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              國內火力發電廠煙囪防腐存在的問題及建議

              2019-10-19

              隨著在電力行業落實國家環保政策力度的不斷加大,燃煤發電機組必須限期加裝濕法脫硫裝置。目前,各大火電集團均積極響應國家的環保政策,加大煙氣脫硫力度,力爭在規定期限內,使得各自電廠的排煙濃度達到國家規定的環保標準。


              但是,由于我國火電行業以前均是排放高溫煙氣,這時煙氣對煙道、煙囪的腐蝕較輕,再加上當時中國處于計劃經濟體制,國內電力行業(電廠、電力設計院)基本上不設置材料專業,更不必說防腐蝕材料專業了?,F在面臨著全行業的大規模脫硫工程,整個電力行業在隨之而來的嚴重腐蝕面前,還缺乏對腐蝕危害的足夠認識。


              在加裝濕法脫硫裝置的過程中,特別是在涉及到脫硫塔、煙道及煙囪防腐蝕材料及防腐蝕方案時,受種種原因的影響,往往不能正確地選擇防腐蝕材料品種和生產廠商,僅僅聽從一些上門推銷的防腐蝕材料廠商的建議,然后從低價中標的角度來選擇一些不具備足夠的防腐蝕技術力量及生產經驗的企業作為供貨商,結果導致大量的煙囪防腐蝕項目出現質量問題,給電力行業帶來嚴重的經濟損失,并給電廠的安全生產留下嚴重的潛在危害。


              筆者作為一家國內從事防腐蝕材料及工程技術研究歷史最悠久的中央直屬研究院的高級技術人員,早在10年前即參與火電行業防腐蝕材料的仲裁檢驗,最近5年來更是多次應邀參加電力行業的設計方案、防腐蝕產品及防腐蝕工程招標等評審會,對火電行業防腐蝕現狀有著深刻的體會,同時在心中也逐步積累起深深的憂慮。


              本文的目的,是基于一個國有研究院防腐蝕技術人員的職業責任感,為降低火電廠的運行成本、提高安全性,向電力行業及相關機構提出個人建議,供電力行業有關人士參考。

              一、濕法脫硫前后煙氣腐蝕性的簡要介紹


              垃圾發電廠防腐


              濕法脫硫前,燃煤機組排放的是未經脫硫的煙氣,進入煙囪的煙氣溫度在125℃左右(出現事故時的短期煙氣溫度則可達150-180℃)。在此條件下,煙囪內壁處于干燥狀態,煙氣對煙囪內壁材料不直接產生腐蝕。


              加裝濕法脫硫裝置后,排放的濕煙氣。如果未經煙氣換熱器加熱升溫,進入煙囪的煙氣溫度在50±5℃,煙囪內壁有嚴重結露,沿筒壁有結露所產生的酸液流淌。酸液的溫度在40-80℃時,對結構材料的腐蝕性特別強。以鋼材為例,40-80℃時的腐蝕速度比在其它溫度時高出約3-8倍。



              據北侖電廠的測試結果表明,濕法脫硫后,當脫硫效率達到理論設計值95%時,煙囪內壁的酸性冷凝液的ph值為1.9?2.2,屬于強酸性狀態。此時濕煙氣對于不同材質的腐蝕速率為:


              q235a鋼的腐蝕速率高達159.54mm/年-200.00mm/年;


              10crmncuti不銹鋼的腐蝕速率也高達23.9268mm/年!


              這一實際測試數據充分說明了此凝結液具有很強的腐蝕能力。


              對于混凝土煙囪在濕煙氣狀態下的腐蝕問題,東南大學、江蘇蘇源環保公司等的研究表明,當煙囪內壁稀硫酸的濃縮在中等狀態時(此時硫酸的濃度為15%,濃縮濃度可達40%)對混凝土的腐蝕速率為:


              對于c25混凝土的腐蝕速率為8mm/10天;


              對于c30混凝土的腐蝕速率為2.4mm/10天;


              對于c50混凝土的腐蝕速率為2.4mm/10天。


              從以上3篇關于燃煤機組煙氣脫硫前后,煙氣腐蝕性研究及測試論文的結論可以看出,雖然在加裝濕法煙氣脫硫裝置后,煙氣中大約90%?95%的so2被從煙氣中脫除,但是,由于在脫硫后的煙氣中引入了大量的水并且將煙氣溫度降至50±5℃左右(國內電廠為了節省投資,基本上不加裝ggh),因而使得脫硫后的煙氣具有了很強的腐蝕性。


              另外,據筆者于2005年夏天在西北電力設計院的一份內部資料中看到,重慶電廠在加裝濕法脫硫裝置時,由于未對煙囪內壁進行防腐蝕改造,結果只運行了大約不到5年時間,煙囪內壁即出現了嚴重腐蝕,影響到發電機組的安全運行。最后不得不花費近600萬元進行煙囪結構加固處理,然后再進行內防腐施工。由此案例可見,排放濕法煙氣煙囪防腐蝕的重要性以及不采取合適防腐蝕措施所帶來的嚴重后果。


              二、目前電廠防腐蝕材料現狀


              如前所述,電力行業對于工程材料,尤其是防腐蝕材料方面缺乏專業人才和相關知識,再加上席卷全國的低價中標方式,使得目前電力行業所采購的大多數防腐蝕材料及防腐蝕設計方案不能滿足實際需要,給電廠留下嚴重的安全隱患。


              目前向電廠供貨的大多數防腐蝕材料廠商,基本上是最近幾年才從事防腐蝕材料生產的民營企業,幾乎沒有相關的技術人員,生產配方來自于私下購買或者傳說,利用目前電力行業的相關管理人員、設計人員缺乏足夠的防腐蝕專業知識這一弱點,僅僅靠一些個人關系,靠一些不正當手段,從與電力行業相關的機構獲取一紙檢測證書和評審證書,然后就到各大電力集團、電廠及設計院進行密集的游說活動,獲取相關的工程投標信息及投標入圍資格,然后在投標過程中再采取欺騙手段,提供虛假材料,依靠超低價格來獲得中標。


              僅從上述兩個方面的案例比較,就可以看出目前電力行業防腐蝕工程的潛在危害有多嚴重!


              三、最近幾年煙囪防腐蝕事故案例簡介


              在此之前,由于脫硫系統尚處于部分開機狀況,煙囪嚴重腐蝕案例較少,國內很多電廠進行煙囪防腐蝕施工前,均采納一些推銷防腐蝕材料的廠家提供的設計方案,然后由電廠組織專家評審會,對這一方案進行審議、局部修改后實施。


              但是,由于這類方案在提交專家評審會之時,就已經基本明確了將來的中標廠家。這些在電力行業推銷煙囪防腐蝕材料的廠家,絕大多數并不懂得防腐蝕技術,只是最近幾年剛進入防腐蝕領域的“門外漢”,或者是將其他廠家的產品采購回來后貼牌銷售;結果導致參會專家不能暢所欲言,經過評審的方案,仍然存在嚴重缺陷,就投入實施,使用不久就出現嚴重滲漏事故。


              在此運作模式下,由于是專家評審會集體做出的決定,到時也沒有任何人對此負責,結果倒霉的還是電廠。


              1. 發泡玻璃磚工程案例

              垃圾發電廠防腐

              (1)案例簡介


              發泡玻璃磚防腐蝕體系是國內借鑒美國某產品,進行國產化而推出,目前國內已有數家公司在推銷此方案。


              但是,在這些推銷廠家中,只有1家擁有類似于美國某產品的生產線,其余廠家要么根本沒有生產基地,僅靠采購其他廠家的產品進行貼牌;要么就是采用廢玻璃進行生產。由于廢玻璃成分的不確定性,由此生產的發泡玻璃磚性能極不穩定,強度低下,與美國產品相比,差距極大。另一方面就是這些廠家不懂得防腐蝕材料及防腐蝕工程設計要求,僅從表面上模仿美國產品數值,環氧玻璃鱗片漆廠家告訴您采用根本不耐腐蝕的硅橡膠或者瀝青作為發泡玻璃磚粘接劑。


              但是,這些廠家利用偷梁換柱的手法進行操作,也獲得了大量的工程項目,但是很快就出現了工程質量問題。例如:


              ① 在四川某電廠發泡玻璃磚項目施工過程中的一份粘接劑檢測報告顯示,所使用的發泡玻璃磚粘接膠在23±2℃自來水水中浸泡7天,其粘接強度保留率只有86%!


              ② 在河南某電廠發泡玻璃磚投標文件中,某廠家提供的粘接膠檢測報告,在23±2℃5%硫酸中浸泡7天,其粘接強度保留率只有76%!


              而按照防腐蝕材料的耐腐蝕性能與耐溫性能之間的對應關系,溫度每升高10℃,其腐蝕速率將上升1-3倍。如果將這種粘接膠用在脫硫煙氣的運行溫度50±5℃,其耐水、耐硫酸強度保留率將不超過50%!按照防腐蝕材料耐腐蝕性能的評定標準,這類材料屬于不耐水、不耐常溫稀硫酸的產品,何以承受前面所說的強腐蝕性脫硫濕煙氣及其冷凝水。


              (2)存在問題的簡要分析


              ① 絕大多數國產發泡玻璃塊材料的實際抗壓強度只有0.6mpa-0.8mpa,但是由于還沒有這方面的專用檢測標準,一些廠商采取“操作手段”,將檢測報告上的抗壓強度值標稱到1.4mpa甚至更高,超過了進口pennguard發泡玻璃塊材國內實測值的1.2mpa。


              ② 絕大多數國產發泡玻璃塊材的粘接劑不過關,多數推銷國產發泡玻璃塊材的企業,本身并沒有生產設施,而是采取OEM或者貼牌采購。這樣產品質量難以保證。


              ③ 更為嚴重的是,某些推銷企業本身不懂得防腐蝕材料,對濕法煙氣脫硫后的腐蝕環境也不甚了解,僅僅是看到了目前電力行業濕法脫硫所帶來的巨大商機,看到pennguard發泡玻璃塊材的配套粘接劑斷裂延伸率高達350%,就在這方面做仿制文章,發現硅橡膠的斷裂延伸率、耐溫性能滿足需要,就配制成為國產發泡玻璃塊材的粘接劑。而實際上,硅橡膠本身雖然具有優異的彈性(斷裂延伸率)、優異的耐高溫、耐低溫性能和優異的耐自然老化性能,但是,硅橡膠本身的耐化學腐蝕性能卻較差,根本不是為耐化學腐蝕而開發的!


              ④ 還有一些企業,在檢驗數據上造假來蒙騙電廠。例如,某工程公司的投標資料中提供的數據,檢測依據為美國 ASTM 標準,檢測數據采用英制單位。只要稍有技術常識的人均知道,這些數據肯定是偽造!因為按照國家計量法的規定,國際單位制是我國的法定計量單位,國內檢測單位不可能向專供國內使用的檢測報告提供英制單位!對此公司所提供數據解釋就是:造假!


              2. OM涂料工程事故簡介


              江蘇某電廠在2007年4月組織了一次專家評審會,對OM涂料廠家提供的防腐蝕方案進行評審,通過后于2007年7月初進行施工,當月底投產。


              結果到2007年9月中旬,該煙囪即出現多處、大量滲水;10月中旬電廠停機由OM涂料廠家維修了一次,結果滲水量加大。2007年11月初,我們應邀到該廠進行實地考察、制定補救措施。


              經過對原煙囪防腐蝕設計方案、施工記錄等進行調查、詢問施工單位、實地考察之后,我們基本確診了該煙囪漏水的原因——OM煙囪涂料廠家不懂得煙囪結構構造和防腐蝕設計技術、存在結構性設計缺陷;OM煙囪涂料廠家推薦的無正規防腐蝕資質的施工隊承擔施工,施工過程有偷工減料現象。我們隨即提出了補救措施,電廠按照我院推薦的方案監督OM煙囪涂料廠家再次處理后,至今未再出現漏水現象。


              3. 新建煙囪嚴重漏水事故——耐酸澆注料(耐酸膠泥)


              (1)案例簡介


              南通某熱電有限公司位于江蘇省南通市經濟技術開發區,主要為開發區內的化工廠、制藥廠等提供水蒸氣、熱水等,是一家美資企業。


              2007年,該公司新建了一座120m煙囪,該煙囪采用生產廠家推薦的xx輕質耐酸澆注料做防腐蝕內襯,厚度250mm,最小厚度100mm。結果只使用了半年,即出現嚴重滲漏現象。


              我們到現場實地考察、調閱設計、施工資料后發現,該項目為選材錯誤、結構設計錯誤:


              ① 該材料在固化過程中存在很大的收縮;


              ② 同樣的材料,在3年前即在廣西某項目上出現過嚴重開裂現象,在該項目施工過程中,并未加以改進;


              ③ 該項目內筒結構設計中,設置了防開裂施工切縫,但未對這些施工切縫進行密封處理,使得脫硫煙氣冷凝水很容易穿透內筒;


              該廠另一座老煙囪在加裝濕法脫硫裝置后,也出現了一些滲水和裂紋。我們針對該廠實際情況,提出了就地維修和新建一座專用脫硫煙囪兩套防腐蝕處理方案,結果由于需要資金較多,必須向美國董事會匯報,至今還未定奪。


              此外,耐酸膠泥在陜西某電廠煙道中的應用只有3年,即出現嚴重腐蝕現象;北京某熱電廠采用特種耐酸膠泥做內防腐,使用壽命也未超過4年,即由于嚴重腐蝕而不得不更換!


              (2)小結


              按照電力行標《火力發電廠煙囪(煙道)內襯防腐蝕材料》(dl/t901-2004)的定義,“耐酸膠結料是以硅酸鈉(或硅酸鉀)、耐酸填充料、固化劑等為主要原材料組成的具有耐酸、耐熱性能的粘接材料的總稱。采用不同粒度級配的填充料,可以配制成耐酸涂料、耐酸膠泥、耐酸砂漿、耐酸澆注料等具有涂抹、粘接、砌筑或澆注等各種用途的耐酸(耐熱)材料、制品或結構體?!?/p>


              《工業建筑防腐蝕設計規范》(gb 50046-2008)對耐酸膠泥應用范圍的限定是:常溫介質作用時宜選用密實型水玻璃類材料;當介質溫度高于100℃時,不應選用密實型水玻璃類材料。而電廠煙囪(煙道)在實際使用過程中,由于現有脫硫機組的運轉穩定性等原因,會經常在脫硫、旁路排煙這兩種工況下切換,使得煙囪(煙道)的使用環境也隨之在50℃飽和稀硫酸環境、超過100℃的旁路干燥煙氣環境之間變換,這就決定了:在目前國內脫硫裝置運行現狀下,煙囪(煙道)內防腐材料不能選用耐酸膠泥類防腐蝕材料。


              4. 新建煙囪腐蝕事故——某電廠3#煙囪觀察孔漏水


              我們在山西某電廠實地考察期間,發現投產不久的3#煙囪中部有一圈均勻分布的孔洞,在每個孔洞的下方,均有大量的紅褐色滲水痕跡。


              經詢問該廠生技部有關同志,得知這些孔洞是設計預留的觀察孔。電廠原以為這些紅褐色痕跡為煙囪外壁鋼爬梯在下雨天氣時淋雨、生銹所致。并且告訴我們,在開始時滲漏的是白色物質,后來才開始滲漏紅褐色物質。


              其實不然,這些紅褐色痕跡是從這些觀察孔中流出,很顯然是這些觀察孔附近的煙囪內筒出現了問題,脫硫濕煙氣在這些部位冷凝成為強腐蝕性液體,先腐蝕混凝土(生成白色物質),隨后腐蝕鋼筋(生成紅褐色物質)所致。如不及時處理,將帶來嚴重后果。


              這些照片表明,該電廠3#煙囪可能存在如下問題:


              ① 3#煙囪的防腐蝕施工質量存在問題;


              ② 3#煙囪的防腐蝕方案可能存在問題;


              ③ 3#煙囪內筒施工單位技術水平太差。


              因為一個合格的施工單位,應該懂得本行業的材料性能和相關設計要求,在施工過程中如發現設計方案存在問題,應及時通知監理單位、業主和設計院,及時予以修改、糾正。


              在隨后的進一步調查中得知,該煙囪下部為套筒式結構,上部為單筒式結構,內襯為水玻璃粉煤灰磚。據此,我們認為,如果不盡快采取補救措施,任由3#煙囪照此腐蝕下去,隨著這些觀察孔附近的鋼筋逐步被腐蝕到一定程度,該煙囪在極端情況出現時(冬季風力、地震等極端外力作用下),有被折斷的可能!


              根據該項目為新建煙囪的現實,我們估計,出現如此嚴重漏水現象的原因,很可能是該項目在內筒伸縮縫部位,存在缺陷,導致強腐蝕性濕煙氣冷凝水,透過內筒伸縮縫而到達外筒壁的內表面,并沿外筒壁內表面流至觀察孔部位后,通過觀察孔流出。


              5. 小結


              從以上內容,可以很容易地看出,目前電力系統脫硫煙囪的防腐蝕項目操作模式,存在巨大的風險,如果不及時采取適當措施加以改變,遏制住目前部分材料廠商的不道德推銷手法,必將給我國火電脫硫事業,帶來無窮的后果!環氧玻璃鱗片漆

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              四、建議


              基于目前電力行業脫硫的規模,以及目前電力行業防腐蝕材料選材、招標的現狀,筆者建議采取如下措施:


              1. 由電監會、中電聯或者其他電力主管部門牽頭,委托國內知名防腐蝕研究單位對濕法脫硫后煙囪的防腐蝕問題進行綜合研究,確認加裝濕法煙氣脫硫裝置后煙囪的腐蝕現狀,并編制相關煙囪防腐蝕設計規程(目前已有的煙囪防腐蝕規程不能滿足實際需要),為今后的煙囪防腐蝕設計提供依據;


              2. 由電監會、中電聯或者其他電力主管部門牽頭,改變目前電力行業多頭進行防腐蝕材料評審的現狀,委托國內知名防腐蝕研究單位對目前國內煙囪防腐蝕材料進行綜合測試,對于性能合格的企業,由電監會、中電聯或者其他電力主管部門統一頒發進入電力行業的行銷許可證,無證企業將失去投標資格;


              3. 眾所周知,一分錢一分貨?;诤侠硇阅軆r格比的原則,由電監會、中電聯或者其他電力主管部門牽頭,將目前電力行業在防腐蝕招標過程中一貫采用的低價中標的評標辦法,改為在確保工程質量的前提下,采納合理低價的投標方案。


              4. 對于目前已出現滲漏、嚴重腐蝕的脫硫煙囪,建議委托有資格的檢測單位進行煙囪結構的安全性檢測、評估,并提出結構加固處理方案;然后委托有實際操作經驗的防腐蝕研究單位提供設計方案,然后交由相關電廠執行。

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