內襯復合陶瓷管道在大型火力發電廠脫硫系統中的應用

高樹愛

華電國際鄒縣發電廠，山東 鄒城 273522

1 概述

華電國際鄒縣發電廠三期2×600mW、四期2×1000mW、一二期4×335mW機組脫硫系統先后于2006年、2007年、2009年相繼正式投入運行，配置為一爐一塔，均為石灰石－石膏濕法脫硫工藝，其中一二、四期每塔配4臺漿液循環泵、三期每塔配3臺漿液循環泵，全廠8套脫硫系統共30臺漿液循環泵運行。作為總裝機容量為4540mW的全國電力的窗口企業，經濟效益、社會責任和環保壓力都要求脫硫設備健康穩定運行。

隨著脫硫系統運行時間的延長，尤其是三、四期脫硫系統逐步出現了漿液管道內襯橡膠脫落、撕裂進而堵塞噴淋噴嘴以及管道脫膠部位腐蝕泄漏的情況，維護量增大，影響了脫硫系統投運率，對現場安全文明生產也造成不利影響。

2 襯膠管道損壞原因及危害

2.1 襯膠管道損壞原因分析

2.1.1 漿液的磨損性

濕法煙氣脫硫的吸收劑以石灰石為主，其顆粒直徑取決于石灰石粉的目數，一般小于60μm。隨著煙氣的不斷通過，石灰石漿液吸收二氧化硫的化學反應不斷進行，反應過程中生成的硫酸鹽沉淀、分離并形成石膏漿液，其主要成分為2CaSO3·H2O、CaCO3、CaSO4·2H2O，其中也包含硬度極高的二氧化硅、氧化鋁等固體顆粒。漿液循環泵不斷地將漿液吸進排出、來回循環，漿液對管壁進行強烈撞擊、沖刷，對管道的內襯橡膠產生嚴重的磨損或沖蝕。隨著漿液管道使用時間的延長，漿液對內襯橡膠長期磨損、減薄，最終導致橡膠損壞，露出金屬層。

2.1.2 漿液的腐蝕性

因漿液具有弱酸性，并且還夾雜著部分氯離子和氟離子，這些物質會與內襯橡膠損壞部位的金屬層發生化學反應而使管道腐蝕。另外，氯離子比氧更容易吸附在金屬表面，并把氧排擠掉，從而使金屬的鈍化狀態遭到局部破壞而發生孔蝕，某些不銹鋼材料也難以避免。通過管道金屬層被腐蝕時間的延長，直至腐蝕透，最終導致管道泄漏，影響脫硫系統的正常投運。

2.1.3 管道橡膠內襯的脫落、剝離因素

1）結合強度的大?。簝纫r橡膠的粘結強度直接影響襯膠管道的使用壽命，目前大量使用的襯膠管道粘結強度低。施工工藝質量的優劣，也影響粘結強度。

2）膨脹系數的差異：橡膠等有機聚合物的膨脹系數是鋼材的十幾倍，兩種材料在溫度變化時，都易發生襯膠與管壁金屬層的剝離。而啟停機組、投停脫硫系統時，尤其在冬季，熱漿液與冷管道的瞬間接觸，都將加劇這種剝離。

3）正負壓剝離撕裂：在脫硫管道運行時處于正壓狀態，停運時將呈負壓狀態，在正、負壓交替、擾動的作用下，極易發生鼓泡、剝離現象。

以上三點脫落、剝離因素，加之前述漿液具有磨損性，最終將磨透脫落、鼓泡、剝離部分，引起大面積腐蝕、脫膠。

2.2 襯膠管道損壞的危害

2.2.1 管道泄漏

一旦襯膠層出現損壞，加之漿液的磨損、腐蝕特點，管道不久就將出現泄漏。漿液管道泄漏后，會對設備進行腐蝕，降低使用壽命、甚至損壞；同時因漿液污染路面衛生，堵塞排水溝，增加了清淤工作量和汛期排水隱患。

2.2.2 脫膠堵塞管道及噴淋噴嘴

管道內襯橡膠層損壞后，將導致襯膠從鋼管基體上脫落，堵塞管道及閥門，引起輸送設備出力不均勻，甚至燒毀電機，誤以為是電機或泵自身的原因造成的，增加了排查難度，浪費了人力物力。另外，因堵塞部位不容易排查到，只能將整條管線解體，大大增加了檢修的強度和難度。

漿液噴淋的原理是漿液由各個噴嘴自上而下的向下噴淋，與自下而上的煙氣逆流發生反應來完成二氧化硫的吸收，一旦管道內襯橡膠脫開、撕裂，將堵塞噴淋支管及噴嘴，導致有效噴淋量減小，根據設計，噴嘴每堵1%約降低脫硫效率0.2%，所以將導致脫硫效率下降。

2.2.3 更換或修復損壞部位施工成本高，消耗大量費用

漿液循環泵管道在整個脫硫系統中管徑最大，屬于主要管道，60%以上的管道費用來自此部位。若管道出現磨穿泄漏或襯膠脫落，后果將非常嚴重，因為每根管道的重量都超過3t以上，都需要大型車輛配合安裝及拆卸，需要的費用動輒上萬元，增加了生產成本。另外，排除噴淋系統的堵塞需要排空吸收塔，在塔內搭滿腳手架，拆除噴淋支管進行疏通，需要的費用高達幾十萬元。

2.2.4 經濟損失大

因管道檢修造成該臺漿液循環泵不能投入運行，將直接影響脫硫系統的脫硫效率，一旦超標，將受到環保部門的處罰。

因管道損壞、內襯層脫落導致的膠板沖刷到噴淋系統中時，往往造成噴淋支管、噴嘴堵塞，或更換管道，均需長時間退出脫硫系統來處理，隨著環保壓力的增大，旁路擋板門進行了鉛封，每次因系統的退出造成的經濟損失高達上百萬元。

另外，隨著國家更為嚴格的環保政策的實施，退出脫硫系統將按機組非停對待，包括脫硫電價的兌現，損失更是巨大。

3 內襯復合陶瓷管道的選擇及其特點

3.1 內襯復合陶瓷管道的選擇

針對漿液襯膠管道所出現的問題，進行了廣泛的考察研究，包括到國內十余家大型電廠進行調研，結合生產廠家，研究新型材料的可行性，包括襯塑碳鋼管道（PL）、內襯陶瓷復合管道、玻璃鋼管道（FRP）、聚丙烯管道（PPR、PPH）、不銹鋼管道（304、316、2205、1.4529）等，最終選定將內襯復合陶瓷管道作為襯膠管道的替代。

3.2 內襯復合陶瓷管道的特點

1）內襯復合陶瓷管道可根據使用環境對內襯材料進行設計，以適應各種磨損、腐蝕場合；

2）應用尺寸廣泛、可靠性高。與傳統襯膠管道相比單根管道長度長、內襯層無縫連接，一般管徑在32mm以上的管件均能加工制作；

3）經過試驗對比，比襯膠管道使用壽命有明顯提高，一般在5倍以上；

4）復合陶瓷管道的內襯層與鋼管基體的結合強度在15MPa以上，最大可達25MPa，是襯膠襯塑管道的100倍以上；

5）內襯復合陶瓷管道法蘭面沒有傳統管道10mm的軟連接，使管道系統跑、冒、滴、漏的現象大大降低；

6）在管道使用中出現的缺陷多為襯層減薄、局部穿孔等，只要外部鋼管基體滿足強度要求，就可對管道進行修復，節省成本。

4 應用效果

通過在四期1000mW機組脫硫系統漿液管道彎頭、三通、變徑以及部分直管段的上進行內襯復合陶瓷管道的應用，降低了脫硫系統缺陷率，提高了脫硫系統可靠性，取得了良好的效果。

4.1 經濟效益

2009年，脫硫管道缺陷次數128次，更換64件，平均1.2萬元/件，發生費用約76.8萬元。若按照內襯復合陶瓷管道是襯膠管道的5倍使用壽命來計算，每年就可節約費用40.96萬元。

因漿液循環泵管道與吸收塔直接相連，無法隔離，每次缺陷處理，都必須退出脫硫系統，按平均每次消缺工期3小時、脫硫電價0.015元/ kWh、平均發電功率80萬千瓦計算，因減少管道消缺所挽回的脫硫電價為3h×48次×800000kW×0.015元/kWh=172.8萬元。

使用內襯復合陶瓷管道后，噴嘴堵塞率由11%降至0%。兩臺機組減少噴嘴堵塞個數為3200×11%=352個，按每個噴嘴疏通檢修費用200元計算，共節省檢修費用352×200=7.04萬元。另按照阻塞率11% 計算，漿液覆蓋面積減少11%，噴淋層覆蓋面積的降低而導致的脫硫效率的降低必須增開一臺漿液循環泵來彌補，更換內襯復合陶瓷管道后，滿足95%以上的脫硫效率，減少增開一臺漿液循環泵時間為2880小時,節約電費約2880h×1800kW×0.3元/kWh =155.52萬元。

綜上計算，更換陶瓷管道后每年可節約支出376.32萬元，投入更換內襯復合陶瓷管道的成本可在3年內回收，經濟效益明顯。

4.2 社會效益

脫硫管道缺陷發生次數由11次/月降低到3次/月后（主要是小管徑、非復合陶瓷管道發生所致）,脫硫系統未發生因管道缺陷造成停運的現象，脫硫設備投運率達到100%，實現二氧化硫達標排放，維護了企業良好的社會形象。

內襯復合陶瓷管道被公司系統內部分兄弟電廠借鑒、采用，提高了公司系統脫硫系統的總體運行水平。

5 結論

通過分析，內襯復合陶瓷管道在大型火力發電廠脫硫系統中的應用取得了良好的效果，能大大提高脫硫系統的可靠性，能取得良好的經濟效益和社會效益，具有一定的推廣價值，同時也建議新建脫硫工程在建設之初就采用此種管道，避免出現問題后再投入、治理，節省資金。但在試用過程中發現，內襯復合陶瓷管道不適用于小管徑的石灰石原漿液，主要是該漿液顆粒度大，磨損快，目前采用SiC管道，也可嘗試用A49材質管道。

[1]王穎聰.濕法脫硫裝置的設備與管道的腐蝕及對策[M].中國電力出版社，2003.

[2]羅保.襯膠管道的現場制作安裝[M].中國電力出版社，1999.

[3]周至祥.火電廠濕法煙氣脫硫技術手冊[M].中國電力出版社，2006.