内外衬胶
同径玻璃钢管
碳钢内衬胶
动态设备有泵、搅拌器、风机等。
吸收塔再循环泵、吸收塔排出泵、滤液泵、抛浆泵等泵壳及叶轮等，考虑到介质的腐蚀和固体物料的磨损，国外公司大多采用铸铁+橡胶衬里结构的离心泵，而石灰石浆泵、水系统用泵因腐蚀问题较轻，一般采用铸铁离心泵。
衬胶泵在使用中也出现橡胶衬里失效现象，主要原因是：
衬里质量差；
浆液中的异物引起的力学损伤；
由于空载引起的气蚀；
带有大颗粒的浆液造成的异常磨损；
泵的过载等。
搅拌器大部分采用碳钢+橡胶衬里结构。
氧化风机只鼓入空气，因无腐蚀介质，碳钢制造即可。
增压风机、节流板在再热器之后净烟道区，虽然烟气有一定的腐蚀性，但由于其结构大，防腐措施难以实施，故用碳钢或COR—TEN钢制造，亦有采用涂料防腐技术的实例
二、火电厂湿法烟气脱硫装置腐蚀区域及设备构成
尽管湿法烟气脱硫技术种类很多，但就其腐蚀环境区域构成而言，主要分为三个部分：
一是烟气输送及热交换系统；
二是烟气含SO2的吸收及氧化系统；
三是吸收剂（石灰石浆液）传输及回收系统。
图1为湿法空塔吸收烟气脱硫装置工艺流程示意图。
图1湿法空塔吸收烟气脱硫装置工艺流程示意
本文仅以空塔吸收工艺为例，说明湿法烟气脱硫装置各腐蚀区域的防腐蚀设备构成。
1、烟气输送及热交换系统：
该系统主要包括：
换热器及原烟气进口烟道、换热器原烟气出口至吸收塔进口烟道、吸收塔净烟气出口至除雾器、除雾器至换热器净烟气进口烟道、换热器净烟气出口烟道至烟囱、原烟气旁路烟道至烟气挡板、烟气增压风机。
2、SO2吸收及氧化系统：
吸收塔、氧化池、氧化空气注入管、塔内支撑架。
3、吸收剂（石灰石浆液）传输及回收系统：
石灰石浆液储罐、浆液集管、浆液喷射头、石膏浆液储罐、废水储罐、过滤水储罐、事故浆池、浆液排放沟、废水排放沟、真空带式过滤机、水力分离器、浆液循环管、浆液泵，循环泵等。
三、湿法烟气脱硫装置各腐蚀区域的腐蚀分析
1、烟气输送及热交换系统
（1）该系统主要腐蚀介质及腐蚀环境
一是经流换热器原烟气进口烟道、换热器降温段、换热器原烟气出口至吸收塔烟道、原烟气旁路烟道、烟气挡板的高温（170-110℃）含尘（3-5%）含SO2（1-4%）原烟气（冶炼厂进口烟气温度仅为70-90℃）；
二是经流吸收塔净烟气出口至除雾器、除雾器至换热器净烟气进口烟道、烟气增压风机、换热器升温段的低温（45-90℃）除尘（0.3-0.5%）脱SO2（3×
10-4-4×
10-4）净烟气。
（2）该系统主要腐蚀特点分析
①亚硫酸露点腐蚀：
高温原烟气在正常运行条件下因无水份存在，对装置几乎无腐蚀，但在两种情形下将导致腐蚀。
一是列管式换热器管程因某种原因穿孔，导致冷却水泄漏，致使高温原烟气所含SO2与水反应生成亚硫酸，形成高温亚硫酸还原性腐蚀。
二是在装置开停车时，因环境大气湿度影响，装置内残留的气态SO2被钢基体表面凝聚水吸收生成亚硫酸，形成亚硫酸露点腐蚀（虽然烟道外保温可延迟钢基体表面凝聚水生成时间，但无法完全防止该类腐蚀的形成）。
低温净烟气虽只残存少量SO2且经除雾器除去大部分水雾，但微量水和SO2的存在及环境大气湿度在装置开停车时形成的钢基体表面凝聚水仍会形成缓慢的亚硫酸还原性露点腐蚀（如重庆珞璜除雾器出口净烟气烟道，原设计不防腐，经多年运行可看到明显腐蚀现象，现已实施鳞片防腐）。
②防腐蚀衬层高温热应力失效：
鉴于上述腐蚀因素的存在，通常在原烟气流经区域采用1.2～1.5mm厚耐高温鳞片涂料防腐，但在实际使用中该区防腐衬层常常发生龟裂、开裂、剥落等腐蚀失效现象，究其原因主要有七：
一是在衬里本体固化时，大分子间因固化反应形成新的化学键，使得大分子的聚集态及构象发生变化，分子间距离缩短，树脂体积收缩。
但因衬里材料构成中有多种不同相材料共存且受钢基体表面粘附制约，导致衬层内及界面间形成收缩残余应力；
二是鳞片涂料与钢基体热膨胀系数不同，在热环境下，二者间因粘接相互制约导致涂层内及界面间生成较大的热应力；
三是由于火电厂环保脱硫装置开停车较频繁，使生成的热应力处于间歇性交变状态中，加速衬层的热应力腐蚀失效；
四是鳞片涂层属脆性材料，衬层内热应力的长期存在，特别是在热应力交变期内易导致涂层龟裂、开裂、剥落等物理腐蚀失效；
五是在衬层施工中，不可避免存在气泡、微裂纹等局部缺陷，而此类缺陷正是导致衬层介质渗透、热应力破坏等物理腐蚀失效的起因。
六是衬里材料选择不合理，树酯耐温能力不足，在高温热应力作用下形成热应力开裂。
七是在衬层施工中，不可避免存在气泡、微裂纹、粘贴不良等局部质量缺陷，而此类缺陷正是导致衬层介质渗透、热应力破坏等物理腐蚀失效的起因。
故装置正确的防腐蚀设计，应采用厚浆型鳞片涂料加表面毡复合内衬结构，以力学性能好、残余应力小的纤维锚固鳞片涂料，以耐蚀性、抗渗性好的鳞片涂料提高衬层耐腐蚀性以提高区域抗介质腐蚀、抗高温热应力腐蚀失效能力。
且衬层厚度应控制在1.5±
0.2mm内，低温净烟气烟道因热应力较小，此类腐蚀失效可不作重点考虑。
③防腐蚀衬层烟尘磨损失效：
在配套有电除尘设备的火力发电装置中，该类腐蚀失效虽有但并不严重，若无电除尘设备，由于烟气中含有大量粉尘，则磨损较严重。
提高衬层抗磨损性能的措施是加一层耐磨胶浆贴衬的表面毡，以力学性能好的纤维锚固耐磨胶浆，以耐磨性能好的耐磨胶浆提高衬层抗磨损性。
低温净烟气烟道因含尘量极小，此类腐蚀失效可不作重点考虑。
④防腐蚀衬层高温碳化烧蚀失效：
正常情况下从电除尘排出的原烟气温度为145～150℃，此温度不足以使耐高温鳞片衬里高温碳化烧蚀，但当锅炉的蒸汽预热器、省煤器、空气预热器等设备运行不正常时，电除尘排出的原烟气温度将达160℃以上，此温度将导致大多数耐高温鳞片衬里材料由表及里缓慢高温碳化，此类衬里材料碳化并不严重影响衬里的完整性及耐蚀性，但衬里一旦因热应力作用形成开裂，则裂纹的发展加快，介质沿裂纹渗透速度加快，导致衬里局部整块剥离。
当温度超过180℃时，长期高温作用会导致大多数耐高温鳞片衬里由表及里烧蚀烟化，此种情形将导致衬里严重失强减薄，其腐蚀破坏是致命的。
⑤液滴冲击磨蚀：
当高速流动的烟气中夹带水滴（形成双相流）时，易对烟道壁衬里，特别是对迎风面烟道壁衬里（如导流板及弯烟道壁）产生液滴冲击磨蚀（即空泡腐蚀），形成力学疲劳破坏。
水相来源一是换热器的清洗水，二是列管式换热器的泄漏水。
因液滴在烟气中分布的随机性和液滴的独立存在特点，使衬层承受着连续点击交变冲击作用，导致衬层力学疲劳破坏。
⑥衬里震颤疲劳破坏：
衬层在下述条件下易产生震颤疲劳破坏：
一是该区烟道结构设计强度、刚性不足，特别是烟道布置受环境所限弯道、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。
二是在烟道结构强度设计时，出于结构补强需要，采用细杆内支承补强，当高速流动的烟气在烟道中过流时，因烟气冲击压力作用引发支承细杆抖动变形，导致支承杆与烟道壁焊接区衬层开裂。
由于烟气引发的结构震颤是通过衬层传导给金属基体的，而衬层与基体是通过界面底漆粘接联接的，故此类破坏往往发生在界面底漆粘接层，其对衬层的破坏是非常致命的。
2、SO2吸收及氧化系统：
一是烟气中所含的SO2。
当含硫烟气处于脱硫工况时，在强制氧化环境作用下，烟气中的SO2首先与水反应生成H2SO3及H2SO4，再与碱性吸收剂反应生成亚硫酸盐，经强制氧化生成硫酸盐沉淀分离。
而此阶段，工艺环境温度正好处于稀（亚）硫酸活化腐蚀温度状态，其腐蚀速度快，渗透能力强，故其中间产物H2SO3及H2SO4是导致设备腐蚀的主体。
二是烟气中所含NOX、吸收剂浆液中的水、石灰石、水中所含的氯离子（海水法氯离子腐蚀影响更大）对金属基体也具有腐蚀能力。
三是吸收塔内喷浆区温度环境急变，吸收剂浆液中固体含量大，其温差热应力及固态料对衬层具有较强的腐蚀破坏能力。
①防腐蚀衬层稀（亚）硫酸渗透失效：
导致介质渗透腐蚀失效原因有三：
一是室温条件下固化成型的有机非金属树脂均为非致密体，固化树脂基体中存有大量的分子级空穴；
二是衬里材料均为复合材料，不同相材料界面间总存在有界面孔隙；
再三是衬里材料在混配、施工过程中，必然会生成微气泡、微裂纹等缺陷。
这就为介质迁移性渗透提供了通道。
可以说，正是衬里自身具有的这些固有缺陷，导致腐蚀介质渗透的不可避免性。
橡胶及鳞片衬里之所以被选择为烟气脱硫装置的适用防腐蚀衬里技术，鳞片衬里是因其具有优异的抗渗透能力，橡胶是因其为压延成型故胶板致密性好。
②防腐蚀衬层热应力腐蚀失效：
导致该区应力腐蚀失效原因除16.3.1节已述原因外，还应特别注意吸收塔内喷浆区环境状态，该区为高温原烟气与低温吸收剂浆液交汇区（温度由120～110℃降至45～50℃），对该区防腐衬层而言，温度急变将导致处于不同温度区的衬层热膨胀状态不一样，形成不均匀热应力,其破坏性较恒定热环境下的热应力大得多。
应力的存在增加了衬层内及界面间微裂纹及界面孔隙等缺陷，且为缺陷发展及介质渗透创造了条件。
吸收塔非喷浆区及氧化区，由于环境温度较低，热应力小，衬层的应力腐蚀失效易较小。
③防腐蚀衬层固体物料磨损腐蚀失效：
在脱硫介质体系中，固体物料除烟气所带粉尘外还有作为吸收剂的石灰石浆液及脱硫生成物硫酸钙。
特别是石灰石浆液经浆液泵从喷浆管带压喷出，在与烟气中SO2反应过程中，同时冲刷衬层表面，对吸收塔浆液自重落体区的衬层有较强的磨损能力。
对高温环境而言，由于树脂的高温失强及橡胶的高温热老化等特性，磨损更为严重。
加之大型金属设备为现场拼焊制作，表面凹凸不平，其凸起部位更易因磨损而破坏。
此外吸收塔氧化池底部因工艺机械搅拌及空气搅拌作用亦产生较强的磨损。
④防腐蚀衬层机械力损伤失效：
此种情形主要发生在设备内件吊装及检修时，特别应关注吸收塔氧化池底部氧化空气对底部衬层的吹冲破坏及空气管检修时人为机械损伤。
⑤含亚硫酸热蒸汽腐蚀区：
该区指吸收塔原烟气入口延长段，在该区域，高温原烟气与低温吸收剂浆液交汇，浆液中的含微量氯离子水被汽化并吸收原烟气中的SO2生成含H2SO3水蒸汽，受汽化扩散能的作用向入口延长段扩散并进一步被高温原烟气加热，经一段时间后达到平衡，在此区形成具有热冲击、间歇性交变热应力作用特征的含亚硫酸、微量氯离子热蒸汽腐蚀环境，特别是当该区设有冷却喷淋水时，该区还同时伴随着空泡腐蚀作用，其腐蚀环境十分苛刻。
橡胶衬里耐热性不足易热老化破坏，一般不锈钢因Clˉ及H2SO3的存在易不耐腐蚀。
采用鳞片衬里必须充分考虑其热冲击、间歇性交变热应力及空泡腐蚀作用特点，实施有效补强措施。
国内许多业主及设计方出于对非金属衬里技术的担心，往往在该区域选择价格昂贵的高镍基合金纯金属结构（如59合金等）。
3、吸收剂（石灰石浆液）传输及回收系统
一是经流石灰储槽、石灰石浆液储槽（含石灰石制备废水储坑及排水沟）、石灰石料浆泵、输浆管、吸收塔内料浆集管、料浆喷射管的低温（30-40℃）、高固体含量（20-30%）的石灰石浆液制备输送系统；
二是经流石膏料浆泵、输浆管（槽）、浆液循环管及循环泵、水力分离器、真空带式过滤机、（含过滤水储槽、排水沟、排水储槽、氧化池浆液备用储槽）低温（45-50℃）、高固体含量（40-50%）的石膏浆液输送处理系统。
（2）、该系统主要腐蚀特点分析：
①、石灰石浆液制备输送系统的主要腐蚀介质为CaCO3、水及微量Cl-和OH-，对衬里而言腐蚀条件并不苛刻。
石膏浆液输送处理系统的主要腐蚀介质为CaSO4·
2H2O、水及微量Cl-、H2SO3和H2SO4，对衬里而言腐蚀条件也不苛刻。
②、防腐衬层固体物料磨损腐蚀失效：
由于腐蚀环境温度较低，衬里本体强度高，尽管固体物料含量大，但磨损腐蚀失效并不十分严重，故衬里磨损余量适度考虑即可。
真空带式过滤机、石膏料浆泵、浆液循环管及循环泵、石灰石料浆泵、输浆管、吸收塔内料浆集管、料浆喷射管等设备，在制造商供货时其材料选择中已考虑腐蚀磨损问题，本文将在材料选择章节中列出并加以讨论，此处不在赘述。
四、烟气脱硫装置衬里技术选择及衬层结构设计
1、湿法烟气脱硫装置防腐蚀衬里技术分析
鳞片衬里技术及冷衬橡胶衬里技术作为火电厂烟气脱硫装置两大主流防腐蚀衬里技术已为国内外相关行业界普遍认同。
原因有三：
一是电力行业在早期引进的烟气脱硫环保装置样板示范项目中，国外技术承包商均以该两类技术作为防腐蚀衬里选择，其中鳞片衬里技术在国内实际使用先于橡胶衬里技术进十年；
二是该两类技术在国内已形成产业化基础，具有良好的国产化条件，特别是国产鳞片衬里技术在该领域成功应用也已进八年；
三是该两类技术在烟气脱硫装置中使用具有良好的性能/价格比，为保证该装置的长周期底成本运行提供了可靠的技术保证。
（1）、抗热应力破坏性：
热应力破坏对鳞片衬里而言是由于衬层材料与钢基体线膨涨系数不同引起的大分子间的力学能破坏，但对橡胶而言则是由于作用于橡胶大分子的热能为大分子吸收转化成化学能引起的大分子本体的深度交联（表现为胶板热老化变硬脆化）及大分子本体的断链降阶（表现为胶板表面龟裂），二者间具有本质区别。
有资料证明，环境温度超过80℃时，丁基橡胶在一定的使用时间后具有明显的硬化龟裂现象。
（2）、抗介质渗透性试验：
从试验结果看（见图2
图中：
1-丁基橡胶、腐蚀；
2-FUCHEM-4高温胶泥衬里类型、无异常；
3-镍基合金C、腐蚀；
4-钛、腐蚀；
5-不锈钢、腐蚀。
试验条件30%H2SO4、80℃）：
丁基橡胶的增重远大于鳞片衬里，这说明丁基橡胶对介质的吸收能力远大于鳞片衬里，
图16-2鳞片涂料与耐蚀金属和橡胶的耐蚀性能比较
也就是说介质在丁基橡胶中的渗透能力远大于鳞片衬里。
（3）、耐磨性：
试验证明：
在无腐蚀环境条件下，鳞片
衬里的耐磨性优于丁基橡胶及天然橡胶,略
差于氯丁橡胶。
然而在经腐蚀介质浸泡后橡
胶的耐磨性急剧下降，而鳞片衬里的耐磨性
却几乎无变化（图3，图中1-FUCHEM-2中温耐磨类型衬里；
2-FUCHEM-3中温玻璃钢复合类型；
3-氯丁橡胶；
4-丁基橡胶。
试验条件5%H2SO4、80℃）
图3鳞片涂料与橡胶的耐磨性比较
（4）、鳞片及冷衬橡胶衬里的综合性能比较
表2：
鳞片衬里和冷衬橡胶性能优劣比较表
序号
对比指标
鳞片衬里
冷衬橡胶
1
抗介质渗透性
很好
好
2
界面粘接强度
良
3
抗应力腐蚀
好（热应力环境需补强）
好（＞80℃环境不可用）
4
抗热老化
差
5
耐温性
好（适用于全环境温度）
低温（≤80℃）:
好、高温:
6
抗扩散性底蚀
7
本体强度
8
衬层修补性
9
施工性
10
施工成本
适中
较高
11
质检性
12
对环境要求
高
13
施工周期
短
长
14
对基体要求
15
质量控制要点
针孔，厚度（可查）
胶缝,粘贴界面（不可查）
16
耐磨性
低温（≤60℃）:
好高温:
防腐蚀材料性能比较说明：
橡胶与鳞片衬里之间的许多性能间的比较如：
耐温性、施工性、修补性、耐热老化性、本体强度、抗扩散性底蚀能力、施工周期性等性能鳞片较优是不言而喻的。
但其抗介质渗透性、抗热应力能力及耐磨性优于橡胶是许多人疑惑的，但实践及试验均证明了此结论。
2、烟气脱硫装置非金属防腐蚀衬里材料体系选择及结构设计
（1）、冷衬橡胶防腐蚀衬里材料体系及结构设计
①、冷衬橡胶防腐蚀衬里的材料体系：
由于冷衬丁基橡胶材料的最高使用温度为90℃（国产材料长期使用温度控制在80℃为宜），不足以满足装置温度环境的要求，故以橡胶为主导材料的防腐蚀内衬通常在高温原烟气烟道配套采用耐高温鳞片涂料。
又由于装置低温净烟气烟道腐蚀环境较缓和，采用厚衬层防腐性能/价格比不合适。
加之烟道钢基体壁板较薄，刚性不足，胶板粘贴滚压时易因钢板形变而导致胶板受压不足，影响界面粘贴质量，故该区域防腐蚀内衬通常也配套采用耐低温厚浆型鳞片涂料。
目前在我国引进装置中，以橡胶作为防腐蚀内衬技术选择的装置均采用此防腐材料体系。
②、冷衬橡胶防腐蚀衬里的衬层结构设计：
目前在吸收塔衬胶防腐设计中,多采用3-4mm厚胶板单层结构,胶缝采用搭接或压胶条结构（如图4a、b所示）。
该结构最大缺陷一是胶缝一旦为介质破坏或施工质量有缺陷，介质将直接沿胶缝渗透腐蚀金属基体并形成扩散性底蚀。
二是搭接胶缝或所压胶条高出衬层表面，易于被含固体物料介质磨损破坏，导致胶缝破损形成渗透腐蚀。
建议衬胶防腐设计采用图4c所示结构。
该结构是采用2mm厚胶板两层贴衬，两层胶板的胶缝错位坡面对接，且坡面对接缝与介质流动方向相同，避免形成介质啃边破坏。
图4衬胶结构设计示意图
橡胶衬里对热蒸汽的抗渗性较差，易于形成热蒸汽性扩散渗透鼓泡破坏，因此至少在吸收塔烟气入口热蒸汽丰富区应采用双层胶板衬里结构防腐。
烟道区鳞片防腐结构在鳞片防腐结构中说明，此处不再赘述。
（2）、鳞片防腐蚀内衬材料体系及结构设计
尽管鳞片衬里材料在烟气脱硫装置中已有近三十年的实际应用，但其单独作为烟气脱硫装置的防腐蚀衬里技术仍存在着耐磨损及抗热应力破坏性不足两大缺陷。
我国自二十世纪九十年代引进烟气脱硫样板示范装置以来，此两大缺陷即成为业主的心病，也成为行业科技人员关注的焦点。
经十多年不懈地研究实践，在充分认识烟气脱硫装置腐蚀环境特点的基础上，提出了依环境温度及磨损程度划分装置防腐蚀区域，依区域腐蚀重度确定复合衬里结构的腐蚀控制对策。
即以鳞片结构层（抗渗层）、纤维鳞片结构层（抗渗、抗热应力层）、鳞片纤维耐磨胶浆结构层（抗渗、抗磨、抗热应力层）、鳞片耐磨胶浆结构层（抗渗、抗磨）作为复合衬里结构的基本结构层，按区域腐蚀重度加以复配选用，实现高性能/价格比条件下的控制腐蚀。
试验与实践证明，该腐蚀控制对策是有效的。
具体见下列2表格：
表3：
玻璃鳞片衬
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