火电厂脱硫烟道腐蚀原因调查与防护技术分析.pdf

第 3 2卷第 6期 湖南电力 H U N A N E I C T R I C P O Ⅵ R 2 0 1 2年 1 2月 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 8 - 0 1 9 8 ． 2 0 1 2 ． 0 6 ． 0 0 7 火电厂脱硫烟道腐蚀原因调查与防护技术分析 徐松 。冯兵 ，贺善君 1 ．湖南省 电力公 司科学研究院，湖南 长沙 4 1 0 0 0 7 ； 2 ．大唐耒 阳发 电厂，湖南 耒阳 4 2 1 8 0 0 摘要通过对腐蚀产物进行能谱 E D S 和 x射线衍射 X R D 分析，结合实际运 行状况的调查，确定脱硫烟道外部腐蚀原因是脱硫烟道气密性不严，泄漏的 s O 2 气体在 雨水或者潮湿大气作用下与镀锌金属发生腐蚀反应，讨论相关腐蚀机理 ，论证牺牲阳极 保护法不可行性 ，并提 出采用耐酸涂料的防护对策。 关键词 脱硫 ；腐蚀机理 ；牺牲阳极 ；耐酸涂料 中图分类号 T M 6 2 1 ． 8 ； X 7 o 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 8 - 0 1 9 8 2 0 1 2 o 6 - 0 0 2 7 0 3 I n v e s t i g a t i o n o f c o r r o s i o n a n d p r o t e c t i o n o n t h e e x t e r na l s u r f a c e o f d e s u ffur i z a t i o n e q ui p m e n t f o r t h e c o al- fir e d po we r p l an t X U S o n g ，F E N G B i n g ，HE S h a n - j u n 1 ．H u n a n E l e c t r i c P o w e r C o r p o r a t i o n R e s e a r c h I n s t i t u t e ， C h a n g s h a 4 1 0 0 0 7 ， C h i n a ； 2 ．D a t a n g L e i y a n g P o w e r P l a n t ，L e i y ang 4 2 1 8 0 0， C h i n a Ab s t r a c t A c c o r d i n g t o t h e a n a l y s i s o f e n e r g y d i s p e r s i v e s p e c t r a E D S ，X - r a y d i ff r a c ti o n X RDa n d t h e i n v e s ti g a t i o n o f a c t u a l o p e r a tin g c o n d i ti o n，i t i s d e t e r mi n e d tha t the r e a s o n o f c o r r o s i o n o n t h e e e r n al s u r f a c e o f d e s u l f u r i z a t i o n e q u i p me n t i s l e a k a g e 0 fS 02f r o m fl ue g a s d u c t s ．Th ei n t e r a c ti o n o f S 02an d r a i n o r we t a t mo s p h e r e a c c e l e r a t sth e c o r r o s i o n o fZ n c o a ti n g ． Th e r e l a t e dme c h a n i s m o f c o r r o s i o ni sdis c u s s e d a n dtheme tho d 0 f s acr i fi c i al ano dei s d e mo n s t r a t ed n o t f e a s i b l e ．Th e p r o t ecti o n c o u n t e r me a s u r e 0 f a c i d - r e s i s t a n t c oa t i n g i s s u g g e s t ed ． Ke y wo r ds d e s u l f u r i z a tio n；c o r r o s i o n mech an i s m；s a c r i fic i a l ano d e ；a c i d - r e s i s t a n t c oati n g 某火力发电厂一期工程 2 x 2 0 0 M W 1 ， 2 机组烟气脱硫装置于2 0 0 9 年 1 2月投入运行，二期 工程 2 3 0 0 M W 3 ， 4 机组烟气脱硫装置于 2 0 0 8 年3月投入运行。其中， 1 和 2机组共用 1 个 脱硫吸收塔 ， 2 路原烟气经过 2 增压风机进入 1 吸 收塔。烟道保温外壳采用常规热镀锌波纹板，投运 1 年多后发现4 个机组脱硫烟道保温外壳均出现不 同程度的腐蚀 ，其中 1和 2脱硫吸收塔入 口腐蚀 最 为严重 。 1 腐蚀原 因分析 1 ． 1 腐蚀形貌观察 现场检查发现， 2 增压风机区域有强烈刺激性 气味，表明烟气泄漏严重。周围烟道保温外壳均匀 腐蚀严重，如图 1 a ，腐蚀产物为红褐色和亮黄 色 ，如图 1 b ，腐蚀深度约为 0 ． 1 ～ 2 m m，吸收 收稿 日 期 2 0 1 1 - 1 1 - 1 6 改回日期 2 0 1 2 ． 0 9 ． 0 3 塔、烟道入 口顶部保温外壳上的水平沟槽部分积 水，如图1 C ，腐蚀比烟道两侧严重。部分区域 腐蚀产物大面积脱落，烟气入口处保温外壳已经腐 蚀穿孔，如图1 d ，并且腐蚀区域有明显的雨水 冲刷痕迹。4台机组的脱硫吸收塔烟气人 口、出口 烟道保温外壳均大面积腐蚀，如图1 e ，1 f ， 入 口处腐蚀更为严重 。 1 ． 2 腐蚀产物成分分析 图2为 3机组档板密封旁管腐蚀产物分析结 果，从 E D S结果看出，如图2 a ，腐蚀产物主 要 元 素 为F e 7 O ． 6 5 ％ ，0 2 5 ． 4 7 ％ ，S 1 ． 8 9 ％ ，z n 1 ． 4 7 ％ ，微量 的 S i 和 C a 。S i 和 C a 为灰尘主要元素。腐蚀产物中发现元素 s ，说 明烟气泄漏的 S O 参与了腐蚀反应。X R D结果显 示，腐蚀产物主要为黄色的 q ． F e O O H 、橙色的 一 F e O O H、红棕色的 F e O ， 、黑色的 F e O ，微量的 27 第3 2卷第6期 徐松等火电厂脱硫烟道腐蚀原因调查与防护技术分析 2 0 1 2年 1 2月 1 ． 4 腐蚀机理讨论 脱硫烟道保温外壳为镀锌波纹板， 镀锌具有物 理屏蔽和牺牲阳极保护 2 种防腐作用。物理屏蔽原 理是隔离大气和基体接触而避免腐蚀；牺牲阳极保 护原理是利用 Z n自腐蚀电位 一 0 ． 7 6 3 V 小于 F e 一 0 ． 4 4 8 V 。 眦 ，在潮湿的大气中，铁一 锌组成 原电池，锌作为阳极优先发生腐蚀溶解，铁作为阴 极被保护 。现场调查发现， 2增压风机 区域有强烈 刺激性气味，说明原烟气含硫气体大量泄漏，对应 的烟气泄漏处腐蚀严重 图 1 ，并且腐蚀产物中 也发现了S 元素 图2 ， 3 ，这些充分证明腐蚀 原因为脱硫烟道气密性不严 ，泄漏 s O 气体在雨水 或者潮湿大气作用下与金属发生腐蚀反应。腐蚀过 程可以分为3 个阶段 1 镀 z n 保护膜破坏 由于 S O 的溶解及氧化过程产生了 H ，导致 z n表面薄液膜的酸化 2 S O 2 O2 2 H2 O H2 S O4 在酸性环境中，原本较致密的 Z n O保护膜反 应生成稳定的腐蚀产物 Z n S O 如图2 Z n O H2 S O 4 n S O4 H2 O 由于 Z n S O 是可溶性盐，在雨水的冲刷下很 容易离开金属表面，从而使裸露的金属在空气中继 续发生腐蚀。 2 S O 对碳钢基体自催化作用 镀锌保护层腐蚀后，裸露的金属与泄漏的 S O 发生自催化反应 ， 从而促进碳钢基体腐蚀，其机理 如下 S O 吸 附在金 属表 面一形成 F e S O 一 F e S O 进一步氧化 水解作用一H 2 s O 4 一H 2 S O 4 F e 作用_ F e S O 自催化 。反应方程式 F e S O2 O 2 F e S O 4 4F e S O4 O2 6 H2 O 珥F e O0H H2 S O4 2H2 S O4 2 Fe O2 F e S O4 2H2 O 3 碳钢基体锈层形成 镀锌层腐蚀后 ，裸露 的金属在潮湿空气中继续 发生电化学腐蚀 ， 进而形成铁锈 阳极反应 F e - 2 e F e 阴极反应 O 2 2 H 2 O 4 e O H一 沉降反应F e 2 O H 一 F e O H 2 4 F e O H 2 O 2 2 H 2 O F e O H 3 铁锈 2 F e O H F e 2 O 3 红锈 3 H 2 O 2 F e O H 3 F e O H 2 F e 3 O 4 黑 锈 4H2 O 以上腐蚀产物中，F e O H 在有氧的条件下 是 不 稳 定 的，可 以转 变 为 0 【 一 F e O O H， ． F e O O H 或 F e ， O 。这与图2 ，3 分析结果一致。 2 防腐措施和方法 2 ． 1 防止烟气泄漏 对于脱硫装置烟道漏气问题，根本方法是烟道 检漏、堵漏 ，尽量减少烟气泄漏。 1 重点 检查 吸收塔 进、出 口、增 压风 机 出 口、膨胀节、过度区域； 2 在大小修期间仔细检查脱硫烟道 内部的玻 璃鳞片涂层，如有穿孔，及时修补； 3 可考虑改进 1机和 2机共用一个烟道进入 吸收塔的方式，如对角增加一个烟气人口； 4 烟道顶部保温外壳安装时倾斜一定的角 度，避免沟槽积水形成酸液加速腐蚀。 2 ． 2 选择合适的防腐措施 2 ． 2 ． 1防腐材料 常用的耐酸防腐材料有两大类，一是耐蚀金属 材料，例如不锈钢、镍基合金、钛合金等；二是非 金属材料 ，例如陶瓷、硅酸盐材料、有机高分子材 料等。根据电厂实际情况，耐蚀金属材料及陶瓷材 料等防腐效果好，但是价格昂贵不宜使用；有机高 分子材料耐腐蚀性能优良，但是脱硫烟道外墙有一 定的温度 ，而大部分有机材料不耐温，因此也不适 合烟道防腐。 2 ． 2 ． 2 防腐涂料 脱硫 区设备 外部 防腐 涂料 选择 有 3个 原 则 1 涂料要与镀锌层相容 ，镀锌层表面涂装 防 腐涂料难度比钢铁大，一方面是由于镀锌层较为光 滑平整 ，影响附着力 ；另一方面是一般的涂料 ，特 别是醇酸漆、酚醛漆等油性涂料与锌发生皂化反 应，生成疏松的锌皂，使涂层容易剥落、开裂。 2 涂料必须耐酸腐蚀，尤其是酸雨腐蚀。3 涂 料必须耐热老化 ，脱硫烟道运行时温度较高 ，普通 涂料极易老化 。兼具这 3者的涂料有添加老化剂 的 环氧富锌类 ，环氧磷酸锌类等 ] 。 为了获得与底材附着 良好的耐蚀涂层必须制定 合理 的涂装工艺 ，涂装前进行表面处理 ，严格管理 涂装进程 ，例如温度、湿度、涂装时间间隔等。 2 ． 3 牺牲阳极保护法可行性分析 对于厂家提出的采用传统牺牲阳极防护方法， 进行了可行性分析。牺牲阳极的基本原理是利用一 些 电位较负的金属材料 Z n ， M g 等 ， 在电解液中 下转第3 2页 2 9 第3 2卷第6 期 湖南电力 2 0 1 2 年 l 2月 响， 减小起动电流，避免对电网的严重冲击。在引 入软起动器降压起动方式的同时，采取手段减少谐 波的影响，比如 增设动态无功补偿装置，装设滤 波装置等 。 2 对于某些重要的电排站，要求供电可靠性 高，可采取架设 1 0 k V专线供电，既可保证电排站 1 0 k V母线的电压水平，同时也可减少对其他负载 的干扰。 3 对现有农网进行改造 ，并适当增 大变压器 的容量，特别是对供电线路较长的电排站采取增大 供电线路截面的方法，增加导线的载流量，减小网 损和压降。 4 增建无功补偿装置。异步电机均为感性负 荷，采用并联电容器补偿可提高负荷的功率因数， 减少电网输送无功，提高电网电压质量。在电排站 对单机容量较大的机组采用电动机机端补偿方式效 果较为明显，一般可提高机端电压3 ％左右。 5 电网运行部门应加强与气象预报部门的协 作，做好负荷预测工作 ，重视降雨与负荷、发电等 方面的联系。同时，电网调度人员应做好湘西北地 区相关线路检修或事故跳闸的事故预案，尤其是水 电大发时期，注意该地区的负荷变化情况。 6 制定电排负荷的调度管理制度 ，指导和强 化电排负荷的运行管理 ，避免集中排渍对电网安全 稳定运行和可靠供电造成影响。 4 结束语 排渍负荷对电网的影响是多方面的，随着近年 来 自然环境的变化 ，这种影响可能会越来越大 ，威 胁到电网的安全。为了消除这些隐患 ，将不利影响 降低到最低限度，不但需要电力部门的努力，同时 也需要水利、气象等各部门的协作，才能保证湘西 北 电网的安全 。 参考文献 [ 1 ]刘卡波． 洞庭湖区大型排涝泵站更新改造与管理实现 [ J ] ， 湖南水利水电，2 0 0 5 6 5 7 5 9 ． [ 2 ]王毓东 ．电机学 [ M]．杭州 浙江大学 出版社 ，1 9 9 0 ． [ 3 ] 罗安 ．电网谐波治理和无功补偿技术及装备 [ M]．北京 机 械工业出版社 ． 2 0 0 62 4 2 5 ． 作者简介 韩 忠晖 1 9 8 3 一，男 ，回族 ，河 北沧州 人 ，硕士 研究 生 ，工程 师 ，目前从事电网调度 运行工作 。 上接 第2 9页 与被保护的金属连接时，阳极金属优先溶解 ，释放 出的电流使被保护的金属表面阴极极化到所需要的 电位而实现保护。可见 ，牺牲 阳极需 要具备 的条 件1 被保护金属周围需要 电解液；2 足够的 闭路驱动电压； 3 被保护金属周围电解液或者掩 埋阳极金属的土壤为中性或弱碱性。脱硫烟道保温 外壳暴露在大气中， 平时没有导电介质包围，脱硫 区域内土壤为酸性，均不具备传统牺牲阳极保护的 条件。因此 ，采用牺牲 阳极保护法是不可行的。 3 结论 脱硫区域外设备腐蚀原因为烟道气密性不严， 泄漏 s O 气体在雨水或者潮湿大气作用下形成酸性 溶液，加速镀锌保护层腐蚀，从而使暴露出的金属 基体在腐蚀性大气环境下快速腐蚀生锈。对于厂家 提出在脱硫区域实施牺牲阳极保护法在技术上行不 3 2 通，应该选择合适的防腐涂料。 参考文献 [ 1 ]严川伟 ，史志明， 林海潮，曹楚南 ． z n 在 s 0 2 环境中大气腐 蚀初期表面特性研究 [ J ]． 腐蚀科学与防护技术， 2 0 0 0 ，1 2 3 1 5 1 - 1 5 3 ． [ 2 ]章小鸽 ．锌和锌合金的腐蚀 [ J ]．腐蚀与防护，2 0 0 6 ，2 7 1 4 1 - 5 0 ． [ 3 ]施彦彦，张昭，张鉴清，曹楚南 ． 锌及其合金的大气腐蚀研 究现状 [ J ]．中国腐蚀与防护学报，2 0 0 5 ， 2 5 6 3 7 3 - 3 7 9 ． [ 4 ]虞兆年．防腐蚀涂料和涂装[ M]．北京化学工业出版社， 】 9 9 4 ． 作者简介 徐松 1 9 8 1 一 ，男，湖北孝感人，博士，工程师，主要从事 电力系统化学、腐蚀与防护技术等工作。 冯兵 1 9 7 2 一 ，男，湖南衡 阳人，硕士，高级工程师，主要 从事电力系统化学、腐蚀与防护技术等工作。