【内衬复合陶瓷管道在大型火力发电厂脱硫系统中的应用】火力发电厂五大系统
时间：2019-04-13 04:23:19 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘? 要 本文从大型火力发电厂脱硫系统浆液管道存在的问题入手，分析浆液管道损坏的原因及产生的危害，通过内衬复合陶瓷管道在脱硫系统中的应用及取得的效果分析，说明内衬复合陶瓷管道能大大提高脱硫系统的可靠性，具有一定的推广价值，同时为新建脱硫工程积累了经验。
关键词 衬胶管道；危害；内衬复合陶瓷管道；脱硫；应用
中图分类号TM6 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）69-0097-02
1 概述
华电国际邹县发电厂三期2×600mW、四期2×1000mW、一二期4×335mW机组脱硫系统先后于2006年、2007年、2009年相继正式投入运行，配置为一炉一塔，均为石灰石－石膏湿法脱硫工艺，其中一二、四期每塔配4台浆液循环泵、三期每塔配3台浆液循环泵，全厂8套脱硫系统共30台浆液循环泵运行。作为总装机容量为4 540mW的全国电力的窗口企业，经济效益、社会责任和环保压力都要求脱硫设备健康稳定运行。
随着脱硫系统运行时间的延长，尤其是三、四期脱硫系统逐步出现了浆液管道内衬橡胶脱落、撕裂进而堵塞喷淋喷嘴以及管道脱胶部位腐蚀泄漏的情况，维护量增大，影响了脱硫系统投运率，对现场安全文明生产也造成不利影响。
2 衬胶管道损坏原因及危害
2.1衬胶管道损坏原因分析
2.1.1浆液的磨损性
湿法烟气脱硫的吸收剂以石灰石为主，其颗粒直径取决于石灰石粉的目数，一般小于60μm。随着烟气的不断通过，石灰石浆液吸收二氧化硫的化学反应不断进行，反应过程中生成的硫酸盐沉淀、分离并形成石膏浆液，其主要成分为2CaSO3·H2O、CaCO3、CaSO4·2H2O，其中也包含硬度极高的二氧化硅、氧化铝等固体颗粒。浆液循环泵不断地将浆液吸进排出、来回循环，浆液对管壁进行强烈撞击、冲刷，对管道的内衬橡胶产生严重的磨损或冲蚀。随着浆液管道使用时间的延长，浆液对内衬橡胶长期磨损、减薄，最终导致橡胶损坏，露出金属层。
2.1.2浆液的腐蚀性
因浆液具有弱酸性，并且还夹杂着部分氯离子和氟离子，这些物质会与内衬橡胶损坏部位的金属层发生化学反应而使管道腐蚀。另外，氯离子比氧更容易吸附在金属表面，并把氧排挤掉，从而使金属的钝化状态遭到局部破坏而发生孔蚀，某些不锈钢材料也难以避免。通过管道金属层被腐蚀时间的延长，直至腐蚀透，最终导致管道泄漏，影响脱硫系统的正常投运。
2.1.3管道橡胶内衬的脱落、剥离因素
1）结合强度的大小：内衬橡胶的粘结强度直接影响衬胶管道的使用寿命，目前大量使用的衬胶管道粘结强度低。施工工艺质量的优劣，也影响粘结强度。
2）膨胀系数的差异：橡胶等有机聚合物的膨胀系数是钢材的十几倍，两种材料在温度变化时，都易发生衬胶与管壁金属层的剥离。而启停机组、投停脱硫系统时，尤其在冬季，热浆液与冷管道的瞬间接触，都将加剧这种剥离。
3）正负压剥离撕裂：在脱硫管道运行时处于正压状态，停运时将呈负压状态，在正、负压交替、扰动的作用下，极易发生鼓泡、剥离现象。
以上三点脱落、剥离因素，加之前述浆液具有磨损性，最终将磨透脱落、鼓泡、剥离部分，引起大面积腐蚀、脱胶。
2.2衬胶管道损坏的危害
2.2.1管道泄漏
一旦衬胶层出现损坏，加之浆液的磨损、腐蚀特点，管道不久就将出现泄漏。浆液管道泄漏后，会对设备进行腐蚀，降低使用寿命、甚至损坏；同时因浆液污染路面卫生，堵塞排水沟，增加了清淤工作量和汛期排水隐患。
2.2.2脱胶堵塞管道及喷淋喷嘴
管道内衬橡胶层损坏后，将导致衬胶从钢管基体上脱落，堵塞管道及阀门，引起输送设备出力不均匀，甚至烧毁电机，误以为是电机或泵自身的原因造成的，增加了排查难度，浪费了人力物力。另外，因堵塞部位不容易排查到，只能将整条管线解体，大大增加了检修的强度和难度。
浆液喷淋的原理是浆液由各个喷嘴自上而下的向下喷淋，与自下而上的烟气逆流发生反应来完成二氧化硫的吸收，一旦管道内衬橡胶脱开、撕裂，将堵塞喷淋支管及喷嘴，导致有效喷淋量减小，根据设计，喷嘴每堵1%约降低脱硫效率0.2%，所以将导致脱硫效率下降。
2.2.3更换或修复损坏部位施工成本高，消耗大量费用
浆液循环泵管道在整个脱硫系统中管径最大，属于主要管道，60%以上的管道费用来自此部位。若管道出现磨穿泄漏或衬胶脱落，后果将非常严重，因为每根管道的重量都超过3t以上，都需要大型车辆配合安装及拆卸，需要的费用动辄上万元，增加了生产成本。另外，排除喷淋系统的堵塞需要排空吸收塔，在塔内搭满脚手架，拆除喷淋支管进行疏通，需要的费用高达几十万元。
2.2.4经济损失大
因管道检修造成该台浆液循环泵不能投入运行，将直接影响脱硫系统的脱硫效率，一旦超标，将受到环保部门的处罚。
因管道损坏、内衬层脱落导致的胶板冲刷到喷淋系统中时，往往造成喷淋支管、喷嘴堵塞，或更换管道，均需长时间退出脱硫系统来处理，随着环保压力的增大，旁路挡板门进行了铅封，每次因系统的退出造成的经济损失高达上百万元。
另外，随着国家更为严格的环保政策的实施，退出脱硫系统将按机组非停对待，包括脱硫电价的兑现，损失更是巨大。
3 内衬复合陶瓷管道的选择及其特点
3.1内衬复合陶瓷管道的选择
针对浆液衬胶管道所出现的问题，进行了广泛的考察研究，包括到国内十余家大型电厂进行调研，结合生产厂家，研究新型材料的可行性，包括衬塑碳钢管道（PL）、内衬陶瓷复合管道、玻璃钢管道（FRP）、聚丙烯管道（PPR、PPH）、不锈钢管道（304、316、2205、1.4529）等，最终选定将内衬复合陶瓷管道作为衬胶管道的替代。
3.2内衬复合陶瓷管道的特点
1）内衬复合陶瓷管道可根据使用环境对内衬材料进行设计，以适应各种磨损、腐蚀场合； 2）应用尺寸广泛、可靠性高。与传统衬胶管道相比单根管道长度长、内衬层无缝连接，一般管径在32mm以上的管件均能加工制作；
3）经过试验对比，比衬胶管道使用寿命有明显提高，一般在5倍以上；
4）复合陶瓷管道的内衬层与钢管基体的结合强度在15MPa以上，最大可达25MPa，是衬胶衬塑管道的100倍以上；
5）内衬复合陶瓷管道法兰面没有传统管道10mm的软连接，使管道系统跑、冒、滴、漏的现象大大降低；
6）在管道使用中出现的缺陷多为衬层减薄、局部穿孔等，只要外部钢管基体满足强度要求，就可对管道进行修复，节省成本。
4 应用效果
通过在四期1000mW机组脱硫系统浆液管道弯头、三通、变径以及部分直管段的上进行内衬复合陶瓷管道的应用，降低了脱硫系统缺陷率，提高了脱硫系统可靠性，取得了良好的效果。
4.1经济效益
2009年，脱硫管道缺陷次数128次，更换64件，平均1.2万元/件，发生费用约76.8万元。若按照内衬复合陶瓷管道是衬胶管道的5倍使用寿命来计算，每年就可节约费用40.96万元。
因浆液循环泵管道与吸收塔直接相连，无法隔离，每次缺陷处理，都必须退出脱硫系统，按平均每次消缺工期3小时、脱硫电价0.015元/ kWh、平均发电功率80万千瓦计算，因减少管道消缺所挽回的脱硫电价为3h×48次×800 000kW×0.015元/kWh=172.8万元。
使用内衬复合陶瓷管道后，喷嘴堵塞率由11%降至0%。两台机组减少喷嘴堵塞个数为3 200×11%=352个，按每个喷嘴疏通检修费用200元计算，共节省检修费用352×200=7.04万元。另按照阻塞率11% 计算，浆液覆盖面积减少11%，喷淋层覆盖面积的降低而导致的脱硫效率的降低必须增开一台浆液循环泵来弥补，更换内衬复合陶瓷管道后，满足95%以上的脱硫效率，减少增开一台浆液循环泵时间为2 880小时,节约电费约2 880h×1 800kW×0.3元/kWh =155.52万元。
综上计算，更换陶瓷管道后每年可节约支出376.32万元，投入更换内衬复合陶瓷管道的成本可在3年内回收，经济效益明显。
4.2社会效益
脱硫管道缺陷发生次数由11次/月降低到3次/月后（主要是小管径、非复合陶瓷管道发生所致）,脱硫系统未发生因管道缺陷造成停运的现象，脱硫设备投运率达到100%，实现二氧化硫达标排放，维护了企业良好的社会形象。
内衬复合陶瓷管道被公司系统内部分兄弟电厂借鉴、采用，提高了公司系统脱硫系统的总体运行水平。
5 结论
通过分析，内衬复合陶瓷管道在大型火力发电厂脱硫系统中的应用取得了良好的效果，能大大提高脱硫系统的可靠性，能取得良好的经济效益和社会效益，具有一定的推广价值，同时也建议新建脱硫工程在建设之初就采用此种管道，避免出现问题后再投入、治理，节省资金。但在试用过程中发现，内衬复合陶瓷管道不适用于小管径的石灰石原浆液，主要是该浆液颗粒度大，磨损快，目前采用SiC管道，也可尝试用A49材质管道。
参考文献
[1]王颖聪.湿法脱硫装置的设备与管道的腐蚀及对策[M].中国电力出版社，2003.
[2]罗保.衬胶管道的现场制作安装[M].中国电力出版社，1999.
[3]周至祥.火电厂湿法烟气脱硫技术手册[M].中国电力出版社，2006.
