湿烟囱内衬防腐材料的选择

摘要:对国内湿烟囱防腐中应用较多的材料的化学成分、耐酸腐蚀性能、物理性能、焊接性能进行了比较分析,认为从技术角度而言,镍基合金优于钛金属。
关键词:湿烟囱;内衬;周期寿命;酸腐蚀
　　某电力有限公司2×600MW机组配套石灰石—石膏湿法烟气脱硫设备(一炉一套),未设GGH。由于湿法脱硫后的排烟温度低,烟囱和出口烟道的酸腐蚀成为机组安全运行的严重隐患。为解决“湿烟囱”酸腐蚀问题,拟在烟囱和出口烟道内加装防腐内衬。业主要求内衬防腐材料能满足烟囱的工作条件,保证有30年的运行寿命,并将检修工作量减至最小。
1　防腐内衬材料对比分析
1. 1　烟囱内衬材料的要求
(1)烟囱内壁为凝聚并浓缩的硫酸、盐酸和氢氟酸等混合酸溶液的强腐蚀环境(pH=2~2. 5)。由于采用的是石灰石—石膏湿法脱硫及无GGH工艺,排烟温度低于露点温度(50℃),烟囱内正压区扩大,洗涤下来的硫氧化物、氢氟化物和氯化氢与携带的水分在内壁凝结成硫酸、盐酸和氢氟酸等并被浓缩,形成了导致点腐蚀和缝隙腐蚀的酸腐蚀环境。因此,所选择的防腐内衬材料应有足够的抗酸腐蚀能力。
(2)温度波动造成热膨胀损坏和热疲劳破坏。烟囱内的排烟温度会有波动,尤其在FGD设备停运时,从旁路导出的排烟温度约为150℃,与FGD设备运行的排烟温度差值约100℃,温差较大。因此,在选择内衬材料时必须考虑温度波动所造成的内衬膨胀损坏和热疲劳破坏问题。
1. 2　Ti、C-22、C-276的抗酸腐蚀性
Ti在海水、碱性溶液、硝酸、含水氯气中有很强的抗腐蚀能力,在低于5%的稀盐酸和稀硫酸中有一定的抗腐蚀能力。试验表明,在pH=1的强酸溶
液中,如在硫酸与盐酸浓度比为2∶1的混合液内,同时增加硫酸和盐酸时,钛的耐腐蚀性减弱,腐蚀速度可达7. 2mm/a[1]。
C-22、C-276是具有全面抗腐蚀能力的Ni-Cr-Mo合金,在氧化性酸溶液和还原性酸溶液中均具有十分优良的抗蚀力,不仅对无机酸,对有机酸如甲酸、乙酸等也有良好的腐蚀抗力。由于很少有相同试验条件下Ti和镍基合金的抗腐蚀试验数据,本文只对Ti及C-22、C-276作分别介绍。表中数据的选取原则是:试验温度和介质尽量接近电厂烟囱的排烟温度和洗涤后烟气中所含的主要腐蚀酸成分,介质浓度则考虑了在烟囱内衬表面上的浓缩。无论是C-22、C-276或T,i在同一介质中,试验温度愈高则平均腐蚀速度愈高。对于1. 6mm厚的内衬,为达到30年使用寿命,平均腐蚀速度最大不能超过0. 05mm/a。
1. 3　Ti、C-22、C-276的物理性能
Ti和镍基合金C-22、C-276的主要物理性能及与碳钢的对比。C-22和C-276的线胀系数与碳钢十分接近,当内衬与碳钢基板同时运行时,温度变化产生的应力较小,不易产生热疲劳破坏。Ti与碳钢的线胀系数相差较远,运行时温度变化会使Ti板与基板的结合面产生损坏从而减少使用寿命并增加检修量。Ti与碳钢的弹性模量相差较远,约为碳钢的1/2,焊接时焊缝的收缩变形会比碳钢大一倍,会因之产生过大的热变形甚至产生缺陷或损坏。C-22和C-276的弹性模量与碳钢十分接近,在焊接中不会产生此类问题。
Ti的导热率与C-22等镍基合金相差甚少,但与碳钢基板相差较大,比之镍基合金,Ti并无明显优势。由于内衬所处环境温度较低(50~150℃),熔点的高低对使用性能不会有明显的影响。Ti的密度小,仅为基板碳钢的58%,为C-22的52%,C-276的51%。当以相同厚度的Ti和C-22等镍基合金板作烟囱内衬时,所用Ti板内衬的重量仅为C-22等镍基合金板的1/2,这是一种优势。但由于Ti在性能上的欠缺,在使用Ti复合板比之用厚度为1. 6mm的C-22等镍基合金时,这种优势就明显减小甚至不复存在。
1. 4　Ti、C-22、C-276的焊接性能
相比于商业纯T,i镍基合金C-22、C-276有优良的焊接性能。众所周知,镍基合金在焊接中有良好的退让性,使其与碳钢基板之间的异种金属焊接易于进行,不易产生变形和裂纹。C-22和C-276合金焊接性能相似,可用各种常规工艺焊接,如钨极气体保护电弧焊、金属极气体保护电弧焊和手
工电弧焊等。所用的焊接材料均为C-22合金焊丝和C-22焊条。焊接时,只要环境温度高于0℃,就不需要预热和焊后热处理。焊缝金属在焊态下仍
有优良的抗腐蚀性能。在焊接中需要注意的是焊前要对坡口及其附近区域进行清洁,彻底去除油、粉笔记号、硫化物和其他杂质;在焊接中要注意热输入量不可太大,以免过热等。
商业Ti金属的焊接性能不如镍基合金C-22和C-276,但在做好下述注意事项后仍可用惰性气体保护焊来焊接:
(1)避免杂质气体如氮、氧、氢等的吸收,从而导致母材和焊缝变脆、产生气孔和裂纹、可焊性变坏等。为此,焊接需在密封的、有保护气体的空间进行;所用的保护气体纯度要高,要求氩≥99. 8%,氮≤0. 01%,氧≤0. 005%,水≤0. 07%;冷却到400℃才可撤去保护气体。焊接时线能量小,避免过热。冷却要慢,避免T'马氏体的形成。
(2)在与碳钢作异种金属焊接时,需要特别注意因两者弹性模量差别较大而造成的焊缝热变形和开裂。
(3)Ti板焊接后需作退火热处理以消除应力;在焊接前需将坡口及附近区域彻底清洁,并需去除坡口和焊丝表面的氧化膜。
(5)若考虑采用Ti金属板粘贴方案,虽可在一定程度上减少或免除Ti金属焊接上的困难,但是,通常粘结剂并不能保证内衬长期安全运行,温度的波动和可能的高温会使粘结面受损。
2　结语
从以上Ti和镍基合金C-22、C-276的性能比较可以看出,选择镍基合金HASTELLOY C-22作为该电力有限公司2×600MW机组湿烟囱内衬材料在技术上是合理、可行的。