国内火力发电厂烟囱防腐存在的问题及建议

2019-11-05 01:26:34 changyuan 31
国内火力发电厂烟囱防腐存在的问题及建议

随着在电力行业落实国家环保政策力度的不断加大,燃煤发电机组必须限期加装湿法脱硫装置。目前,各大火电集团均积极响应国家的环保政策,加大烟气脱硫力度,力争在规定期限内,使得各自电厂的排烟浓度达到国家规定的环保标准。

但是,由于我国火电行业以前均是排放高温烟气,这时烟气对烟道、烟囱的腐蚀较轻,再加上当时中国处于计划经济体制,国内电力行业(电厂、电力设计院)基本上不设置材料专业,更不必说防腐蚀材料专业了。现在面临着全行业的大规模脱硫工程,整个电力行业在随之而来的严重腐蚀面前,还缺乏对腐蚀危害的足够认识。

在加装湿法脱硫装置的过程中,特别是在涉及到脱硫塔、烟道及烟囱防腐蚀材料及防腐蚀方案时,受种种原因的影响,往往不能正确地选择防腐蚀材料品种和生产厂商,仅仅听从一些上门推销的防腐蚀材料厂商的建议,然后从低价中标的角度来选择一些不具备足够的防腐蚀技术力量及生产经验的企业作为供货商,结果导致大量的烟囱防腐蚀项目出现质量问题,给电力行业带来严重的经济损失,并给电厂的安全生产留下严重的潜在危害。

笔者作为一家国内从事防腐蚀材料及工程技术研究历史最悠久的中央直属研究院的高级技术人员,早在10年前即参与火电行业防腐蚀材料的仲裁检验,最近5年来更是多次应邀参加电力行业的设计方案、防腐蚀产品及防腐蚀工程招标等评审会,对火电行业防腐蚀现状有着深刻的体会,同时在心中也逐步积累起深深的忧虑。

本文的目的,是基于一个国有研究院防腐蚀技术人员的职业责任感,为降低火电厂的运行成本、提高安全性,向电力行业及相关机构提出个人建议,供电力行业有关人士参考。

一、湿法脱硫前后烟气腐蚀性的简要介绍

湿法脱硫前,燃煤机组排放的是未经脱硫的烟气,进入烟囱的烟气温度在125℃左右(出现事故时的短期烟气温度则可达150-180℃)。在此条件下,烟囱内壁处于干燥状态,烟气对烟囱内壁材料不直接产生腐蚀。

加装湿法脱硫装置后,排放的湿烟气。如果未经烟气换热器加热升温,进入烟囱的烟气温度在50±5℃,烟囱内壁有严重结露,沿筒壁有结露所产生的酸液流淌。酸液的温度在40-80℃时,对结构材料的腐蚀性特别强。以钢材为例,40-80℃时的腐蚀速度比在其它温度时高出约3-8倍。

据北仑电厂的测试结果表明,湿法脱硫后,当脱硫效率达到理论设计值95%时,烟囱内壁的酸性冷凝液的ph值为1.9?2.2,属于强酸性状态。此时湿烟气对于不同材质的腐蚀速率为:

q235a钢的腐蚀速率高达159.54mm/年-200.00mm/年;10crmncuti不锈钢的腐蚀速率也高达23.9268mm/年!

这一实际测试数据充分说明了此凝结液具有很强的腐蚀能力。

对于混凝土烟囱在湿烟气状态下的腐蚀问题,东南大学、江苏苏源环保公司等的研究表明,当烟囱内壁稀硫酸的浓缩在中等状态时(此时硫酸的浓度为15%,最大浓缩浓度可达40%)对混凝土的腐蚀速率为:

对于c25混凝土的腐蚀速率为8mm/10天;对于c30混凝土的腐蚀速率为2.4mm/10天;对于c50混凝土的腐蚀速率为2.4mm/10天。

从以上3篇关于燃煤机组烟气脱硫前后,烟气腐蚀性研究及测试论文的结论可以看出,虽然在加装湿法烟气脱硫装置后,烟气中大约90%?95%的so2被从烟气中脱除,但是,由于在脱硫后的烟气中引入了大量的水并且将烟气温度降至50±5℃左右(国内电厂为了节省投资,基本上不加装ggh),因而使得脱硫后的烟气具有了很强的腐蚀性。

另外,据笔者于2005年夏天在西北电力设计院的一份内部资料中看到,重庆电厂在加装湿法脱硫装置时,由于未对烟囱内壁进行防腐蚀改造,结果只运行了大约不到5年时间,烟囱内壁即出现了严重腐蚀,影响到发电机组的安全运行。最后不得不花费近600万元进行烟囱结构加固处理,然后再进行内防腐施工。由此案例可见,排放湿法烟气烟囱防腐蚀的重要性以及不采取合适防腐蚀措施所带来的严重后果。

二、目前电厂防腐蚀材料现状

如前所述,电力行业对于工程材料,尤其是防腐蚀材料方面缺乏专业人才和相关知识,再加上席卷全国的低价中标方式,使得目前电力行业所采购的大多数防腐蚀材料及防腐蚀设计方案不能满足实际需要,给电厂留下严重的安全隐患。

目前向电厂供货的大多数防腐蚀材料厂商,基本上是最近几年才从事防腐蚀材料生产的民营企业,几乎没有相关的技术人员,生产配方来自于私下购买或者传说,利用目前电力行业的相关管理人员、设计人员缺乏足够的防腐蚀专业知识这一弱点,仅仅靠一些个人关系,靠一些不正当手段,从与电力行业相关的机构获取一纸检测证书和评审证书,然后就到各大电力集团、电厂及设计院进行密集的游说活动,获取相关的工程投标信息及投标入围资格,然后在投标过程中再采取欺骗手段,提供虚假材料,依靠超低价格来获得中标。

仅从上述两个方面的案例比较,就可以看出目前电力行业防腐蚀工程的潜在危害有多严重!

三、最近几年烟囱防腐蚀事故案例简介

在此之前,由于脱硫系统尚处于部分开机状况,烟囱严重腐蚀案例较少,国内很多电厂进行烟囱防腐蚀施工前,均采纳一些推销防腐蚀材料的厂家提供的设计方案,然后由电厂组织专家评审会,对这一方案进行审议、局部修改后实施。

但是,由于这类方案在提交专家评审会之时,就已经基本明确了将来的中标厂家。这些在电力行业推销烟囱防腐蚀材料的厂家,绝大多数并不懂得防腐蚀技术,只是最近几年刚进入防腐蚀领域的“门外汉”,或者是将其他厂家的产品采购回来后贴牌销售;结果导致参会专家不能畅所欲言,经过评审的方案,仍然存在严重缺陷,就投入实施,使用不久就出现严重渗漏事故。

在此运作模式下,由于是专家评审会集体做出的决定,到时也没有任何人对此负责,结果倒霉的还是电厂。

1. 发泡玻璃砖工程案例

(1)案例简介

发泡玻璃砖防腐蚀体系是国内借鉴美国某产品,进行国产化而推出,目前国内已有数家公司在推销此方案。

但是,在这些推销厂家中,只有1家拥有类似于美国某产品的生产线,其余厂家要么根本没有生产基地,仅靠采购其他厂家的产品进行贴牌;要么就是采用废玻璃进行生产。由于废玻璃成分的不确定性,由此生产的发泡玻璃砖性能极不稳定,强度低下,与美国产品相比,差距极大。另一方面就是这些厂家不懂得防腐蚀材料及防腐蚀工程设计要求,仅从表面上模仿美国产品数值,采用根本不耐腐蚀的硅橡胶或者沥青作为发泡玻璃砖粘接剂。

但是,这些厂家利用偷梁换柱的手法进行操作,也获得了大量的工程项目,但是很快就出现了工程质量问题。例如:

① 在四川某电厂发泡玻璃砖项目施工过程中的一份粘接剂检测报告显示,所使用的发泡玻璃砖粘接胶在23±2℃自来水水中浸泡7天,其粘接强度保留率只有86%!

② 在河南某电厂发泡玻璃砖投标文件中,某厂家提供的粘接胶检测报告,在23±2℃5%硫酸中浸泡7天,其粘接强度保留率只有76%!

而按照防腐蚀材料的耐腐蚀性能与耐温性能之间的对应关系,温度每升高10℃,其腐蚀速率将上升1-3倍。如果将这种粘接胶用在脱硫烟气的运行温度50±5℃,其耐水、耐硫酸强度保留率将不超过50%!按照防腐蚀材料耐腐蚀性能的评定标准,这类材料属于不耐水、不耐常温稀硫酸的产品,何以承受前面所说的强腐蚀性脱硫湿烟气及其冷凝水。

(2)存在问题的简要分析

① 绝大多数国产发泡玻璃块材料的实际抗压强度只有0.6mpa-0.8mpa,但是由于还没有这方面的专用检测标准,一些厂商采取“操作手段”,将检测报告上的抗压强度值标称到1.4mpa甚至更高,超过了进口pennguard发泡玻璃块材国内实测值的1.2mpa。

② 绝大多数国产发泡玻璃块材的粘接剂不过关,多数推销国产发泡玻璃块材的企业,本身并没有生产设施,而是采取OEM或者贴牌采购。这样产品质量难以保证。

③ 更为严重的是,某些推销企业本身不懂得防腐蚀材料,对湿法烟气脱硫后的腐蚀环境也不甚了解,仅仅是看到了目前电力行业湿法脱硫所带来的巨大商机,看到pennguard发泡玻璃块材的配套粘接剂断裂延伸率高达350%,就在这方面做仿制文章,发现硅橡胶的断裂延伸率、耐温性能满足需要,就配制成为国产发泡玻璃块材的粘接剂。而实际上,硅橡胶本身虽然具有优异的弹性(断裂延伸率)、优异的耐高温、耐低温性能和优异的耐自然老化性能,但是,硅橡胶本身的耐化学腐蚀性能却较差,根本不是为耐化学腐蚀而开发的!

④ 还有一些企业,在检验数据上造假来蒙骗电厂。例如,某工程公司的投标资料中提供的数据,检测依据为美国 ASTM 标准,检测数据采用英制单位。只要稍有技术常识的人均知道,这些数据肯定是伪造!因为按照国家计量法的规定,国际单位制是我国的法定计量单位,国内检测单位不可能向专供国内使用的检测报告提供英制单位!对此公司所提供数据唯一的解释就是:造假!

2. OM涂料工程事故简介

江苏某电厂在2007年4月组织了一次专家评审会,对OM涂料厂家提供的防腐蚀方案进行评审,通过后于2007年7月初进行施工,当月底投产。

结果到2007年9月中旬,该烟囱即出现多处、大量渗水;10月中旬电厂停机由OM涂料厂家维修了一次,结果渗水量加大。2007年11月初,我们应邀到该厂进行实地考察、制定补救措施。

经过对原烟囱防腐蚀设计方案、施工记录等进行调查、询问施工单位、实地考察之后,我们基本确诊了该烟囱漏水的原因——OM烟囱涂料厂家不懂得烟囱结构构造和防腐蚀设计技术、存在结构性设计缺陷;OM烟囱涂料厂家推荐的无正规防腐蚀资质的施工队承担施工,施工过程有偷工减料现象。我们随即提出了补救措施,电厂按照我院推荐的方案监督OM烟囱涂料厂家再次处理后,至今未再出现漏水现象。

3. 新建烟囱严重漏水事故——耐酸浇注料(耐酸胶泥)

(1)案例简介

南通某热电有限公司位于江苏省南通市经济技术开发区,主要为开发区内的化工厂、制药厂等提供水蒸气、热水等,是一家美资企业。

2007年,该公司新建了一座120m烟囱,该烟囱采用生产厂家推荐的xx轻质耐酸浇注料做防腐蚀内衬,最大厚度250mm,最小厚度100mm。结果只使用了半年,即出现严重渗漏现象。

我们到现场实地考察、调阅设计、施工资料后发现,该项目为选材错误、结构设计错误:

① 该材料在固化过程中存在很大的收缩;② 同样的材料,在3年前即在广西某项目上出现过严重开裂现象,在该项目施工过程中,并未加以改进;③ 该项目内筒结构设计中,设置了防开裂施工切缝,但未对这些施工切缝进行密封处理,使得脱硫烟气冷凝水很容易穿透内筒;该厂另一座老烟囱在加装湿法脱硫装置后,也出现了一些渗水和裂纹。我们针对该厂实际情况,提出了就地维修和新建一座专用脱硫烟囱两套防腐蚀处理方案,结果由于需要资金较多,必须向美国董事会汇报,至今还未定夺。

此外,耐酸胶泥在陕西某电厂烟道中的应用只有3年,即出现严重腐蚀现象;北京某热电厂采用特种耐酸胶泥做内防腐,使用寿命也未超过4年,即由于严重腐蚀而不得不更换!

(2)小结

按照电力行标《火力发电厂烟囱(烟道)内衬防腐蚀材料》(dl/t901-2004)的定义,“耐酸胶结料是以硅酸钠(或硅酸钾)、耐酸填充料、固化剂等为主要原材料组成的具有耐酸、耐热性能的粘接材料的总称。采用不同粒度级配的填充料,可以配制成耐酸涂料、耐酸胶泥、耐酸砂浆、耐酸浇注料等具有涂抹、粘接、砌筑或浇注等各种用途的耐酸(耐热)材料、制品或结构体。”

《工业建筑防腐蚀设计规范》(gb 50046-2008)对耐酸胶泥应用范围的限定是:常温介质作用时宜选用密实型水玻璃类材料;当介质温度高于100℃时,不应选用密实型水玻璃类材料。而电厂烟囱(烟道)在实际使用过程中,由于现有脱硫机组的运转稳定性等原因,会经常在脱硫、旁路排烟这两种工况下切换,使得烟囱(烟道)的使用环境也随之在50℃饱和稀硫酸环境、超过100℃的旁路干燥烟气环境之间变换,这就决定了:在目前国内脱硫装置运行现状下,烟囱(烟道)内防腐材料不能选用耐酸胶泥类防腐蚀材料。

4.新建烟囱腐蚀事故——某电厂3#烟囱观察孔漏水

我们在山西某电厂实地考察期间,发现投产不久的3#烟囱中部有一圈均匀分布的孔洞,在每个孔洞的下方,均有大量的红褐色渗水痕迹。

经询问该厂生技部有关同志,得知这些孔洞是设计预留的观察孔。电厂原以为这些红褐色痕迹为烟囱外壁钢爬梯在下雨天气时淋雨、生锈所致。并且告诉我们,在开始时渗漏的是白色物质,后来才开始渗漏红褐色物质。

其实不然,这些红褐色痕迹是从这些观察孔中流出,很显然是这些观察孔附近的烟囱内筒出现了问题,脱硫湿烟气在这些部位冷凝成为强腐蚀性液体,先腐蚀混凝土(生成白色物质),随后腐蚀钢筋(生成红褐色物质)所致。如不及时处理,将带来严重后果。

这些照片表明,该电厂3#烟囱可能存在如下问题:

① 3#烟囱的防腐蚀施工质量存在问题;② 3#烟囱的防腐蚀方案可能存在问题;③ 3#烟囱内筒施工单位技术水平太差。

因为一个合格的施工单位,应该懂得本行业的材料性能和相关设计要求,在施工过程中如发现设计方案存在问题,应及时通知监理单位、业主和设计院,及时予以修改、纠正。

在随后的进一步调查中得知,该烟囱下部为套筒式结构,上部为单筒式结构,内衬为水玻璃粉煤灰砖。据此,我们认为,如果不尽快采取补救措施,任由3#烟囱照此腐蚀下去,随着这些观察孔附近的钢筋逐步被腐蚀到一定程度,该烟囱在极端情况出现时(冬季最大风力、地震等极端外力作用下),有被折断的可能!

根据该项目为新建烟囱的现实,我们估计,出现如此严重漏水现象的原因,很可能是该项目在内筒伸缩缝部位,存在缺陷,导致强腐蚀性湿烟气冷凝水,透过内筒伸缩缝而到达外筒壁的内表面,并沿外筒壁内表面流至观察孔部位后,通过观察孔流出。

5. 小结

从以上内容,可以很容易地看出,目前电力系统脱硫烟囱的防腐蚀项目操作模式,存在巨大的风险,如果不及时采取适当措施加以改变,遏制住目前部分材料厂商的不道德推销手法,必将给我国火电脱硫事业,带来无穷的后果!

四、建议

基于目前电力行业脱硫的规模,以及目前电力行业防腐蚀材料选材、招标的现状,笔者建议采取如下措施:

1. 由电监会、中电联或者其他电力主管部门牵头,委托国内知名防腐蚀研究单位对湿法脱硫后烟囱的防腐蚀问题进行综合研究,确认加装湿法烟气脱硫装置后烟囱的腐蚀现状,并编制相关烟囱防腐蚀设计规程(目前已有的烟囱防腐蚀规程不能满足实际需要),为今后的烟囱防腐蚀设计提供依据;

2. 由电监会、中电联或者其他电力主管部门牵头,改变目前电力行业多头进行防腐蚀材料评审的现状,委托国内知名防腐蚀研究单位对目前国内烟囱防腐蚀材料进行综合测试,对于性能合格的企业,由电监会、中电联或者其他电力主管部门统一颁发进入电力行业的行销许可证,无证企业将失去投标资格;

3. 众所周知,一分钱一分货。基于合理性能价格比的原则,由电监会、中电联或者其他电力主管部门牵头,将目前电力行业在防腐蚀招标过程中一贯采用的低价中标的评标办法,改为在确保工程质量的前提下,采纳合理低价的投标方案。

4. 对于目前已出现渗漏、严重腐蚀的脱硫烟囱,建议委托有资格的检测单位进行烟囱结构的安全性检测、评估,并提出结构加固处理方案;然后委托有实际操作经验的防腐蚀研究单位提供设计方案,然后交由相关电厂执行。